Пример 9 – раздел 2.4. Расчет потерь тепла через ограждения сушильной камеры

Тепловые потери через ограждения сушилки в единицу времени определяем, используя формулу:

Q_огр = ∑F_i ×K_Тi ×(t_c – t₀) ×10^-3, кВт,

где F_i – площадь ограждений определённого вида, м²; K_Тi – коэффициент теплопередачи соответствующего вида ограждений, Вт/(м²×⁰C); t_c – температура среды в камере, ⁰C; t₀ – расчётная температура наружного по отношению к камере воздуха, ⁰C.

Коэффициент теплопередачи всех видов ограждений будем определять по формуле:

Вт/( м^{2 0}C),

где α_в, α_н – коэффициенты теплообмена внутренних и наружных поверхностей ограждений, Вт/(м²·⁰C); δ₁, δ₂… δ_n – толщина отдельных слоёв ограждений, м; λ₁, λ₂… λ_n – коэффициенты теплопроводности материалов соответствующих слоёв ограждений, Вт/(м · ⁰C).

Для выполнения расчёта необходимо знать коэффициент теплопроводности всех материалов, из которых сделаны ограждения, а также толщину отдельных слоёв ограждений. Значения коэффициента теплопроводности определяем по таблице 27, толщину слоёв принимаем по рис. 4.

Рис. 4. Конструкция элементов сушильной камеры:

а - стена камеры, б – панели дверей, в – перекрытие камеры.

2 –железобетон; 3 – теплоизоляционный материал; 4 – пенобетон; 5 – стеклоткань (δ=2 мм); 6 – рубероид (δ=8 мм); 7 - листовой алюминий (δ=1,0 мм); 8 – листовой асбест (δ=5 мм).

Коэффициент теплообмена внутренних поверхностей ограждений принимаем равным α_в=25 Вт/(м²·⁰C). В данном случае камеры устанавливаются вне помещения цеха, коэффициент теплообмена для всех видов ограждений принимаем равным α_н=23 Вт/(м²·⁰C). Значения коэффициента теплообмена также вносим в табл. 4.2.

Таблица 4.2 – Расчёт коэффициента теплопередачи

Вид ограждений	Материал	Толщина слоя, мм	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·0C)	Коэффициент теплообмена поверхности, Вт/(м2·0C)
				внутренней	наружной
Боковая и торцовая стена	Пенобетон	300	0,290	25	23
	Железобетон	500	1,690
	Стеклоткань	2	0,061
Перекрытие	Рубероид	8	0,170
	Пенобетон	400	0,290
	Железобетон	200	1,690
	Стеклоткань	2	0,061
Дверь	Листовой асбест	4	0,22
	Листовой алюминий	1,0*2	240
	Стекловолокно	100	0,061

Рассчитываем коэффициент теплопередачи для всех видов ограждений:

– боковая и торцовая стена:

Вт/( м·⁰C);

– перекрытие:

Вт /( м·⁰C);

– дверь:

Вт/( м·⁰C).

Коэффициент теплопередачи пола принимаем равным половине коэффициента теплопередачи боковой стены, т.е.

K_т5 = 0,5*K_т1 = 0,5*0,69=0,35 Вт/( м²·⁰C).

Расчёты показывают, что значения коэффициента теплопередачи всех видов ограждений не превышают 0,7 Вт/( м²·⁰C). Следовательно, камера в дополнительном утеплении не нуждается.

Температуру среды в камере принимаем равной средней температуре агента сушки на входе и выходе из штабеля t_с=57,55 ⁰C.

Расчётную температуру наружного воздуха по отношению к камере, установленной вне помещения, принимаем для зимних условий t₀ = - 20 ⁰C , для среднегодовых – по приложению t₀ = 5,4 ⁰C. При расчёте теплопотерь через пол наружную температуру принимают для зимних условий t₀ = 2 ⁰C, для среднегодовых – t₀ = 10 ⁰C.

Площадь ограждений сушильной камеры ССК-13Р высчитываем, зная размеры внутреннего пространства камеры (рис 4.2.).

Рис. 4.2. Эскиз внутреннего пространства камеры.

Площади ограждений сушильной камеры:

-боковая стена: S₁=15,8*5,0=79 м²;

-торцовая стена со стороны дверей: S₂=3,2*1,2+3,8*1,3=8,78 м²;

-торцовая стена S₃=5,0*3,2=16 м²;

-дверь: S₄=3,8*1,9=7,22 м²;

-перекрытие и пол: S₅= S₆=15,8*3,2=50,56 м²;

Всю информацию, необходимую для расчёта тепловых потерь, обобщаем в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Тепловые потери через ограждения камеры

Наименование ограждений	Площадь, м2		Коэффициент теплопередачи, Вт/( м·0C)	Температура, 0C			Теплопотери, кВт
				средняя в камере	наружная	Qогр.i		Qогр.
Зимние условия
Боковая стена		79	0,69	57,55	-20	4,227		9,208
Торцовая стена со стороны дверей		8,78	0,69			0,470
Торцовая стена		16	0,69			0,856
Дверь		7,22	0,57			0,319
Перекрытие		50,56	0,60			2,353
Пол		50,56	0,35		2	0,983
Среднегодовые условия
Боковая стена		79	0,69	57,55	5,4	2,843		6,373
Торцовая стена со стороны дверей		8,78	0,69			0,316
Торцовая стена		16	0,69			0,576
Дверь		7,22	0,57			0,215
Перекрытие		50,56	0,60			1,582
Пол		50,56	0,35		10	0,841

Рассчитываем величину теплопотерь через все виды ограждений для зимних и среднегодовых условий:

– боковая стена:

Q^з_{огр 1} =79,0*0,69 *(57,55 + 20) *10^-3=4,227 кВт;

Q ^сг_огр1 =79,0*0,69 *(57,55 - 5,4) *10^-3=2,843 кВт

– торцовая стена со стороны дверей:

Q^з_{огр 2}=8,78*0,69*(57,55 + 20) *10^-3=0,470 кВт;

Q ^сг_огр2 =8,78*0,69 *(57,55 - 5,4) *10^-3=0,316 кВт

– торцовая стена:

Q^з_{огр 3} =16,0*0,69*(57,55 + 20) *10^-3=0,.856 кВт;

Q ^сг_огр3=16,0*0,69*(57,55 - 5,4) *10^-3=0,576 кВт

– дверь:

Q^з_{огр 4} =7,22*0,57 *(57,55 + 20) *10^-3=0,319 кВт;

Q ^сг_огр4 =7,22 *0,57 *(57,55 - 5,4) *10^-3=0,215 кВт

– перекрытие:

Q^з_{огр 5}=50,56*0,60 *(57,55 + 20) *10^-3=2,353 кВт;

Q ^сг_огр5=50,56 *0,60 *(57,55 - 5,4) *10^-3=1,582 кВт

– пол:

Q^з_огр6 =50,56*0,35*(57,55 - 2) *10^-3=0,983 кВт;

Q ^сг_огр6=50,56*0,35*(57,55 - 10) *10^-3=0,841 кВт

Суммарные тепловые потери через ограждения сушилки составят:

– для зимних условий:

Q^з_огр = ∑ Q^з_{огр i} = 4,227+0,470+0,856+0,319+2,353+0,983=9,208 кВт;

– для среднегодовых условий:

Q^сг_огр = ∑ Q^сг_{огр i} = 2,843+0,316+0,576+0,215+1,582+0,841=6,373 кВт.

Результаты расчётов вносим в табл. 4.3.

Удельный расход теплоты на потери через ограждения в пересчёте на 1 кг испаряемой влаги определяем для зимних и среднегодовых условий по формуле:

кДж/кг;

кДж/кг;

кДж/кг.

В пересчёте на 1 м³ расчётных пиломатериалов по формуле, тепловые потери через ограждения составляют:

q_огр^’= q_огр*D₁, кДж/м³;

q_огр^’з=727,0*365=265355,0 кДж/м³;

q_огр^’сг= 503,1*365=183631,5 кДж/м³.

Суммарный расход теплоты

Определение суммарного удельного расхода теплоты на сушку также производим для зимних и среднегодовых условий. При этом используем формулу:

q_суш= (q_пр+ q_исп+q_огр)*C₁, кДж/кг,

где C₁ – коэффициент, учитывающий дополнительный расход теплоты на начальный прогрев ограждений камеры, транспортных средств, оборудования и др.

Принимаем C₁ = 1,3, т.к. камера ССК-13Р установлена вне помещения и оборудована рельсовым транспортом.

q ^з_суш= (898,7+ 3255,0+727,0)*1,3=6344,9 кДж/кг;

q ^сг_суш= (434,1+ 3196,8+503,1)*1,3=5374,2 кДж/кг.

Расчёт расхода теплоты на 1 м³ расчётного материала выполняем только для среднегодовых условий по формуле:

q_суш^’= q_суш·D₁, кДж/м³;

q_суш^’= 5374,2*365=1961583,0 кДж/м³.

Результаты расчёта расхода теплоты на сушку обобщаем в табл. 4.4.

Таблица 4.4 - Расход теплоты на сушку

Статья расхода теплоты	Зимние условия			Среднегодовые условия
	На 1 м3 древесины	На 1 кг испаряемой влаги	За 1с	На 1 м3 древесины	На 1 кг испаряемой влаги	За 1с
Прогрев материала	328028,0	898,7	553,1	158458,0	434,1	–
Испарение влаги	1188075,0	3255,0	74,87	1166832,0	3196,8	73,53
Потери через ограждения	265355,0	727,0	9,208	183642,5	503,13	6,373
Расход теплоты на сушку	–	6344,9	–	1961583,0	5374,2	–