Розрахунок системи повітряного опалення.

В прикладі розглянемо розрахунок системи повітряного опалення найбільшого за тепловим навантаженням крайнього прогону теплиці. Вона містить радіальний вентилятор, нагрівач повітря (газовий чи електрокалорифер) та повітроводи для розподілу повітря в теплиці (сталеві з муфтовими розподільниками чи перфоровані з поліетиленової плівки) План розміщення обладнання та аксонометричні схеми варіантів цієї системи наведені на рис.11,12.

          Починаємо розрахунок з підбору повітронагрівача, далі виконуємо гідравлічний розрахунок повітроводів та розподільників повітря, після чого підбираємо радіальний вентилятор.

 

Розрахунок нагрівачів повітря

           Для підбору повітронагрівачів використовуємо такі вихідні дані:

1. Розрахункові тепловтрати крайнього прогону теплиці (стор.26)

                                                                                                                  - Q_оп =102182 Вт;

 2. Температура внутрішнього повітря в теплиці                        - t_wz = 16 ^oC;

 3. Максимально-допустима температура нагрітого повітря - t_{in max} = 60^oC;

                             А. Варіант з газовими калориферами

Визначаємо потрібну кількість повітря за формулою (3.1)

L = 3,6 Q_оп / r_in c_p (t_in - t_wz), м³/год,

де       r _in  – густина повітря; при t_max = 60^oC r _in = 353/(273+60)=1,06 кг/м³,

с_р – питома теплоємність повітря; приймаємо с_р = 1,005 кДж/кг ^oC.

L = 3,6·102182/1,06·1,005 (60 - 16)=7847 м³/год.

Приймаємо до установки теплогенератор АТОН типу А-250. Згідно з табл.3.2 маємо: номінальна теплова потужність - 0,17 МВт, кількість повітря, що нагрівається, 11000 м³/год, номінальна витрата газу - 26,7 м³/год, тиск газу - 2,5 кПа, ККД - 95%, витрата електроенергії - 11,7 кВт, тиск повітря на виході - 0,5 кПа.

    Визначаємо температуру повітря t_in на виході з прийнятого газового калорифера А-250 за формулою

t_in  = [3,6 ·Q_оп / r_in· c_p·L _д ] + t _wz , м³/год,

    де L _д - дійсна кількість повітря, яке нагрівається у калорифері, м³/год;

t_in  = [3,6·102182 / 1,06·1,005·11000] +16 = 47,4^oC.

Уточнюємо густину припливного повітря:

r_{in д} = 353/(273+47,4)=1,101 кг/м³.

Уточнюємо максимальну дійсну температуру повітря на виході з калорифера:

t_{in д} = [3,6·102182/1,101·1,005·11000] +16 = 46,2^oC, 

що не перевищує допустиму (60^оС-для плівкових розподільників, 70°С-для ін.).

Визначену t_{in д} використовуємо в подальших розрахунках розподільників повітря.

Б. Варіант з електрокалорифером.

Потрібна кількість повітря, яка визначена вище за формулою (3.1), дорівнює

L = 3,6·102182/1,06·1,005 (60 - 16)=7847 м³/год.

Приймаємо до установки електрокалорифер СФО-160. Його технічні характеристики за табл. 3.3 такі: кількість теплоти – 157,5 кВт, кількість повітря - 8500 м³/год, максимальна температура повітря - 60°С, аеродинамічний опір - 250 Па.

     Визначаємо температуру повітря t_in на виході з прийнятого електрокалорифера за формулою

t_in  = [3,6 ·Q_оп / r_in· c_p·L_д ] + t_wz , м³/год,

    де L _д - дійсна кількість повітря, яке підігрівається у калорифері, м³/год;

t_in  = [3,6·102182 / 1,06·1,005·8500] +16 = 56,6^oC.

Уточнюємо густину припливного повітря:

r_{in д} = 353/(273+56,6)=1,071 кг/м³

Уточнюємо максимальну дійсну температуру повітря на виході з калорифера:

t_{in д} = [3,6·102182/1,071·1,005·8500] +16 = 56,2^oC,

що не перевищує допустиму (60^оС-для плівкових розподільників, 70°С-для ін.).

Визначену t_{in д} використовуємо в подальших розрахунках розподільників повітря.

 

Гідравлічний розрахунок системи розподілу повітря в теплиці.

 А. Варіант системи розподілу повітря в теплиці повітроводами змінного перерізу з листової сталі та муфтовими розподільниками.

    План розміщення обладнання та аксонометрична схема цього варіанту системи з електрокалорифером наведені на рис. 4, 12. Приймаємо два паралельно прокладених повітроводи змінного перерізу з листової сталі та муфтовими розподільниками, кожен завдовжки l_п = 46,0 м від заглушеного кінця до першого по ходу повітря муфтового розподільника (розрахункові ділянки 1…5), та інші ділянки ( 6 і 7), довжина яких наведена на схемі.

Гідравлічний розрахунок

1. Витрату повітря в системі повітряного опалення приймаємо згідно з попереднім розрахунком електрокалорифера (стор. 29), тобто L = 8500 м³/год.

2. В теплиці приймаємо схему з двома повітроводами з муфтовими розподільниками (рис.12), тому згідно з формулою (3.2) для кожного з них витрата повітря буде становити     

L_п = 8500/2 = 4250 м³/год.

3. Оскільки довжина теплиці 50 м, попередньо приймаємо шість муфтових повітророзподільників на кожному повітроводі, які розміщуємо на відстані  l_д = 9 м один від одного (останній – 10 м), що знаходиться в межах рекомендованих l_д = 8…12 м. Тоді для кожного муфтового розподільника згідно з формулою (3.4) витрата повітря буде становити    

      L _м.р = 4250/6 = 708 м³/год.

4. Розділяємо систему повітряного опалення на розрахункові ділянки
(рис.12) і починаємо гідравлічний розрахунок за методом питомих втрат тиску. Призначаємо діаметр кожної ділянки d_п з урахуванням рекомендованої швидкості повітря у повітроводах (6…12 м/с) та витрату повітря на ділянці L_д . За прийнятим діаметром d_п за [5] табл.12.17 знаходимо питомі втрат тиску на тертя R та дійсну швидкість повітря V_п на розрахунковій ділянці.

5. Приймаємо діаметр муфтового розподільника d_мр, з урахуванням рекомендації щодо висоти щілини (20 … 50 мм).

6 .Визначаємо швидкість повітря в щілині муфтового повітророзподільника за формулою (3.6).

7. За таблицею 5.1 визначаємо значення коефіцієнтів місцевих опорів для муфтових повітророзподільників z_мр, а коефіцієнти місцевих опорів на розрахункових ділянках z визначаємо за [6] табл.VII.13,
[9] табл.12.38,12.40,12.41,12.43,12.46.

  8. Визначаємо втрати тиску на розрахункових ділянках за формулою (3.7).

Результати гідравлічного розрахунку заносимо до таблиці 4.2.

 Таблиця 4.2

Гідравлічний розрахунок системи повітряного опалення

№ ділянки	Довжина ділянки, lд, м	Кількість повітря, Lд , м3/год	Діаметр повітроводу, dп, мм	Швидкість повітря в Повітроводі, Vп, м/с	Діаметр муфтового розподільника, dмр, мм	Швидкість повітря в муфтовому розподільнику, Vмр, м/с	Питома втрата Тиску на тертя,  R, Па/м	Коефіцієнти місцевих опорів, åz	Динамічний тиск, Pд, Па	Втрати тиску на ділянці, D Pділ, Па
1	10	708	180	7,7	250	4,16	4,1	0,65	36,2	64.5
2	9	1416	250	8,0	315	6,8	3,0	1,25	39,1	75,9
3	9	2124	280	9,6	355	7,8	3,7	1,15	56,4	98,2
4	9	2832	315	10,1	400	8,2	3,5	1,15	62,4	103,3
5	9	3540	355	9,9	450	8,2	2,9	1,2	59,9	98,0
6	16	4250	400	9,4	500	8,4	2,2	3,05	54,0	199,9
7	6,5	8500	560	9,6	-	-	1,5	4,71	56,4	275,4
S										915,2

Розрахунок коефіцієнтів місцевих опорів (до табл.4.2)

                  Ділянка № 1

Приймаємо муфтовий розподільник d_мр=250 мм. Визначаємо швидкість повітря в щілині муфтового розподільника

V_мр= 708/3600·2 ·(3,14·0,25² /4– 3,14·0,18² /4) = 4,16 м/с ,

це знаходиться в межах швидкостей, що рекомендуються, 3< V_мр=4,16 м/с<9.

Місцеві опори:

    муфтовий розподільник, при V_мр/V_п=4,16/7,7=0,53, z_мр=0,55 (за табл.3.5);

    звуження, при l/d = 0,8,                                                z_звуж=0,1;

åz = 0,55+0,1 = 0,65.

 

Ділянка № 2

Приймаємо муфтовий розподільник d_мр=315 мм. Визначаємо швидкість повітря в щілині муфтового розподільника

V_мр= 1416 /3600·2 ·(3,14·0,315² /4– 3,14·0,25² /4) = 6,8 м/с ,

це знаходиться в межах швидкостей, що рекомендуються, 3< V_мр=6,8 м/с<9.

Місцеві опори:

    муфтовий розподільник, при V_мр/V_п=6,8/8,0=0,85, z_мр=1,15 (за табл.3.5);

звуження, при l/d = 0,7,                                                 z_звуж=0,1;

åz = 1,15+0,1 = 1,25.

 

               Ділянка № 3

Приймаємо муфтовий розподільник d _мр=355 мм. Визначаємо швидкість повітря в щілині муфтового розподільника

V_мр= 2124 /3600·2 ·(3,14·0,355² /4– 3,14·0,28² /4) = 7,8 м/с ,

це знаходиться в межах швидкостей, що рекомендуються, 3< V_мр=7,8 м/с<9.

Місцеві опори:

муфтовий розподільник, при V_мр/V_п=7,8/9,6=0,81, z_мр=1,05 (за табл.3.5);

звуження, при l/d = 0,7,                                                 z_звуж=0,1;

åz = 1,05+0,1 = 1,15.

Ділянка № 4

Приймаємо муфтовий розподільник d_мр=400 мм. Визначаємо швидкість повітря в щілині муфтового розподільника

V_мр= 2832 /3600·2 ·(3,14·0,4² /4– 3,14·0,315² /4) = 8,2 м/с ,

це знаходиться в межах швидкостей, що рекомендуються, 3< V_мр=8,2 м/с<9.

Місцеві опори:

муфтовий розподільник, при V_мр/V_п=8,2/10,1=0,81, z_мр=1,05 (за табл.3.5);

звуження, при l/d = 0,7,                                                 z_звуж=0,1;

åz = 1,05+0,1 = 1,15.

Ділянка № 5

Приймаємо муфтовий розподільник d_мр=450 мм. Визначаємо швидкість повітря в щілині муфтового розподільника

V_мр= 3540 /3600·2 ·(3,14·0,45² /4– 3,14·0,355² /4) = 8,2 м/с ,

це знаходиться в межах швидкостей, що рекомендуються, 3< V_мр=8,2 м/с<9.

Місцеві опори:

муфтовий розподільник, при V_мр/V_п=8,2/9,9=0,83, z_мр=1,1 (за табл.3.5);

звуження, при l/d = 0,8,                                                z_звуж=0,1;

åz = 1,1+0,1 = 1,2.

Ділянка № 6

Приймаємо муфтовий розподільник d_мр=500 мм. Визначаємо швидкість повітря в щілині муфтового розподільника

V_мр= 4250 /3600·2 ·(3,14·0,5² /4– 3,14·0,4² /4) = 8,4 м/с ,

це знаходиться в межах швидкостей, що рекомендуються, 3< V_мр=8,4 м/с<9.

Місцеві опори:

муфтовий розподільник, при V_мр/V_п=8,4/9,4=0,9,  z_мр=1,25 (за табл.3.5);

4 відводи під кутом 90^о                                                 z_в=0,25·4=1,0;

звуження, при l/d = 0,8,                                                 z_звуж=0,1;

трійник на відгалуженні, при L_o/L_с=0,5,F_o/F_c=0,5, z _т=0,7;

åz = 1,25 +1,0+ 0,1+0,7= 3,05

                                                              Ділянка № 7

Місцеві опори:

2 відводи під кутом 90^о,                                                z_в=0,25·2=0,5;

трійник на прохід, при L_o/L_п> 0,01та F_п/F_с= 1,        z_т=0,18;

дросель клапан,                                                              z_д=2,5;

сітка,                                                                                  z_с=0,93;

дифузор та конфузор на приєднанні повітроводу до

електрокалорифера, при F_o/F₁>0,6 та a=20⁰,          z_диф=0,09,

                                                                                             z_конф=0,2;

конфузор та дифузор на приєднанні повітроводів до
вентилятора, при F_o/F₁>0,5 та a=20⁰,                        z_диф=0,11,

                                                                                             z_конф=0,2;

åz = 0,5+0,18+0,93+2,5+0,11+0,2+0,09+0,2=4,71.

 

     9.Визначаємо загальний гідравлічний опір системи повітряного опалення за формулою (3.8):

                               DP_сист = DP_сп +DP_ек = 915,2+250= 1165,2 Па,

де DP_ек = 250 Па      - гідравлічний опір електрокалорифера;

    DP_сп = 915,2 Па - гідравлічний опір системи повітроводів (табл.4.2).

Підбір радіального вентилятора.                                             

   1.  Визначаємо тиск, який повинен розвивати радіальний вентилятор з урахуванням коефіцієнта запасу на тиск 1,1…1,2 (приймаємо 1,2):

P_в = 1,2 D P_сист = 1,2·1165,2= 1398 Па.

  2.  Приймаємо продуктивність вентилятора, яка має дорівнювати витраті повітря в системі повітряного опалення:

L_в =  L_сист = 8500 м³/год.

  3. Вибираємо вентилятор за продуктивністю L_в= 8500 м³/год та втратами тиску P_в = 1398 Па. За довідником [6] рис.1.8., приймаємо радіальний вентилятор Ц4-75 №6,3, який при продуктивності L_в =8500 м³/год забезпечує тиск P_в = 1600 Па.

Конструктивні характеристики вибраного вентилятора Ц4-75 №6,3:   колесо 1,05 D_ном , n=1450 об/хв, h=0,75; електродвигун АО2-51-4, N_у=7,5 кВт, n=1440 об/хв, виконання 1. Маса вентилятора з електродвигуном 258 кг.

Б. Варіант системи розподілу повітря в теплиці перфорованими    повітроводами постійного перерізу з поліетиленової плівки.

    План розміщення обладнання та аксонометрична схема цього варіанту системи з електрокалорифером наведені на рис.11. Прийняті два паралельно прокладені перфоровані повітроводи з поліетиленової плівки (розрахункові ділянки 1 та 4), завдовжки на 0,5 м менше за довжину прогону (А=50 м), тобто
l_п = 49,5 м кожний. Інші ділянки (2 і 3) повітроводів з листової сталі забезпечують подачу повітря від місця забору до перфорованих розподільних повітроводів. Довжина цих ділянок наведена на схемі.

При виконанні гідравлічного розрахунку повітроводів з поліетиленової плівки окрім раніше наведених вихідних даних маємо такі додаткові вимоги:

1. Максимально допустима температура повітря на вході в повітровід з перфорованої поліетиленової плівки t_{in max} £ 60°С;

2. За технологією вирощування рослин максимально допустима температура повітря у зоні рослин t_д £ 30°С, а швидкість повітря на осі струмини, яка витікає з отворів перфорації, W_д £ 2 м/с;

3. Відстань від отворів перфорації повітроводу до рослин повинна знаходиться в межах S = 0,5…1,5 м;

Гідравлічний розрахунок.

1. Визначаємо загальну витрату повітря в системі повітряного опалення за формулою (3.9) з використанням розрахованої раніше максимальної дійсної температури повітря на виході з електрокалорифера t_{in д} = 56,2 °С (стор. 3 0):

                             L = 102182·(273+56,2)/342·(56,2-16)· 10³ = 2,46 м³/с.

2. Розраховуємо витрату повітря у початковому перерізі кожного з двох повітроводів з перфорованої поліетиленової плівки за формулою (3.10):

                              L_o = 2,46 / 2 = 1,23 м³/с.

3. Визначаємо оптимальний діаметр за формулою (3.11):

                            d_опт = 4,5·50·(273+ 56,2)^0,1/ 1,23 ^0,1 ·10³ = 0,394 м = 394 мм.

4. Приймаємо стандартний діаметр повітроводу d = 400 мм = 0,4 м.

5. Визначаємо дійсну швидкість повітря у початковому перерізі  повітроводу при прийнятому діаметрі за формулою ( 3.12 ):

V_o = 1,27·1,23 / 0,4² = 9,8 м/c.

           6. Визначаємо параметр ll за формулою ( 3.13 ):

  ll = 9000 ·49,5· (273+ 56,2)^0,1 / 0,4 ·1,23^0,1  = 1,9 < 2.

7. Визначаємо відносну довжину

l =l_п/d = 49,5/0,4 = 123,8.

8. Визначаємо початковий температурний напір

q = t_in – t_wz = 56,2-16 = 40,2°C.

9. Визначаємо за допомогою рис. 1 за розрахованими значеннями           d = 0,4 м, V= 9,8 м/с та q = 40,2°C коефіцієнт теплопередачі крізь стінку поліетиленового (ПЕ) повітроводу

k_o = 4,6 Вт/м² °C.

10. Визначаємо параметр k_o/V_о:

k_o/V_о = 4,6 / 9,8 = 0,47.

11. За значеннями k_o/V_о= 0,47, `l  =123,8 та   ll = 1,9 знаходимо за допомогою рис. 2 ступінь максимальної нерівномірності розподілу повітря e<sub>a</sub> та відносну площу отворів перфорації `f :

                                       e_a = 1,78;        f = 3,05

  12. Визначаємо швидкість виходу повітря з отворів перфорації за формулами (3.14, 3.16):

           середню,         W_cp= 9,8/3,05 = 3,22 м/c;

           максимальну (в кінці повітроводу),

W_mах = 2·1,78·3,22/(1,78+1) = 4,12 м/c.

    13. Визначаємо орієнтовний діаметр отворів перфорації за умови забезпечення нормованої швидкості повітря на осі струмини W_д= 2 м/с за формулою (3.17) при прийнятому значенні S = 0,5 м. 

d_o = 0,5·2 / 7,97· [(273+16)/ (273+ 56,2)]^0,5 ·4,12 = 0,032 м

Приймаємо діаметр отворів перфорації з заокругленням до 5 мм у менший бік: d_o = 30 мм = 0,03 м.

    14. Визначаємо потрібну кількість отворів перфорації за формулою (3.18):

n = 3,05 ( 0,4/0,03 )² = 544 шт.

15. Визначаємо крок отворів перфорації за формулою (3.19), якщо кількість рядів отворів перфорації N = 4:

                                             а = 4 · 49,5 / 544 = 0,364 м > 0,2 м.

    16. Знаходимо за допомогою рис.3 коефіцієнт загального опору повітророзподільника за відомими значеннями e_a = 1,78 та `f = 3,05:

                                                        x = 1,27

    17. Розраховуємо повний гідравлічний опір повітроводу з перфорованої поліетиленової плівки за формулою (3.20)

P=171 · 1,27 · 9,8² / (56,2+273) = 63,6 Па .

Приймаємо до установки два повітроводи з перфорованої поліетиленової плівки з такими параметрами для кожного:

діаметр                                                                                              – 400 мм,

довжина                                                                                            – 49,5 м,

кількість рядів отворів перфорації                                            – 4,

діаметр отворів перфорації                                                         – 30 мм,

кількість отворів перфорації                                                       – 544 шт.,

крок отворів перфорації                                                               – 364 мм,

гідравлічний опір повітроводу з ПЕ плівки                            – 63,6 Па,

   18. Далі підраховуємо за загальновідомою методикою [6,9] гідравлічний опір інших ділянок системи повітряного опалення, які виготовлені із листової сталі і показані на рис.11 (ділянки 2 та 3). Результати розрахунку зводимо до табл. 4.3

 

                                                                                                              Таблиця 4.3

Гідравлічний розрахунок системи повітряного опалення

 

№ ділянки	Довжина ділянки, lд, м	Кількість повітря, Lд , м3/год	Діаметр повітроводу, dп, мм	Швидкість повітря в повітроводі, Vп, м/с	Питома втрата тиску на тертя,  R, Па/м	Коефіцієнти місцевих опорів, åz	Динамічний тиск, Pд, Па	Втрати тиску на ділянці, D Pділ, Па
1	49,5	4250	400	-	-	-	-	63,6
2	12	4250	400	9,4	2,2	1,7	54,0	118,2
3	6,5	8500	560	9,6	1,5	4,71	56,4	275,4
S								457,2

 

                       Розрахунок коефіцієнтів місцевих опорів (до табл.4.3)

                  Ділянка № 2

Місцеві опори:

4 відводи під кутом 90⁰,                                                              z_в=4·0,25=1,0;

трійник на відгалуження, при L_o/L_с =0,5, F_o/F_c = 0,5,      z _т=0,7;

åz = 1,0 + 0,7 = 1,7.

                                                              Ділянка №3

      Місцеві опори на цій ділянці такі, як на ділянці 7 варіанту розподілу повітря в теплиці повітроводами з муфтовими розподільниками.

       Тобто,                                      åz = 4,71.

19. Розраховуємо загальний гідравлічний опір системи повітряного

опалення за формулою (3.8):

D P = 457,2 + 250 = 707,2   Па

Підбір радіального вентилятора.                                              

     1.  Визначаємо тиск, який повинен розвивати радіальний вентилятор з урахуванням коефіцієнту запасу на тиск 1,1…1,2 (приймаємо 1,2):

P_в = 1,2 D P_сист = 1,2 · 707,2= 848,6 Па.

     2.  Приймаємо продуктивність вентилятора, яка має дорівнювати витраті повітря в системі повітряного опалення:

L_в =  L_сист = 8500 м³/год.

     3. Вибираємо вентилятор за розрахованими продуктивністю
L_в= 8500 м³/год та втратами тиску P_в = 848,6 Па. За довідником [6] рис.1.15, приймаємо радіальний вентилятор Ц4-75 №6,3, який при продуктивності
L_в =8500 м³/год, забезпечує тиск P_в = 1080 Па.

Конструктивні характеристики вибраного вентилятора: Ц4-75 №6,3:   колесо 0,95 D_ном , n=1450 об/хв, h=0,76; електродвигун АО2-41-4, N_у=4,0 кВт, n=1440 об/хв, виконання 1. Маса вентилятора з електродвигуном 197 кг.

 

Рис. 4. План теплиці

 

 

Рис. 5. Поперечні перерізи прогонів теплиці з водяним опаленням

 

Рис. 6. Поперечні перерізи прогонів теплиці з повітряним опаленням

Рис. 7 Аксонометрична схема системи водяного опалення крайнього прогону

Рис. 8 Аксонометрична схема системи водяного опалення середнього прогону

 

Рис. 9 Аксонометрична схема системи ВС-1K підпокрівельного опалення крайнього прогону

Рис. 10 Аксонометрична схема системи ВС-1С підпокрівельного опалення середнього прогону

Рис. 11 Аксонометрична схема системи повітряного опалення, варіант з перфорованими повітророзподільниками

Рис. 12 Аксонометрична схема системи повітряного опалення, варіант з муфтовими повітророзподільниками

 

Додаток

⇐ Предыдущая123456

Поделиться: