熱負(fù)荷及散熱量計算

熱負(fù)荷及散熱量計算所謂熱負(fù)荷是指維持室內(nèi)一定熱濕環(huán)境所需要的在單位時間向室內(nèi)補充的熱量。所謂得熱量是指進入建筑物的總量，它們以導(dǎo)熱、對流、輻射、空氣間熱交換等方式進入建筑。系統(tǒng)熱負(fù)荷應(yīng)根據(jù)房間得、失熱量的平衡進行計算，即房間熱負(fù)荷=房間失熱量總和-房間得熱量總和房間的失熱量包括：1）圍護結(jié)構(gòu)傳熱量Q1；2）加熱油門、窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量Q2；3）加熱油門、孔洞和其他相鄰房間侵入的冷空氣的耗熱量Q3；4）加熱由外部運入的冷物料和運輸工具的耗熱量Q4；5）水分蒸發(fā)的耗熱量Q5；6）加熱由于通風(fēng)進入室內(nèi)冷空氣的耗熱量Q6；7）通過其他途徑散失的熱量Q7；房間的得熱量包括：1）太陽輻射進入房間的熱量Q8；2）非供暖系統(tǒng)的管道和其他熱表面的散熱量Q9；3）熱物料的散熱量Q10；4）生產(chǎn)車間最小負(fù)荷班的工藝設(shè)備散熱量Q11；5）通過其他途徑獲得的散熱量Q12；1.1圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量q'=KF（t-t.）a式中q一圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量，W;K一圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，w/（砰.°C）；F一圍護結(jié)構(gòu)的面積，砰；tw一供暖室外計算溫度，C；tn一冬季室內(nèi)計算溫度，C；a一圍護結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)。整個建筑物的基本耗熱量等于各個部分圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量的總和：Q1'=Zq■=EKF（t-1'）1.2圍護結(jié)構(gòu)的附加耗熱量在實際中，氣象條件和建筑物的結(jié)構(gòu)特點都會影響基本耗熱量使其發(fā)生變化，此時需要對基本耗熱量加以修正，這些修正耗熱量稱為圍護結(jié)構(gòu)附加耗熱量。附加耗熱量主要有朝向修正，風(fēng)力附加和高度附加耗熱量。1.2.1朝向修正耗熱量朝向修正耗熱量是太陽輻射對建筑圍護耗熱量的修正。表1-1朝向修正率朝向修正率朝向修正率北0西-5%東-5%南20%1.2.2風(fēng)力附加耗熱量《暖通規(guī)范》規(guī)定：在一般情況下不必考慮風(fēng)力附加。1.2.3高度附加耗熱量《暖通規(guī)范》規(guī)定：民用建筑和工業(yè)輔助建筑(除樓梯間外)的高度附加率，當(dāng)房高超過四米時，每增加一米，為附加圍護基本耗熱量和其他修正量總和的2%，但總附加率不超過總附加率的15%。所以，建筑物的總耗熱量等于圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量和朝向修正，風(fēng)力附加和高度附加耗熱量的總和，則Q'=(1+x)ZaKF(t-1')(1+x+x)1gnwchf式中Xch—朝向修正率，%；Xf—風(fēng)力附加率，%；xg—高度附加率，%；1.3冷風(fēng)滲透耗熱量在室內(nèi)外風(fēng)壓和熱壓壓差作用下，室外的冷空氣通過門窗的縫隙滲入室內(nèi)，被加熱后又溢出室外。把冷空氣加熱到室內(nèi)溫度所消耗的熱量稱為冷風(fēng)滲透耗熱量。本設(shè)計采用百分?jǐn)?shù)法計算冷風(fēng)滲透耗熱量。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點，本設(shè)計滲透熱量占圍護結(jié)構(gòu)的總耗熱量的30%。1.4冷風(fēng)侵入耗熱量冬季在風(fēng)壓和熱壓的共同作用下，當(dāng)外門開啟時，會有大量的冷空氣進入室內(nèi)，把將這部分冷空氣加熱到室溫時所消耗的熱量稱為冷風(fēng)侵入耗熱量。采用外門附加的方法計算，冷風(fēng)侵入耗熱量=外門基本耗熱量x外門附加率公共建筑工業(yè)產(chǎn)房中，其外門附加率為500%。1.5工作工況下圍護結(jié)構(gòu)耗熱量及其修正以電爐變壓室為例圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量計算取定tn=12r，耗熱量包括基本耗熱量和附加耗熱量，計算全部列于附表1-1中，所得電爐變壓室、電氣間圍護結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量Qi'=3209.30(W)冷風(fēng)滲透耗熱量按百分?jǐn)?shù)法計算，根據(jù)建筑物特點，查得百分率為30%。Q2'=30%xQi=962.79(W)冷風(fēng)侵入耗熱量按短時間開啟的外門計算，取外門基本耗熱量的60%。冷風(fēng)侵入耗熱量=1150.50x0.6=690.30(W)1.6工藝設(shè)備耗熱量1)熔煉工段工頻感應(yīng)電爐的散熱量Q=860N(1一叩)cos甲e式中Ne—感應(yīng)電爐額定功率，KW;n一感應(yīng)電爐的總效率，％，根據(jù)工藝資料采取；cose一補償后的功率因數(shù)，一般為0.9-0.95。當(dāng)工頻感應(yīng)電爐裝有排煙罩時，散入室內(nèi)的熱量為其總散熱量的30%根據(jù)公式Q=860x125x(1-80%)x0.9x0.3=6449.2(KW)2)澆注工段的散熱量澆注金屬與落砂在同一房間進行時，金屬至澆注溫度至冷卻至室溫的全部熱量，一部分熱量由水分蒸發(fā)時吸收，其余全部散落車間內(nèi)，每澆注一噸金屬的散熱量為：Q=(Q1-Q2)-[605g(d1-d2)—0.175g(t-1)]x1000式中Q1一澆注金屬在熔化時的含熱量，KW/噸；Q2一鑄件落砂在離開本工段時的含熱量，KW/噸；g一每澆注一噸金屬所需的型砂重量，公斤；d1一澆筑前型砂的含濕量，公斤/公斤；d2一落砂后型砂含濕量，公斤/公斤；t-落砂時型砂溫度，°c；tn—室內(nèi)溫度，C；根據(jù)公式得，Q=(263200-187600)-[605x4.5(0.055-0.02)-0.175x4.5(43-12)]x1000=4725(KW)電動設(shè)備散熱量清理工段，砂處理的工段有拋丸機，破碎機，所有的工藝設(shè)備都在室內(nèi)，電動設(shè)備散熱量公式為：_一…NQ=1000q門門一式中。一電動設(shè)備發(fā)熱量，W；N?電動設(shè)備安裝功率(額定功率)，KW；門一電動機效率一]一電機容量利用系數(shù)，是電動機最大實效功率原裝功率之比，一般取0.7-0.9；一2—電動機負(fù)荷系數(shù)，電動機每小時平均時耗功率與機器設(shè)計時最大時耗功率之比一般取0.5-0.8；門3一同時使用系數(shù)，電動機同時使用的安裝功率與總安裝功率之比，一般取0.5-1.0；以清理工段的橡膠履帶拋丸清理機為例計算電動設(shè)備散熱量由設(shè)備參數(shù)知，橡膠履帶拋丸清理機電動設(shè)備安裝功率N=，電動機效率n=，n1=0.7,n2=0.6,n3=0.8則每臺橡膠履帶拋丸清理機電動設(shè)備散熱量為：_一…NQ=1000門門門-123門=1000X0.7x0.6x0.8x24.3+0.8=10206(W)照明設(shè)備耗熱量Q=n1n2n3N式中Q一散熱量，W；N一燈具安裝功率，KW;n1—同時使用系數(shù)；n2一整流器散熱系數(shù)，裝在室內(nèi)取1.2，裝在棚頂取1.0;n3—安裝系數(shù)，明裝時取1.0,暗裝燈罩上部穿有小孔時，取0.5-0.6，燈罩上無孔時取0.6-0.8;則根據(jù)公式得，Q=1000x1.0x1.2x1.0x100=120(KW)人員散熱量Q=enq式中Q一人體散熱量，KJ/h;e—考慮不同的工作場所性質(zhì)，取e=1.0；n一人數(shù)，個；q一每個人的平均散熱量，KJ/h，取q=1348KJ/h；則根據(jù)公式得，Q=1.0x16x1348=21568(KJ/h)數(shù)據(jù)匯總：表1-3車間電動設(shè)備的散熱量匯總設(shè)備名稱臺數(shù)散熱量(W/臺)總散熱量W橡膠履帶拋丸清理機機31020630618金屬履帶拋丸機131503150顎式破碎機2630012600混砂機11260012600射芯機125833.3369999.96造型機1275690722局部排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計2.1排風(fēng)量確定此車間為鑄造車間，在型砂配制、制型、落砂、清砂等過程，都可使粉塵飛揚，特別是用噴砂工藝修整鑄件時，粉塵濃度很高，所用的石英危害較大。在機械加工過程中，對金屬零件的磨光與拋光過程可產(chǎn)生金屬和礦物性粉塵。所以各工部采用局部排風(fēng)，在需要排風(fēng)部位加局部排風(fēng)罩即可。局部排風(fēng)罩的一般形式有：密閉罩，柜式排風(fēng)罩，外部吸氣罩，接受式排風(fēng)罩，吹吸式排風(fēng)罩。局部排風(fēng)罩的設(shè)計原則：（1）局部排風(fēng)罩應(yīng)盡可能包圍或靠近有害物，使有害物源局限于較小的局部空間。應(yīng)盡可能減小吸氣范圍，便于捕集與控制。（2）排風(fēng)罩的吸氣氣流方向應(yīng)盡可能與污染氣流運動方向一致。（3）已被污染的吸入氣流不允許進入人的呼吸區(qū)。（4）排風(fēng)罩力求結(jié)構(gòu)簡單，造價低，便于安裝和維護。（5）局部排風(fēng)罩的配置應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響工藝操作。（6）要盡可能避免干擾氣流和過堂風(fēng)，送風(fēng)氣流等對吸氣氣流的影響。熔煉工段主要產(chǎn)生大量的煙塵和熱，在爐口熱源上部設(shè)置接受式排風(fēng)罩。清理工段主要產(chǎn)生揚塵，橡膠履帶拋丸機和履帶拋丸清理機采用傘型排風(fēng)罩；破碎機采用局部密閉罩；混砂機采用整體密閉罩。澆注工段主要產(chǎn)生大量的熱，采用移動式排風(fēng)罩。熱源上部接受式排風(fēng)罩排風(fēng)量的計算接受罩罩口尺寸按下式計算：低懸圓形罩D=d+0.5H低懸矩形罩A=a+0.5HB=b+0.5H式中D一罩口直徑（m）;A,B一罩口的長和寬（m）;d一熱源水平投影直徑（m）;a,b一熱源水平投影長和寬（m）;高懸罩低懸罩排風(fēng)量按下式計算式中qv0—熱源上部熱射流起始流量（m3/s）；V'一罩口擴大面積上空氣的氣流速度（m/s），通常取0.5-0.75m/s;F一罩口擴大面積，即罩口面積減去熱射流的斷面面積（砰）；高懸罩排風(fēng)量按下式計算q=q+v'F'式中qv,z罩口所在斷面上的熱射流流量（m3/s）；熱源上部熱射流起始流量，計算式為1q0=0.381（QM2）3式中qv0—熱射流流量m3/S；Q一對流散熱量（KJ/s）;h一熱源定性尺寸（m），對垂直熱表面是指高度，對水平則是指該投影的短邊尺寸；Ap一在熱源頂部熱射流的橫斷面積（砰）；熱射流流量qv,z（m3/s）1q=7.26x10-3zi.47Q3,z式中Q一熱源對流散熱量（KJ/s）;z-假想點熱源距離計算斷面的有效距離（m）,由下式計算Z=H+2B式中H-熱源距計算面的距離（m）;B-熱源水平投影直徑或長邊尺寸（m）;對流散熱量QQ=aFAt式中F-熱源的對流換熱面積（砰）；At-熱源表面與周圍空氣的溫度差（°C）；。-表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（KJ/砰.s.C）;表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。1d=AAt3式中A系數(shù)，對于水平散熱面，A=1.7X1QA（-3）；對于垂直散熱面，A=1.13x1QA（-3）。根據(jù)接受罩安裝的H的不同可以分為兩類，H-1.5tAp為低懸罩，H>1-^;Ap為高懸罩。密閉罩排風(fēng)量計算，本設(shè)計采用截面風(fēng)速法q=3600Av式中qv-所需排風(fēng)量（m3/s）；A-密閉罩截面積（砰）；v-垂直于密閉罩的平均風(fēng)速（m/s）。排風(fēng)罩排風(fēng)量計算，控制風(fēng)速法qv=v0F式中qv-吸氣口排風(fēng)量（m3/s）；F-吸氣口面積（而;V0-罩口平均風(fēng)速(m/s)。2.1.1熔煉工部排風(fēng)量計算本工段的主要任務(wù)是提供澆鑄用的鐵水，熔煉過程中產(chǎn)生大量的煙塵和熱，工頻感應(yīng)電爐主要產(chǎn)生的危害物油蒸汽，金屬氧化物，粉塵及蒸汽。所以給其爐口設(shè)置接受式排風(fēng)罩，選用圓形排風(fēng)罩。在爐上方0.5米處安裝接受罩，YL二YL,□八，、上CLC1?5\,'A=[1?5x(〒x0.42)2]m=0.53m因安裝高度H-1.5vAp，該接受罩屬低懸罩。確定熱源的對流換熱量4Q=aFAt=1.7x10-3At3F4=[1.7x10-3x(1200-12)3xnx0.42]=10.75(KJ/s)熱源頂部的熱射流起始流量1q°=0.381x(QA2h)3n1=0.381x[10.75x(—x0.42)2x0.4]34=0.16(m3/s)確定罩口直徑D=d+0.5H=0.4+0.5x0.5=0.65m取v'=0.75m/s排風(fēng)罩排風(fēng)量Q=q+v'F"={0.32+0.75x[n(0.65)2—n(0.4)2]44=1.79(m3/s)此處共有3臺工頻感應(yīng)電爐，則總通風(fēng)量為19332(m3/h)2.1.2清理工段排風(fēng)量計算查得Q3210A橡膠履帶拋丸清理機的除塵風(fēng)量為3500m3/h，清理工段共有3臺Q3210A橡膠履帶拋丸清理機，則總排風(fēng)量為10500m3/h。2.1.3砂處理工段排量計算Q326金屬履帶拋丸清理機的除塵風(fēng)量為2200m3/h。PEF-250X400型號的顎式破碎機，根據(jù)工藝資料，破碎機的加料方式為滑槽給料。此時加料口的粉塵較大，設(shè)置局部密封排風(fēng)罩。顎式破碎機下部排料至受料設(shè)備的卸料點也會產(chǎn)生粉塵，而排料至輸送帶的物料落差＜1m,直接給料。這時，顎式破碎機的加料口產(chǎn)生的粉塵不大，可只做密閉罩，不設(shè)排風(fēng)裝置。查《鑄造車間通風(fēng)除塵技術(shù)》可得顎式破碎機下部排風(fēng)量為1200m3/ho混砂機在受料時，產(chǎn)生粉塵很多，同時一般的混砂工藝是加料后先干混數(shù)分鐘，再加水濕混。在干混過程中，由于輾輪的輾混，攪拌也會產(chǎn)生大量的粉塵，所以給混砂機設(shè)置整體密閉罩加排風(fēng)。根據(jù)公式得，混砂機所需的排風(fēng)量=3600X0.25X3.26=2934(m3/h)2.1.4制芯、澆注和造型工段排風(fēng)量計算制芯采用普通的射芯機，芯砂中含有一定的水分，所以產(chǎn)生粉塵不多，產(chǎn)生有害氣體也不多，故不設(shè)置排風(fēng)。鑄件澆注和冷卻過程有CO產(chǎn)生和大量的熱產(chǎn)生，在澆注生產(chǎn)線的澆注段設(shè)置移動式排風(fēng)罩。根據(jù)公式得，nx0322q=(10x2+F)V=(10x1.062+―-—)x0.5=0.69(m3/s)=2500(m3/h)表2-1各工部局部機械排風(fēng)量匯總表工段名稱設(shè)備名稱個數(shù)每個設(shè)備排風(fēng)量(m3/h)排風(fēng)罩個數(shù)排風(fēng)罩形式熔煉工段工頻感應(yīng)電爐368404接受式排風(fēng)罩清理工段橡膠履帶拋丸清理機335004傘型排風(fēng)罩金屬履帶拋丸機122001傘型排風(fēng)罩砂處理工段顎式破碎機312006局部密閉罩混砂機129341整體密閉罩澆注工段澆注輸送器250014移動式排風(fēng)罩2.2排風(fēng)系統(tǒng)的劃分在本設(shè)計中，熔煉工段產(chǎn)生大量的煙塵，熱量，所以單獨設(shè)置除塵系統(tǒng)。清理工段和砂處理工段的設(shè)備產(chǎn)生的大多是粉塵，所以合并為一個除塵系統(tǒng)。電爐變壓器室，電氣間主要產(chǎn)生的是余熱，劃分為一個排風(fēng)系統(tǒng)。澆注工段產(chǎn)生CO和大量的熱，單獨設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)。則總共劃分為四個排風(fēng)系統(tǒng)。2.3除塵器選擇及計算除塵器的選擇依據(jù)：處理的氣體量。（2）氣體的性質(zhì)：包括氣體的成分、溫度、濕度、密度、黏度、露點、毒性、腐蝕性、爆炸性、氣體量和其波動范圍等物理化學(xué)性質(zhì)。（3）粉塵的性質(zhì)：含有成分、密度、濃度、粒徑分布、比電阻、腐蝕性、濕潤性、爆炸性、黏附性、纖維性、吸水性等物理、化學(xué)性質(zhì)。（4）凈化要求：凈化效率，壓力損失，廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。（5）裝置的經(jīng)濟性：設(shè)備占用空間，投資和運行費用，維護操作方便和回收綜合利用的情況等。在工程中，通常以凈化效率為主選擇裝置。門=（1_C0N）x100%iN式中C0N-凈化裝置出口的含塵濃度，（g/m3）Cn-凈^化裝置進口的含塵濃度，（g/m3）以熔煉工段為例：C=200mg/m3,C=25mg/m3凈化效率：°"C200-25門=（1-z）x100%=一x100%=87.5%C200iN本設(shè)計選用LMF-系列脈沖袋式除塵器，它占地面積小，處理風(fēng)量大，并能有效的進行組合。表2-2除塵設(shè)備規(guī)格表型號過濾面積袋數(shù)處理風(fēng)量（m3/h）耗氣量（m3/h）設(shè)備阻力（mmHg）LMF-4A-320140140<300000.75-1.5100-200LMF-3A-240230230<220000.75-1.5100-200圖2-1C-1系統(tǒng)圖繪制系統(tǒng)軸測圖，對各管段編號。選定最不利環(huán)路，本系統(tǒng)選擇1-2-3-4-5-6-7-除塵器-風(fēng)機為最不利環(huán)路。根據(jù)各管段的風(fēng)量及選定的流速，確定各管段的斷面尺寸和單位長度摩擦阻力。當(dāng)輸送含有金屬粉塵的氣體時，風(fēng)管內(nèi)最小風(fēng)速為：垂直風(fēng)管13m/s，水平風(fēng)管15m/s。管段1-2根據(jù)q,1一2=3400m3/'，「15m/s，求出管徑。D_iq,._i34001-23600x—xv3600x—x1544=283mm管徑取整，令d1-2=280mm，所以單位摩擦阻力為Rm,1-2=11P^,m計算各管段的摩擦阻力和局部阻力。1)管段1-2：AP八=R亡x〈2=11x10=110Pa局部阻力圓形傘罩。=30°,￡=0.0490°彎頭(R/D=1)兩個，￡=0.25x2=0.5直流三通(1-2)當(dāng)a=30°,F2=F2=?(0.39)2m2=0.119m2TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"F=—(0.56)2m2=0.246m22-34根據(jù)F+F機F,以=30。F0.119-*l3200心\o"CurrentDocument"-8-2=總0.5,-8^==0.5F0.246l6400查得8=0.53,￡=0.14乙=0.04+0.5+0.53=1.13管內(nèi)動壓Pd12=yv21-2峙x152=137.25(Pa)AP12=^8P]2=1.13x137.25=155.09(Pa)管段1-2,的阻力，AP=AP+AP=110+155.09=265.09('Pa)，其他管段與管段1-2計算方法一致，將計算結(jié)果匯總在表格內(nèi)，具體見附表2。校核節(jié)點各處各支管的阻力平衡1）節(jié)點2:AP=217.47Pa,AP=102.28Pa就"=217"102.28=53%>10%217.47AP1-2217.47為使管段1-2,8-2達到阻力平衡，要修改原設(shè)計管徑，重新計算管段阻力。根據(jù)公式，改變管段1-2的管徑D'1-2(竺D'1-2(竺AP)0.225=280X(空)0.225102.28=331mm根據(jù)通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)則，取D1-2=320mm。根據(jù)風(fēng)量和直徑查找的實際流速V1'2=12m/s，管內(nèi)動壓P；］2=86.35Pa查表，R'=5.6Pa摩擦阻力AP'=Rxl=5.6x13=72.8Pam,1-2m,1-21-2局部阻力直流三通(1-2)當(dāng)a=30°,F=—(0.45)2=0.158m2,F1-2'F8-24=—4(0.39)2=0.119m2=—(0.56)2=0.246m22-34根據(jù)F+F牝F,a=30。，F(xiàn)2=g0.5L=西=0.5F0.246L12800查得，s=0.53,￡=0.