tính toán thiết kế hệ thống hút nhiệt

Lợng nhiệt thừa của một công trình hay một phân xởng nào đó là hiệu số giữa ợng nhiệt toả ra bên trong cộng trình và lợng nhiệt tổn thất ra bên ngoài nhà.l-Về mùa hè: Trờng hợp nhiệt độ

Mục lục Trang  Đề bàiề bài 2

Lời nói đầu 3

Phần I Tính toán nhiệt cho phân xởng mùa hè 4

I Tính toán truyền nhiệt qua kết cấu bao che 5

II Tính Toán nhiệt bức xạ nhiệt qua kết cấu bao che 12

III Tính toán toả nhiệt 17

Phần II Tính toán thông gió tự nhiên dới áp lực nhiệt 20

Phần III Tính toán thiết kế hệ thống hút nhiệt cho hai nguồn nhiệt 24

II Tính toán thiết kế hệ thống chụp hút 26

III Chọn quạt và động cơ điện 33

* Kết Luận 35

- Mái tôn dày 0,8 mm ( = 7840 kg/m3,  = 50 kcal/ m.0C, c = 0,11 kcal/ kg 0C

S = 106 kcal/ m2.h.0C ), Bông khoáng chất dày 20 mm và 1 lớp gỗ dán dày 5mm

- Sàn nhà gồm 4 lớp: Xi măng silicat in hoa dày 6mm, bê tông nhẹ dày 80mm, bêtông gạch vỡ dày 90mm và đất sét nén chặt dày 130 mm

- Kích thớc và kết cấu thể hiện trên bản vẽ

- T Kcal m2 h0C

/ 5 , 7

- Hai nguồn nhiệt có nhiệt độ bề mặt là 2500 C

- Hệ số lu lợng của cửa nan chớp là   0 , 65

- Cờng độ bức xạ

+ qmax = 1080 kcal/m2.h vào lúc 12h

+ qtb = 440 kcal/m2.h

 Yêu cầu:

1 Tính toán nhiệt cho phân xởng về mùa hè

2 Tính toán thông gió tự nhiên dới áp lực nhiệt

3 Tính toán thiết kế hệ thống hút nhiệt cho hai nguồn nhiệt

Lời nói đầu

Kỹ thuật thông gió là môn khoa học quan trọng trong việc tạo môi trờng không khíthông thoáng, điều hòa tốt trong các phân xởng, các tòa nhà cũng nh các công trìnhkiến trúc khác, đảm bảo thông thoáng hết các khí độc các nguồn nhiệt nh bụi trongcác công trình, đảm bảo vệ sinh công nghiệp cảI thiện điều kiện làm việc và tránhbệnh nghề nghiệp cho ngời lao động

Trong thời gian tới đây Kỹ Thuật Thông Gió sẽ phát triển mạnh do những đặc trng vàhiệu quả của nó

Đồ án này mới chỉ giải quyết một trong những vấn đề phổ biến chứ không phải hoàntoàn những gì thực tế đặt ra, nhng cũng đã giúp em nhiều trong việc làm quen với tínhtoán, thiết kế hệ thống thông gió, tiếp cận với những vấn đề thực tế

Nội dung bản đồ án gồm 3 phần chính:

 Phần I: Tính toán nhiệt cho phân xởng về mùa hè

 Phần II: Tính toán thông gió tự nhiên dới áp lực của gió

 Phần III: Tính toán thiết kế hệ thống hút nhiệt cho 2 nguồn nhiệt trong phân ởng

x-Mỗi phần là một vấn đề cụ thể, mục đích chủ yếu là đảm bảo thông thoáng cho cácphân xởng sản xuất, hút hết nguồn nhiệt, thổi mát cho công nhân tạo môi trờng vệ sinhthoáng mát

Trong quá trình tính toán, tra cứu, em đã cố gắng chọn lựa các thông số một cách hợp

lý nhất, nhng do trình độ còn ở mức mới làm quen với đồ án nên có những sai sót mà

em cha phát hiện ra ngay đợc, em rất mong đợc sự thông cảm của thầy, cô và mong

đ-ợc chỉ bảo thêm sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Lê Vân Trình; thầy giáo TS Phạm Văn Hải;cô giáo Ths Nguyễn Trinh Hơng đã giúp em hoàn thành bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô !

Hà Nội, ngày: 20 tháng 5 năm 2009 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hiền Lơng

Phần I: Tính toán nhiệt cho cho phân xởng về mùa hè

Nhiệm vụ chính của kỹ thuật thông gió là: chống nóng, chống lạnh, khử cácloại khí độc hại, khử hơi nớc, khử bụi, nhng chống nóng khử nhiệt là nhiệm vụ quantrọng hơn cả

Để giải quyết đợc vấn đề thông gió khử nhiệt chúng ta phải tìm các phơng pháptính toán đợc nhiệt thừa toả ra trong một đơn vị thời gian của công trình hay của phânxởng đợc thông gió

Lợng nhiệt thừa của một công trình hay một phân xởng nào đó là hiệu số giữa ợng nhiệt toả ra bên trong cộng trình và lợng nhiệt tổn thất ra bên ngoài nhà.

l-Về mùa hè: Trờng hợp nhiệt độ không khí bên ngoài nhà cao hơn nhiệt độ

không khí bên trong nhà thì dòng nhiệt sẽ đi từ ngoài vào trong và khi đó ta coi lợngnhiệt này nh lợng nhiệt toả ra bên trong nhà

Lợng nhiệt toả ra bên trong nhà do các nguyên nhân sau:

- Toả nhiệt do ngời

- Toả nhiệt do thắp sáng và máy móc điện

- Toả nhiệt do các quá trình công nghệ

- Toả nhiệt từ các lò nung, do đốt cháy nhiên liệu

- Toả nhiệt do bức xạ mặt trời…

Đối với phân xởng cơ khí lợng nhiệt toả ra do các nguyên nhân sau:

1 Nhiệt truyền qua các kết cấu bao che của nhà (QTN)

2 Nhiệt bức xạ mặt trời vào trong phân xởng(Qbx )

3 Nhiệt toả ra từ cơ thể ngời trong nhà ( Qng )

4 Nhiệt toả ra do tiêu thụ điện(QTB)

5 Nhiệt toả ra do thắp sáng (Qcs)

6 Nhiệt toả ra do hai nguồn nhiệt (do tỏa nhiệt)

Vậy tổng lợng nhiệt mà phân xởng nhận đợc ( nhiệt thừa :QTh ) vào mùa hè là:

QTh = QTN +Qbx + Qng + Qcs+ QTB + QNL

I Tính toán truyền nhiệt qua kết cấu bao che:

Khi có sự chênh lệch về nhiệt độ giữa nhiệt độ bên trong và bên ngoài nhà thì có sựtruyền nhiệt qua các kết cấu bao che của nhà, bao gồm:

- Truyền nhiệt qua tờng

- Truyền qua mái

- Truyền nhiệt qua kính

- Truyền nhiệt qua nền

Chiều dòng nhiệt đi từ phía có nhiệt độ cao đến phía có nhiệt độ thấp và lợng nhiệtnày đợc xác định theo công thức:

QTN = K.F.ttt [kCal/h]

Trong đó:

 K: Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che [Kcal/m2 h 0C]

 F : Diện tích truyền nhiệt của kết cấu bao che[m2]

 tt: Hiệu số nhiệt độ tính toán bên trong và bên ngoài nhà [0C].

 Xác định hệ số nhiệt độ tính toán t tt :

ttt = .( tt

T tt

 tT : Nhiệt độ tính toán bên trong nhà

 tNtt : Nhiệt độ tính toán bên ngoài nhà

 Về mùa hè nhiệt độ thông gío ngoài trời dùng để thiết kế hệ thống thông gió lànhiệt độ tối cao trung bình đo vào lúc 13h của tháng nóng nhất

Tại Quảng Ninh chọn tháng nóng nhất tháng VII có nhiệt độ cao nhất lấy theo TCVN5687- 1992 là 32,20C

( Phụ lục 1 – Trang 94 )

- Mùa hè không khí trong nhà đợc lấy theo không khí ngoài trời

tt

N tt

Dấu (-) thể hiện chiều truyền nhiệt từ trong nhà ra ngoài nhà

 Xác định hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che:

K =

N i i n

1 i T

1 R

 R0 : Tổng nhiệt trở của kết cấu bao che [m2 h.0C/kcal]

 T: Hệ số TĐN bề mặt bên trong của kết cấu bao che [kcal/m2.h.0C], T = 7,5

 N: Hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài kết cấu bao che[kcal/m2.h.0C] lấy N = 20

 i: Bề dày lớp vật liệu thứ i của kết cấu[m]

 i : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i (Kcal/m.h.0C)

1.Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua t ờng:

 Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu của tờng:

Kết cấu của tờng: Tờng gồm 3 lớp: Theo phụ lục 2 – [I]

(m) (Kcal/m.h.i 0 C)

2 Gạch nhiều lỗ xây với vữa nặng 0,22 0,45

K =

0

R

1 =

1

1 0,02 0, 22 0,02 1 7,5 0,80 0, 45 0,80 20

= 1,38 (Kcal/m2.h.0C)

 Diện tích truyền nhiệt qua tờng Ft :

Diện tích truyền nhiệt qua tờng Ft:

2.Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua cửa kính:

Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua kính xác định bởi công thức:

F = 18,26 6 cos150 2 = 211,65 ( 2

m )Tổn thất nhiệt do truyền qua mái là :

=> Q M = 1,818 0,2 211,65 = 76,956 (Kcal/h)

4 Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua nền:

Đối với nền việc tính toán diện tích và nhiệt trở có phần phức tạp Bởi thế ngời ta ápdụng phơng pháp gần đúng phù hợp với thực nghiệm là chia mặt nền ra từng dải dọc t-ờng ngoài

Khi tính toán truyền nhiệt qua nền, vấn lấy hệ số nhiệt độ tính toán nh với các kết cấubao che khác: ttt = 0,20 C

a Diện tích truyền nhiệt của nền:

Dải I, II, III mỗi dải rộng 2m Dải IV tuỳ theo phần diện tích còn lại

Dải I các góc đợc tính hai lần vì nó có sự truyền nhiệt qua nền ra hai phía

 Diện tích dải III: F III = (18,26 – 8).(12,26 – 8) = 43,7076 (m2)

 Diện tích dải IV: FIV = 0 ( m2)

a Hệ số truyền nhiệt của nền:

=> Lúc đó nhiệt trở của nền đợc tính theo công thức:

R : Nhiệt trở của các dải nền cách nhiệt

* R i KCN: Nhiệt trở của dải nền không cách nhiệt Theo GT KTTG – TS Lê Vân Trình+ Dải I: KCN

R

1 ờn



 =

08 , 0

10 130 75 , 0

10 90 6

, 0

10 80 2

, 0

10

R : nhiệt trở của dải nền thứ i

* F i: diện tích của dải nền thứ i

* t tt: Hệ số nhiệt độ tính toán t tt= 0,2 ( coi nhiệt độ tính toán của nền cũng là nhiệt

 Nhiệt trở của dải nền:

II Tính nhiệt bức xạ mặt trời truyền vào nhà.

Bức xạ Mặt trời là phần năng lợng của mặt trời xuyên qua khí quyển xuống trái

đất Lợng nhiệt nhận đợc trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian gọi là ờng độ bức xạ mặt trời, kí hiệu là qbx, bằng cờng độ trực xạ cộng với cờng độ tán xạ Trong tính toán thông gió, khi tính lợng nhiệt bức xạ mặt trời truyền qua kếtcấu bao che vào nhà, ngời ta tính theo trị số bức xạ tổng cộng Đôi khi để đơn giảntính toán cho rằng tính toán bức xạ đợc thực hiện ở thời điểm bất lợi nhất, ngời ta tam

c-ớc tính cờng độ phản xạ khoảng từ 1020 % cờng độ trực xạ

ở Quảng Ninh có qmax=1080 (Kcal/m2 h); qTB = 420 (kcal/m2 h)

 Khi nắng chiếu trên bề mặt một kết cấu bao che nào đó với cờng độ xác định,thì ứng với cờng độ ấy lợng nhiệt truyền vào nhà nhiều hay ít là tuỳ thuộc vào tínhchất của kết cấu bao che.

Ta tính toán tại thời điểm nóng nhất 13h khi đó các tia mặt trời chiếu xuống gần

nh thẳng đứng nên ta có thể coi nh bức xạ chỉ truyền qua mái nhà, kính còn tờng coi

nh bỏ qua

Nhiệt bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua các bộ phận sau:

 Qua cửa kính

 Qua mái

1.Nhiệt bức xạ mặt trời truyền qua kính:

Kính là loại vật liệu trong suốt nên hầu hết những loại bức xạ của tia mặt trời

đều xuyên qua đợc vào nhà

Trong nhà năng lợng sóng đều biến thành nhiệt làm cho nhiệt độ không khí trongphòng tăng cao

 Lợng nhiệt bức xạ mặt trời truyền qua kính đợc xác định bằng công thức:

 T3: Hệ số che khuất bởi khung cửa T3 = 0,6

 T4: Hệ số che khuất bởi hệ thống che nắng T4 = 0,3

2 Tính nhiệt bức xạ mặt trời qua mái :

Bức xạ mặt trời là phần năng lợng của mặt trời xuyên qua khí quyển xuống

trái đất Lợng nhiệt nhận đợc trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời

gian gọi là cờng độ bức xạ mặt trời, kí hiệu là q bx, bằng cờng độ trực xạ cộng

với cờng độ tán xạ

Trong tính toán thông gió, khi tính lợng nhiệt bức xạ mặt trời truyền qua kết cấu

bao che vào nhà, ngời ta tính theo trị số bức xạ tổng cộng Đôi khi để đơn giản

tính toán cho rằng tính toán bức xạ đợc thực hiện ở thời điểm bất lợi nhất, ngời

ta tạm ớc tính cờng độ phản xạ khoảng từ 1020% cờng độ trực xạ

ở Quảng Ninh có qmax= 1080 (Kcal/m2h); q TB= 440 (Kcal/m2h)

Khi nắng chiếu trên bề mặt một kết cấu bao che nào đó với cờng độ xác định, thì ứngvới cờng độ ấy lợng nhiệt truyền vào nhà nhiều hay ít là tùy thuộc vào tính chất củakết cấu bao che

Ta tính toán tại thời điểm nóng nhất 13h khi đó các tia mặt trời chiếu xuống gần nh

thẳng đứng nên ta có thể coi nh bức xạ chỉ truyền qua mái nhà

*Tính nhiệt bức xạ mặt trời qua mái:

Mái là kết cấu trong suốt, các tia bức xạ mặt trời khi chiếu đến sẽ một phần bị phản xạlại, một phần bị kết cấu hấp thụ, phần còn lại xuyên qua kết cấu vào nhà Tùy ở gócbức xạ khác nhau, sự phân chia về lợng giữa bức xạ, hấp thụ và xuyên qua sẽ khácnhau

Bài toán tính năng lợng bức xạ mặt trời truyền vào nhà là một bài toán dao động điềuhòa do cờng độ bức xạ mặt trời dao động trong một chu kỳ hình sin 24h, việc tính toán

ở đây đã đợc đơn giản hóa nhiều

Dới tác dụng bức xạ mặt trời, nhiệt độ lớp không khí bên ngoài kết cấu bao che tănglên Để đánh giá tác dụng đó, ngời ta thay thế cờng độ bức xạ này bằng trị số nhiệt độtơng đơng:

.

tb bx td

* q bx tb: Cờng độ bức xạ trung bình

 N: Hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt ngoài

 : Hệ số hấp thụ bức xạ của bề mặt kết cấu bao che, biểu diễn phần nhiệt bứcxạ do kết cấu hấp thụ đợc

Chọn = 0,65 vì mái tôn tráng kẽm ( theo vở ghi )

Tra phụ lục 1, trang 92-giáo trình TS Lê Vân Trình, ta có nhiệt độ trung bình

của không khí bên ngoài vào tháng nóng nhất ở Quảng Ninh là t ng tb = 28,80C

Do đó ta có:

t = 28,8 + 14,3 = 39,10C

 Cờng độ bức xạ mặt trời dao động theo thời gian với chu kỳ ngày đêm 24h Sựdao dộng này là dao động hình sin với biên độ dao động là hiệu số giữa cờng độbức xạ cực đại qmax và cờng độ bức xạ trung bình q tb trong ngày đêm đó:

) 440 1080 (

65 , 0 ) (

q td

q q A

13 max

 : Hệ số điều chỉnh do sự chênh lệch pha của hai dao động điều hòa

 = 0,995 Theo GT KTTG của thầy Trần Ngọc Chấn

C: Tỷ nhiệt Kcal/kg.0C

Cuối cùng ta có lợng nhiệt bức xạ mặt trời truyền vào nhà:

III.Tính toán toả nhiệt trong phân x ởng:

1 Nhiệt toả từ ng ời:

Khi ngời lao động hay nghỉ ngơi, trong cơ thể luôn giải phóng một lợng nhiệt

ra môi trờng xung quanh do quá trình chuyển hoá năng lợng Lợng nhiệt toả ra từ tấtcả mọi ngời trong phân xởng đợc tính theo công thức:

QNg = n qN

Trong đó:

 n: Là số ngời trong phân xởng n=22 ngời

 qN : Là lợng nhiệt toả ra từ một ngời (Kcal/h.ngời), phụ thộc vào mức độ lao động

và nhiệt độ không khí bên trong Trong phân xởng thực phẩm, mức lao động vừa,theo TL[I], ta có q = 120  170(Kcal/h.ngời) Chọn q = 125(Kcal/h)

 Vậy, lợng nhiệt toả ra từ công nhân là:

 B: Hệ số kể đến phần năng lợng nhiệt biến hoá thành năng lợng điện

 Chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang B = 0,75 đến 0,8, chọn B =0,8

 N: Công suất thắp sáng của phân xởng tính bằng (KW)

công suất chiếu sáng =25(W/m2)

 Diện tích sàn: Fsàn= 18.12 = 216 (m2)

=> N= 25 216 = 5400 (W) = 5,4 (KW)

Nhiệt toả ra do chiếu sáng: QCS = 860 0,8 5,4 = 3715,2(Kcal/h)

3 Nhiệt toả ra do tiêu thụ điện sản xuất:

Trong phân xởng có sử dụng các động cơ điện để chạy các máy một phầnnăng lợng điện trong động cơ chuyển thành năng lơng nhiệt toả ra trong phân x-ởng Năng lợng này tính theo công thức:

QTB =860 1.2 .3 4.N (kcal/h)

Trong đó:

 N: Tổng công suất danh định của các động cơ điện(KW), N= 39 (KW)

 1 = 0,7 0,9 : Hệ số sử dụng công suất đặt máy chọn 1 = 0,8

 2 = 0,5  0,8: Hệ số phụ tải ,là tỷ số giữa công suất tiêu thụ trung bình và côngsuất tiêu thụ cực đại chọn 2 = 0,7

 3 = 0,51,0: Hệ số làm việc đồng thời của các động cơ điện , chọn 3 = 0,8

 4 = 0,1 1,0: Hệ số chuyển biến cơ năng thành nhiệt năng và tảo vào không khíxung quanh Chọn  = 0,6

 860: Là đại lợng nhiệt của công (kcal/kW.h)

Vậy, nhiệt toả ra do động cơ điện là:

QTB =860 0,8 0,7 0,8 0,6 39 = 9015,6 (kcal/h)

4 Nhiệt tỏa ra từ hai nguồn nhiệt bên trong x ởng:

Có hai nguồn nhiệt có nhiệt độ bề mặt là 2500C

. tt

bm T

Q  F t  t (Kcal/h)Trong đó:

tbm : là nhiệt độ bề mặt theo giả thiết tbm = 250oC

tT : là nhiệt độ tính toán bên trong nhà: tT = 320C

 : Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt

dl bx

     (Kcal/h)

Do bề mặt nóng nằm ngang hớng từ dới lên Có cấu tạo là hình vuông Do đó diện tích

và hệ số trao đổi nhiệt đợc tính nh sau:

9 , 0 96

-Phần II Tính toán thông gió tự nhiên dới áp lực của nhiệt

Thông gió tự nhiên là hiện tợng trao đổi không khí giữa bên trong và bên ngoài nhàmột cách có tổ chức dới tác dụng của những yếu tố tự nhiên nh gió, nhiệt thừa hoặctổng hợp hai yếu tố gió và nhiệt thừa, tức là có khả năng biết trớc hoặc dự tính trớc l-ợng không khí trao đổi và điều chỉnh đợc lợng không khí trao đổi ấy tùy thuộc vào

điều kiện bên trong và bên ngoài: nhiệt độ không khí, hớng gió và vận tốc gió

Trong các phân xởng nóng ( phân xởng nóng là những phân xởng có toả nhiệtnhiều hơn mất nhiệt) của các nhà máy luyện kim, chế tạo máy móc cơ khí, và nhiềulĩnh vực khác của nền công nghiệp, lợng trao đổi không khí bằng phơng pháp thônggió tự nhiên có thể đạt đến hàng triệu m3 trong mỗi giờ Nếu thực hiện khối lợng trao

đổi không khí đó bằng thông gió nhân tạo ( cơ khí) thì năng lợng tiêu thụ sẽ là một sốkhổng lồ Biện pháp thông gió này đợc áp dụng rộng rãi ở nhiều nhà máy của nớc ta

do u điểm về kinh tế của nó

ý nghĩa quan trọng của thông gió tự nhiên là nó cho phép thực hiện đợc quá trìnhtrao đổi không khí với lu lợng rất lớn mà không đòi hỏi chi phí năng lợng

Hiệu quả của thông gió tự nhiên trong các nhà công nghiệp không thua kém gì sovới hiệu quả của thông gió chung bằng cơ khí có cùng khối lợng không khí trao đổi.Trong nhiêu trờng hợp ngời ta thờng phối hợp giữa thông gió tự nhiên và thông giócơ khí dới hình thức : hoa sen không khí, hút tại chỗ và màn cửa không khí

Các giả thiết cơ bản để tính toán thông gió tự nhiên:

Giả thiết I: trong điều kiện ổn định lu lợng của không khí vào nhà và từ nhà thoát rangoài trong cùng đơn vị :

Lvào = Lra (kg/h)Giả thiết II: lợng nhiệt cùng với không khí vào nhà cộng với nhiệt tỏa ra bên trongnhà phảI bằng lợng nhiệt do không khí mang theo

Qvào + Qd = Qra  Lvào.Cp.tvào + Qd = Lra.Cp.tra

Lvào.Ivào+ Qd = Lra.Ira

Giả thiết III: Gvào + Gd =Gra

Trong đó;

Qvào; lợng nhiệt của không khí mang vào nhà

Q ra: lợng nhiệt của không khí ra ngoài

Cp : tỷ nhiệt của không khí ( kcal/ kgo C) chọn CP = 0,24

1 Các thông số tính toán.

* Nhiệt độ bên ngoài nhà ( tại Quảng Ninh) tN = 34,1oC