TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT VÀ CÂN BẰNG LƯU LƯỢNG

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT VÀ CÂN BẰNG LƯU LƯỢNG

MỤC LỤC

1 CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN VÀ KẾT CẤU BAO CHE 3

1.1 Giới thiệu chung 3

1.2 Chọn thông số tính toán trong và ngoài công trình 3

1.2.1 Thông số tính toán ngoài nhà: 3

1.2.2 Thông số tính toán trong nhà: 3

1.3 Chọn kết cấu tính toán và hệ số truyền nhiệt K 4

1.3.1 Chọn kết cấu 4

1.3.2 Hệ số truyền nhiệt (k) 4

2 TÍNH TOÁN TỐN THẤT NHIỆT 5

2.1 Tốn thất nhiệt qua kêt cấu 5

2.1.1 Tốn thất nhiệt về mùa Đông 5

2.1.2 Tổn thất nhiệt về mùa Hè 6

2.2 Tốn thất nhiệt do rò gió 6

2.2.1 Tổn thất nhiệt do rò gió vào mùa đông 6

2.2.2 Tổn thất nhiệt do rò gió vào mùa hè 7

2.3 Tốn thất do nung nóng vật liệu đem vào phân xưởng 7

2.2.1 Tính cho mùa đông 7

2.3.2 Tính cho mùa hè 7

3 TÍNH TOÁN TOẢ NHIỆT 7

3.1 Toả nhiệt do người 7

3.1.1 Tính toả nhiệt do người vào mùa đông 8

3.1.2 Tính toả nhiệt do người vào mùa hè 8

3.2 Toả nhiệt do chiếu sáng 8

3.3 Toả nhiệt do động cơ và các thiết bị dùng điện 8

3.4 Toả nhiệt do vật liệu nung nóng để nguội 9

3.4.1 Tính toả nhiệt do vật liệu nung nóng để nguội vào mùa đông 9

3.4.2 Tính toả nhiệt do vật liệu nung nóng để nguội vào mùa hè 9

3.5 Toả nhiệt do lò nung 9

3.5.1 Toả nhiệt qua thành lò 10

3.5.2 Toả nhiệt qua nóc lò 11

3.5.3 Toả nhiệt qua đáy lò 12

3.5.4 Toả nhiệt qua cửa lò 12

3.6 Tỏa nhiệt từ sản phẩm của quá trình cháy 14

4 THU NHIỆT DO BỨC XẠ MẶT TRỜI 15

4.1 Bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua cửa kính 15

4.2 Bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua mái 15

4.2.1 Bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ Q bxt : 15

4.2.2 Bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ: 16

5 TỔNG KẾT NHIỆT THỪA 17

6 TÍNH TOÁN THÔNG GIÓ CỤC BỘ 18

6.1 Tính toán thổi hoa sen không khí 18

6.1.1 Đối với lò phản xạ (6;7) 18

6.1.2 Đối với lò điện kiểu buồng (1A) 19

6.2 Tính toán chụp hút má đua trên cửa lò nung 20

6.2.1 Đối với lò phản xạ (6;7) 20

6.2.2 Đối với lò điện kiểu buồng (1A) 22

6.2 Tính toán chụp hút trên lò rèn 24

6.3 Tính toán chụp hút trên nguồn tỏa nhiệt 24

6.4 Tính toán hút bụi cho máy mài 2 đá 25

6.5 Tính toán hút bụi cho tang quay 25

6.6 Tính toán hút cho bể tôi dầu 25

7 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT VÀ CÂN BẰNG LƯU LƯỢNG 26

7.1 Tính toán nhiệt do hệ thông hút cục bộ khử được 26

7.2 Giải hệ phương trình cân bằng nhiệt và cân bằng lưu lượng 27

7.3 Tính toán lưu lượng thổi chung 27

7.4 Tính toán lưu lượng hút chung (thông gió tự nhiên) 28

8 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC, CHỌN QUẠT VÀ CÁC THIẾT BỊ 29

8.1 Tính toán thuỷ lực hệ thống thổi chung và chọn thiết bị 29

8.2 Tính toán thuỷ lực hệ thống thổi cục bộ (hoa sen không khí) 30

8.3 Tính toán thuỷ lực hệ thống hút bụi 31

8.4 Tính toán thuỷ lực hệ thống hút cho bể dầu 32

THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN THÔNG GIÓ

1 CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN VÀ KẾT CẤU BAO CHE

1.1 Giới thiệu chung

- Phân xưởng rèn, nhiệt luyện và đúc.

- Phân xưởng phục vụ cho nhu cầu rèn, nhiệt luyện và đúc các sản phẩm.

- Phân xưởng gia công các phôi bằng phương pháp rèn, nhiệt luyện và đúc lên

có các lò nấu kim loại, lò rèn, thùng dầu tôi, máy mài, tang đánh bóng, Có tỏa

ra nhiều nhiệt, hơi độc, bụi,

- Địa điểm sản xuất tại NINH BÌNH

- Nhà công nghiệp 1 tầng có cầu trục, cửa sổ 3000x2000mm, cửa mái cao 800mm, cửa đi 1000x2200mm, 2000x2200mm và 3000x2500mm.

1.2 Chọn thông số tính toán trong và ngoài công trình

1.2.1 Thông số tính toán ngoài nhà:

Thông số tính toán ngoài nhà được chọn theo phụ lục 2 sách thông gió

t =32,7 0 C là nhiệt độ tháng 7 Vận tốc gió trung bình tháng 7 là v = 2,8 m/s,

theo hướng Đông với tần suất 36,3% tra theo TCXD 49-72.

1.2.2 Thông số tính toán trong nhà:

Thông số tính toán được tóm tắt trong bảng:

Bảng 1: Thông s tính toán trong v ngo i nhố tính toán trong và ngoài nhà à ngoài nhà à ngoài nhà à ngoài nhà

1.3 Chọn kết cấu tính toán và hệ số truyền nhiệt K

1.3.1 Chọn kết cấu

- Với tường gạch 220 mm: bao gồm 3 lớp

+ Lớp 1 : Vữa trát mặt ngoài chiều dày 15mm ,hệ số dẫn nhiệt 0,93 W/mK + Lớp 2: Gạch chịu lực chiều dày 220 mm , hệ số dẫn nhiệt 0,81 W/mK + Lớp 3: Vữa trát bên trong chiều dày 15 mm , hệ số dẫn nhiệt 0,93 W/mK

- Cửa đi: Vật liệu là tôn, chiều dày 1,5 mm ,hệ số dẫn nhiệt 58 W/mK

- Cửa sổ: Kính xây dựng chiều dày 5 mm ,hệ số dẫn nhiệt 0,76 W/mK

- Mái: làm bằng tôn , chiều dài 0,8 mm ,hệ số dẫn nhiệt 58 W/mK

i i

i T

o

α

1 λ

δ α

1

1 R

i : bề dày của lớp vật liệu thứ i, m

i : hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK

R o : tổng nhiệt trở của kết cấu bao che, m 2 0 C/W

Hệ số truyền nhiệt K của kết cấu được tính toán kết quả ở bảng 1:

Bảng 2: Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che

TT Kết cấu bao che

Công thức tính

n i

i

1 λ

δ α

0,22 0,93

0,015 2 8,7 1

1





2 Cửa ra vào: tôn

2 TÍNH TOÁN TỐN THẤT NHIỆT

2.1 Tốn thất nhiệt qua kêt cấu.

Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che được xác định theo công thức.

Q kc tt = k.F.∆t (W)

Trong đó:

k: hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che,W/m 2 0 C

F: diện tích truyền nhiệt của kết cấu ngăn che, m 2

∆t: hiệu số nhiệt độ tính toán giữa bên trong và bên ngoài nhà, 0 C Công thức tính ∆t = t T tt - t N tt , 0 C: t t tt , nhiệt độ tính toán bên trong nhà, 0 C, t N tt , nhiệt độ tính toán bên ngoài nhà, 0 C

2.1.1 Tốn thất nhiệt về mùa Đông

Bảng 3: Tổn thất nhiết qua kết cấu bao che về mùa Đông

STT Tên kết cấu Công thức tính diện tích Diện tích F(m2) k (W/mK) t T tt



) ( =90262,7 – 48498,7 24 35 13,9 32,7 =79218,5 [W]

2.2 Tốn thất nhiệt do rò gió.

Gió rò vào nhà qua các khe cửa thuộc phía đón gió và gió sẽ đi ra ở phía khuất gió Khi gió vào nhà, trong nhà sẽ mất đi một lượng nhiệt để làm nóng lượng không khí lạnh đó từ t ng tới t t Lượng nhiệt tiêu hao để làm nóng không khí vào nhà được tính theo công thức sau:

) t 0,278.L.(t

Ng tt T

Trong đó:

L: Lưu lượng gió lùa vào nhà qua khe cửa: L=g.l.a [Kg/h]

g: Lượng không khí lọt vào trên 1m dài khe cửa cùng loại, [kg/mh]

l: tổng chiều dài khe cửa đón gió, [m]

a: hệ số phụ thuộc vào các loại cửa:

+ Cửa sổ 1 lớp khung thép: a = 0,65

+ Cửa đi: a = 2

0,24: tỉ nhiệt của không khí, [kcal/kg 0 C]

Ta chỉ tính tổn thất do rò gió qua cửa sổ và cửa đi còn cửa mái có nhiệm vụ thông gió tự nhiên nên không tính

2.2.1 Tổn thất nhiệt do rò gió vào mùa đông

Tháng lạnh nhất ta chọn là tháng 1, vận tốc gió trung bình của tháng 1 là v=2,2[m/s] hướng gió theo hướng Đông như vậy sẽ có tổn thất nhiệt do rò gió qua các khe cửa của tường phía Đông

Tổng chiều dài các khe cửa của mặt tường hướng Đông với 1 cửa đi (chú ý ta không tính rò gió cho cửa kính bên trên vì cửu là cửa kính kín) là:

l = 2x(3+2,5) = 11 [m]

Q D

rogio = 0,278x 6,28x11x2x(24 – 13,9) = 390,16 [W]

2.2.2 Tổn thất nhiệt do rò gió vào mùa hè

Tháng nóng nhất ta chọn là tháng 7, tần suất gió lớn nhất ở tháng 7 tại Vĩnh Yên với hướng gió là hướng Đông, vận tốc gió trung bình của tháng 7 là v = 2,8 m/s Tra bảng ta có:

v = 2 m/s có g = 6 kg/mh

v = 3 m/s có g = 7,4 kg/mh

tính nội suy với v = 2,8 m/s  g = 7,12 kg/mh

Tổng chiều dài các khe cửa của mặt tường hướng Đông là:

Cửa đi: l = 2x(3+2,5) = 11 [m]

Q H

2.3 Tốn thất do nung nóng vật liệu đem vào phân xưởng.

Lượng nhiệt do nung nóng vật liệu

t c ,t đ : nhiệt độ cuối cùng và nhiệt độ ban đầu của vật liệu, [ 0 C]

: hệ số kể đến sự nhận nhiệt không đều theo thời gian của vật liệu vật liệu

3 TÍNH TOÁN TOẢ NHIỆT.

3.1 Toả nhiệt do người.

Q = n.q n [W/h]

Trong đó:

q= q h : lượng nhiệt do một người toả ra, [W/h.người]

n: số người trong phòng n=1,7m=1,7x13=22,1(người).Chọn n = 23 (người) m: số vị trí công nhân làm việc, trong phân xưởng có 13 vị trí m = 13

3.1.1 Tính toả nhiệt do người vào mùa đông

Nhiệt độ trong phân xưởng là t 0 = 24 0 C Lao động trong phân xưởng là lao động nặng Tra bảng 3.7 (Giáo trình Thông Gió) ta có:

t 0 = 20 0 C  q=130 [W/người]

t 0 = 25 0 C  q=95 [W/người]

tính nội suy t vlv = 24 0 C  q = 102 [W/người]

 Q nguoi D = 23 x 72 = 2346 (W).

3.1.2 Tính toả nhiệt do người vào mùa hè

Nhiệt độ trong phân xưởng là t 0 = 34 0 C Lao động trong phân xưởng là lao động nặng Tra bảng 3.7 (Giáo trình Thông Gió) ta có:

t 0 = 35 0 C  q = 12 [W/người]

 Q nguoi H = 23 x 12 = 276 (W).

3.2 Toả nhiệt do chiếu sáng.

Khi thắp sáng thì hầu hết năng lượng điện biến thành nhiệt toả ra môi trường và lượng nhiệt đó được tính theo công thức:

Q ts = 1000 N ts η 1 η 2 [W].

Trong đó:

1000: Đương lượng nhiệt của công suất điện: 1 kW = 1000 W

N ts : Tổng công suất các thiết bị chiếu sáng lấy 24W/m 2 sàn

1 : Hệ số sử dụng công suất lắp đặt máy (0,7  0,9).

2 : Hệ số tải trọng-tỉ số công suất yêu cầu và công suất cực đại (0,5  0,8).

3 : hệ số kể đến sự làm việc không đồng thời của các thiết bị (0,5  1).

4 : hệ số kể đến sự nhận nhiệt của môi trường không khí (0,65  1).

Với phân xưởng thông thường ta lấy:  1  2  3  4 = 0,25.

N : Tổng công suất điện của các động cơ trong phân xưởng (kW)

Các thiết bị điện trong phân xưởng

Quạt gió cho lò (4;5): N = 2 [ kW]

Lò điện kiểu buồng (1A): N = 30 [kW]

Lò muối điện cực (2A): N = 20 [kW]

Thùng rửa (5A): N = 12 [kW]

Máy mài 2 đá (6A): N = 28 [kW/h]

Lò điện hồ quang nấu thép (1): N = 150 [kW]

Lượng nhiệt do thiết bị điện toả ra là:

Q đ/c =1000x412,56x0,25 = 103140 [W]

3.4 Toả nhiệt do vật liệu nung nóng để nguội.

Do không có sự thay đổi trạng thái của vật liệu

Q sf = 0,278.c sp ( t đ – t c ).G. [W]

Trong đó :

c sp : Tỉ nhiệt trung bình của vật liệu, KJ/kg 0 C

i : Entanpi nóng chảy của vật liệu, KJ/kg

t đ : Nhiệt độ ban đầu của vật liệu trước khi bắt đầu nguội, 0 C

t c : Nhiệt độ sau khi nguội (lấy bằng nhiệt độ không khí trong nhà), 0 C

G: Trọng lượng vật liệu chuyển đến trong 1 giờ,kg/h

: Hệ số kể đến cường độ toả nhiệt theo thời gian ( = 0,5)

3.5 Toả nhiệt do lò nung.

Tính cho lò phản xạ (6;7) có nhiệt độ trong lò là 1250 0 C, lò hình chữ nhật,

có chiều rộng 1,53m, chiều dài 1,6m, chiều cao 1,5m ; đáy kê trên bản kê có kích thước 0,65x0,72m

Nhiệt độ bên trong của thành lò là: t lò = 1250 0 C.

Nhiệt độ của vùng làm việc là: t vlv = 24 0 C.

Ta nhận nhiệt độ trên bề mặt bên trong của thành lò là:

 dl : hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài thành lò bằng đối lưu, [W/m 2 0 C]

 bx : hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài thành lò bằng bức xạ, [W/m 2 0 C]

bmn vlv

bmn

qd

100

t 273 100

t 273 t

100

24 273 100

78 273 24 78

i i

i

λ δ

1 K

0,154

0,11 0,271

0,22 9,27

= 2,81%  Thoả mãn sai số ≤ 5%.

Do đó lượng nhiệt toả ra từ 1 m 2 thành lò trong 1 giờ:

Nóc lò gồm 3 lớp:

Lớp 1: Gạch Magezit:  1 = 110 mm.

Lớp 2: Gạch Diatomit:  2 = 220 mm.

Lớp 3: Gạch Diatomit bọt:  3 = 110 mm.

Nhiệt độ bên trong của thành lò là: t lò = 1250 0 C.

Nhiệt độ của vùng làm việc là: t vlv = 24 0 C.

Ta nhận nhiệt độ trên bề mặt bên trong của thành lò là:

 dl : hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài thành lò bằng đối lưu, [W/m 2 0 C]

 bx : hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài thành lò bằng bức xạ, [W/m 2 0 C]

bmn vlv

bmn

qd

100

t 273 100

t 273 t

100

24 273 100

72 273 24 72

i i

i

λ δ

1 K

0,153

0,11 0,271

0,22 9,27

=742,8 W/m 2 Lượng nhiệt tỏa ra qua nóc lò vào không khí là::

Q nl = F nl q nl 1,3 =1,53x1,6x742,8x1,3 = 2363,9 (W)

3.5.3 Toả nhiệt qua đáy lò.

Vì cấu tạo của thành lò đáy lò và nóc lò là giống nhau ta có hệ số hiệu chỉnh để tính cho đáy lò.

Q nl = F đl q nl 0,7 = 1,53x1,6x742,8x0,7=1272,86 (W)

3.5.4 Toả nhiệt qua cửa lò

Nhiệt truyền qua cửa lò được xác định bằng công thức:

Q c = Q c đóng + Q c mở (W)

Trong đó:

Q c : Tổng lượng nhiệt truyền qua cửa lò (W)

Q c đóng : Nhiệt truyền qua cửa lò lúc đóng (W)

Q c mở : Nhiệt truyền qua cửa lò lúc mở (W)

Cửa lò gồm 2 lớp:

Lớp gạch sa mốt  1 = 220 mm

Lớp gang  2 = 15 mm

Do lớp gang mỏng và gang là vật liệu dẫn nhiệt tốt  tính cho 1 lớp gạch samốt.

Ta nhận nhiệt độ bề mặt trong của nóc lò là:

t bmt = t lò – 5 0 C = 1250 – 5 = 1245 0 C.

Giả thiết:

Nhiệt độ bề mặt ngoài của cửa lò là t 1 = 250 0 C

Lượng nhiệt toả ra từ 1 m 2 bề mặt của cửa lò trong 1 giờ:

bmn t

bmn

qd

100

t 273 100

t 273 t

t C

, [W/m 2 0 C]

24 273 100

238 273 24 238

δ 1

i i

100

T 100

273 1245 5,76. = 305402,6 [W/m 2 ]

Bề dày của thành lò tại vị trí cửa lò là:  = 0,44 m

Các tỷ số: 0,68

0,44

0,3 δ

 Lượng nhiệt tổng cộng toả ra xung quanh qua cửa lò:

lo

H

Δtt

Δtt x Q

Δtt

Δtt x Q

24 - 1250

35 - 1250 14255,14x 14127,24 [W]

3.6 Tỏa nhiệt từ sản phẩm của quá trình cháy.

Trong quá trình đốt nhiên liệu, nhiệt tỏa ra từ sản phẩm cháy Q spc (W) tỏa toàn bộ vào phân xưởng được xác định bằng công thức (Tính cho nhiên liệu là Than đá)

Q spc = 0,278G nl Q th ct  (W)

Trong đó:

G spc : Nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, W.

G nl : Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong 1h, kg/h.G nl = 8 (kg/miệng lửa.h)

Q th ct : Nhiệt năng công tác của nhiên liệu, kJ/kg.Q th ct = 14700 (kJ/kg)

: Hệ số cháy không hoàn toàn của nhiên liệu,  = 0,9÷0,97.Chọn η =0,95

Q spc = 0,278x8x2x14700x0,95 = 62116,32 (W)

4 THU NHIỆT DO BỨC XẠ MẶT TRỜI.

Do bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua tường là không đáng kể so với bức xạ truyền vào nhà qua cửa kính và mái nên ta có thể bỏ qua trường hợp qua tường.

4.1 Bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua cửa kính

Bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua cửa kính được tính theo công thức:

F kính : diện tích cửa kính chịu bức xạ tại thời điểm tính toán,m 2

q bx : cường độ bức xạ mặt trời trên mặt phẳng chịu bức xạ tại thời điểm tính toán, W/m 2 thời điểm tính toán chọn là 15h tháng 7(Tra theo phụ lục 7 giáo trình Thông Gió).

t bx

Q : bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ, W.

4.2.1 Bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ Q bxt

: Dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, nhiệt độ mặt ngoài của kết cấu bao che tăng cao Ta thay thế cường độ bức xạ bằng một trị số nhiệt độ tương đương t tđ

của không khí bên ngoài:

t tđ =

n

tb bx

q : Cường độ bức xạ trung bình trên mặt phẳng kết cấu, W/m 2

n : Hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt ngoài của kết cấu bao che, W/m 2 0 C

 : Hệ số hấp thụ bức xạ của bề mặt kết cấu bao che (tôn nâu sẫm =0,81)

t n : nhiệt độ trung bình của tháng nóng nhất đại diện cho mùa hè.

 t n = 28,9 (tháng 7 theo TCXD 49-72 nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất).

 t tg = 28,9+9,79 = 38,69 0 C

 Bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ:

t bx

Q = k mái F mái ( t tg - t t tt ), W/h.

= 6,327x758,95x(38,69 – 35) = 17719 [W]

4.2.2 Bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ:

Để xác định biên độ dao động của nhiệt độ tổng ta phải xem xét biên độ của nhiệt độ tương đương do bức xạ gây ra và biên độ của nhiệt độ không khí ngoài trời.

Biên độ dao động của cường độ bức xạ có thể xác định như hiệu số giữa cường độ cực đại và cường độ trung bình trong ngày đêm (24h):

tb bx bx

A

13

t : Nhiệt độ trung bình đo lúc 13 giờ của tháng nóng nhất, đó cũng chính

là nhiệt độ cao nhất trung bình của tháng nóng nhất tra theo trạm quan trắc Láng.

: hệ số phụ thuộc vào độ lệch pha Z và tỉ số giữa biên độ dao động nhiệt độ

tương đương và nhiệt độ bên ngoài.

Nhiệt độ không khí cực đại vào 13 giờ

Bảng 7: Tổng nhiệt thừa của toàn công trình

Mùa Đông Mùa Hè

6 TÍNH TOÁN THÔNG GIÓ CỤC BỘ

6.1 Tính toán thổi hoa sen không khí.

q o = C[(273+t 1 )/100] 4 k = 5,76[(273+1250)/100] 4 0,51=158049,2 (W/m 2 )

Hệ số k 1 xác định theo biểu đồ hình 8.15 trang 250 giao trình Thông Gió Tra theo

tỉ số x / F trong đó x khoảng cách tính toán (lấy x = 1,2m), F diện tích bức xạ F=a.b=0,4x0,3 tra ra k 1 = 0,018 → q x = 158049,2x0,018 = 2845 (W/m 2 ).Vậy cần thổi hoa sen không khí cho lò phản xạ (6;7).

b, Tính toán hoa sen không khí.

Cường độ bức xạ tại vị trí thao tác q x =2845 (W/m 2 ) Vị trí công tác có diện tích 1x1m Chọn vận tốc v ct =3 (m/s).Khoảng cách từ miệng thổi đến vị trí thao tác x=1,2m Nhiệt độ không khí ngoài trời t N =32,7 0 C Nhiệt độ không khí trong phân xưởng t T =35 0 C Với nhiệt độ không khí ngoài trời được làm lạnh đoạn nhiệt bằng cách cho đi qua buồng phun sau đó được thổi vào phân xưởng Với nhiệt độ không