TEMAT:
Zaprojektować urządzenie wentylacyjne dla hali stolarni (odciągi miejscowe)
Dane
• Obiekt – hala wolnostojąca
• Lokalizacja – Wrocław,
• Parametry powietrza zewnętrznego : Lato tz= 30C, z= 45%, Zima tz= -18 C, z=100%
• Parametry powietrza wewnętrznego : Zima tpoz= +18 C
Lato tpoc= tz +tp p- nie normowana
• Wymiary hali: a x b x h = 30 x 15 x 5 m
• Zyski ciepła w okresie letnim:
• przegrody zewnętrzne 12,0 kW,
• Oświetlenie 4,5 kW
• technologia wg rysunku,
• Liczba osób – 8,
• Straty ciepła w zimie przez przegrody przy tz= -18 C i tp= +18 C, Qstr= 12,5 kW
• W pomieszczeniu działa ogrzewanie dyżurne do td= +10 C
1
Dane c.d.
Wykaz urządzeń, charakterystyka odciągów.
Lp Nazwa urządzenia Średnica króćca
odciągu w maszynie mm
Strumień powietrza m3/h
Moc silnika kW
Prędkość w przewodzie m/s
1 Piła tarczowa >300 130 900 2,5 18
2 Piła tarczowa >300 130 900 2,5 18
3 Piła tarczowa <300 105 650 1,5 20
4 Piła tarczowa <300 105 650 1,5 20
5 Strugarka jednostronna dł. wału nożowego 700 mm
200 2100 5,5 18
6 Strugarka jednostronna dł. wału nożowego 900 mm
230 2700 7,5 18
7 Strugarka jednostronna dł. wału nożowego 1600 mm
180 2900 7,5 20
8 Strugarka jednostronna dł. wału nożowego 1600 mm
150 2900 7,5 20
9 Obrabiarka do wpustów wymiar przecinaka 500 mm
180 1700 4,0 18
Razem: 15400 m3/h 40 kW
W pierwszym etapie projektu ustalamy trasy kanałów instalacji odciągów miejscowych oraz dobieramy ich średnice, wg zasad:
• Kanały stalowe, o przekroju kołowym,
• Typowe (dla danego producenta) średnice kanałów,
• Średnica odgałęzienia do maszyny = średnica króćca w maszynie
• Prędkości transportu (przepływu powietrza) postronnie ssawnej wentylatora v = 16-22 m/s,
• Prędkość rośnie w kierunku wentylatora,
• Trasa kanałowa prowadzona w taki sposób, aby uzyskać podobne opory przepływu na wszystkich jej gałęziach (samoregulacja instalacji)
• Podobne wartości prędkości na króćcach trójnika, nie mogą maleć w kierunku przepływu!
• Szczegóły: Pełech „Wentylacja i Klimatyzacja ”…
Schemat instalacji odciągów miejscowych dla technologii
Sumaryczny strumień powietrza - odciągi miejscowe: Vodc 15400 m3/h
30°
I II
III
IV V
VIII VII IX
VI I...V,VII,VIII,IX - punkty węzłowe VI - kanał zbiorczy
R=3D
R=3D
Dobór średnic:
Odcinek Przepływ Średnica φ Prędkość
- m3/h mm m/s
1 - I 900 130 18,9
I - II 1800 180 19,7
II - III 2450 210 19,7
III - IV 5200 300 20,5
IV - V 9800 400 21,7
V - VI 15400 500 21,8
Odgałęzienia (np. 5-III)
5 - VII 2100 200 18,6
VII - III 2750 225 19,2
itd.
Szczegóły doboru średnic na końcu prezentacji
CZĘŚĆ OBLICZENIOWA
I. OKRES LETNI
Q
zbj oc Q
T Q
Z Q
śwkW
Q
T– zyski od technologii (silników elektrycznych) Q
z– zyski przez przegrody zewnętrzne
Q
św– zyski od oświetlenia elektrycznego Q
L– zyski od ludzi. ????
7
Ze względu na niewielką ilość osób i wysoką temperaturę w pomieszczeniu (brak chłodzenia) Można założyć, że zyski ciepła od ludzi są pomijalnie małe
Q
L= 0
. Bilans zysków ciepła w okresie letnim
1. Zyski ciepła od silników elektrycznych i maszyn
Każda maszyna charakteryzuje się innymi wartościami
Dla uproszczenia przyjęto wspólne współczynniki dla wszystkich urządzeń:
=0,93, 1= 0,7, 2= 0,8, 3= 0,9, 4= 0,9.
1- współczynnik wykorzystania zainstalowanej mocy (stosunek mocy rzeczywistej do mocy znamionowej - przyjmuje się w granicach 0,70,9);
2- współczynnik obciążenia (stosunek rzeczywistej przeciętnej mocy wydatkowanej do mocy maksymalnej - 0,4 - 0,9);
3- współczynnik jednoczesności pracy - 0,3 - 1,0;
s4- współczynnik przyswajania ciepła przez powietrze odnoszący się do silnika, silnik chłodzony powietrzem – 0,9-0,95
Suma mocy silników zlokalizowanych w pomieszczeniu, chłodzonych powietrzem
kW N 2,52,51,51,55,57,57,57,5440,0
Q
zbj oc 19 , 5 12 , 0 4 , 5 36 , 0 kW
2. Suma zysków ciepła okresu letniego
Q
zbj oc Q
T Q
z Q
śwkW
9
3. Jednostkowe obciążenie cieplne przypadające na 1m3 kubatury - Kubatura pomieszczenia:
- Wskaźnik obciążenia cieplnego:
Wysokie obciążenie cieplne – może wystąpić gradient temperatury (h≥4m, wywiew górą)
Jaki rodzaj wentylacji powinien być zastosowany w tego typu obiekcie?
• Wentylacja z normowaniem temperatury całorocznym.
• Wentylacja z normowaniem temperatury w okresie zimy.
(bez chłodzenia)
• Klimatyzacja.
Założono wentylację z normowaniem temperatury w okresie zimy z podciśnieniem 10%:
V
N= 0,9 V
Różnicowanie ciśnień:
• Wentylacja zrównoważona.
• Wentylacja podciśnieniowa. - pom. brudne
• Wentylacja nadciśnieniowa Organizacja wymiany powietrza:
Nawiew w pobliżu strefy pracy (dołem)
Wywiew w górnej części pomieszczenia, pod stropem (górą) + wywiew przez odciągi miejscowe (dołem)
4. Przyrost temperatury powietrza w pomieszczeniu (założenie projektowe)
Ilość wydzielającego się ciepła w pomieszczeniu w/m3 kubatury
Zalecana różnica temperatury powietrza względem powietrza
zewnętrznego do 23 W/m3
23 - 35 W/m3 35 - 59 W/m3 ponad 59 W/m3
3 K 4 K 5 K 6 K
11
PN-76/-03421 -Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi.
JEDNAKŻE:
Znacznej wielkości strumień powietrza usuwany jest przez odciągi maszyn ( w dolnej strefie pomieszczenia) jednocześnie asymilując dużą cześć zysków ciepła od technologii
Pełech… rozdz.3.4 :
Przyrost temperatury powietrza nawiewanego tp-tn =3÷4 K, q = 15÷20W/m3 →
→ przyrost temperatury ponad strefą pracy: θ = 2 ÷ 3 K
wniosek:
tw- tn = 3 + 2 = 5 K (minimum) tw- tn = 3 + 3 = 6 K (maksimum)
wniosek:
Zakładamy wartość minimalną: Δt = t
w- t
n= 3 + 2 = 5 K
5. Strumień powietrza wentylującego
- Z bilansu cieplnego:
- Wydajność odciągów miejscowych:
-Wywiew ogólny:
Strumień powietrza wentylującego (przepływ powietrza przez pomieszczenie) :
V = V
zbj= 21 500 m
3/h
- w tym przypadku obliczeniowym
Schemat ideowy systemu
wentylacji
Okres letni
6. Relacje strumieni powietrza nawiewanego i wywiewnego
Założono podciśnienie 10%
Wydajność instalacji wentylacyjnych wywiewnych
- infiltracja – dopływ powietrza z zewnątrz hali, na skutek wytworzonego podciśnienia:
-odciągi miejscowe: Vodc 15400 m3/h4,27 m3/s -wywiew ogólny:
- nawiew:
V = Vodc + Vw = Vn + Vinf Vinf = V - Vn
Infiltracja
7. Sprawdzenie krotności wymian
max= 21500/2250= 9,6 h
-12250 3
5 30
15 m
h b a
V
Strumień z zysków ciepła, maksimum
15
Kubatura pomieszczenia
Krotność wymian:
Trzeba przeanalizować tryby pracy instalacji w ciągu całego roku.
Czy na pewno w zimie potrzebne są tak duże strumienie wentylacji ogólnej?
II. OKRES ZIMOWY
1. Bilans cieplny w okresie zimowym
(Q
zbj)
oz= - Q
str,w- Q
infStart urządzenia – początek pracy zakładu:
- QT = 0, - Qśw = 0, to:
Qstr,w – ta część strat ciepła, którą ma zrównoważyć wentylacja, we współdziałaniu z c.o. dyżurnym, aby uzyskać temperaturę
pomieszczenia, tpoz= +18 C
Qinf – powietrze infiltrujące z zewnątrz (zimne) to dodatkowe straty ciepła
Q
str,w=
𝒑𝒐𝒛 𝒅𝒑𝒐𝒛 𝒛𝒐𝒛
Q
strQ
inf= V
infx ϱ x c
px(t
poz- t
zoz)
Straty ciepła pokrywane przez wentylację, Qstr,w
•ogrzewanie dyżurne do td= +10 C
•Całkowite straty ciepła przez przegrody Qstr(-18,18⁰C)= 12,5 kW
17
- z danych zadania:
kW Q
Q Q
Qzjoz zjoz strW inf
,
- obliczone: •Strumień powietrza infiltrującego
Qinf = 0,597 x 1,2 x 1,005 (18-(-18)) = 25,9 kW Straty ciepła pokrywane przez wentylację, Qstr,w
Bilans cieplny w okresie zimowym:
(Q
zbj)
oz= - Q
str,w= - 2,8 kW
2. Moc nagrzewnicy.
METODA I
Strumień powietrza wentylującego V = 5,97 m3/s
Temperatura nawiewu (temperatura powietrza wentylującego = mieszaniny: nawiew z centrali + infiltracja):
V = VN + Vi ,
Równanie bilansu energii:
V ∙ ϱ ∙ cp ∙ tnoz = Vinf ∙ ϱ ∙ cp ∙ tz + VN∙ ϱ ∙ cp ∙ tnoz,c tnoz,c- temperatura nawiewu z centrali
𝑛𝑜𝑧 𝑖𝑛𝑓 𝑧𝑜𝑧
Moc nagrzewnicy
19
- nawiew ogólny – nagrzewnica w centrali bez odzysku ciepła, - Przez nagrzewnicę w centrali płynie strumień VN
Qn = VN ∙ ϱ ∙ cp ∙ (tnoz,c – tzoz)
Qn= 5,373 ∙ 1,2 ∙ 1,005 ∙ ( 22,4 – (-18)) = 262 kW
METODA II
QN = Qpz + (Qzbj)oz
Qpz – moc niezbędna do ogrzania powietrza czerpanego przez centralę (z zewnątrz) do stanu powietrza w pomieszczeniu (tpoz)
Qpz= VN ∙ ϱ ∙ cp ∙ (tpoz – tzoz) = 5,373 ∙ 1,2 ∙ 1,005 ∙ ( 18 – (-18)) = 233 kW
QN = 233,4 + 28,7 = 262 kW
UWAGA:
• W lecie, przy wyłączonej technologii bilans pomieszczenia wynosi:
(Q
zbj)
’oc= Q
z= 12 kW
• t zoc= 30⁰C,
• tpoc= 33⁰C – powinno być
• Nie działają odciągi V’= Vw=6100m3/h=1,694m3/s
𝑝𝑜𝑐 𝑛𝑜𝑐
𝑧𝑏𝑗 𝑜𝑐 𝑝
to: temperatura powietrza w pomieszczeniu osiąga wartość
t’
poc= 30 + 5,9 = 35,9⁰C !!!
Zwykle nie stanowi to problemu w tego typu zakładzie produkcyjnym. Należy o tej sytuacji poinformować Inwestora, technologa.
W przypadku konieczności utrzymania właściwej temperatury
należy zintensyfikować wentylację zapewniając przynajmniej strumień powietrza wywiewanego:
3
/s
3Δt=3 bo:
q 𝑄𝑧𝑗𝑜𝑐
𝐾 2250
3 - brak gradientu temperatury
Należy w takiej sytuacji zaprojektować możliwość zwiększenia wydajności wentylacji wywiewnej np. przez zastosowanie wentylatora wywiewnego z regulacją obrotów lub zastosowanie dodatkowej instalacji wywiewnej. Do rozważenia, czy w takim wariancie pracy nie wystarczy kompensacja zwiększonego wywiewu poprzez otwarte okna i
drzwi.
Schemat ideowy regulacji temperatury
bez zabezpieczeń
T
T T
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Należy wyznaczyć średnice poszczególnych odcinków sieci kanałów od urządzeń
Strumień powietrza technologia 15400 m3/h
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Lp Nazwa urządzenia Średnica przewodu odciągającego
Strumień powietrza m3/h
Moc silnika kW Prędkość w przewodzie m/s
1 Piła tarczowa >300 130 900 2,5 18
2 Piła tarczowa >300 130 900 2,5 18
3 Piła tarczowa <200 105 650 1,5 20
4 Piła tarczowa <200 105 650 1,5 20
5 Strugarka jednostronna dł. wału nożowego 700 mm
200 2100 5,5 18
6 Strugarka jednostronna dł. wału nożowego 900 mm
230 2700 7,5 18
7 Strugarka jednostronna dł. wału nożowego 1600 mm
180 2900 7,5 20
8 Strugarka jednostronna dł. wału nożowego 1600 mm
150 2900 7,5 20
9 Obrabiarka do wpustów wymiar przecinaka 500 mm
180 1700 4,0 18
25
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Należy wyznaczyć średnice poszczególnych odcinków sieci kanałów od urządzeń
Strumień powietrza technologia 15400 m3/h
900m3/h 900m3/h 650m3/h 650m3/h 2100m3/h
1700m3/h 2900m3/h
2900m3/h 2700m3/h
130 130 105 105 200
150 180
225
230
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Magistrala
1-I i 2-I
V=900 m3/h
Przyjęto 130 (wg tabeli)
Min w= 18 m/s (maszyna 1)
2 2
2
0132 ,
4 0 13 , 0 14 , 3
4d m
A
s A m
w V 18,84 /
0132 ,
0 3600
900
27
Powierzchnia kanału:
Prędkość w kanale o dobranej średnicy:
130 130
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Magistrala
s V m
w 1800 19,64 / I-IIV=900+900 m3/h
Przyjęto 180
Min w= 18,84 m/s (działka 1-I)
2 2 2
0254 ,
4 0 18 , 0 14 , 3
4d m
A
V=900+900=1800 m3/h
Powierzchnia kanału:
Prędkość w kanale o dobranej średnicy:
18,84m/s
130 130 105
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
3-IIV=650 m3/h
Min w=20 m/s (wg tabeli)
2 2 2
0086 ,
4 0 105 , 0 14 , 3
4d m
A
s A m
w V 20,86 /
0086 ,
0 3600
650
Obliczono przy jakiej średnicy uzyska się w=20 m/s 00902 2
, 20 0
3600
650 m
w
A V
A m
d 0,107
14 , 3
00902 ,
0 4
4
Przyjęto 105 (wg tabeli)
29
Magistrala
Średnica kanału:
19,64m/s
105
130
130 18,84m/s
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
s A m
w V 21,66 /
0314 ,
0 3600
2450
II-III
V=1800+650= 2450 m3/h Przyjęto 200
Min w= 20,86 m/s (działka 3-II)
2 2 2
0314 ,
4 0 2 , 0 14 , 3
4d m
A
Sprawdzenie większej średnicy. Przyjęto 210
2 2 2
0346 ,
4 0 21 , 0 14 , 3
4d m
A
s A m
w V 19,66 /
034 , 0 3600
2450
Magistrala 18,84m/s 19,64m/s 20,86m/s
Powierzchnia kanału:
Prędkość w kanale o dobranej średnicy:
Prędkość w kanale o większej średnicy:
130 130 105200
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
0668 2
, 66 0
, 21 3600
5200 m
w
A V
III-IV
V=2450+650+2100= 5200 m3/h Min w= 21,66 m/s
A m
d 0,290
14 , 3
0668 ,
0 4
4
Obliczono przy jakiej średnicy uzyska się w=21,66 m/s
2 2
2
070 , 4 0
3 , 0 14 , 3
4d m
A
s A m
w V 20,63 /
07 , 0 3600
5200
Przyjęto 290
Magistrala
31
18,84m/s 19,64m/s 20,86m/s 21,66m/s
Sprawdzenie dla 300
Średnica kanału:
Prędkość w kanale o większej średnicy:
Powierzchnia kanału:
650m3/h 2100m3/h
200
290
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
IV-VV=5200+1700+2900= 9800 m3/h Min w=21,66 m/s (działka III-IV)
Obliczono przy jakiej powierzchni uzyska się w=21,66 m/s 1256 2
, 66 0
, 21 3600
9800 m
w
A V
A m
d 0,40
14 , 3
1256 ,
0 4
4
Przyjęto 400
Magistrala 18,84m/s 19,64m/s
21,66m/s 21,66m/s
Średnica kanału:
2900m3/h 1700m3/h
290
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Magistrala
V-VI
V=9800+2700+2900=15400 m3/h Min w=21,66 m/s (działka IV-V)
Obliczono przy jakiej powierzchni uzyska się w=21,66 m/s 197 2
, 66 0
, 21 3600
15400 w m
A V
A m
d 0,500
14 , 3
197 , 0 4
4
Przyjęto 500
33
18,84m/s 19,64m/s
21,66m/s 21,66m/s
Średnica kanału:
w=21,66 m/s
400
18,84m/s 19,64m/s 21,66m/s
21,66m/s
21,66m/s
21,66m/s
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii - magistrala
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Odgałęzienie 9 - IV
9-VIII
V=1700 m3/h
Min w=18 m/s (maszyna 9)
2 2 2
0254 ,
4 0 18 , 0 14 , 3
4d m
A
s A m
w V 18,57 /
0254 ,
0 3600
1700
Przy jakiej średnicy uzyska się w=18 m/s 0262 2
, 18 0
3600
1700 m
w
A V
A m
d 0,1827
14 , 3
0262 ,
0 4
4
Przyjęto 180 (wg tabeli)
35
Średnica kanału:
Powierzchnia kanału:
Sprawdzenie powierzchni i prędkości :
1700 2900
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Odgałęzienie 9 - IV
8-VIII
V=2900 m3/h
Min w=20 m/s (maszyna 8)
2 2 2
039 , 4 0
225 , 0 14 , 3
4d m
A
s V m
w 2900 20,27 /
Obliczono przy jakiej średnicy uzyska się w=20m/s 0402 2
, 20 0
3600
2900 m
w
A V
A m
d 0,226
14 , 3
0402 ,
0 4
4
Przyjęto 225 (więcej niż wg tabeli)
18,57m/s
20,27m/s
2900 1700
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Odgałęzienie 9 - IV
VIII-IV
V=2900+1700=4600 m3/h
Min w=20,27 m/s max w=21,67 m/s(IV-V)
2 2 2
0615 ,
4 0 28 , 0 14 , 3
4d m
A
s A m
w V 20,76 /
0615 ,
0 3600
4600
Obliczono przy jakiej średnicy uzyska się w=20,27 m/s
0630 2
, 27 0
, 20 3600
4600 m
w
A V
A m
d 0,283
14 , 3
0630 ,
0 4
4
Przyjęto 280
37 18,57m/s
20,27m/s 20,76m/s 21,67m/s
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Odgałęzienie 6 - V
6-IXV=2700 m3/h Min w=18 m/s
2 2 2
0415 ,
4 0 23 , 0 14 , 3
4d m
A
s V m
w 2700 18,06 /
Obliczono przy jakiej średnicy uzyska się w=18 m/s 04166 2
, 18 0
3600
2700 m
w
A V
A m
d 0,230
14 , 3
04166 ,
0 4
4
Przyjęto 230 (wg tabeli)
18,06m/s
21,66m/s
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Odgałęzienie 6 - V
7-IXV=2900 m3/h Min w=20 m/s
2 2 2
039 , 4 0
225 , 0 14 , 3
4d m
A
s A m
w V 20,27 /
039 , 0 3600
2900
Obliczono przy jakiej średnicy uzyska się w=20 m/s 0402 2
, 20 0
3600
2900 m
w
A V
A m
d 0,226
14 , 3
0402 ,
0 4
4
Przyjęto 225 (więcej niż wg tabeli)
39 20,27m/s
18,06m/s
21,66m/s
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Odgałęzienie 6 - V
IX-VV=2900+2700= 5600 m3/h
Min w=20,27 m/s max w=21,66 m/s(V-VI)
2 2 2
075 , 4 0
31 , 0 14 , 3
4d m
A
s V m
w 5600 20,62 /
Obliczono przy jakiej średnicy uzyska się w=20 m/s 0777 2
, 20 0
3600
5600 m
w
A V
A m
d 0,314
14 , 3
0777 ,
0 4
4
Przyjęto 310
20,27m/s 18,06m/s
20,62m/s
21,66m/s
21,66m/s
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Odgałęzienie 5 - III
5-VII
V=2100 m3/h Min w=18 m/s
2 2 2
0314 ,
4 0 2 , 0 14 , 3
4d m
A
s A m
w V 18,58 /
031 , 0 3600
2100
Obliczono przy jakiej średnicy uzyska się w=18 m/s 0324 2
, 18 0
3600
2100 m
w
A V
A m
d 0,242
14 , 3
0324 ,
0 4
4
Przyjęto 200 (wg tabeli)
41 18,58m/s
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Odgałęzienie 5 - III
4-VII
V=650 m3/h Min w=20 m/s
2 2 2
0086 ,
4 0 105 , 0 14 , 3
4d m
A
s V m
w 650 20,86 /
Obliczono przy jakiej średnicy uzyska się w=20 m/s 00902 2
, 20 0
3600
650 m
w
A V
A m
d 0,107
14 , 3
00902 ,
0 4
4
Przyjęto 105 (wg tabeli)
18,58m/s 20,86m/s
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii
Odgałęzienie 5 - III
VII-III
V=2100+650= 2750 m3/h
Min w=20,86 m/s max w=21,66 m/s(III-IV)
2 2 2
0366 ,
4 0
215 , 0 14 , 3
4d m
A
s A m
w V 20,87 /
0366 ,
0 3600
2750
Obliczono przy jakiej średnicy uzyska się w=20,86 m/s 0366 2
, 86 0
, 20 3600
2750 m
w
A V
A m
d 0,215
14 , 3
0366 ,
0 4
4
Przyjęto 215
43 18,57m/s 20,86m/s 20,87m/s
21,66m/s
21,66m/s
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii - podsumowanie
45k
Schemat kanałów wywiewnych dla technologii - podsumowanie
Strumień powietrza technologia 15400 m3/h
UWAGA: Obliczenia nie uwzględniają dodatkowego odgałęzienia do tzw. zmiotki podłogowej. Odgałęzienia takie udrażniane są po zakończeniu pracy maszyn –