Контрольная работа Теплотехника 3
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Контрольная работа
1. Источники теплопоступлений в рабочие зоны производственных помещений. Написать и пояснить формулы расчета теплопоступлений испаряющейся влаги, остывающего материала, людей.
Расчетные потери теплоты, возмещаемые системой отопления Qот, Вт, определяется суммой потерь теплоты через ограждающие конструкции здания (трансмиссионные теплопотери) Qтр и расхода теплоты на подогрев вентиляционного воздуха Qв, уменьшенного на величину суммарных «бытовых» тепловыделений Qбыт.
К «бытовым» относятся тепловыделения от электробытовых и осветительных приборов, пищеприготовления, горячего водоснабжения и людей, находящихся в квартире:
Qот = Qтр+ Qв - Qбыт
Основные и добавочные потери теплоты следует определять, суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции Q, Вт, с округлением до 10 Вт для помещений по формуле:
Q = A(tp - text) · (1 +
Σβ
) n/R,
где А - расчетная площадь ограждающей конструкции, м2;
R - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2⋅°С/ Вт. Сопротивление теплопередаче конструкции следует определять по СНиП II-3-79;
tp - расчетная температура воздуха, °С, в помещении с учетом повышения ее в зависимости от высоты для помещений высотой более 4 м;
texp - расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года при расчете потерь теплоты через наружные ограждения или температура воздуха более холодного помещения при расчете потерь теплоты через внутренние ограждения;
n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по СНиП II-3-79;
Σβ - добавочные потери теплоты в долях от основных теплопотерь, учитываемые:
Потери теплоты Qв рассчитываются для каждого отапливаемого помещения, имеющего одно или большее количество окон или балконных дверей в наружных стенах, исходя из необходимости обеспечения подогрева отопительными приборами наружного воздуха в объеме однократного воздухообмена в час по формуле:
Qв = 0,337 · An · h(tв - tн) · 10-3,
Где An - площадь пола помещения, м2;
h - высота помещения от пола до потолка; м, но не более 3,5 м.
Помещения, из которых организована вытяжная вентиляция с объемом вытяжки, превышающим однократный воздухообмен в час, должны, как правило, проектироваться с приточной вентиляцией подогретым воздухом. При обосновании допускается обеспечивать подогрев наружного воздуха отопительными приборами в отдельных помещениях при объеме вентиляционного воздуха, не превышающем двух обменов в час.
В производственных зданиях при сведении теплового баланса принимают в расчет интервал технологического цикла с минимальными теплопоступлениями. Тепловая мощность отопительной установки помещения Qот для компенсации дефицита теплоты равна:
Qот = Qпот – Qвыд,
Где Qпот и Qвыд - теплопотери и тепловыделения в помещении в заданный момент времени.
В производственном здании теплопотери могут быть меньше тепловыделений и отопления не потребуется. В зданиях, сооружениях и помещениях с переменным тепловым режимом нормируемую температуру поддерживают только в рабочее время средствами отопления и вентиляции. Для отопления в нерабочее время используют имеющиеся установки, если они обладают достаточной мощностью для поддержания минимально допустимой температуры помещений и достижения ее перед началом работы. При недостаточной тепловой мощности основных отопительных установок или экономической нецелесообразности их использования проектируют специальные отопительные установки дежурного отопления. Тепловую мощность установок дежурного отопления определяют в соответствии с теплопотерями при пониженной температуре помещений в этот период времени с запасом, достаточным для достижения требуемой температуры помещений перед началом работы (если это не предусмотрено путем использования технологических и приточно-вентиляционных установок).
Теплопотери в помещениях в общем виде слагаются из теплопотерь через ограждающие конструкции Qа, теплозатрат на нагревание наружного воздуха, поступающего через открываемые ворота, двери и щели в ограждениях, Qв, а также на нагревание поступающих снаружи материалов, оборудования и транспорта Qм. Теплозатраты могут также быть при испарении жидкости и других эндотермических технологических процессах Qтехн, при подаче воздуха для вентиляции с пониженной температурой по сравнению с температурой помещений Qвент, то есть:
Qпот = Qa + Qв + Qм + Qтехн + Qвент
При расчетах тепловой мощности систем отопления производственных зданий следует дополнительно учитывать расход теплоты на нагревание материалов, оборудования и транспортных средств.
Qм = 0,28 · Gм · С · В (tв – tн), (6.14)
где Gм - расход материала, кг/ч;
С - удельная теплоемкость материала, Дж/кг °С;
В - коэффициент, учитывающий долю тепла, поглощаемого материалом за 1ч;
(tв – tн) - температура наружного воздуха и поступившего материала.
Источниками теплопоступлений в цех являются: оборудование, люди, солнечная радиация, нагретый в результате обработки металл и искусственное освещение, то есть суммарные теплопоступления складываются из следующих величин:
ΣQт.пост. = Qс.р. + Qл + Qмет + Qосв. + Qобор.,
где Qс.р. - теплопоступления от солнечной радиации, Вт;
Qл - теплопоступления от людей, Вт:
Qл = n · q,
где n - количество людей в помещении, чел.;
q - количество явной теплой теплоты, выделенной человеком при данной категории тяжести работ и внутренней температуре воздуха, Вт/чел;
Qмет - теплопоступления в цех от остывающего металла, Вт, рассчитывается по формуле для потерь тепла на нагрев металла, где разница температур определяется между температурой
металла и внутренней температурой воздуха соответствущего периода года;
Qосв. - теплопоступления от искусственного освещения в цехе, Вт:
Qосв. = E · F · qосв · ηосв,
где E - освещенность поверхности рабочих поверхностей;
F - площадь пола, м2;
qосв - удельные тепловыделения от люминесцентных ламп, Вт/(м2лк);
ηосв - доля теплоты, поступающая в помещение;
Qобор. - теплопоступления от технологического оборудования цеха, Вт:
Qобор. = 1000N(1 - kт · η + kт · kп · η)kс,
где N - номинальная мощность электродвигателей, кВт;
kп - коэффициент полноты загрузки электродвигателей;
η - КПД электродвигателя;
kт - коэффициент перехода теплоты в помещение (принимается равным 1, если станки работают без охлаждения (принято в данной работе), и 0,9, если применяются охлаждающие эмульсии);
kс - коэффициент спроса на электроэнергию.
Принимаются во внимание также теплопоступления через ограждающие конструкции смежных помещений. Согласно действующих нормативных документов, тепловая мощность системы отопления (кВт) определяется по формуле:
Q = Q1 · b1 · b2 + Q2 – Q3
Где Q1 - расчетные тепловые потери здания, кВт;
b1 - коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины.
В зданиях, сооружениях и помещениях с постоянным тепловым режимом для поддержания температуры на заданном уровне, в течение отопительного периода, сопоставляют теплопотери и теплопоступления в расчетном установившемся режиме. В помещении, в котором поддерживается постоянный (стационарный, не меняющийся во времени) тепловой режим, должен соблюдаться тепловой баланс (это следует из закона сохранения теплоты):
ΣQ = 0 или Qпост – Qпот = 0 или Qизб = 0
Даже если бы в помещении не было систем обеспечения микроклимата, то есть систем отопления и вентиляции, баланс тепла все равно бы соблюдался, просто баланс существовал бы при температурах внутреннего воздуха, неприемлемых для человека. Наличие систем отопления и вентиляции позволяет обеспечить тепловой баланс при требуемой температуре внутреннего воздуха. Таким образом, если при расчетной температуре внутреннего воздуха баланс не наблюдается, то есть имеют место избытки или недостатки теплоты, система вентиляции должна скорректировать баланс, введя в помещение точно такое же количество теплоты, но с противоположным
знаком:
Qве = – Qизб
Таким образом, для определения расчетной тепловой (холодильной или отопительной) способности системы следует произвести расчет избытков теплоты в помещении путем суммирования всех теплопоступлений и теплопотерь с учетом знака (теплопотери учитываются со знаком “минус”). Отметим, что термины теплопоступлений и теплопотериотражают лишь направление потоков теплоты: теплопоступления – это поток теплоты внутрь помещения, а теплопотери – поток теплоты из помещения.
Учитывая наличие знака “минус” перед значением тепловых потерь, результат суммирования теплопоступлений и теплопотерь может оказаться как положительным, так и отрицательным. В первом случае говорят об избытках теплоты в помещении, а во втором случае – о недостатках теплоты. Два термина опять-таки используются исключительно ради того, чтобы не упоминать все время действительный знак результата вычислений.
Если в помещении выделяется влага, что обычно и бывает в общественных зданиях, производственных помещениях (влага поступает от людей), то избытки и недостатки теплоты в помещении подсчитываются раздельно для явного и для полного тепла. Для общественных зданий характерно наличие водяной системы отопления с местными нагревательными приборами. Такая система является постоянно действующей и работает круглые сутки, в отличие от систем дежурного отопления промышленных зданий, которые могут отключаться в рабочее время (в первую очередь это касается систем воздушного отопления). Тепловой же баланс для промышленного здания обычно составляется без учета теплопоступлений от отопления, так как вопрос о выборе типа системы отопления и ее режима работы решается позднее. Результаты расчета теплового баланса используются для расчета воздухообмена по тепловым избыткам.
В производственных помещениях теплопоступления от оборудования рассчитываются при их минимальном напряжении. В жилых зданиях учитываются бытовые теплопоступления и теплопоступления от солнечной радиации. Тепловая напряженность отопительных установок помещения Qоп для компенсации дефицита тепла равняется
Qоп = Qпост– Qпот,
Где Qпост и Qпот - теплопоступления и теплопотери в помещении в заданный промежуток времени.
В производственных помещениях теплопотери могут быть меньше теплопоступлений и в этом случае система отопления не предусматривается.
В теплый период года, когда отсутствуют теплопотери, тепловой баланс состоит только из теплопоступлений. Теплопоступления от солнечной радиации учитываются в тепловом балансе круглый год. В переходный период года — теплопотери и теплопоступления пересчитываются на наружную температуру воздуха +8 °С, а теплопоступления от солнечной радиации принимаются в размере 50 % от теплопоступлений для теплого периода года.
2. Рассчитать теплопотери через перекрытия в цеху, который имеет: длинна — 96 м, ширина — 72 м, высота — 6 м. Температура наружного воздуха tн = -10°С, внутреннего воздуха tв = 18°С, Rо = 0,92 м2·C/Вт.
Решение:
Для определения потери тепла через перекрытия в цеху определим удельный тепловой поток (потери тепла через 1 м2 стенки) через термическое сопротивление стенки Rо:
q = (t1 – t2) / Rо,
где Rо – сопротивление теплопередаче стены, м2·C/Вт;
(t1 – t2) – температурный перепад, °С.
q = (18 – (–10)) / 0,92 = 30,4 Вт/м2
Теперь определим общее количество тепла, переданного через перекрытия цеха площадью F за 1 час:
Q = q·F,
где F – общая площадь поверхностей стен, м2.
По условию задачи необходимо взять площадь перекрытий цеха, т.е. потолка:
F = 96·72 = 6912 м2
Отсюда находим теплопотери:
Q = 30,4·6912 = 210,1 кВт
3. Построение процессов изменения состояния воздуха на i-d диаграмме, увлажнение, смешивание воздуха двух состояний.
Атмосферный воздух можно рассматривать как смесь двух газов – сухого воздуха и водяного пара. Такая смесь называется влажным воздухом. Сухая часть воздуха по объему состоит из 78,13% азота, 20,90% кислорода, 0,03% углекислого газа и примерно 1% инертных и других газов. С достаточной для технических расчетов точностью можно считать, что влажный воздух подчиняется всем законам смеси идеальных газов. Тогда по закону Дальтона общее давление атмосферного воздуха ро будет равно сумме давлений сухого воздуха рв и водяного пара рп:
ро = рв + рп
Воздух, состоящий из сухого воздуха и перегретого водяного пара, называется ненасыщенным влажным воздухом, а состоящий из сухого воздуха и насыщенного водяного пара — насыщенным влажным воздухом. Давление насыщенного пара pп′′ зависит только от температуры воздуха и может быть найдено по таблицам. Охлаждение насыщенного воздуха сопровождается выпадением конденсата воды. При нагревании насыщенного воздуха водяной пар становится перегретым. Содержание водяного пара измеряется его количеством в граммах на 1 м3 объема воздуха (абсолютная влажность). Масса водяного пара, приходящаяся на 1 кг сухого воздуха, называется влагосодержанием (d). Содержание водяных паров в воздухе зависит от температуры, количества осадков, наличия водоемов, направляющих ветров. Однако каждому значению температуры воздуха соответствует некоторое максимальное содержание пара в единице объема, при котором пар становится насыщенным. Характеристикой влияния влажности воздуха на самочувствие людей является относительная влажность (φ). Относительной влажностью воздуха φ называется отношение абсолютной влажности ненасыщенного воздуха к абсолютной влажности насыщенного воздуха при той же температуре. Относительную влажность можно определить как отношение парциального давления водяного пара рп к парциальному давлению водяного пара насыщенного воздуха рп′′ при той же температуре. Относительную влажность воздуха выражают в процентах или в долях единицы:
φ = рп / рп′′, φ = (рп / рп′′)·100%
Относительная влажность насыщенного воздуха равна 100%. Влагосодержание и относительная влажность воздуха связаны соотношением:
d = 0,622·(φ·рп′′ / (Ро – рп′′))
К основным параметрам воздуха относятся не только температура, относительная влажность, влагосодержание, но и энтальпия (теплосодержание). Энтальпию воздуха i выражают как сумму энтальпий 1 кг сухого воздуха iс.в и энтальпии водяных паров iп, приходящихся на 1 кг сухой части воздуха, т. е.
i = iс.в + diп = t + (1,89t + 2500)d.
По формулам приведенным выше можно вычислять основные параметры воздуха, однако для построения процессов изменения состояния воздуха удобнее пользоваться i,d-диаграммой влажного воздуха. На рис. 1 приведена i,d-диаграмма (диаграмма Рамзина).
Рис. 1 – i, d-диаграмма влажного воздуха
По горизонтальной оси отложены значения влагосодержания и нанесена сетка вертикальных линий d = const. Под углом 135° к вертикальной оси диаграммы проведены линии постоянной энтальпии i. На диаграмму нанесены кривые равных значений относительной влажности φ от 0 до 100% и линии постоянных температур в виде прямых под небольшим углом к горизонтальной оси диаграммы. i,d-диаграмма дополнена линией парциальных давлений водяного пара pп. Каждая точка диаграммы характеризуется взаимно согласованными параметрами t, d, i, pп, φ. Точки диаграммы определяют следующие состояния: ненасыщенного воздуха над кривой φ = 100%; насыщенного воздуха на кривой φ = 100%; насыщенного воздуха, содержащего капельки жидкой влаги или льда под кривой φ = 100%. Диаграммой пользуются следующим образом (рис. 2). Пусть известно, что воздух имеет температуру 20°С и относительную влажность 60%. На пересечении изотермы 20°С с линией φ = 60% получим точку А. Тогда по i,d-диаграмме легко прочитать остальные параметры воздуха: iA = 42,2 кДж/кг; dA = 8,8 г/кг; pпА = 1,4 кПа.
С помощью диаграммы можно определить температуру точки росы воздуха tр. Если воздух охлаждать при d = const, то температура, при которой воздух становится насыщенным, будет tр. Дальнейшее охлаждение сопровождается выпадением влаги. Для точки А температура точки росы tр = 12°С. Точка В называется точкой росы для воздуха, имеющего состояние, характеризуемое точкой А. Важнейшим параметром воздуха является температура по мокрому термометру tм. Это такая температура, которую воздух принимает в результате его адиабатического насыщения (увлажнения). Если взять два термометра, смочить шарик одного термометра и поместить оба термометра в поток воздуха, то температура смоченного термометра будет ниже, чем температура сухого термометра. Объясняется это тем, что между воздухом и мокрым термометром происходит тепло- и массообмен. Оба термометра будут показывать одинаковую температуру, если омывающий их воздух будет насыщенным.
Рис. 2 – определение параметров воздуха с помощью i, d-диаграммы
Таким образом, чтобы найти tм для воздуха состояния точки А, надо из этой точки провести линию i = const до пересечения с линией φ = 100%. Значение tм для точки А будет составлять 15,4°С. Из диаграммы видно, что для воздуха заданных параметров температура по мокрому термометру tм снижается при уменьшении относительной влажности φ воздуха. Основное назначение диаграммы – это изображение процессов изменения состояния воздуха: увлажнения, нагревания, охлаждения и т. д. Изменение состояния воздуха может произойти тогда, когда ему подводится (отводится) тепло Q или влага W, или за счет одновременного воздействия обоих факторов. Процесс изменения состояния воздуха при этом характеризуется значением ε (кДж/кг), называемым тепло-влажностным отношением, или угловым коэффициентом:
ε = Q/W
Если начальные параметры воздуха различны, а значения ε одинаковы, то линии, характеризующие изменение состояния воздуха, параллельны между собой. Для удобства построения процессов изменения состояния воздуха на i,d-диаграмме нанесены линии углового масштаба в виде пучка лучей, исходящих из центра координат диаграммы (i = 0, t = 0, d = 0) со значением ε от –∞ до +∞. Однако для того, чтобы эти лучи не мешали основным линиям, оставляют только концы лучей на поле диаграммы.
Практическое пользование угловым масштабом сводится к следующему. Пусть известно начальное состояние воздуха в помещении, характеризуемое точкой А. Чтобы выяснить направление процесса с известным ε, нужно на полях i,d-диаграммы найти конец луча с этим значением, соединить его с центром координат и провести из точки А линию, параллельную этому лучу процесса. Таким образом, параметрами состояния влажного воздуха являются t, pп, φ, d, i при заданном общем давлении рб. Основными параметрами, изменяющимися независимо друг от друга, являются t и φ, прочие параметры – производные. Определив значение t и φ, можно найти все остальные параметры воздуха, как аналитическим путем, так и графическим с помощью
i,d-диаграммы.
Часто наружный воздух, подаваемый в помещение, смешивают с внутренним воздухом. Возможны и другие случаи, связанные с перемешиванием масс воздуха разного состояния. Процесс смешения воздуха на i,d-диаграмме изображается прямой, соединяющей точки, отвечающие состоянию смешиваемых масс воздуха. Точка смеси всегда располагается на этой прямой и делит ее на отрезки, обратно пропорциональные смешиваемым порциям воздуха. Если смешивать воздух состояния 1 (рис. 3) в количестве G с воздухом состояния 2 в количестве nG, то точка смеси 3 разделит отрезок 1–2 или его проекцию на части 1–3 и 3–2. Таким образом, чтобы найти точку смеси, нужно прямую 1–2 или ее проекцию разделить на (n + 1) частей и отложить от точки 1 одну часть, оставив n частей до точки 2. Такое построение определит положение точки смеси. Возможен случай, когда точка смеси окажется в области ниже линии φ = 100%. Это значит, что при смешении будет образовываться туман (рис. 4). Снижение влагосодержания воздуха за счет конденсации влаги будет равно Δd.
Рис. 3 – i, d-диаграмма с режимом смешения двух масс воздуха различного состояния.
Рис. 4 – i, d-диаграмма с режимом смешения двух масс воздуха при расположении точки смеси φ = 100%.
Увлажнение воздуха осуществляют путем непосредственного подмешивания к воздуху водяного пара или путем разбрызгивания воды в камерах орошения при адиабатическом процессе. Тонкий слой воды или ее капли при контакте с воздухом приобретают температуру, равную температуре мокрого термометра. При контакте воздуха с водой, имеющей такую температуру, происходит процесс адиабатного (изоэнтальпийного) увлажнения воздуха, энтальпия воздуха остается практически неизменной. В i,d-диаграмме этот процесс можно проследить по линиям i = const (слева – вниз – направо) (рис. 5). Если воздух состояния 1 (рис. 5) находится в контакте с водой, имеющей температуру мокрого термометра tм1, то его состояние изменится по линии i1 = const, например, до точки 2 с ассимиляцией Δd1 граммов влаги на один килограмм сухой части воздуха. Предельное состояние воздуха в этом процессе соответствует его насыщению влагой (точка 3, отвечающая пересечению луча процесса с кривой φ = 100%). При кондиционировании часто используют адиабатное увлажнение воздуха рециркуляционной водой. Для этого в оросительной камере разбрызгивают воду, имеющую температуру, близкую к температуре мокрого термометра. При этом небольшая часть воды (до 1÷3%) испаряется и увлажняет воздух, проходящий через камеру. Реальный процесс несколько отклоняется вверх от линии i = const, но это отклонение практически незначительно. Если в воздух подать пар, имеющий ту же температуру, что и воздух по «сухому» термометру, то он будет увлажняться, не изменяя своей температуры. Изотермический процесс увлажнения паром в i,d-диаграмме изображается линией 1–4 (рис. 5). После увлажнения состояние воздуха может соответствовать произвольной точке на этой изотерме, например точке 4 при ассимиляции Δd2 влаги. Предельное состояние в этом процессе соответствует точке 5 пересечения линии t1 с линией φ = 100%.
При кондиционировании воздуха используют процесс увлажнения воздуха острым паром, который обычно имеет температуру более 100°С, т. е. значительно отличающуюся от температуры воздуха. Однако в связи с тем что содержание явного тепла в паре, ассимилируемом воздухом, незначительно, луч процесса идет с небольшим отклонением вверх от изотермы. Изменение энтальпии воздуха в основном определяется теплотой парообразования водяного пара, при этом температура воздуха немного повышается. На практике принимают процесс увлажнения паром, протекающий по линии постоянной температуры.
Рис. 5 – i, d-диаграмма с режимами изоэнтальпийного и изотермического увлажнения воздуха.
4. Центробежные вентиляторы. Устройство, принцип работы, область применения.
Вентиляция — это совокупность технических средств и мероприятий, необходимых для поддержания в помещении нормального воздухообмена.
Для устранения проблем, связанных с опасностью для здоровья людей, влажный, испорченный воздух должен выводиться наружу и заменяться свежим. Вновь поступающий воздух должен проникать во все комнаты дома, так, чтобы обеспечивалось его полное и эффективное проветривание. Дыхание каждого человека и обычное испарение влаги сквозь поры на коже может добавлять в воздух до 4,3 литров пара в день. Там, где исчезает ветерок свежести, помочь владельцам домов защитить здоровье близких, сохранить и даже увеличить свои денежные вложения могут высокоэффективные системы вентиляции. В холодное время года, когда окна плотно закрыты на всю зиму, приточно-вытяжные системы вентиляции помогут обеспечить жилые помещения воздухом очень высокого качества. Эти системы специально предназначены для быстрого удаления влаги, несвежего воздуха, всякого рода загрязнителей прямо от источников их возникновения через разветвленную вентиляционную сеть. Кроме того, эти системы вентиляции через разветвленную систему забора и распределения раздают свежий воздух по всему дому.
В механической вентиляции необходимый для ее функционирования перепад давления создается вентиляторами. Это позволяет расширить возможный диапазон действия вентиляционной системы за счет подбора необходимого перепада давления в системе. Применение вентиляторов расширяет возможности вентиляционных систем, приближая их к более современным системам жизнеобеспечения — системам кондиционирования, т.е. позволяет применять в системах агрегаты и системы, позволяющие решать сложные совокупные задачи подготовки среды в помещении, наилучшим образом удовлетворяющие санитарно — гигиеническим требованиям. Это устройства очистки, увлажнения или нагрева воздуха, подаваемого в помещение.
Вентиляторы, используемые в вентиляционных системах, могут быть подразделены на: низконапорные — до 103 Па; средненапорные — до 3 103 Па; высоконапорные — до 15 104 Па.
По конструктивному исполнению вентиляторы делятся на центробежные (рис. 6) и осевые. На кровле здания устанавливаются специальные крышные вентиляторы. Существуют центробежные вентиляторы одностороннего и двухстороннего всасывания. По направлению вращения центробежные вентиляторы делятся на вентиляторы правого и левого вращения. Вентиляторами правого вращения называются те, у которых колесо вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны всасывания, а вентиляторами левого вращения — те, у которых колесо вращается против часовой стрелки.
По типу привода различают следующие соединения колеса с валом электродвигателя: с постоянным передаточным отношением и с регулируемой бесступенчатой передачей (вариаторы, гидро- и индукторные люфты скольжения). Технические характеристики вентиляторов приводятся для стандартных условий чистого воздуха при барометрическом давлении.
Рис. 6 – центробежный вентилятор.
Центробежный вентилятор (рис. 6) состоит из трех основных частей: рабочего колеса с лопатками (ротор), улиткообразного кожуха и станины с валом подшипниками и шкивом.
Поток воздуха входит в вентилятор в осевом направлении, т.е. параллельно его оси вращения, а покидает в направлении перпендикулярном оси. Центробежные вентиляторы различают по направлению вращения рабочего колеса — ротора. Если смотреть на вентилятор со стороны, противоположной входному отверстию, то вентилятор, вращающийся по часовой стрелке, называется вентилятором правостороннего вращения.
Колесо вентилятора должно всегда вращаться по ходу разворота улиточного кожуха. При обратном вращении производительность вентилятора падает на 70 - 80%. Вентилятору присваивается номер, соответствующий диаметру кольца в дециметрах. Например, №2 – 2 дм, №8 – 8 дм.
В системах вентиляции используются чаще всего вентиляторы низкого давления. Центробежные крышные вентиляторы могут применяться для установок общеобменной вытяжной вентиляции, как без сети, так и с сетью воздуховодов. Кроме того, их используют для удаления воздуха от местных укрытий, если не требуется производить предварительную очистку воздуха и в том случае, когда температура воздуха не превышает 60 - 70 °С.
5. Воздух с параметрами t1 = 30°С и φ1 = 50% охлаждается до t2 = 10°С. Определить количество тепла, выделившегося при охлаждении, если обработке подвергалось 5500 кг воздуха. Определить параметры воздуха после охлаждения.
Решение:
Для определения количества тепла выделяемого при охлаждении воздуха массой 5500 кг используем формулу, учитывая, что воздух охлаждается при постоянном давлении:
Q = G·ccp·(t1 – t2),
где ccp – средняя теплоемкость воздуха, ccp = 1,005 кДж/(кг·град) при давлении 760 мм рт. ст.;
G – масса воздуха.
Q = 5500·1,005·(30 – 10) = 110550 кДж
Для определения параметров воздуха после охлаждения воспользуемся I – d-диаграммой. Найдем точку А, соответствующую t1 = 30°С и φ1 = 50%. Определим влагосодержание dА = 13 г/кг и энтальпию iА = 62 кДж/кг. Далее на диаграмме из точки А проводим вертикальную прямую до изотермы t2 = 10°С. Из рисунка 1 видим, что такое пересечение невозможно, так как оно ниже температуры точки росы для данного состояния влажного воздуха. Получаем точку В на пересечении с линией относительной влажности φ = 100%. Это говорит о том, что воздух достигает полного насыщения при tн = 18°С и дальнейшее его охлаждение приведет к перенасыщению влагой и выпадению ее в виде росы. После точки В помимо понижения температуры начинается увлажнение. Определим энтальпию в точке С (пересечение изотермы t2 = 10°С с линией энтальпии i = const, проведенной от точки В): iС = iВ = 50 кДж/кг, а также влагосодержание dС = 16,4 г/кг.
6. Приборы для измерения и регистрации температуры и влажности воздуха: психрометры, термографы, гигрографы.
Метереологические условия на производстве, т.е. состояние воздушной среды, оказывает влияние на течение жизненных процессов в организме человека и характеризует гигиенические условия труда на производстве. Эти условия определяются: температурой воздуха, относительной влажностью воздуха %, подвижностью воздуха, м/с; барометрическим давлением, мм рт.ст.; тепловым излучением, Вт/кв.м (ккал/кв.м ч).
Состояние воздушной атмосферы и микроклимата на производстве контролируется путем измерения температуры, влажности, скорости движения и состава воздуха. Полученные данные сопоставляются с допускаемыми санитарными нормами.
Температура воздуха в производственных помещениях измеряется в нескольких точках на рабочих местах в разное время на высоте 1,3-1,5 м от пола и не ближе 1 м от нагревательных приборов и наружных стен.
Ртутные термометры применяются обычно при измерениях выше 0 град. С, а спиртовые — ниже 0 град С. Для измерения температуры воздуха в условиях теплового излучения пользуются парным термометром: один термометр с зачерненной поверхностью резервуара с ртутью, другой — с покрытием из серебра. Для регистрации температуры во времени применяют термограф.
Относительную влажность воздуха измеряют психрометрами и гигрометрами. Простейший психрометр статический (психрометр Августа), состоящий из 2 термометров — сухого и влажного.
Для более точных измерений применяется аспирационный психрометр (психрометр Ассмана) — сухой и влажный термометр с встроенными вентилятором. На основе показаний влажного и сухого термометров по таблицам определяется относительная влажность. Для записи изменения влажности во времени применяется гигрограф. Скорость движения воздуха измеряется анемометрами: от 0,4 до 10 м/с применяются крыльчатые анемометры, от 1 до 35 м/с — чашечные. Для замера малых скоростей менее 0,4 м/с используются электроанемометры. Интенсивность теплового излучения измеряется актинометрами, действие которых основано на поглощении лучистой энергии и превращении ее в тепловую, количество которой регистрируется различными способами.
7. В процессе кондиционирования воздуха смешивался внутренний и наружный воздух следующих параметров: t1 = 15°С, φ1 = 35%, М1 = 500 кг и t2 = 25°С, М2 = 2000 кг. Определить параметры воздуха после смешивания.
Решение:
Задачу необходимо решать с использованием I – d-диаграммы. По диаграмме определим для внутреннего воздуха:
– энтальпия (теплосодержание) i1 = 23,4 кДж/кг;
– влагосодержание d1 = 3,6 г/кг;
для наружного воздуха при температуре t2 = 25°С и относительной влажности φ2 = 70%:
– i2 = 58,7 кДж/кг;
– d2 = 13,75 г/кг.
Определим из условия задачи отношение масс воздуха:
а = М2 / М1
а = 2000 / 500 = 4
Определим влагосодержания воздуха после смешивания по формуле:
dсм = (d1 + а·d2) / (1 + а)
dсм = (0,0036 + 4·0,01375) / (1 + 4) = 11,72 г/кг
Определим энтальпию воздуха после смешивания по формуле:
iсм = (i1 + а·i2) / (1 + а)
iсм = (23,4 + 4·58,7) / (1 + 4) = 51,64 кДж/кг
Имея значения величин dсм и iсм, по I – d-диаграмме найдем параметры воздуха после смешивания:
tсм = 23°С, φсм = 66%.
Проверим правильность решения задачи графическим способом. Для этого по значениям i1, d1, i2 и d2 на I – d-диаграмме находим точки 1 и 2 (рисунок 2). Найденные точки соединяем прямой и применяем правило рычага.
Масса воздуха после смешивания будет:
Мсм = М1 + М2
Мсм = 500 + 2000 = 2500 кг
Тогда получим отношение:
(А-2) / (1-2) = 500 / 2500 = 1 / 5
Рис. 2 – I-d диаграмма воздуха
Разделив прямую 1-2 на 5 частей, находим точку А, соответствующую состоянию воздуха после смешения двух потоков:
tсм = 23°С, φсм = 66%; iсм = 51,64 кДж/кг
Часто наружный воздух, подаваемый в помещение, смешивают с внутренним воздухом. Возможны и другие случаи, связанные с перемешиванием масс воздуха разного состояния. Процесс смешения воздуха на i,d-диаграмме изображается прямой, соединяющей точки, отвечающие состоянию смешиваемых масс воздуха. Точка смеси всегда располагается на этой прямой и делит ее на отрезки, обратно пропорциональные смешиваемым порциям воздуха. Если смешивать воздух состояния 1 (рис. 3) в количестве G с воздухом состояния 2 в количестве nG, то точка смеси 3 разделит отрезок 1–2 или его проекцию на части 1–3 и 3–2. Таким образом, чтобы найти точку смеси, нужно прямую 1–2 или ее проекцию разделить на (n + 1) частей и отложить от точки 1 одну часть, оставив n частей до точки 2. Такое построение определит положение точки смеси. Возможен случай, когда точка смеси окажется в области ниже линии φ = 100%. Это значит, что при смешении будет образовываться туман (рис. 4). Снижение влагосодержания воздуха за счет конденсации влаги будет равно Δd.
Рис. 3 – i, d-диаграмма с режимом смешения двух масс воздуха различного состояния.
Рис. 4 – i, d-диаграмма с режимом смешения двух масс воздуха при расположении точки смеси φ = 100%.
Увлажнение воздуха осуществляют путем непосредственного подмешивания к воздуху водяного пара или путем разбрызгивания воды в камерах орошения при адиабатическом процессе. Тонкий слой воды или ее капли при контакте с воздухом приобретают температуру, равную температуре мокрого термометра. При контакте воздуха с водой, имеющей такую температуру, происходит процесс адиабатного (изоэнтальпийного) увлажнения воздуха, энтальпия воздуха остается практически неизменной. В i,d-диаграмме этот процесс можно проследить по линиям i = const (слева – вниз – направо) (рис. 5). Если воздух состояния 1 (рис. 5) находится в контакте с водой, имеющей температуру мокрого термометра tм1, то его состояние изменится по линии i1 = const, например, до точки 2 с ассимиляцией Δd1 граммов влаги на один килограмм сухой части воздуха. Предельное состояние воздуха в этом процессе соответствует его насыщению влагой (точка 3, отвечающая пересечению луча процесса с кривой φ = 100%). При кондиционировании часто используют адиабатное увлажнение воздуха рециркуляционной водой. Для этого в оросительной камере разбрызгивают воду, имеющую температуру, близкую к температуре мокрого термометра. При этом небольшая часть воды (до 1÷3%) испаряется и увлажняет воздух, проходящий через камеру. Реальный процесс несколько отклоняется вверх от линии i = const, но это отклонение практически незначительно. Если в воздух подать пар, имеющий ту же температуру, что и воздух по «сухому» термометру, то он будет увлажняться, не изменяя своей температуры. Изотермический процесс увлажнения паром в i,d-диаграмме изображается линией 1–4 (рис. 5). После увлажнения состояние воздуха может соответствовать произвольной точке на этой изотерме, например точке 4 при ассимиляции Δd2 влаги. Предельное состояние в этом процессе соответствует точке 5 пересечения линии t1 с линией φ = 100%.
При кондиционировании воздуха используют процесс увлажнения воздуха острым паром, который обычно имеет температуру более 100°С, т. е. значительно отличающуюся от температуры воздуха. Однако в связи с тем что содержание явного тепла в паре, ассимилируемом воздухом, незначительно, луч процесса идет с небольшим отклонением вверх от изотермы. Изменение энтальпии воздуха в основном определяется теплотой парообразования водяного пара, при этом температура воздуха немного повышается. На практике принимают процесс увлажнения паром, протекающий по линии постоянной температуры.
Рис. 5 – i, d-диаграмма с режимами изоэнтальпийного и изотермического увлажнения воздуха.
4. Центробежные вентиляторы. Устройство, принцип работы, область применения.
Вентиляция — это совокупность технических средств и мероприятий, необходимых для поддержания в помещении нормального воздухообмена.
Для устранения проблем, связанных с опасностью для здоровья людей, влажный, испорченный воздух должен выводиться наружу и заменяться свежим. Вновь поступающий воздух должен проникать во все комнаты дома, так, чтобы обеспечивалось его полное и эффективное проветривание. Дыхание каждого человека и обычное испарение влаги сквозь поры на коже может добавлять в воздух до 4,3 литров пара в день. Там, где исчезает ветерок свежести, помочь владельцам домов защитить здоровье близких, сохранить и даже увеличить свои денежные вложения могут высокоэффективные системы вентиляции. В холодное время года, когда окна плотно закрыты на всю зиму, приточно-вытяжные системы вентиляции помогут обеспечить жилые помещения воздухом очень высокого качества. Эти системы специально предназначены для быстрого удаления влаги, несвежего воздуха, всякого рода загрязнителей прямо от источников их возникновения через разветвленную вентиляционную сеть. Кроме того, эти системы вентиляции через разветвленную систему забора и распределения раздают свежий воздух по всему дому.
В механической вентиляции необходимый для ее функционирования перепад давления создается вентиляторами. Это позволяет расширить возможный диапазон действия вентиляционной системы за счет подбора необходимого перепада давления в системе. Применение вентиляторов расширяет возможности вентиляционных систем, приближая их к более современным системам жизнеобеспечения — системам кондиционирования, т.е. позволяет применять в системах агрегаты и системы, позволяющие решать сложные совокупные задачи подготовки среды в помещении, наилучшим образом удовлетворяющие санитарно — гигиеническим требованиям. Это устройства очистки, увлажнения или нагрева воздуха, подаваемого в помещение.
Вентиляторы, используемые в вентиляционных системах, могут быть подразделены на: низконапорные — до 103 Па; средненапорные — до 3 103 Па; высоконапорные — до 15 104 Па.
По конструктивному исполнению вентиляторы делятся на центробежные (рис. 6) и осевые. На кровле здания устанавливаются специальные крышные вентиляторы. Существуют центробежные вентиляторы одностороннего и двухстороннего всасывания. По направлению вращения центробежные вентиляторы делятся на вентиляторы правого и левого вращения. Вентиляторами правого вращения называются те, у которых колесо вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны всасывания, а вентиляторами левого вращения — те, у которых колесо вращается против часовой стрелки.
По типу привода различают следующие соединения колеса с валом электродвигателя: с постоянным передаточным отношением и с регулируемой бесступенчатой передачей (вариаторы, гидро- и индукторные люфты скольжения). Технические характеристики вентиляторов приводятся для стандартных условий чистого воздуха при барометрическом давлении.
Рис. 6 – центробежный вентилятор.
Центробежный вентилятор (рис. 6) состоит из трех основных частей: рабочего колеса с лопатками (ротор), улиткообразного кожуха и станины с валом подшипниками и шкивом.
Поток воздуха входит в вентилятор в осевом направлении, т.е. параллельно его оси вращения, а покидает в направлении перпендикулярном оси. Центробежные вентиляторы различают по направлению вращения рабочего колеса — ротора. Если смотреть на вентилятор со стороны, противоположной входному отверстию, то вентилятор, вращающийся по часовой стрелке, называется вентилятором правостороннего вращения.
Колесо вентилятора должно всегда вращаться по ходу разворота улиточного кожуха. При обратном вращении производительность вентилятора падает на 70 - 80%. Вентилятору присваивается номер, соответствующий диаметру кольца в дециметрах. Например, №2 – 2 дм, №8 – 8 дм.
В системах вентиляции используются чаще всего вентиляторы низкого давления. Центробежные крышные вентиляторы могут применяться для установок общеобменной вытяжной вентиляции, как без сети, так и с сетью воздуховодов. Кроме того, их используют для удаления воздуха от местных укрытий, если не требуется производить предварительную очистку воздуха и в том случае, когда температура воздуха не превышает 60 - 70 °С.
5. Воздух с параметрами t1 = 30°С и φ1 = 50% охлаждается до t2 = 10°С. Определить количество тепла, выделившегося при охлаждении, если обработке подвергалось 5500 кг воздуха. Определить параметры воздуха после охлаждения.
Решение:
Для определения количества тепла выделяемого при охлаждении воздуха массой 5500 кг используем формулу, учитывая, что воздух охлаждается при постоянном давлении:
Q = G·ccp·(t1 – t2),
где ccp – средняя теплоемкость воздуха, ccp = 1,005 кДж/(кг·град) при давлении 760 мм рт. ст.;
G – масса воздуха.
Q = 5500·1,005·(30 – 10) = 110550 кДж
Для определения параметров воздуха после охлаждения воспользуемся I – d-диаграммой. Найдем точку А, соответствующую t1 = 30°С и φ1 = 50%. Определим влагосодержание dА = 13 г/кг и энтальпию iА = 62 кДж/кг. Далее на диаграмме из точки А проводим вертикальную прямую до изотермы t2 = 10°С. Из рисунка 1 видим, что такое пересечение невозможно, так как оно ниже температуры точки росы для данного состояния влажного воздуха. Получаем точку В на пересечении с линией относительной влажности φ = 100%. Это говорит о том, что воздух достигает полного насыщения при tн = 18°С и дальнейшее его охлаждение приведет к перенасыщению влагой и выпадению ее в виде росы. После точки В помимо понижения температуры начинается увлажнение. Определим энтальпию в точке С (пересечение изотермы t2 = 10°С с линией энтальпии i = const, проведенной от точки В): iС = iВ = 50 кДж/кг, а также влагосодержание dС = 16,4 г/кг.
6. Приборы для измерения и регистрации температуры и влажности воздуха: психрометры, термографы, гигрографы.
Метереологические условия на производстве, т.е. состояние воздушной среды, оказывает влияние на течение жизненных процессов в организме человека и характеризует гигиенические условия труда на производстве. Эти условия определяются: температурой воздуха, относительной влажностью воздуха %, подвижностью воздуха, м/с; барометрическим давлением, мм рт.ст.; тепловым излучением, Вт/кв.м (ккал/кв.м ч).
Состояние воздушной атмосферы и микроклимата на производстве контролируется путем измерения температуры, влажности, скорости движения и состава воздуха. Полученные данные сопоставляются с допускаемыми санитарными нормами.
Температура воздуха в производственных помещениях измеряется в нескольких точках на рабочих местах в разное время на высоте 1,3-
Ртутные термометры применяются обычно при измерениях выше 0 град. С, а спиртовые — ниже 0 град С. Для измерения температуры воздуха в условиях теплового излучения пользуются парным термометром: один термометр с зачерненной поверхностью резервуара с ртутью, другой — с покрытием из серебра. Для регистрации температуры во времени применяют термограф.
Относительную влажность воздуха измеряют психрометрами и гигрометрами. Простейший психрометр статический (психрометр Августа), состоящий из 2 термометров — сухого и влажного.
Для более точных измерений применяется аспирационный психрометр (психрометр Ассмана) — сухой и влажный термометр с встроенными вентилятором. На основе показаний влажного и сухого термометров по таблицам определяется относительная влажность. Для записи изменения влажности во времени применяется гигрограф. Скорость движения воздуха измеряется анемометрами: от 0,4 до 10 м/с применяются крыльчатые анемометры, от 1 до 35 м/с — чашечные. Для замера малых скоростей менее 0,4 м/с используются электроанемометры. Интенсивность теплового излучения измеряется актинометрами, действие которых основано на поглощении лучистой энергии и превращении ее в тепловую, количество которой регистрируется различными способами.
7. В процессе кондиционирования воздуха смешивался внутренний и наружный воздух следующих параметров: t1 = 15°С, φ1 = 35%, М1 = 500 кг и t2 = 25°С, М2 = 2000 кг. Определить параметры воздуха после смешивания.
Решение:
Задачу необходимо решать с использованием I – d-диаграммы. По диаграмме определим для внутреннего воздуха:
– энтальпия (теплосодержание) i1 = 23,4 кДж/кг;
– влагосодержание d1 = 3,6 г/кг;
для наружного воздуха при температуре t2 = 25°С и относительной влажности φ2 = 70%:
– i2 = 58,7 кДж/кг;
– d2 = 13,75 г/кг.
Определим из условия задачи отношение масс воздуха:
а = М2 / М1
а = 2000 / 500 = 4
Определим влагосодержания воздуха после смешивания по формуле:
dсм = (d1 + а·d2) / (1 + а)
dсм = (0,0036 + 4·0,01375) / (1 + 4) = 11,72 г/кг
Определим энтальпию воздуха после смешивания по формуле:
iсм = (i1 + а·i2) / (1 + а)
iсм = (23,4 + 4·58,7) / (1 + 4) = 51,64 кДж/кг
Имея значения величин dсм и iсм, по I – d-диаграмме найдем параметры воздуха после смешивания:
tсм = 23°С, φсм = 66%.
Проверим правильность решения задачи графическим способом. Для этого по значениям i1, d1, i2 и d2 на I – d-диаграмме находим точки 1 и 2 (рисунок 2). Найденные точки соединяем прямой и применяем правило рычага.
Масса воздуха после смешивания будет:
Мсм = М1 + М2
Мсм = 500 + 2000 = 2500 кг
Тогда получим отношение:
(А-2) / (1-2) = 500 / 2500 = 1 / 5
Рис. 2 – I-d диаграмма воздуха
Разделив прямую 1-2 на 5 частей, находим точку А, соответствующую состоянию воздуха после смешения двух потоков:
tсм = 23°С, φсм = 66%; iсм = 51,64 кДж/кг
