Вентиляція виробничих приміщень. Опалення цехів

 

Основним заходом з оздоровлення повітря робочої зони є вентиляція. Розрахунок механічної вентиляції виробничого приміщення здійснюють за різними принципами [3, 5, 20, 21, 24]. Найбільш поширеними в машинобудуванні є розрахунки по виділенню теплових надлишків (приклад 1) та по кількості робітників в приміщенні (приклад 2). Розрахунок місцевої витяжної вентиляції докладно наведено у літературі [4, 7, 18, 19, 20, 23, 24] та у прикладах 3-9. Кондиціонування повітря розглянуто у літературі [20].

Приклад 1. Розрахувати необхідний повітрообмін механічного цеху. У цеху встановлене устаткування, загальна потужність якого 170 кВт, середня потужність одного електродвигуна не перевищує 10 кВт. Коефіцієнт завантаження електродвигунів – не менш 0,8. У цеху працюють 60 чоловік, категорія робіт з важкості – IIб (вага деталі не перевищує 10 кг). Приміщення освітлюється 20 лампами потужністю 700 Вт, висота приміщення 7 м. Розрахунок зробити для періоду року із середньою температурою -10^оС.

Розв’язання. Розрахунок вентиляції механічного цеху необхідно робити по виділенню теплових надлишків, тому що в місцях виділення шкідливих речовин повинна бути організована система місцевої вентиляції. Кількість повітря, яку необхідно подавати вентиляцією, м³/с, визначають за формулою:

 

                                     (5.1)

 

де Q – кількість теплоти, яка виділяється всіма джерелами, кВт;

t_вид, t_над – температура повітря, що видаляється та надходить, ^оС;

 – густина повітря при температурі t_пр, кг/м³;

С – теплоємність повітря при температурі t_над, кДж/(кг∙К).

Властивості повітря залежно від його температури t_над визначають за даними табл. 5.1. За температуру повітря, що надходить, приймають середнє значення температур повітря для розглянутого періоду року.

 

 

Таблиця 5.1 – Фізичні властивості повітря

Температура, оС	Теплоємність, кДж/(кг∙К)	Густина, кг/м3
- 20	1,009	1,395
- 10	1,009	1,342
0	1,005	1,293
10	1,005	1,247
20	1,005	1,205
30	1,005	1,165
40	1,005	1,128

 

Температуру повітря, що видаляється з приміщення, визначають відповідно до необхідного значення температури робочої зони:

 

                                  (5.2)

 

де t _р.з – температура повітря робочої зони, ^оС (вибирають відповідно до вимог ДСН 3.3.6.042–99 та ГОСТ 12.1.005–88 залежно від категорії робіт з важкості й періоду року по табл. Б.1 додатка Б);

Н – висота приміщення, м;

– градієнт збільшення температури по висоті (приймає значення в інтервалі 0,5 - 1,5), ^оС/м.

Якщо категорії робіт з важкості невідома, визначення Ії здійснюють за допомогою табл. Б.3 додатка Б.

Температура повітря робочої зони, відповідно до вимог ДСН 3.3.6.042–99 та ГОСТ 12.1.005–88 для категорії робіт з важкості IIб для холодного періоду року (середня температура повітря - 10^оС) становить 18^оС. Тоді температура повітря, що видаляється з приміщення, становить:

 

 

Властивості повітря, що надходить, при температурі - 10^оС визначаємо за даними табл. 5.1:

.

 

Основними джерелами виділення тепла в механічних цехах є [4]:

- тепловиділення обладнання;

- тепловиділення від ламп штучного висвітлення;

- тепловиділення від працюючих людей;

- тепловиділення від сонячної радіації.

Тепловиділення від обладнання, кВт, залежать від потужності встановлених електродвигунів, ступеня її використання, умов роботи обладнання і визначаються за формулою

                                 (5.3)

 

де N – номінальна потужність електродвигунів, кВт;

k_заг – коефіцієнт завантаження електродвигунів (0,5 – 0,8);

k_од – коефіцієнт одночасної роботи (0,5 – 1,0);

– коефіцієнт корисної дії при даному завантаженні.

Коефіцієнт корисної дії при даному завантаженні визначається за формулою

 

                                             (5.4)

 

K_п – поправочний коефіцієнт, що враховує повноту завантаження (при коефіцієнті завантаження, більшому або рівному 0,8, поправочний коефіцієнт дорівнює 1, при менших значеннях визначається за каталогами);

- коефіцієнт корисної дії електродвигуна при повному навантаженні, визначається за каталогами або за даними табл. 5.2.

Кількість тепла, що виділяється від верстатів, визначається за формулами (5.3), (5.4) і даним табл. 5.2:

 

 

Таблиця 5.2 – Залежність коефіцієнта корисної дії електродвигуна від його номінальної потужності, кВт

N	Менше 0,5	0,5...5	5...10	10...28	28...50	Більше 50
	0,75	0,84	0,85	0,88	0,9	0,92

 

Кількість тепла, що виділяється від працюючих людей, Вт, визначають за формулою:

 

                                                  (5.5)

 

де q – тепловиділення однієї людини, Вт/люд.;

n – кількість працюючих людей, люд.

Тепловиділення однієї людини приймаємо рівним 80 Вт. Тоді кількість тепла, що виділяється працюючими людьми, становить:

 

Q = 60 * 80 =4800 Вт

 

Кількість тепла, що виділяється джерелами штучного освітлення, Вт, визначають за формулою:

 

                                                (5.6)

 

де Р – потужність ламп із урахуванням їх кількості, Вт;

Е – коефіцієнт, що враховує втрати тепла (0,55).

Кількість тепла, що виділяється джерелами штучного освітлення, відповідно дорівнює:

 

 

Тепловиділення від сонячної радіації, Вт, визначають за формулою:

 

                                         (5.7)

 

де m – кількість вікон;

S – площа одного вікна, м²;

k – коефіцієнт, що враховує скління віконних прорізів (для подвійного скління дорівнює 0,6);

Q_c – тепло, що надходить від одного вікна, Вт/м².

У нашому випадку виділеннями тепла від сонячної радіації (холодний період року) ми можемо зневажити.

Кількість повітря, яке необхідно подавати вентиляцією, визначається за формулою (5.1)

 

 

Розрахована система вентиляції забезпечить виконання нормативних вимог з якості повітря робочої зони.

 

Приклад 2. На пульті керування (приміщення, де відсутні джерела виділення шкідливостей) працюють одночасно 4 оператора. Робота пов’язана з використанням ПЕОМ. Розміри приміщення: А = 6 м, В = 3 м, Н = 3,2 м, устаткування займає 15 % об’єму. Визначити найменшу необхідну кількість повітря для вентиляції.

Розв’язання. Для приміщень, в яких відсутні виділення шкідливостей, розрахунок вентиляції здійснюється залежно від кількості працюючих. Необхідна кількість повітря (м³/год.), яка забезпечує відповідність параметрів повітря робочої зони нормованим значенням, визначається за наступною формулою:

 

L = L′ ∙ N,                                                  (5.8)

 

де L′ – нормативна кількість повітря на одного працюючого, яка залежить від питомого об’єму приміщення, м³/(год.∙люд.);

N – кількість працюючих.

Питомий об’єм приміщення V_n, (м³/люд.), визначається за формулою:

 

V_n = V / N,                                                (5.9)

 

де V – об’єм приміщення, м³.

Величина нормативної кількості повітря на одного працюючого L′ визначається за таблицею Б.5 додатка Б.

Визначаємо вільний об’єм приміщення:

 

V = A∙B∙H∙0,85 = 6∙3∙3,2∙0,85 = 49 м³.

 

Питомий вільний об’єм складає:

 

V′ = V / N = 49 / 4 = 12,2 м³ /люд. < 20 м³/люд.

 

Нормована кількість повітря на одну людину за табл. Б.5 при V′ < 20 м³/люд. становить 30 м³/(год.∙люд.).

Найменша необхідна кількість повітря для вентиляції:

 

L = L′∙ N = 30∙4 = 120 м³/год.

 

Розрахована система вентиляції забезпечить виконання нормативних вимог з якості повітря робочої зони.

 

Приклад 3. Робоче місце електрозварника необхідно обладнати витяжним зонтом прямокутної форми, відкритим з трьох сторін. Довжина зони шкідливих виділень 0,44 м, висота розташування зонта над деталями, що зварюється, 0,7 м. Визначити розміри зонта та кількість повітря, що буде ним видалятися.

Розв'язання. Габарити зонта приймають, враховуючи літературні данні [21]. Висота підвісу зонта від рівня підлоги приймається 1,6 – 1,8 м. Для надійної роботи зонта вертикальна відстань між кромкою зонта і поверхнею джерела шкідливостей h повинна бути мінімальною. Розміри прямокутного зонта у плані визначаються за виразами:

 

 

де A, В – довжина та ширина зонта, м;

а і b – довжина та ширина джерела надходжень шкідливостей.

При цьому повинна виконуватися умова –

Знаходимо розміри більшої та меншої сторони зонта:

 

 

Кут розкриття зонта слід приймати не більше 60° (у такому випадку осьова швидкість у нижньому перерізі зонта близька до середньої швидкості по всьому перерізу). Приймаємо: висота підвісу зонта 1,7 м, кут розкриття зонта 60°, діаметр витяжної труби 0,3 м, висота борта 0,1 м.

Повну висоту зонта, м, визначають за формулою:

 

 

де D – діаметр витяжної труби, м;

h_Б – висота борту (приймається 0,1 – 0,3 м), м;.

 – кут розкриття зонта.

Знаходимо повну висоту зонта:

 

 

Кількість повітря (м³/год.), що видаляється відсмоктуючим пристроєм, може бути розрахована за формулою:

 

                                     (5.10)

 

де S – площа розрахункового перерізу, м²;

 – середня швидкість повітря у розрахунковому перерізі, м/с.

При використанні витяжного зонта за площу розрахункового перерізу приймають добуток периметра зонта 2(А+В) на його відстань від джерела виділення шкідливості h. Значення середній швидкості повітря у розрахунковому перерізі зонта приймають [5]:

– для токсичних виділень: 1,25 – 1,05 м/с для зонта відкритого з чотирьох боків; 1,05 – 0,9 м/с для зонта відкритого з трьох боків; 0,9 – 0,75 м/с для зонта відкритого з двох боків; 0,7 – 0,5 м/с для зонта відкритого з одного боку;

– для нетоксичних виділень: 0,15 – 0,25 м/с.

Визначаємо площу розрахункового перерізу:

 

 

Приймаємо середню швидкість повітря у розрахунковому перерізі зонта 1,0 м/с – токсичні виділення та зонт, відкритий з трьох боків.

Визначаємо кількість повітря, що буде видалятися витяжним зонтом, за формулою (5.10):

 

.

Використання розрахованого витяжного зонта прямокутної форми, відкритим з трьох сторін забезпечить виконання нормативних вимог.

Приклад 4. Визначити кількість повітря, що буде видалятися витяжним зонтом прямокутної форми, відкритим з однією сторони. Розміри зонта: довжина 1,5 м, ширина 0,8 м. При роботі виділяються шкідливі гази та пари.

Розв'язання. Приймаємо середню швидкість повітря у розрахунковому перерізі зонта згідно рекомендацій [5] для зонта відкритого з одного боку при виділенні токсичних виділень рівної 0,6 м/с.

Визначаємо кількість повітря, що буде видалятися витяжним зонтом, за формулою (5.10):

 

.

Розрахована кількість повітря забезпечить виконання нормативних вимог до повітря робочої зони.

 

Приклад 5. Визначити об'єм повітря, що вилучається від кожуху універсального заточувального верстата. Діаметр круга 140 мм, площа поперечного перерізу 0,0095 м², колова швидкість обертання 30 м/с. Напрям пилового факелу безпосередньо в отвір кожуха.

Розв'язання. Фасонні місцеві відсмоктувачі (кожухи), встановлюються на пристроях, робота, яких супроводжується виділенням пилу, дрібних стружок і т. п. [20, 21]. Кількість повітря L₁, у м³/год., що вилучається від шліфувальних, заточувальних та полірувальних верстатів, визначається за формулою (5.10) з урахуванням площі поперечного перерізу отвору кожуха та швидкості у повітроприймачі отвору.

Швидкість у повітроприймачі отвору приймається:

– при направленні пилового факелу безпосередньо в отвір кожуха ;

– при направленні пилового факелу уздовж отвору .

Крім того, кількість повітря, що вилучається від шліфувальних, заточувальних верстатів визначається за формулою відповідно табл. 5.3.

 

Таблиця 5.3 – Формули для розрахунку кількості повітря, що вилучається від кожухів верстатів (м³/год.)

Умови використання	Формула для розрахунку

Примітка: d_к – діаметр робочого кругу, мм.

 

За необхідну кількість повітря приймається більша з величин L₁ або L₂.

У нашому випадку при направленні пилового факелу безпосередньо в отвір кожуха швидкість у повітроприймачі отвору складає:

 

 

Кількість повітря, що вилучається від кожуха заточувального верстата за формулою (5.10) складає:

                 

 

За формулою згідно табл. 5.3 при діаметр робочого кругу 140 мм визначаємо об'єм повітря для заточувального верстату з абразивним кругом:

 

 

Отже, приймаємо для заточувального верстата з абразивним кругом кількість повітря 280 м³/год. (більше значення).

Швидкість руху повітря у повітроводі (круглого перерізу) визначають за формулою:

 

                      (5.11)

 

 

У повітроводі з діаметром 110 мм за формулою (5.11) швидкість руху повітря складає 8 м/с.

Приклад 6. Розрахувати систему пневматичного видалення пилу і стружки від 10 шліфувальних верстатів (діаметр кола – 150 мм, колова швидкість – 25 м/с), на яких здійснюється тонке шліфування виробів зі сталі. Пиловий факел безпосередньо спрямований в отвір кожуха (діаметр отвору 50 мм). Передбачити очищення вентиляційного повітря на циклонах і фільтрах з лавсану.

Розв'язання. Швидкість повітря в всмоктувальному отворі кожуха при напрямку пилового факелу безпосередньо в отвір дорівнює:

 

 

Площа перерізу отвору повітроводу дорівнює

 

 

Кількість повітря, що необхідне для видалення пилу і стружки, за формулою (5.10):

 

 

Кількість повітря, що необхідне для видалення пилу і стружки, за формулою згідно табл. 5.3 при діаметр робочого кругу 150 мм :

 

 

Приймаємо більшу величину – 300 м³/год.

Тонке шліфування супроводжуються виділенням 25 – 50 г/год. пилу [11], приймаємо для розрахунку 50 г/год.

Сумарна кількість стружки і пилу, що утвориться при обробці матеріалів одночасно на декількох верстатах визначають за формулою

 

 

де G_i – кількість стружки і пилу, що утвориться при роботі одного верстата, г/год.;

n – кількість верстатів;

 – коефіцієнт, що враховує одночасну роботу верстатів (0,5 – 0,7, зі збільшенням кількості верстатів він зменшується) [11].

Сумарна кількість стружки і пилу, що утворюється при обробці матеріалу складає:

 

 

Кількість пилу, що надходить після циклона, (кг/год.) визначають за формулою:

 

 

де G_сум – сумарна маса пилу і стружки, що утворюється, кг/год.;

 – коефіцієнт ефективності роботи циклона (приймають 0,8 – 0,95) [11].

Кількість пилу, що надходить після циклону на фільтр, складає:

 

 

Кількість пилу, що надходить у повітря після фільтра, визначають за формулою

 

 

де – коефіцієнт ефективності роботи фільтра (приймають 0,9 – 0,995) [11].

Кількість пилу, що надходить після фільтра, визначаємо складає

 

 

Для перевірки ефективності уловлювання пилу і стружки потрібно розрахувати концентрацію пилу в повітрі після очищення та порівняти Ії з гранично допустимою концентрацією (табл. Б.2 додатку Б). Умова ефективного очищення повітря: .

Концентрацію пилу в повітрі після очищення на фільтрі, мг/м³, розраховують за формулою:

 

 ,                                          (5.12)

 

де G_пр – кількість пилу, що надходить у повітря після очищення на фільтрі, кг/год.;

L – витрата повітря, м³/год.

Концентрація пилу в повітрі після очищення складає:

 

 

Концентрація пилу перевищує гранично допустиму концентрацію пилу в повітрі робочої зони (за таблицею Б.2 ГПК = 6 мг/м³), тому виникає необхідність в установці другого ступеня очищення повітря на фільтрі. Кількість пилу, що надходить після 2-го ступеня очищення, визначаємо з урахуванням того, що коефіцієнт ефективності роботи фільтра на 2-й ступені завжди більше (наприклад 0,95):

 

 

Концентрація пилу в повітрі 2-го ступеня очищення складає:

 

 

Концентрація пилу в повітрі після 2-го ступеня очищення не перевищує гранично припустиму концентрацію пилу в повітрі робочої зони, тобто умова безпеки виконується.

Рекомендації по перевірки умов нормальної роботи фільтра наведено у [11]. Умова нормальної роботи фільтра на першій стадії виконується, на другій – ні. Для виконання умови очищення другого фільтра можна проводити рідше. Розрахована система видалення стружки і пилу забезпечує виконання нормативних вимог.

Приклад 7. Визначити об'єм повітря, що вилучається від камери з боковим відсмоктуванням повітря, в якої здійснюється ручне фарбування деталей. Площа прорізів камери 1,4 м². Для фарбування виконують пневматичне ручне розпилення з використанням розчинників 2 класу небезпеки.

Розв'язання. Спеціальні кабіни і камери застосовують при фарбуванні деталей машин. Кратність обміну повітря в них повинна бути 30 – 100 год.^-1 залежно від виду розчинників фарб.

Повітрообмін при ручному фарбуванні в камерах з боковим відсмоктуванням повітря розраховують за формулою (5.10). При цьому за площу розрахункового перерізу приймаємо сумарну площу прорізів камери, а швидкість всмоктування повітря в робочому прорізі камери вибираємо за даними табл. 5.4 залежно від метода нанесення фарби та класу небезпеки розчинників фарб.

 

Таблиця 5.4 – Швидкості всмоктування повітря в прорізах фарбувальних камер [11]

Метод нанесення	Класи небезпеки	Розрахункова швидкість, м/с
Кистю	2 та 3	1
	4	0,5
Пневматичне ручне розпилення	1	1,3
	2 та 3	1
	4	0,7
Пневматичне автоматичне розпилення	1 – 4	0,4
Безповітряне розпилення	1 – 3	0,7
	4	0,6
Ручне електророзпилення	1 – 4	0,4 – 0,5

 

У нашому випадку швидкість приймаємо 1 м/с, тоді повітрообмін складає:

 

 

Інші випадки проведення робіт з фарбування деталей докладно розглянути у [11].

 

Приклад 8. Визначити об'єм повітря, що вилучається з робочої зони при проведенні паяльних робіт. Довжина частини стержня паяльника, що виступає, складає 15 см.

Розв'язання. При паяльних роботах застосовують вбудовані забірники. Вбудовані в інструмент (паяльники) забірники можуть бути кільцевими або верхніми. Верхній забірник являє собою металеву трубку, забірний отвір якої розташований над кінцем паяльного стержня. Кількість повітря, що виводиться від паяльника при діаметрі стержня до 6 мм, становить 3 м³/год. Приєднання відсмоктувача до інструмента забезпечує максимально можливе наближення всмоктуючого отвору до зони шкідливих виділень. Це дає змогу зменшити витрати на вентиляцію у 9 разів.

Для кільцевого відсмоктувача паяльника необхідну кількість повітря, м³/год., визначають за формулою:

 

 

де  – довжина частини стержня паяльника, що виступає за кільцевий отвір, м;

 – швидкість повітряного потоку біля кінця стержня (приймають не менше 0,3), м/с.

Необхідна кількість повітря складає:

 

 

Розрахована система видалення шкідливих відділень забезпечує виконання нормативних вимог.

 

Приклад 9. Розрахувати вентиляційну систему місцевих витяжних відсмоктувачів для ділянки механічного цеху, на якій розташовано два шліфувальних та один фрезерний верстати. Кількість повітря, яке потрібно видаляти від кожного шліфувального верстату складає 2000 м³/год., від фрезерного верстату – 1000 м³/год. Повітря, що видаляється, піддається сухому очищенню в пиловловлюючому пристрої – циклоні ЦН-15.

Розв'язання. Розрахунок місцевої витяжної вентиляції здійснюють за наступною методикою [4, 5, 24].

1 Визначення конструкції місцевих відсмоктувачів, виходячи зі специфіки технологічного процесу й виробничого устаткування. Основні принципи вибору конструкцію відсмоктувачів: максимальне укриття джерел шкідливості; використання природного руху шкідливостей; лінія руху забрудненого повітря не повинна проходити через зону дихання робітника. Для вибору конструкції можна використовувати дані, які наведені в табл. 5.5.

2 Визначення кількості повітря, які потрібно видаляти від кожного місцевого відсмоктувача. Ці величини може бути взяти з довідкових даних або визначенні розрахунками (приклади 3–8).

3 Визначення структури й просторового розташування вентиляційної мережі з розподілом її на окремі ділянки. Виконання схеми вентиляційної мережі з вказівкою елементів, що входять до складу вентиляційної мережі, номерів ділянок мережі та їх довжини.

4 Призначення швидкості руху повітря у повітроводах на всіх ділянках вентиляційної мережі. При переміщенні повітря, що не містить твердих часток (пилу), його швидкість у повітроводі може бути призначена в межах 6 – 12 м/с. Швидкість руху повітря в трубопроводах пиловідсмоктуючих установок повинна знаходитися у межах 15 – 20 м/с. На кінцевих ділянках трубопроводів значення швидкості приймають близькими до мінімального з наступним збільшенням на 0,5 – 1,5 м/с [4, 24].

5 Визначення діаметрів повітроводів, м, на всіх ділянках за формулою

 

                         (5.13)

 

де L – витрата повітря на відповідній ділянці, м³/год.;

 – швидкість руху повітря, м/с.

Для подальших розрахунків приймається найближчий діаметр із наявних стандартних: 100, 110. 125, 140. 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 335, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1500 мм (стандартні діаметри наведено на рис. 5.1).

6 Перерахування швидкості руху повітря  на ділянках вентиляційної мережі з урахуванням результатів підбора діаметрів повітроводів за формулою (5.11).

Таблиця 5.5 – Область використання відсмоктуючих пристроїв

Пристрій	Область використання (приклади розрахунків)
Відсмоктуючи відкритого типу
Витяжні зонти	Для уловлювання потоків шкідливих речовин, які направлені вгору: джерело утворення пилу, парів та газів переміщується по площі робочого місця, як в горизонтальній, так вертикальній площинах (приклади розрахунків 18 та 19)
Всмоктувальні панелі	Для локалізації шкідливих виділень, які захоплюються конвективними струменями, коли більш повне укриття джерела виділень неможливе згідно умов технологічного процесу. Панелі розташовують збоку від джерела шкідливих виділень вертикально або похило (приклади розрахунків 20 – 22)
Бортові відсмоктувачі	Застосовуються для вилучення шкідливих виділені. з поверхні розчинів, коли за умов проходження технологічного процесу неможлива встановлення повного накриття. Особливо широке застосування отримали для обладнання ванн (гальванічні, травильні) та інших ємкостей з токсичними рідинами. Бортові відсмоктувачі є різних конструкцій: одно- та двобортові, бортові з передувом і перевернуті (приклади розрахунків 23 – 25)
Отворі	Місцеві відсмоктувачі у вигляді прямокутних або круглих отворів зви­чайно установлюють при паянні, зварюванні тощо. Розрізнюють від­смоктувачі з приймальними отворами у вертикальній панелі, у площині стола і над столом (приклади розрахунків 26 та 27)
Відсмоктуючи закритого типу
Витяжні шафи	Представляють собою укриття з робочим отвором Витяжні шафи бувають різної конструкції: з верхнім, нижнім та комбінованим вилученням повітря (приклади розрахунків 28 – 31)
Кожух	Кожухи встановлюють на заточувальних та шліфувальних верстатах з абразивними кругами, на фрезерних та токарних верстатах при обробці крихких матеріалів (приклади розрахунків 32, 33)
Камери або кабіни	Відгороджені частини приміщення з посиленою вентиляцією, в яких проводяться операції, при яких інтенсивно виділяються шкідливі речовини (фарбування де­талей) (приклад розрахунків 34)
Вбудовані відсмоктувачі	Вбудовані забірники застосовують при паяльних зварювальних та інших ро­ботах. Вбудовані в інструмент забірники можуть бути кільцевими або верхніми (приклад розрахунків 35)

 

 

 

 

R – втрати тиску у повітроводах вентиляційної мережі, Па/м;
L – об’єм повітря, що видаляється, за одиницю часу, м³/год;
v – швидкість руху повітря, м/с; d – діаметр повітроводів
вентиляційної мережі, мм

 

Рисунок 5.1 – Номограма для визначення параметрів повітроводів

7 Визначення втрати тиску у вентиляційній мережі. Сумарні втрати тиску ∑Р, Па, на ділянці повітроводу визначають за формулою:

 

                                    (5.14)

54

де Р_тр – втрати тиску на тертя, Па;

Р_м – втрати тиску на місцеві опори, Па.

Величина втрати тиску на тертя, Па, може бути знайдена за формулою:

 

                                           (5.15)

 

де R – втрати тиску на тертя на один погонний метр повітроводу (визначають за номограмою – рис. 5.1), Па/м;

– довжина ділянки повітроводу, м.

 

Величина втрати тиску на місцеві опори, Па, може бути визначена з урахуванням усіх можливих опорів за формулою:

 

 

де ξ_м – коефіцієнт місцевого опору визначається за довідковими даними (значення деяких місцевих опорів наведені в табл. 5.6);

 – швидкість руху повітря, м/с;

ρ – густина повітря (для розрахунків приймається 1,2 кг/м³), кг/м³.

8 Перерахунок продуктивності вентилятору з урахуванням витоків чи підсмоктування повітря в повітропроводах:

 

                                     (5.16)

 

де k – коефіцієнт, що враховує витоки або підсмоктування повітря (для сталевих, азбоцементних та пластикових повітропроводів довжиною до 50 м приймають 1,1, а в інших випадках – 1,15);

∑L – розрахункова загальна кількість повітря для вентиляції, м³/год.

9 Знаючи загальну витрату повітря вентиляційної мережі ∑L_В, м³/год. і втрати тиску в мережі ∑Р, Па, за графічними характеристиками (номограмами які наведені на сторінках 69 – 74 [20]) обирають вентилятор і розраховують потужність електродвигуна вентилятора, N, кВт, за формулою:

 

                                            (5.17)

 

де ∑L_В – загальна витрата повітря вентиляційної мережі, м³/год.;

∑Р – сумарні втрати тиску у вентиляційній мережі, Па;

η_в – ККД вентилятора, обирається за графічними характеристиками – номограмами [20].

Вибір типу електродвигуна для обраного вентилятору здійснюють за допомогою таблиць, які наведені у таблицях на сторінках 75 – 78 [20].

 

Таблиця 5.6 – Коефіцієнти місцевого опору для деяких конструкцій
місцевих витяжних відсмоктувачів

Конструкція витяжного відсмоктувача	ξ
Витяжний зонт (звичайний)	0,4...0,6
Захисний кожух верстата	1,2...1,5
Бічна панель	0,5…0,8
Кільцевий відсмоктувач	1,4
Бортовий відсмоктувач	0,8...1,2
Вхід у трубу d = 100 мм	0,3...0,5
Вхід у циклон	0,2
Циклон	4...6
Дуга 90° п’ятисегментна	0,2
Дифузор (перехід до більшого діаметру)	0,44

 

Зробимо розрахунок вентиляційної системи для ділянки механічного цеху.

Вибираємо конструкцію місцевого відсмоктувача для джерел виділення пилу (табл. 5.5): для шліфувальних верстатів – кожухи, для фрезерного верстату – витяжний зонт.

Кількість повітря, що видаляється від кожного місцевого відсмоктувача, відома (умови прикладу).

Визначаємо структуру вентиляційної мережі й кількість повітря, що проходить кожною ділянкою вентиляційної мережі. Схема вентиляційної мережі зображена на рис. 5.2.

 

 

1 – кожух; 2 – витяжний зонт; 3 – циклон ЦН-15;

 4 – відцентровий вентилятор;

I, II, III, IV, V, VI – ділянки вентиляційної мережі

 

Рисунок 5.2 – Схема вентиляційної мережі

 

Кількість повітря на ділянці, де відбувається об’єднання вентиляційних потоків, визначається простим підсумовуванням. Так на ділянках I і II проходить по 2000 м³/год., на ділянці III протікає 4000 м³/год., на ділянці IV протікає 1000 м³/год., на ділянках V та VI протікає 5000 м³/год. Кількість повітря по ділянках мережі, м³/год., і довжина ділянок, м, наведені в табл. 5.7.

 

Таблиця 5.7 – Кількість повітря і довжина ділянок

Номер ділянки	I	II	III	IV	V	VI
L, м3/год.	2000	2000	4000	1000	5000	5000
, м	8	8	9	5	50	–

 

Призначаємо швидкість руху повітря на всіх ділянках вентиляційної мережі. На паралельних ділянках I, II, IV приймаємо швидкість, що дорівнює 13 м/с. На ділянці III приймаємо швидкість 13,5 м/с, на ділянках V та VI приймаємо швидкість 14 м/с.

Визначаємо діаметр повітроводів, м, на всіх ділянках вентиляційної мережі за формулою (5.13):

 

 

 

 

Приймаємо стандартні діаметри повітроводів, виходячи з рекомендацій пункту 5 методики розрахунку або номограми (рис. 5.1):

d_I = d_II = 225 мм, d_III = 315 мм, d_IV = 160 мм, d_V = d_VI =335 мм.

Визначаємо швидкість руху повітря, м/с, по ділянках вентиляційної мережі з урахуванням стандартизованих діаметрів повітроводів:

 

 

 

 

 

Визначаємо втрати тиску у вентиляційній мережі. Розрахунок здійснюємо послідовно для всіх ділянок вентиляційної мережі, починаючи з найбільш віддаленого.

Визначаємо питомі втрати тиску (Па) на тертя на 1 лінійний метр на ділянках за номограмою рис. 5.1:

 

 

Визначаємо втрати тиску в мережі за рахунок тертя повітряного потоку в повітропроводах за формулою (5.15):

 

 

Визначаємо коефіцієнти місцевих опорів (табл. 5.6):

на ділянці I – кожух з  = 1,5; дуга 90° п’ятисегментна з  = 0,2; дифузор (перехід до більшого діаметру) з  = 0,44;

на ділянці II – опори аналогічні ділянці 1;

на ділянці III – дифузор (перехід до більшого діаметру) з  = 0,44;

на ділянці IV – зонт з  = 0,5; дуга з  = 0,2; дифузор (перехід до більшого діаметру) з  = 0,44;

на ділянці V – дуга 90° з  = 0,2; вхід у циклон з  = 0,2.

на ділянці VI –циклон з  = 4,0.

Сумарний коефіцієнт місцевих втрат на ділянках мережі складає:

 

 

Визначаємо втрати тиску на місцеві опори:

 

 

Визначаємо витрати тиску у вентиляційної мережі за формулою (5.14):

 

 

Перерахуємо продуктивність вентилятору з урахуванням витоків чи підсмоктування повітря в повітропроводах за формулою (5.16):

 

 

Необхідна витрата повітря складе 5500 м³/год., витрати тиску 1870 Па. Виходячи із цих параметрів вентиляційної мережі, вибираємо вентилятор типу Ц 4-70 № 6 [20]. Коефіцієнт корисної дії вентилятора приймаємо η_в = 0,7. Визначаємо потужність електродвигуна за формулою (5.17):

 

 

Для забезпечення необхідної продуктивності вентиляційної мережі вибираємо вентилятор Ц 4-70 № 6 з електродвигуном А 02-41-4 потужністю 4 кВт , кількістю обертів за хвилину 1440 [20].

Розрахована вентиляційна система місцевих витяжних відсмоктувачів для ділянки механічного цеху забезпечить виконання нормативних умов до повітря робочої зони.

 

Опалення цехів

 

Системи опалення повинні компенсувати втрати тепла через зовнішні конструкції, щ огороджують будівлі, та підігрівати холодне повітря, яке надходить ззовні через вікна, двері, ворота та ін. (приклад 10). На підприємствах використовують центральну водяну систему опалення низького тиску (приклади 11 – 12) або систему повітряного опалення (приклад 13).

Приклад 10. Визначити витрати тепла будинком. Площа огороджувальних стін із звичайної цегли товщиною 510 мм складає 1000 м². Коефіцієнт теплопередачі через стінку 1,13 Вт/(м²·К). Температура повітря всередині приміщень 20^оС. Зовнішня розрахункова температура –16^оС.

Розв’язання. Кількість тепла, Вт, що витрачається будівельною конструкцією, залежить від різниці температур, величини їх значень, площі та виду матеріалу і може бути розрахована для плоских поверхонь за формулою:

 

                            (5.18)

 

де К_П – коефіцієнт теплопередачі через стінку, Вт/(м²·К);

S – площа огороджувальних стін, м²;

t_ВН – температура повітря в приміщенні, ^оС;

t_ЗОВН – температура зовнішнього повітря (приймається за кліматичними даними для даної місцевості).

Кількість тепла, яка втрачається будівельною конструкцією, складає:

 

Розрахунки показали, що витрати тепла складають 40,6 кВт.

 

Приклад 11. Розрахувати кількість нагрівальних приладів двохтрубної системи опалення. Теплові втрати в приміщенні складають 60 кВт, теплоносій — вода з початковою температурою 100^оС і кінцевою 60^оС; температура в приміщенні 18^оС; тепловиділення трубопроводами не враховувати.

Розв’язання. При проектуванні системи опалення визначають [20]:

– категорію пожежної небезпеки виробництва (табл. К.1 додатку К);

– внутрішню температуру повітря в приміщенні, що залежить від категорії роботи (табл. Б.1 додатку Б);

– розрахункову зовнішню температуру повітря для даного кліматичного району;

– орієнтовні втрати тепла будинком за формулою (5.18);

– тепловиділення від людей, електродвигунів, нагрітих поверхонь котлів, сушильних установок, світильників, розплавленого металу та ін. (приклад 1);

– необхідну систему опалення, вид теплоносія, тип опалювальних приладів;

– кількість тепла на опалення приміщень;

– поверхню нагрівальних приладів;

– кількість елементів секцій в одному нагрівальному приладі, загальну кількість секцій;

– годинні витрати води (повітря) на опалення;

– необхідну поверхню нагріву, тип та коефіцієнт корисної дії котла.

Розрахунок кількості елементів секцій в одному нагрівальному приладі та загальної кількості секцій виконують на еквівалентний квадратний метр (е.к.м.) еталонного приладу. Поверхню нагріву нагрівальних приладів, що віддає тепло, визначають в е.к.м., а потім перераховують на метраж прийнятих для установки типів приладів.

Відносна теплова витрата води (ккал/год.) визначається за формулою

 

 

де  – різниця температур між середньою температурою теплоносія в нагрівальному приладі та температурою в приміщенні, °С;

 – перепад температур теплоносія в нагрівальному приладі, °С.

G_ЕТ – відносна кількість води, що подається зверху донизу, кг/(м²∙год.)

Визначаємо відносну теплову витрату води на еквівалентний квадратний метр з еталонного приладу [20] з подачею води зверху донизу в кількості 17,4 кг/(м²∙год.).

Відносна теплова витрата води складає:

 

 

Значення еквівалентного квадратного метра в ккал/(год.∙е.к.м.) можна порахувати за формулою

 

 

де  — поправочний коефіцієнт, що залежить від відносної витрати води (табл. 5.8).

 

Таблиця 5.8  – Значення поправочного коефіцієнта залежно від відносної теплової витрати води, (ккал/год.)

q, ккал/год.	0,3	0,5	0,7	0,9	1	5	7	>7
	0,85	0,91	0,95	0,99	1	1,03	1,06	1,07

 

При відносної теплової витрати води 0,6 ккал/год. поправочний коефіцієнт складає 0,93. Значення еквівалентного квадратного метра складає:

 

Визначаємо необхідну поверхню, м², приладів еквівалентного квадратного метра:

 

 

Необхідна кількість секцій радіаторів М-140 (одинична площа 0,31 м²) дорівнює

 

Більш докладно розрахунок опалення наведено в літературі [5, 20].

 

Приклад 12. Розрахувати поверхню нагріву та кількість нагрівальних приладів марки Н-136 (поверхня нагріву однієї секції 0,285 м²) для обігріву одноповерхового будинку. Теплові втрати в приміщенні складають 2,1 кВт, теплоносій — вода з початковою температурою 95^оС і кінцевою 70^оС; температура в приміщенні 18^оС.

Розв’язання. Необхідну поверхню нагріву визначаємо виходячи з формули (5.18). При цьому різницю температур в даному випадку знаходимо між середньої температурою води та температурою повітря у приміщенні. Коефіцієнт теплопередачі [5] приймаємо 7,8 Вт/(м²·К):

 

 

Потрібна кількість нагрівальних елементів даної марки складає:

 

 

Розрахунок показав, що для обігріву будинку потрібно 15 елементів нагрівального приладу марки Н-136.

 

Приклад 13. Підібрати калориферну установку для підігріву припливного повітря, що складається із калориферів типу КФБ. Кількість повітря, яке підігрівається 15640 кг/год. Початкова температура повітря –14°С, кінцева температура повітря 20°С. Теплоносій – вода з початковою температурою 130°С, кінцевою температурою 60°С.

Розв’язання. Розрахунок та підбір калориферів проводиться в такому порядку [20]. Визначаємо кількість тепла (ккал/год.), яке йде на підігрів повітря за формулою:

 

 

де L – об’єм повітря, яке нагрівається, м³/ год,;

G – кількість повітря, яке нагрівається, кг/ год,;

 – густина повітря при температурі приміщення, кг/м³ ;

 С – теплоємність повітря, ккал/(кг·К);

 t_КІН – кінцева температура нагрітого повітря, °С;

 t_ПОЧ – початкова температура повітря, °С.

Приймаємо теплоємність повітря 0,24 ккал/(кг·К) [20]. Визначаємо витрати тепла на нагрів повітря:

 

 

Необхідний живий переріз у калорифері для проходу повітря визначаємо за формулою:

 

де  – вагова швидкість повітря, (приймається в межах 7 –10, а для ребристих калориферів 3 – 5), кг/(м²·с).

Приймаємо, що вагова швидкість повітря для пластинчатих калориферів 8 кг/(м²·с), визначаємо живий переріз калориферної установки за повітрям:

 

 

Згідно даних довідника (табл. 2.10 [20]) вибираємо калорифер КФБ-10 з живим перерізом за повітрям 0,558 м². Паралельна установка за повітрям двох калориферів утворює переріз 1,116 м².

За дійсним живим перерізом калорифера конкретної моделі уточнюється вагова швидкість повітря у кг/(м²·с):

 

Швидкість води в трубах калорифера в м/с визначається за формулою:

 

 

де S_ТР – живий переріз труб калорифера для води, м²;

t_Г – температура гарячої води, яка подається з магістралі, °С;

t_ЗВ – температура зворотної води, °С;

1000 – теплоємність води, ккал/(кг·К);

Q  – витрати тепла на підігрівання повітря, ккал/год.

Визначаємо живий переріз проходу води для калорифера КФБ-10 – 0,0143 м² (табл. 2.10 [20]). Визначаємо швидкість руху води в трубах калориферів, пропускаючи воду послідовно через кожен з них:

 

 

Тепловіддачу калорифера перевіряємо за формулою:

 

                               (5.19)

 

де S_K – поверхня нагріву калорифера (приймається в залежності від типу вибраного калорифера), м²;

К – коефіцієнт теплопередачі (табл. 2.14—2.17 [20]), ккал/(кг·К);

t¹_CP –  середня температура теплоносія, °С;

t²_CP – середня температура повітря, яке проходить через калорифер, °С.

Визначаємо коефіцієнт теплопередачі калориферів – інтерполяцією значень – К = 14,7 ккал/(кг·К). Виходячи з формули (5.19) визначаємо необхідну поверхню нагріву калориферів установки:

 

 

Площа поверхні нагріву одного калорифера вибраної моделі складає 61,2 м² (табл.. 2.10 [20]). Визначаємо загальну кількість калориферів КФБ-10, які необхідно встановити:

 

 

Необхідно встановити три калорифери КФБ-10.

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: