Отопление и вентиляция промышленного здания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт Инженерно-экологического строительства и механизации

Кафедра «Отопление и вентиляция»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)

по дисциплине

«Современные системы климатизации зданий»

Тема: «Отопление и вентиляция промышленного здания»

Выполнил студент

Лукьянов С.В.

Руководитель проекта

Прохоров В.И.

г. Москва 2016 г.

1. Исходные данные

1.1    Архитектурно-строительная характеристика здания

Данная курсовая работа представляет собой проект отопления и вентиляции малярного отделения деревообрабатывающего цеха.

Количество этажей - 2 этажа;

Район строительства: г. Новгород

Расчетная географическая широта: 52° северной широты.

Основные характеристики элементов здания: наружные стены изготовлены из кирпича, окна имеют двойное остекление в металлических раздельных переплетах.

.2      Описание технологического процесса

В рассматриваемом цехе установлены две окрасочные камеры для окраски мелких и средних деталей методом пневматического распыления краски. Камеры имеют гидравлический затвор, предотвращающий вынос капель краски в воздуховод. Нанесение краски осуществляется краскораспылителем (пистолетом).

Кроме того в отделении производится окраска деталей в камерах методом окунания.

После проведения окрасочных работ, детали помещают в сушильные шкафы.

микроклимат вентиляция приточный теплопередача

1.3 Климатические характеристики района строительства

Место строительства - г. Новгород

1 температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0.92 составляет -28°С;

2 продолжительность периода со средней суточной температурой £ 8°С равна 214 сут.;

3 средняя температура этого периода -3,1°С.

4 барометрическое давление 990 гПа;

5 температура, удельная энтальпия и скорость ветра:

.4      Расчетные параметры внутреннего микроклимата в помещении

Расчетные параметры внутреннего микроклимата выбраны согласно ГОСТ 12.1.005-88 « Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» [2].

2. Теплотехнический расчет наружных ограждений и расчет теплопотерь помещения

.1 Определение коэффициентов теплопередачи

В - расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемого согласно ГОСТ 12.1.005-88 « Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений;- расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С;

Из условия энергосбережения:

 ,

где tВ = 18°С. tОТ. ПЕР., ZОТ.ПЕР. - средняя температура,°С и продолжительность, сут., периода со среднесуточной температурой ниже или равной 8°. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций принимаем для производственного задания с сухим и нормальным режимами R0тр, м2°С/Вт при ГСОП= 4486 град.сут равное для:

1 перекрытий чердачных R =2,62

2 окон и балконных дверей R =0,312

3 ограждающих конструкций R =1,9

· окна в металлических раздельных переплетах

Принимаем двойное остекление, окна в металлических раздельных переплетах R=0.312

Коэффициент теплопередачи К=1/R ( вт/м2 град С)

Ограждающих конструкций К =0,52

Потолка К =0,38

Окна К =3,21

.2 Теплопотери помещения за счет теплопередачи через наружные ограждения

Расчетные основные и добавочные потери теплоты помещения рассчитываются как сумма потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции с округлением до 10 Вт по формуле:

, Вт

где  - коэффициент теплопередачи наружной ограждающей конструкции, Вт/(м2·°C);

 - сопротивление теплопередаче наружной ограждающей конструкции, (м2·°C)/Вт;

 - расчетная площадь наружной ограждающей конструкции, м;

 - расчетная температура воздуха в помещении, °C;

 - расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года, °C;

 -коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху,

для наружных стен, окон, дверей, пола на грунте, бесчердачных покрытий - 1;

для перекрытий над не отапливаемыми подвалами без световых проемов - 0,6;

для чердачных перекрытий с кровлей из рулонных материалов - 0,9;

для перекрытий над не отапливаемыми подвалами со световыми проемами - 0,75;

 - коэффициент, учитывающий добавочные потери теплоты

на ориентацию по сторонам света: север, северо-восток, северо-запад, восток - 0,1; запад, юго-восток- 0,05; юг, юго-запад - 0.

на угловые помещения 0,05 для каждого вертикального ограждения, если одно из них обращено на север, восток, северо-восток, северо-запад и 0,1 - в других случаях.

на врывание в здание холодного воздуха через наружные двери, не оборудованные тепловыми завесами при высоте зданий Н, м. Для двойных дверей без тамбура - 0,34*Н.

Результаты расчета теплопотерь через ограждающие конструкции в холодный период года.

.3 Расчет теплопотерь на нагрев инфильтрующегося воздуха

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха следует определять по формуле:

, Вт;

Fок - площадь оконного проема, м2

Gок - расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции помещения;

с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1,005 кДж/(кг.°С);

tв,tн - расчетные температуры воздуха, °С, в помещении и наружного воздуха в холодный период года (параметры Б);

kвстр - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный: 0,7

Расход инфильтрующегося воздуха в помещение Gок кг/ч, через неплотности наружных ограждающих конструкций следует определять по формуле:

- разность давлений воздуха, Па, на наружной и внутренней поверхностях соответственно окон расчетного помещения

, Па;

- разность давления воздуха по обе стороны окна, при которой проводятся исследования воздухопроницания окон, =10Па

Н - высота здания, м

L - расстояние от земли до верха расчетного окна, м

 - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м3v - скорость ветра, м/с;

Rиф - фактическое сопротивление воздухопроницанию окна, м2°С/Вт

Cн,Cз -аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания;

Кдин- коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания;

- условно-постоянное давление воздуха в помещении, Па

·       
Инфильтрация через фрамуги окон:

Н = 10,6м

=14,07 Н/м3

=13,58 Н/м3

ρн - плотность, кг/м3, наружного воздуха;

ρв=1.22 кг/м3

ρн=1.43 кг/м3

=10,73Па

-й этаж: L= 8,7м

=6,47 Па

2,41 кг/(ч*м2).

Результаты расчета теплопотерь помещения сведены в таблицу.

3. Расчет теплопоступлений в помещение

.1 Теплопоступления от людей

Тепловыделения от человека складываются из отдачи явного и скрытого тепла и зависят от тяжести выполняемой работы.

, Вт

n - количество людей , находящихся в помещении;

m - доля тепла, выделяемого человеком (для мужчин =100%);

q - количество тепла, выделяемое 1 человеком.

.2 Теплопоступления от осветительных приборов

Где Е-освещенность помещения, лк;

q осв -удельные тепловыделения, Вт/(м2*лк);

- коэффициент, равный 0,45, если светильники находятся в вентилируемом подвесном потолке;

F-площадь пола помещения, м2.

Результаты расчетов теплопоступлений от людей и осветительных приборов сведены в таблицу.

3.3 Теплопоступления от солнечной радиации

Количество теплоты, поступающей в помещение каждый час расчетных суток через заполнения световых проемов:

Теплопоступления от солнечной радиации:

Теплопоступления, обусловленные теплопередачей:

- количество теплоты, поступающее в помещение в каждый час расчетных суток соответственно с прямой и рассеянной солнечной радиацией.

 - коэффициент облучения

 - коэффициент относительного проникновения солнечной радиации через заполнения светового проема.

 - коэффициент, учитывающий затемнение светового проема переплетами.

 - сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов.

Горизонтальные и вертикальные солнцезащитные конструкции отсутствуют, поэтому размеры:

Необходимо определить максимальный в течение суток тепловой поток, поступающий от солнца в помещение через окна (в июле месяце) для расчета кондиционирования воздуха.

Расчетная географическая широта

1 Климатические характеристики для ТП года:

Температура наружного воздуха:

Средняя суточная амплитуда колебания температуры воздуха в июле:

Скорость ветра

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения:

3 Угол град, между вертикальной плоскостью остекления и проекцией солнечного луча на вертикальную плоскость, перпендикулярную рассматриваемой плоскости остекления:

3 Коэффициент инсоляции для вертикального заполнения световых проемов:

3 Условная температура наружной среды при вертикальном заполнении световых проемов:

.

Результаты расчетов сведены в таблицы.

Кобл.г, Кобл.в - коэффициенты облучения при затенении светового проема горизонтальной и вертикальной солнцезащитной конструкцией

Кобл- коэффициент облучения окна: Кобл = Кобл.г*Кобл.в

Расчет для окон, выходящих на восток

Теплопоступления от солнечной радиации:

Теплопоступления, обусловленные теплопередачей:

Количество теплоты, поступающей в помещение каждый час расчетных суток через заполнения световых проемов:

.4 Теплопоступления от оборудования

Теплопоступления от электрического и механического оборудования определяются по формуле:

, Вт

Nуст. - установочная мощность электродвигателей или выпрямителей, кВт;

kсп - коэффициент спроса на электроэнергию

kп - коэффициент, учитывающий полноту загрузки электродвигателя

h - КПД электродвигателя при полной его загрузке.

.5 Теплопоступления от теплового оборудования

Передача тепла через стенки укрытий местных отсосов и воздуховодов Qп , Вт при известной температуре, нагретой поверхности равна:

,

где: - коэффициент теплоотдачи боковыми стенками

, Вт/м2 0С

     - коэффициент конвективного теплообмена боковых стенок ванн, Вт/м2 0С

, Вт/м2 0С

 - коэффициент лучистого теплообмена боковых стенок ванн, Вт/м2 0С

, Вт/м2 0С

b - множитель, корректирующий разницу между разностью четвертых степеней абсолютных температур в законе лучистого теплообмена Стефана- Больцмана и разностью

tр.з. - температура рабочей зоны тп= 270С;  хп =160С

F-площадь поверхности стенок ванны, м 2 .

Ванна окраски окунанием:

, Вт/м2 0С

, Вт/м2 0С

, Вт/м2 0С

Теплопоступления от двух ванн:

, Вт

Вт.

3.6 Теплопоступления от системы отопления

Теплопоступления от теплового оборудования определяются по формуле:

, Вт

где: Qт.пот. - общие потери теплоты по помещению, Вт;

tср.нагр.пр. - средняя температура отопительного прибора, °С;

tвн.вент. - расчетная температура внутреннего воздуха для расчета вентиляции, °С;

tвн.отопл. - расчетная температура внутреннего воздуха для расчета отопления, °С.

.7 Сводная таблица теплового баланса в помещении

4. Определение объемов воздуха, удаляемых от технологического оборудования

а) пульверизационная камера

Если пульверизационная камера не оборудована вентилятором технологической вытяжки, то необходимо предусмотреть удаление воздуха от нее из расчета создания скорости в открытом фасадном проеме камеры v=1,2 м.

Расход воздуха, удаляемого от пульверизационной камеры определяется по формуле:

, м3/ч

где: F - площадь поперечного сечения открытого фасадного проема, мм2;

v - скорость в открытом фасадном проеме камеры, м/с.

б) окрасочная камера, ванна окраски

Для ванн окунанием следует проектировать бортовые отсосы. Температура эмалей в ванной около 20°С. При расчете принимаем высоту спектра вредности 40 мм.

По методике М.М.Барановым , количество воздуха, удаляемого от гальванических ванн определяется по формуле:

, м3/ч

где: α - расход воздуха, отнесенный к 1м длины ванны, зависящий от токсичности вредных выделений и определяемый высотой спектра вредных выделений h, мм, шириной зеркала ванны В, мм и типом отсоса, принимается по табл.4.7 [6].

Δt - избыточная температура в ванне, принимаемая не ниже 10°С

Δt=tр.-tр.з.,

tр. - температура раствора, °С;

tр.з. - температура воздуха, рабочей зоны, °С;

l - длина ванны, м;

kн - поправочный коэффициент на глубину уровня раствора в ванне H, мм;

;

kv - поправочный коэффициент, учитывающий скорость движения воздуха в помещении.

h - токсичность вредных выделений;

м3/ч.

Принимаем количество воздуха удаляемое от каждой ванны равным 3750м3/ч.

в) сушильная камера

Скорость воздуха в горизонтальном живом сечении принимается равной 0,1…0,15 м/с.

Количество воздуха удаляемое от сушильной камеры определяется по формуле:

, м3/ч

где: F - площадь горизонтального живого сечения, мм2;

v - скорость в открытом горизонтальном живом сечении, м/с.

, м3/ч

Принимаем количество воздуха удаляемое от каждой камеры равным 1300 м3/ч.

5. Воздушный баланс помещения

Во всех отделениях цеха, в которых предусматривается местная вытяжная вентиляция, должна быть предусмотрена компенсация местной вытяжки общеобменным притоком.

В холодный и переходный период года приток подается системами механической вентиляции, а в теплый период года во все помещения цеха, кроме малярного, приточный воздух подается через открытые фрамуги окон. В малярном отделении в теплый период года компенсация местной вытяжки производится приточной системой с механическим побуждением.

Для определения необходимого количества воздуха, подаваемого в помещение составляем уравнения воздушно-теплового баланса:

, м3/ч.

6. Аэродинамический расчет систем вентиляции

Целью аэродинамического расчета является определение оптимальных конструкций и сечений воздуховодов, потерь давления в них с условием того, что скорость движения воздуха не должна выходить за пределы рекомендуемых значений.

Расход приточного воздуха L=1025м3/ч, воздуховод равномерной раздачи имеет 10 отверстий, расход воздуха через одно отверстие Lо=1025 м3/ч. Скорость истечения воздуха из отверстия v=5м/с. Расстояние между щелями =0,2м. Расстояние от приточной камеры до первой щели - 18м.

Площадь живого сечения отверстия:

м2.

Длина отверстия l=0,25м. Находим ширину:

м.

кг/м2.

Примем скорость в начале воздуховода д.нач = 8 м/сек и в конце д.кон = 6 м/сек, тогда падение динамического давления составит:

кг/м2.

Площадь сечения воздуховода в начале:

м2.

Dнач=710мм, R=0,0906кг/м2пог.м

Площадь сечения воздуховода в конце:

м2.

Dкон=500мм, R=0,4877кг/м2пог.м

Потери давления по длине:

кг/м2.

Потери давления на местные сопротивления:

кг/м2.

Общие потери давления

Па.

7. Подбор оборудования для приточной системы П-1

Расчетный расход воздуха в системе L=10250 м3/ч. С учетом оптимальной скорости воздуха v=3,5 м/с, выбираем типоразмер приточной установки КЦКП-10 с внешними поперечными размерами 1300х1090 (h), мм. Установка данного типоразмера будет использована в дальнейшем для подбора отдельных секций.

.1 Расчет аэродинамического сопротивления приемной и фильтровальной секции

Аэродинамическое сопротивление приемной секции:

Па.

Длина приемной секции lпр=565мм.

Выбор фильтровальной секции осуществляется в зависимости от запыленности наружного воздуха. При запыленности 0,5-1мг/м3 принимаем карманные фильтры грубой очистки (G3-G4). Расчетное сопротивление фильтровальной секции 250 Па. Длина фильтровальной секции lф=360мм.

.2 Расчет водяного воздухонагревателя

Расход воздуха в системе - LХП = 10248 м3/ч. Температура приточного воздуха: 9.7 °С. Температура наружного воздуха: -28 °С.

.        Массовый расход воздуха в системе:

.        Количество теплоты на подогрев приточного воздуха:

. Расход воды проходящей через калорифер:

. Определяем массовую скорость воздуха:

Величина  находится в пределах 2,5-4 кг/(м2*с), следовательно типоразмер воздухонагревателя подобран верно.

. Скорость воды в трубках калориферов при числе ходов = 4 и числе рядов N=2:

. Коэффициент теплопередачи воздухонагревателя:

. Вычисляем необходимую площадь поверхности нагрева:

. Шаг пластин =3.0мм, вычисляем число рядов трубок:

. Находим запас поверхности нагрева:

что находится в допустимых пределах (0-5%).

. Определяем аэродинамическое сопротивление воздухонагревателя:

 Па

. Определяем гидравлическое сопротивление воздухонагревателя:

 кПа.

При расчете должно быть <25кПа, условие выполнено.

. Обозначение воздухонагревателя:

ВНВ 243.1-103-090-3-4-2

.3 Подбор вентилятора

. Находим диаметр относительного отверстия:

. Диаметр рабочего колеса: мм, ближайший стандартный диаметр рабочего колеса для вентилятора ВР-84-97 - 630мм.

. Частота вращения рабочего колеса:

мин-1.

. Мощность вентилятора:

кВт

. Установочная мощность:

кВт.

Выбираем электродвигатель АИР80В2.

Система В.М.2 - L=150м3/ч, p<400Па, принимаем к установке вентилятор В.Ц4-75-2,5 (исполнение 1), n=2750об/мин, η=0,7, Nу=0,05кВт.

Система В.М.3 - L=150м3/ч, p<400Па, принимаем к установке вентилятор В.Ц4-75-2,5 (исполнение 1), n=2750об/мин, η=0,7, Nу=0,05кВт.

Система В.М.4 - L=3750м3/ч, p<400Па, принимаем к установке вентилятор В.Ц4-75-5 (исполнение 1), n=1420об/мин, η=0,79, Nу=0,9кВт.

Система В.М.5 - L=3750м3/ч, p<400Па, принимаем к установке вентилятор В.Ц4-75-5 (исполнение 1), n=1420об/мин, η=0,79, Nу=0,9кВт.

Система В.М.6 - L=1300м3/ч, p<400Па, принимаем к установке вентилятор В.Ц4-75-2,5 (исполнение 1), n=2750об/мин, η=0,75, Nу=0,25кВт.

Система В.М.7 - L=1300м3/ч, p<400Па, принимаем к установке вентилятор В.Ц4-75-2,5 (исполнение 1), n=2750об/мин, η=0,75, Nу=0,25кВт.

Список литературы

1. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология».

. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003.

. СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».

. СП 7.130130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Противопожарные требования».

. В. Н. Богословский, В. И. Новожилов, Б. Д. Симаков, В. П. Титов. «Отопление и вентиляция». Часть II, М., Стройиздат, 1976г. , -439 с. В 2-х частях.

. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х ч. Под. ред. И. Г. Староверова. Изд. 3-е, перераб. и доп. Ч. I. Отопление, водопровод, канализация - М.: Стройиздат, 1975. - 429 с.

. Справочник проектировщика. Часть 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 1. В. Н. Богословский, А. И. Пирумов, В. Н. Посохин и др.; Под ред. H. H. Павлова и Ю. И. Шиллера. -4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1992. - 319 с.

. Справочник проектировщика. Часть 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 2 / Б. В. Баркалов, Н. Н. Павлов, С. С. Амирджанов и др.; Под ред. Н. Н. Павлова и Ю. И. Шиллера. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1992. - 416с.

. П.Н. Каменев, Е.И. Тертичник. Вентиляция, Москва АСВ 2008

. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции, Профиздат, Москва, 1990.

. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции, Стройиздат, Москва, 1979.