4.3 Определение расхода теплоты на сушку

4.3.1. Расход теплоты на начальный прогрев. Расчёт расхода теплоты на начальный прогрев пиломатериалов будем выполнять по формулам (4.9) и (4.10) [3], с. 25:

а) для зимних условий

(4.18)

б) для среднегодовых условий

(4.19)

где ρ_Д – плотность древесины расчётного материала, кг/м³; ρ_Б – базисная плотность древесины расчётного материала, кг/м³; c_(-), c₍₊₎ – удельная теплоёмкость древесины при средней отрицательной и средней положительной температуре, кДж/кг·⁰C; c_Д – удельная теплоёмкость древесины в диапазоне температур от t₀ до t_НП, кДж/кг·⁰C; W_сж – содержание воды, оставшейся в замороженной древесине в жидком состоянии, %; γ – скрытая теплота плавления льда, γ = 335 кДж/кг; t₀ – начальная температура древесины,°С; t_нп – температура начального прогрева, ⁰C.

Определим входящие в них параметры. Базисную плотность древесины сосны находим по таблице 4 [2], с. 214, а плотность при начальной влажности W_н=60% - по рисунку 2.2 [2], c. 69. Получаем:

Значения удельной теплоёмкости c_(-), c₍₊₎ и c_Д определяем по диаграмме на рисунке 2.3 [2], с.73. Начальную температуру замороженной древесины при выполнении расчётов для зимних условий принимаем t₀=-20⁰C. Значение начальной температуры для среднегодовых условий принимаем по приложению 7 [3], с. 94 в зависимости от региона, в котором планируется строительство цеха. Данный цех планируется строить в Брестской области, поэтому начальную температуру для среднегодовых условий принимаем t₀=7,3⁰C. Температура начального прогрева была определена в подразделе 2.2 (таблица 2.4) t_нп=60⁰C. При этом среднее значение температуры древесины рассчитываем по формулам: при определении c_(-) – t= t₀/2 = -20/2 = -10 ⁰C; при определении c₍₊₎ – t= t_НП /2 = 60/2 = 30⁰C; при определении c_Д - t= (t₀+t_НП)/2 = (7,3+60)/2 = 33,65⁰C. Тогда из диаграммы получаем:

с_(-)=2,18 кДж/(кг· ⁰C); c₍₊₎ =2,8 кДж/(кг·⁰C); c_Д = 2,84 кДж/(кг· ⁰C);

По таблице 5 приложения [2], с. 214 для t₀=-20⁰C определяем содержание воды, оставшейся в замороженной древесине в жидком состоянии W_СЖ = 18 %.

Рассчитываем расход теплоты на начальный прогрев 1 м³ пиломатериалов:

а) для зимних условий

б) для среднегодовых условий

В подразделе 4.1 был выполнен расчёт массы влаги, испаряемой из 1 м³ пиломатериалов, принимаем полученное ранее значение:

Удельный расход теплоты при начальном прогреве, отнесённый к 1 кг испаряемой влаги, для зимних и среднегодовых условий, рассчитываем по формуле (4.11) [3], с. 26:

(4.20)

Подставляя соответствующие значения, получим:

Определяем секундный расход теплоты на начальный прогрев только для зимних условий по формуле (4.12):

(4.21)

Рассчитываем секундный расход теплоты на начальный прогрев:

4.3.2. Расход теплоты на испарение влаги. Удельный расход теплоты на испарение 1 кг влаги определяем для зимних и среднегодовых условий, используя формулу (4.13) [3], с. 26:

(4.22)

где I₀, d₀ – энтальпия и влагосодержание свежего воздуха, поступающего в сушильную камеру во время сушки, кДж/кг, г/кг; c^’ – удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг·⁰C); t_м – температура смоченного термометра психрометра для режима сушки расчётного материала, ⁰C.

Значения энтальпии и влагосодержания воздуха, поступающего в сушильную камеру, зависят от принятого места их расположения, а также от сезона. В данном случае камеры находятся в неотапливаемом помещении, поэтому принимаем для зимних условий I₀=-3,3 кДж/кг, d₀=2,7 г/кг, для среднегодовых условий – I₀=7,3 кДж/кг, d₀=5,1 г/кг, удельная теплоёмкость воды c^’=4,19 кДж/(кг·⁰C). Температуру смоченного

термометра определяем, используя данные таблицы 2.3:

(4.23)

Подставляя численные значения, определяем удельный расход теплоты на испарение 1 кг влаги, в данном случае для зимних и для среднегодовых условий он будет равен:

Расход теплоты на испарение влаги из 1 м³ расчётного материала определяем для зимних и среднегодовых условий по формуле (4.14) [3], с. 27:

(4.24)

Расход теплоты в единицу времени на испарение влаги также рассчитываем для зимних и среднегодовых условий по формуле (4.15) [3], с. 27:

(4.25)

Расчётную массу испаряемой влаги мы получили в подразделе 4.1, принимая полученное ранее значение, получим:

4.3.3. Тепловые потери через ограждения. Тепловые потери через ограждения сушилки в единицу времени определяем, используя равенство (4.16) [3], с. 27:

(4.26)

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

Эскиз внутреннего объёма камеры приведём на рисунке 4.1.

Сушильные камеры 2AS-10×2B – модульно-блочные. Учитывая это, принимаем конструкцию и размеры элементов ограждений, показанных на рисунке 4.2.

Рассчитаем площади ограждений определённого вида:

- боковая стена

- торцовая стена со стороны дверей

L_к, H_к, B_к – длина, ширина и высота внутреннего объёма камеры, м;

H_д – ширина и высота дверей, м.

Рисунок 4.1 - Внутренний объём сушильной камеры

1 – теплоизоляционный материал (минеральная вата);

2 – листовой алюминий.

Рисунок 4.2 - Конструкция элементов ограждения

- торцовая стена со стороны коридора управления

- дверь

- перекрытие

- пол

Коэффициент теплопередачи всех видов ограждений:

(4.27)

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

Необходимые для расчёта значения коэффициента теплопроводности материалов, из которых будут сделаны ограждения, определяем по приложению 9 [3], с. 95. Коэффициент теплообмена внутренних и наружных поверхностей ограждений принимаем в соответствии с рекомендациями [3], с. 28. Значения всех параметров сводим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Расчёт коэффициента теплопередачи

Вид ограждений	Материал	Толщина слоя, мм	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м2∙°С)	Коэффициент теплообмена поверхности, Вт/(м2∙°С)
				внутренней	наружной
Боковая и торцовая стены, дверь, перекрытие	Листовой алюминий Минеральная вата	1,1×2 140	240 0,070	25 25	12 12

Рассчитываем коэффициент теплопередачи для всех видов ограждений:

– боковая стена, торцовые стены, дверь, перекрытие

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

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

Расчётную температуру наружного воздуха по отношению к камере, установленной в неотапливаемом помещении, принимаем равной t₀=-20⁰C для зимних, t₀=7,3⁰C для среднегодовых условий. При расчёте теплопотерь через пол наружную температуру принимают для зимних условий t₀=2⁰C, для среднегодовых - t₀ =10⁰C.

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

Рассчитываем величину теплопотерь через все виды ограждений:

- боковая стена

- торцовая стена со стороны дверей

- торцовая стена со стороны коридора управления

- дверь

- перекрытие

- пол

Таблица 4.3 - Тепловые потери через ограждения камеры

Наименование ограждений	Площадь, м2	Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙°С)	Температура, °С		Теплопотери, кВт
			средняя в камере	наружная	Qогр.i	ΣQогр.
Зимние условия
Боковая стена	18,18	0,471	53,95	-20	0,633	10,89
Торцовая стена со стороны дверей	21,0	0,471			0,731
Торцовая стена со стороны коридора управления	75,6	0,471			2,633
Дверь	54,6	0,471			1,902
Перекрытие	106,05	0,471			3,693
Пол	106,05	0,2355			1,297
Среднегодовые условия
Боковая стена	18,18	0,471	53,95	7,3	0,399	7,149
Торцовая стена со стороны дверей	21,0	0,471			0,461
Торцовая стена со стороны коридора управления	75,6	0,471			1,661
Дверь	54,6	0,471			1,200
Перекрытие	106,05	0,471			2,330
Пол	106,05	0,2355			1,098

Суммарные тепловые потери через ограждения сушилки составят:

- для зимних условий

_{- для среднегодовых условий}

Результаты расчётов сводим в таблицу 4.3.

Определяем удельный расход теплоты на потери через ограждения в пересчёте на 1 кг испаряемой влаги для зимних и среднегодовых условий по формуле (4.18) [3], с. 30:

(4.28)

Масса влаги, испаряемой в камере за 1 с, была рассчитана выше. Принимая полученные ранее значения, получим:

В пересчёте на 1 м³ расчётных пиломатериалов тепловые потери через ограждения рассчитываем по формуле (4.19) [3], с. 30:

(4.29)

Подставляя, получаем:

4.3.4. Суммарный расход теплоты. Определение суммарного удельного расхода теплоты на сушку производим для зимних и среднегодовых условий. Для этого используем формулу (4.20) [3], с. 30:

(4.30)

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

Так как камера 2AS-10×2B оборудована автопогрузчиком, то принимаем C₁=1,1.

Подставляя соответствующие численные значения для зимних и среднегодовых условий, получим:

Расход теплоты на 1 м³ расчётного материала определяем только для среднегодовых условий по формуле (4.21) [3], с. 31:

(4.31)

Результаты расчёта расхода теплоты на сушку обобщаем в таблицу 4.4.

Таблица 4.4 - Расход теплоты на сушку

Статья расхода теплоты	Зимние условия			Среднегодовые условия
	На 1 м3 древесины, кДж/м3	На 1 кг испаряемой влаги, кДж/м3	За 1 с, кВт	На 1 м3 древесины, кДж/м3	На 1 кг испаряемой влаги, кДж/м3	За 1 с, кВт
Прогрев материала	201289,2	998,5	486,4	100576,9	498,9	-
Испарение влаги	626189,8	3106,1	164,6	620020,8	3075,5	163,0
Потери через ограждения	74511,4	369,6	10,89	48908,2	242,6	7,149
Расход теплоты на сушку	-	4921,6	-	846457,9	4198,7	-