Определяем тепловой поток идущий на нагрев воздуха

              Qв = 0,278∙V∙ρ∙Cp∙(tк – tн)                                     (4.1)

где: V – объёмный расход воздуха, м³/ч;

 ρ – плотность воздуха при температуре tк, кг/м³;

Ср = 1 кДж /(кг∙°С) – удельная изобарная теплоёмкость воздуха;

tк – температура воздуха после калорифера, °С;

tн – начальная температура воздуха, поступающего в калорифер, °С

tк будет ниже чем расчётная, поскольку имеют место теплоизбытки. Для её определения найдём тепловлажностное отношение

Температуру воздуха после калорифера для помещений без теплоизбытков следует принимать равной расчетной температуре внутреннего воздуха данного помещения, т.е tк=t_в: tк = 20°С

Плотность при этой температуре будет равна: ρ = 1,18 кг/м³

Qв = 0,278∙4040∙1,18∙(20 + 25) = 59637,6 (Вт)

2. Вычисляем площадь живого сечения (м²) калорифера для прохода воздуха:

                 f_р = V∙ρ / 3600∙(vρ)_p                                      (4.4)

где: (vρ)_p - расчетная массовая скорость воздуха, принимаемая

 равной 4...12 кг/(с м²);

f_р = 4040∙1,18 / 3600∙4 = 0,3 м²

Подбираем по таблице ([1] стр.30) модель и номер калорифера с площадью сечения по воздуху близкой расчетной.

Калорифер К3ПП -№8

Площадь живого сечения по воздуху которого f = 416 м²

Площадь живого сечения по теплоносителю f_тр = 0,0092 м²

Площадь поверхности нагрева F = 35,7 м²

3. Для выбранного калорифера вычисляем действительную массовую скорость воздуха:

                 vρ = V∙ρ / 3600∙f                                       (4.5)

vρ = 4040 1,18 / 3600 0,354 = 3,2  кг/(см²)

Определяем скорость воды (м/с) в трубках калорифера:

                w= Qв/[10³∙ρ_в∙с_в∙(t_Г – t_О) f_тр]                      (4.6)

где:  ρ_в – плотность воды, принимаемая равной 1000 кг/м³;

 с_в – удельная теплоёмкость воды, равная 4,19 кДж /(кг∙°С);  

f_тр - площадь живого сечения трубок калорифера для прохода теплоносителя, м²

 t_Г и t_О - температуры воды на входе в калорифер и выходе из него, С.

W = 59637,6 / [10³∙1000∙4,19∙ (95-70)∙ 0,0092] = 0,06 м/с

По графику [(рис.10) стр 31] находим значение коэффициента,  и затем вычисляем           коэффициент теплопередачи для выбранной модели калорифера

k= 23,8 Вт/(м²*С) и по формуле (4.7) ([1] стр.31)                   

4. Определяем фактический тепловой поток (Вт), передаваемый калориферной установкой нагреваемому воздуху по формуле:

                        Q_к = кF(t`_ср - t_ср)                                               (4.7)

где: к - коэффициент теплопередачи, Вт/( м² С) ;

 F - площадь поверхности нагрева калорифера, м²;

t`_ср- средняя температура теплоносителя, С; ([1] стр.32)

   t_ср=(t_к+t_н)/2 - средняя температура нагреваемого воздуха, С:  .

Для теплоносителя воды

t`_ср=(t_г+t_о)/2

t`_ср=(95+70)/2=82,5 С

t_ср=(20+(-25))/2= -2,5 С

Q_к = 23,8 ∙35,7∙(82,5+2,5) = 72221 Вт

Проверим условие запаса по теплоотдаче Q_к = (1,15...1,2)Qв

Один калорифер обеспечивает необходимую теплоотдачу, таким образом:

Q_к.у. = 1∙Q_к = 1∙72221 = 72221

Определим запас по теплоотдаче:

(Q_к.у. – Qв)/ Qв = ((72221– 59637,67)/ 59637,67)*100% = 21%

Условие выполняется, следовательно, калорифер выбран правильно.

Поскольку свинарник находится вдали от населённого пункта для калорифера подберём из ПРИЛОЖЕНИЯ 1 водогрейный котёл типа КВ-Г-0,4-95Нс теплопроизводительностью 0,4 МВт с КПД = 91%. В виде топлива будем использовать природный газ.

5. Расчет воздуховодов и подбор вентилятора для приточной системы вентиляции.

Расчёт ведём также для половины здания, так как оно симметрично

Подачу вентилятора V_вент. (м³/ч) для данного помещения принимают по значению расчётного воздухообмена V с учётом подсосов воздуха в воздуховодах:

                 V_вент. = k_п ∙Q(273+t) / (273+tв)                               (5.1)

где k_п - поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах

(k_п = 1,15);

 t - температура воздуха, проходящего через вентилятор, С;

 tв - температура воздуха в рабочей зоне помещения, С.

Принимаем k_п=1,1

V_вент. = 1,15 4040 (273-25)/(273+20) = 3932,2 м³\ч

Разбиваем вентиляционную сеть на отдельные участки с постоянным расходом воздуха.

Определяем диаметры воздуховодов по формуле:          

                                d_i = (V`_i / 900πv_i)^1/2                                                   (5.2)

где V`_i - расход воздуха через i-ый воздуховод (м³/ч);

v_i- скорость воздуха в i-ом воздуховоде (м/с) ([1] стр.36)

Скорость движения воздуха в магистралях - 10...15 м/с

                                          в ответвлениях - 6...9 м/с

Принимаем скорость движения воздуха на участках :

1 участок - 15 м/с

2 участок - 12 м/с

3..6 участок - 7 м/с

Вычисляем диаметры воздуховодов

d₁ = (4040/ (900∙3,14∙15))^1/2 = 0,308 м = 308 мм

 d₂= (2020 / (900∙3,14∙12))^1/2 = 0,244 м = 244 мм

 d_3..6= (1010/ (900∙3,14∙7))^1/2 = 0,225 м = 225 мм

Определяем площади сечения воздуховодов

                                F = pd²/4                                                        (5.3)

F₁ = 3,14 0,308²/4 = 0,074 м²

F₂=3,14 0,244²/4 = 0,046 м²

F_3..6=3,14 0,225²/4 = 0,039 м²

Подсчитываем площади выходных отверстий для участков 1 и 3 наиболее удаленных от вентилятора. Принимаем расстояние между отверстиями 2 м, а скорость воздуха на выходе из отверстия 6 м/с.

Определяем площади наиболее удаленного отверстия по формуле:

                          f ₆ = V`₁ / (3600nv)                            (5.4)                               

где V`₁ - расход воздуха через рассчитываемый воздуховод, м³/ч;

n - число отверстий ;

v- скорость воздуха на выходе из отверстий, м/с.

                     f_i= 1010/(3600 41 6) = 0,0011 м²

Число отверстий в воздуховоде должно удовлетворять неравенству

n<1+F/(m∙ f_i)

где m = 0,65- коэффициент расхода;

F – площадь сечения воздуховода.

41 < 1+0,039/(0,65 0,0011) = 55

41 < 55- удовлетворяет, следовательно, количество отверстий выбрано правильно.

Площадь i-го отверстия находим по формуле:

                             f_i  = A_if₁                                                         (5.5)

Коэффициенты Аi находим по формуле:

                                                                (5.6)

Подсчитываем по формуле значения коэффициентов для отверстий 2 - 41:

А₂ = 1                 А₁₄ = 1,035            А₂₆ =1,125         А₃₈ =1,361

А₃ = 1,001      А₁₅ = 1,04            А₂₇ = 1,138                   А₃₉ =1,394

А₄ = 1,003      А₁₆ = 1,046            А₂₈ = 1,151                  А₄₀ =1,43

А₅ = 1,004       А₁₇ = 1,052                 А₂₉ =1,165                    А₄₁ =1,471

А₆ = 1,006       А₁₈ = 1,059                 А₃₀ =1,181

А₇ = 1,008       А₁₉ = 1,067                  А₃₁ =1,197

А₈ = 1,011       А₂₀ =1,075            А₃₂ = 1,215

А₉ = 1,014       А₂₁ = 1,083                  А₃₃ = 1,235

А₁₀ = 1,017     А₂₂ = 1,084                   А₃₄ =1,256

А₁₁ = 1,021     А₂₃ =1,093            А₃₅ =1,279

А₁₂ = 1,025          А₂₄ =1,103                   А₃₆ =1,304

 А₁₃ = 1,03           А₂₅ =1,114              А₃₇ =1,331

Площади отверстий 2 - 41 воздуховода вычисляем по формуле  (5.5):

f₂ = 1 0,0011 = 0,0011 м²                                                  

f₃ = 1,001 0,0011 = 0,001101 м²

f₄ = 1,003 0,0011 = 0,001103м²

f₅ = 1,004 0,0011 = 0,001104 м²

f₆ = 1,006 0,0011 = 0,001106 м²

f₇ = 1,008 0,0011 = 0,001108 м²

f₈ = 1,011 0,0011 = 0,001112м²

f₉ = 1,014 0,0011 = 0,001115 м²

f₁₀ = 1,017 0,0011 = 0,001118 м²

f₁₁ = 1,021 0,0011 = 0,001123 м²

f₁₂ = 1,025 0,0011 = 0,001127 м²

f₁₃ = 1,03 0,0011 = 0,001133 м²

f₁₄ = 1,035 0,0011 = 0,001138 м²

f₁₅ = 1,04 0,0011 = 0,001144 м²

f₁₆ = 1,046 0,0011 = 0,00115 м²

f₁₇ = 1,052 0,0011= 0,001157 м²

f₁₈ = 1,059 0,0011 = 0,001164 м²

f₁₉ = 1,067 0,0011 = 0,001173 м²

f₂₀ = 1,075 0,0011 = 0,001182 м²

f₂₁ = 1,083 0,0011 = 0,001181 м²

f₂₂ = 1084 0,0011 = 0,001192 м²                                    

f₂₃ = 1,093 0,0011 = 0,001202 м²

f₂₄= 1,103 0,0011 = 0,001213м²

f₂₅ = 1,114 0,0011 = 0,001225 м²

f₂₆ = 1,125 0,0011 = 0,001237 м²

f₂₇ = 1,138 0,0011 = 0,001251 м²

f₂₈ = 1,151 0,0011 = 0,001261м²

f₂₉ = 1,165 0,0011 = 0,001281 м²

f₃₀ = 1,181 0,0011 = 0,001299 м²

f₃₁ = 1,197 0,0011 = 0,001316 м²

f₃₂ = 1,215 0,0011 = 0,001336 м²

f₃₃= 1,235 0,0011 = 0,001358 м²

f₃₄ = 1,256 0,0011 = 0,001381 м²

f₃₅ = 1,279 0,0011 = 0,001406 м²

f₃₆ = 1,304 0,0011 = 0,001434 м²

f₃₇= 1,331 0,0011= 0,001464 м²

f₃₈ = 1,361 0,0011 = 0,001497 м²

f₃₉ = 1,394 0,0011 = 0,001534 м²

f₄₀ = 1,43 0,0011 = 0,001573 м²

f₄₁ = 1,471 0,0011 = 0,001618 м²

При помощи номограммы определяем потери давления на трение в наиболее протяженной ветви вентиляционной сети.

Участки 3..6:  R₆  = 0,6 Па/м, при d₆ = 0,255 мм и v₆ =7 м/с.

Так же по номограмме находим динамическое давление потока:

 P_д6 = 30 Па (при r=1,189 кг/м³).

Аналогично находим значения R и P_д для участков 2 и 4:

Участок 1:  R₂ = 3,5 Па/м    при d₂ = 0,308 мм и v₁ = 15 м/с.

P_д1=140 Па (при r=1,189 кг/м³)  

Участок 2: R₂ = 2 Па/м при d₂ = 0,244 мм и v₂ = 12 м/с.

P_д2=88 Па (при r=1,189 кг/м³)  

Вычисляем значения потерь давления на трение:

участок 1:  R₁l₁=0,6 83 = 149,4 Па

участок 2:  R₂l₂=2 2 = 6,4 Па

участок 3..6:  R₃l₃=1,8 83 = 149,4 Па

Определяем коэффициенты местных сопротивлений:

участок 2 и 4: вход в жалюзийную решетку с поворотом потока - z=2; диффузор у вентилятора - z=0,15; отвод 90^о круглого сечения (R/d)=3 z=0,12; колено 90^о круглого сечения z=1,1;    Sz₂ = Sz₄=2+0,15+0,12+1,1=3,37;

участок 1 и 3: отвод 90^о круглого сечения (R/d)=2 - z=0,15; внезапное расширение сечения (F₁/F₂=0,199/0,0,218=0,91) - z=0,1; колено 90^о круглого сечения z=1,1;

 21 выходных боковых отверстий (V₀/V₁=6/9=0,66) - z=21 1,25=26,25;  

Sz₁ = Sz₃ =0,15+0,1+1,1+26,25 =27,6;

Вычисляем потери давления в местных сопротивлениях:

участок 1: Z₁=Sz₁ P_д1  Z₁=27,6 50=1380 Па

участок 2: Z₂=Sz₂ P_д2  Z₂=3,37 135=465,06 Па

участок 3: Z₃=Sz₃ P_д3  Z₃=27,6 50=1380 Па

участок 4: Z₄=Sz₄ P_д4  Z₄=3,37 135=465,06 Па

Вычисляем потери давления на трение и в местных сопротивлениях по участкам:

участок 1: R₁l₁+ Z₁=149,4+1380=1529,4 Па

участок 2: R₂l₂+ Z₂=6,4+465,06 =471,46 Па

участок 3: R₃l₃+ Z₃=149,4+1380=1529,4 Па

участок 4: R₄l₄+ Z₄=6,4+465,06 =471,46 Па

Определяем динамическое давление на выходе из сети:

P_д.вых=81 1,189/2=48,15 Па

Определяем сопротивление калориферной установки (Па) по формуле:

                          P_к.у=m∙ А(vρ)ⁿ                                              (5.7)

где m - число калориферов в калориферной установке.

m=1 A=1,72 n=1,72

 P_к.у=2 1,72 11,98^1,72=246,32 Па

Таблица 1.

Бланк расчета системы вентиляции:

Находим расчетное полное давление, которое должен развивать вентилятор по формуле:        

                Р_в=1,1( (Rl+Z)+ P_д.вых + P_к.у )                                      (5.8)

где: 1,1 - запас давления на непредвиденные сопротивления;

S(Rl+Z) - потери давления на трение и в местных сопротивлениях в наиболее протяженной ветви вентиляционной сети, Па;

R - удельная потеря давления на трение, Па/м;

 l - длина участка воздуховода, м;

 Z=SzP_д - потеря на трение в местных сопротивлениях участка воздуховода, Па;

 Sz - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке;

P_д=V²r/2- динамическое давление потока воздуха, Па;

v - скорость движения воздуха в трубопроводе (в магистральных линиях 10..15     м/с, в ответвлениях 6...9 м/с);

r- плотность воздуха в трубопроводе, кг/м³;

Р_д.вых - динамическое давление на выходе из сети, Па;

Р_к.у - сопротивление калориферов, Па.

    Р_в=1,1(1668,1+53+246,32)=2164,16 Па

Подбор вентилятора будем вести по номограмме для подбора центробежных вентиляторов серии Ц4-70, по расчетному давлению и подаче определяем номер вентилятора 12 безразмерный коэффициент А=10500, h_в=0,72 и скорость воздуха в выхлопном отверстии вентилятора 16 м/с, а частота вращения:

                          n=A/N_в                                                      (5.9)

n=10500/12=875 об/мин

Необходимую мощность (кВт) на валу электродвигателя для привода вентилятора подсчитываем по формуле:

                     N_в= V_вент Р_в/(3,6 10⁶ h_в h_п)                                  (5.10)

где h_в - КПД вентилятора;

h_п - КПД передачи (при непосредственной насадке на вал электродвигателя

h_п =1, для муфтового соединения h_п =0,98, для клиноременной передачи

h_п =0,95).

Определим мощность на валу электродвигателя по формуле (5.10):

N_в= 16499,8 2164,16 /(3,6 10⁶ 0,72 1)= 13,7 кВт

Установленную мощность двигателя определяем по формуле:

                                       N_ус=k_з ∙N_в,                                                 (5.11)

 где k_з  - коэффициент запаса мощности (k_з=1,1 при Nв>5)

Установленная мощность электродвигателя равна:

N_ус=1,1 13,7=15,07 кВт

В справочнике (Приложение 2) подбираем электродвигатель, у которого мощность и частота вращения самые близкие к расчетным, этим двигателем может являться двигатель марки АИР160S2 мощностью 15 кВт,

 частотой вращения 3000 об/мин и К.П.Д. равным 90 %

6. Расчет вытяжной вентиляции

Определим количество и размеры всех вытяжных шахт.

Площадь поперечного сечения (м²) всех вытяжных шахт при естественной тяге определяется по формуле:

                                     F=Q/(3600Vвш),                                           (6.1)

где: Vвш - скорость движения воздуха в вытяжной шахте (м/с).

Скорость воздуха определяют по формуле:

                                   Vвш=2,2                                     (6.2)

где: h - высота вытяжной шахты (принимается от 2 до 10 м);

 tв - расчетная температура внутри помещения, С;

 tн.в- расчетная вентиляционная температура наружного воздуха, С. 

h= 2 м

 Vвш = 2,2∙(2∙(2018 + 25)/273)^1/2 = 1,3 м/с

Находим площадь сечения всех вытяжных шахт по формуле (6.1):

F=17181,8/(3600 1,3)=3,67 м²

Принимаем шахты размерами 0,6*0,6м

Площадь одной шахты f=0,6 0,6=0,36 м²   

Число вытяжных шахт находим по формуле:

                                        n_вш = F/f                                                       (6.3)

n = 3,67/0,36 ~ 10

Принимаем n = 10 шахт размерами 0,6х0,6 м

Приложение 1.

Каталог расположен на официальном сайте ОАО «Дорогобужкотломаш»: http://old.kotel.ru

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

Таблица 1. Технические данные электродвигателей серии АИР

В таблицах обозначено:

P_н — номинальная мощность электродвигателя на валу;

n_н — номинальная частота вращения вала ротора;

I_н — номинальный ток статора;

сos φ_н — номинальный коэффициент мощности;

Ki_п — кратность пускового тока по отношению к I_н;

K_п — кратность пускового момента;

K_max — кратность максимального момента.

Таблица 2. Технические данные электродвигателей серии А с короткозамкнутым ротором

Продолжение таблицы 2.

Используемая литература

1. А. А. Захаров «Практикум по применению теплоты в сельском хозяйстве». М. Агропромиздат 1985. —  176 с.

2. А. А. Захаров «Применению теплоты в сельском хозяйстве. - М. Агропромиздат» 1986. — 288 с.

3. СНиП 11-33-75 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Нормы проектирования»

4. Н. М. Попов, Д. М. Олин «Электроснабжение. Справочник электрика по электрооборудованию сельского хозяйства» Кострома: КГСХА, 2005. — 102 с.