9 Теплоэнергетические расчеты

9.1 Расчет расхода воды

Расчет расхода воды сводится к определению затрат воды по статьям:

- на технологические нужды;

- на санитарные нужды для мойки полов, оборудования, исходя из норм промышленной санитарии;

- на бытовые нужды (для умывальников, душевых, столовой и прачечной), исходя из норм санитарии и гигиены.

Определяем расход воды на технологические нужды. Количество воды, необходимое для мойки полутуш, определяем по формуле

М_т = 3600*(πd²/4) *υ*τ*n*κ, (9.1)

где М – расход воды в смену, м³/смен.;

d – внутренний диаметр шланга, м;

υ – скорость истечения воды, м/с;

n – число водопроводных точек;

τ – время мойки, ч;

κ – число моек в смену.

М_т = 3600*(3,14*0,008²/4)*1*0,5*1*1 = 0,1 м³/смену.

Расход воды на мойку представлен в таблице 9.1.

Таблица 9.1 – Расчет расхода воды потребного для мойки сырья

Количество сырья, поступающего на мойку, кг	Расход воды, м3
	в час	в смену	в сутки	в год
393,78	0,012	0,1	0,1	31,2

Расход воды на санитарные нужды (на мойку полов, панелей и стен в производственных помещениях) находим с учетом нормативов, установленных для однотипных береговых предприятий в соответствии СанПиН 2.3.4.050 «Предприятия пищевой и перерабатывающей промышленности. Технологические процессы и сырье». Норма расхода воды на промывку полов, панелей и стен составляет от 5 до 10 л/м².

Практически мойку полов и оборудования производят из шлангов. Расход воды в этом случае определяем по формуле (9.1).

Выбираем трубы с внутренним диаметром 8 мм, принимаем скорость истечения воды 1,0 м/с, длительность мойки 15 мин. Мойка производится два раза в смену.

Площадь предприятия составляет 330 м². Число водопроводных точек находим из расчета одна точка на 100 м² площади пола, т.е. для данного цеха необходимо четыре водопроводные точки.

Таким образом

М_с = 3600*(3,14*0,008²/4)*1*4*1/4*2 = 0,36 м³/смен.

Годовой расход воды на санитарные нужды М_сн, м /год, определяем по формуле

М_сн = М_с*N, (9.2)

где М_с - сменный расход воды на санитарные нужды, м/смен.;

N - количество смен в году.

М_сн = 0,36*312= 112,32 м³/год.

В статью «Расход воды на хозяйственно-бытовые нужды» входит расход воды на туалеты, умывальники, мойку полов в рабочих помещениях и конторах, для душевых. Расход воды на хозяйственно-бытовые нужды рассчитываем исходя из норм, установленных для однотипных береговых предприятий в соответствии с СанПиН 2.3.4.050. Результаты расчётов сведены в таблицу 9.2.

Таблица 9.2 - Расход воды на хозяйственно-бытовые нужды

Статья расхода	Норма, л/смена	Количество		Расход воды, м3
		рабочих, чел.	кранов, шт.	в час	в смену	в сутки	в год
На питьевые цели и личную гигиену, 1 чел.	25	8	-	0,025	0,20	0,20	62,4
Душ, на 1 чел.	40	6	-	0,03	0,24	0,24	74,8
Итого	-	-	-	0,055	0,44	0,44	137,2

Суммарный расход воды на единицу готовой продукции М_г, м³/кг, определяем по следующему выражению

М_г = (М_т + М_сх + M_б)/G, (9.3)

где М_т – годовой расход воды, потребляемой всем технологическим оборудованием, м³;

М_б – годовой расход воды на хозяйственно-бытовые нужды, м³;

G – годовой выпуск готовой продукции, кг/год.

Результаты расчета представлены в таблице 9.3.

Таблица 9.2 - Суммарный расход воды на единицу продукции

Годовой расход воды, м3				Годо­вой вы­пуск гото­вой продукции, кг/год	Суммарный расход воды на единицу готовой продукции, м3/кг
На технологическое нужды	на сани­тарные нужды	на хозяйст­венно-бытовые нужды	суммар­ный
31,2	112,3	137,2	280,7	93600	0,000011

9.2 Расчет количества теплоты

Количество теплоты, необходимое для нагревания воды на хозяйственно-бытовые нужды Q_xб, кДж/ч, определяется по формуле

Q_xб = V_воды *ρ_воды *С_воды(t_к - t_н ), (9.4)

где V_воды - расход воды на хозяйственно-бытовые нужды, м³/ч;

ρ_воды - плотность воды, кг/м³. Принимается равной 1000 кг/м³;

С_воды - теплоемкость воды, кДж/(кг·К). Принимается равной 4,19 кДж/(кг·К);

t_к, t_н - конечная и начальная температура воды соответственно, °С.

Конечная температура воды по СНиП 2.04.02 и СНиП 2.04.01 принимается равной от 60 °С до 70 °С. Начальная температура воды для Мурманска принимается равной плюс 8 °С. Расход воды принимаем равным 0,055 м³/ч.

Таким образом

Q_xб = 0,055·1000·4,19·(70 - 8) = 14287,9 кДж/ч.

Количество теплоты, необходимое для отопления предприятия Q_от, кДж/ч, определяют по формуле

Q_от = V·g₀·(t_вн - t_н)·3,6, (9.5)

где V - внутренний объем здания, м³;

g₀ - удельные потери тепла, Вт/(м³·°С). Принимаем удельные потери тепла равными g₀= 0,52 Вт/(м³·°С);

t_вн - температура внутри помещений, °С. Принимаем t_вн = 16 °С;

t_н - наружная температура воздуха, принимаемая равной средней температуре самой холодной пятидневки в г. Мурманске. Согласно климатологическим данным t_н = минус 29 °С.

Таким образом

Q_от = 1221·0,52·(16-(-29))·3,6 = 102857,0 кДж/ч.

Потребление теплоты на нагревание воздуха для вентиляции Q_в, кДж/ч, происходит в течение всего рабочего времени и определяется по формуле

Q_в = V*ρ_в*c*(t_нагр - t_н)*α, (9.6)

где V - внутренний объем здания, м³;

ρ_в - плотность влажного наружного воздуха, кг/м³. Принимаем её равной 1,395 кг/м³;

c - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К). Принимается равной 1 кДж/(кг·К).

t_нагр - температура нагретого воздуха, °С. Согласно нормам составляет от 18 до 26 °С, принимаем t_вн = плюс 20 °С;

t_н - наружная температура воздуха, принимаемая равной средней температуре самой холодной пятидневки в г. Мурманске. Согласно климатологическим данным t_н = минус 29 °С;

α - сменяемость воздуха. Для производственных цехов составляет 1 час.

Таким образом, количество теплоты, необходимое на нагрев воздуха для вентиляции, будет равно

Q_в = 1221·1,395·1·(20-(-29))·1 = 83461,4 кДж/ч.

Результаты расчетов сводим в таблицу 9.4.

Таблица 9.4- Потребное количества теплоты

Статья расхода	Расход теплоты, кДж
	в час	в смену	в сутки	в год
Хозяйственно-бытовые нужды	1785,9	14287,9	14287,9	4457824,8
Отопление	12857,1	102857,0	102857,0	32091384,0
На подогрев воздуха для вентиляции	10432,7	83461,4	83461,4	26039956,8
Итого	25075,7	200336,3	200336,3	62589165,6

Количество теплоты, потребляемое 1 кг готовой продукции g, кДж/ч, рассчитываем по формуле

g = Q/G, (9.7)

где Q - годовое потребление теплоты от ТЭЦ, кДж/год;

G - годовой объем выпускаемой продукции, кг/год.

g =62589165,6/93600= 668,7 кДж/кг.

9.3 Расчет холода

9.3.1 Расчет кондиционера

Кондиционер подбирается исходя их теплопритоков для летнего и зимнего периодов.

Теплоприток через наружные ограждения Q₁ Вт, определяют по выражению

Q₁ = Q_1т + Q_1с, (9.8)

где Q₁ - теплоприток через наружные ограждения, Вт;

Q_1т - теплоприток через ограждения камеры из-за разности температур у ограждения, Вт;

Q_1с - теплоприток через ограждения камеры из-за действия солнечной радиации, Вт.

Теплоприток через ограждения камеры из-за разности температур у ограждения Q_1т, Вт, определяют по выражению

Q_1т = κ·F·(t_н -t_в), (9.9)

где κ - нормативный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м²·К);

F - площадь ограждения, м²;

t_н - температура воздуха с наружной стороны ограждения, °С;

t_в - температура воздуха в камере, °С.

Теплоприток через ограждения камеры из-за действия солнечной радиации Q_lc, Вт, определяем по выражению

Q_lc = κ·F·Δt_c, (9.10)

где Δt_c - избыточная разность температур, возникающая из-за действия солнечной радиации, °С.

Согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» расчетная летняя температура наружного воздуха для г.Мурманск составит 27 ⁰С, зимняя – минус 29 ⁰С

Результаты расчета теплопритоков через наружные ограждения представлен в таблице 9.5.

Таблица 9.5 – Теплоприток через наружные ограждения

Ограждение	tн, °С	tв, °С	tн-tв, °С	Размеры камеры, м			F, м2	κ	Δtc, °C	Q1т, Вт	Qlc, Вт	Ql, Вт
				длина	ширина	высота
Зимний период
Южная стена	16	2	14	3,2	-	3,7	11,8	0,46	-	80,0	-	80,0
Западная стена	16	2	14	5,4	-	3,7	19,9	0,46	-	128,1	-	128,1
Восточная стена	12	2	10	5,4	-	3,7	19,9	0,46	-	91,5	-	91,5
Северная стена	- 29	2	- 31	3,2	-	3,7	11,8	0,46	0	-168,2	0	-168,2
Пол	3	2	1	-	-	-	17,2	0,3	-	5,2	-	5,2
Потолок	-29	2	- 31	-	-	-	17,2	0,39	17,7	-159,9	93,9	-66,0
Итого	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-23,3	93,9	70,6
Летний период
Южная стена	16	2	14	3,2	-	3,7	11,8	0,46	-	80,0	-	80,0
Западная стена	16	2	14	5,4	-	3,7	19,9	0,46	-	128,1	-	128,1
Восточная стена	12	2	10	5,4	-	3,7	19,9	0,46	3,9	91,5	-	91,5
Северная стена	27	2	25	3,2	-	3,7	11,8	0,46	-	135,7	0	135,7
Пол	3	2	1	-	-	-	17,2	0,3	-	5,2	-	5,2
Потолок	27	2	25	-	-	-	17,2	0,39	17,7	129,0	93,9	222,9
Итого	-	-	-	-	-	-	-	-	-	569,5	93,9	663,4

Эксплуатационные теплопритоки Q₂, Вт, определяют по формуле

Q₂ = q₁+q₂+q₃+q₄, (9.11)

где q₁ - теплоприток от пребывания людей, Вт;

q₂ - от работы электрооборудования, Вт;

q₃ - от освещения, Вт;

q₄ - теплоприток при открывании дверей, Вт.

Теплоприток от пребывания людей q₁, Вт, определяется по формуле

q₁ = 350*n, (9.12)

где 350 - тепловыделение одного работающего человека при выполнении работы средней тяжести, Вт/ чел;

n - число работающих в помещении людей, чел.

q₁ = 350*2 = 700 Вт.

Теплоприток от работы электрооборудования q₂, Вт, определяется по формуле

q₂ = 10³*N_эл*η, (9.13)

где N_эл - мощность электродвигателя оборудования, кВт. Ориентировочная мощность электродвигателей оборудования для камер хранения до 200 м² принимаем 2 кВт;

η - коэффициент полезного действия электродвигателя. Для асинхронного двигателя КПД принимается равным от 0,8 до 0,9.

q₂ = 10³*2*0,8 = 1600 Вт.

Теплоприток от освещения q₃, Вт, определяют по формуле

q₃ = A*F_кам, (9.14)

где А - удельный теплоприток от освещения, Вт/м². Принимаем равным 2,3 Вт/м²;

F_кам - площадь камеры, м².

q₃ = 2,3*17,2 = 39,5 Вт.

Теплоприток при открывании дверей в охлаждаемые помещения q₄, Вт, определяют из выражения

q₄ = В* F_кам , (9.15)

где В - удельный теплоприток от соседних помещений через открытые двери, отнесённый к 1 м² площади камеры, Вт/м². При площади до 50 м² удельный теплоприток равен 17,5 Вт/м².

q₄ = 17,5*17,2 = 329,2 Вт.

Подставляя полученные значения в формулу (9.11), получим

Q₂ = 700+1600+39,5+329,2 = 2668,7 Вт.

Полную требуемую производительность кондиционера для зимнего и летного периодов Q₀, Вт, определяем по формуле

Q₀ = Q_l+Q₂. (9.16)

- для летнего периода:

Q₀ = 2668,7+663,4 = 3332,1 Вт.

- для зимнего периода:

Q₀ = 2668,7+70,6 = 2739,3 Вт.

Выбиран кондиционер General AWHZ14L с холодопроизводительностью 3,45 кВт.