Тепловые и воздушные балансы горячих цехов промышленных предприятий

Критерием для оценки горячего цеха специалисты в области гигиены считают тепловое напряжение (количество избыточного тепла, отнесенное к 061,ему цеха) (Вт/м3).

При постоянном превышении в течение всего года значения 23 Вт/м3 пред­приятие относят к горячим цехам.

Тепловое напряжение помещений ряда производств может достигать и пре­вышать 200 Вт/м3.

Тепловой баланс горячего цеха

Составляющие теплового баланса горячих цехов отличаются от балансов, рас­смотренных ранее:

1. Теплопоступления от электродвигателей станочного и другого оборудова­ния С}эл (кВт):

<2эл = X] ^ х К1 х К2 Х Кз х (31Л)

Где Е N суммарная мощность всех работающих в цехе электродвигателей (кВт); К\ — (0,6… 0,8) коэффициент одновременности работы электродвигателей; К2 = (0,7… 0,8) — коэффициент использования мощности; А’з = (0,7… 0,8) — коэффициент загрузки; К4 — 0,25 при наличии местного вытяжного устройства или укрытия; К4 — 1 без них. Таким образом:

(}эл — 0,4 х У^ N без местных вытяжных устройств; (31.2)

Яэл — 0,1 х — с местными вытяжными устройствами. (31.3)

2. Поступления теплоты от печей (кВт).

Большинство предприятий оборудованы нагревательными печами для обра­ботки металла: закалки, отпуска, азотирования и т. п. Технология определяет различные внутренние температуры в печах, но, согласно гигиеническим тре­бованиям. температура их наружной поверхности не должна превышать 45° С. Поэтому поступления теплоты от печей рассчитывают по площади наружной поверхности печи и коэффициенту теплопередачи °С:

С* = ак + ал, (31-4)

Где ак — коэффициент конвективного теплообмена (Вт/(м2-°С)).

214 Глаьа — П. П плоош и нтдцшньи балансы горячих Ш’хоь про\п)}идпраятш

Для вертикальных поверхностей:

Ак = 1,6бУ(*п-*в), (31.5)

Где Ьи — температура поверхности печи (°С); 1В — температура рабочей зоны (°С). Для поверхностей, обращенных вверх:

«к = 2,26 \/ (?п — ?в)- (31.6)

Для поверхностей обращенных вниз:

Ак = 1,16^(*п-«в). (31.7)

Для печей с нагретыми подом и сводом расчет выполняют по формуле (31.5). ал коэффициент лучевого теплообмена (Вт/(м2-°С)). При разности температур ?п — tв не более 100е С

Ал — 4,9 х 6 х (?п — ?в), (31.8)

Где

Ь ~ 0,81 + 0,01(?п ~ ?в) ~ поправочный коэффициент. (31.9) Общие поступления теплоты от печей (Вт):

<Эи = ахРх{1п- ?в), (31.10)

Где Т — наружная поверхность всей печи (м2).

3. Поступления теплоты от открытой дверцы нагревательной печи (Вт). Определяется по формуле

<2Д = С0[(273 1П)/ИЮ}4 хКцх х (31.11)

Где Со = 5,78 Вт/(м2 — К4) — излучение абсолютно черного тела; А’д = 0,6… 0,7 коэффициент диафрагмирования внутренней поверхности печи стеиками; т — время открытия дверок в течение часа работы. Обычно г — 10… 15 мин/ч; Рд площадь дверки (м2).

4. Поступления теплоты от электрических печей (Вт).

Для электрических печей существуют две группы нагревательных элементов: для разогрева печи до требуемой температуры и для поддержания требуемой температуры (холостой ход).

Поступление теплоты от электропечей рассчитывают по мощности холостого хода, если эта мощность неизвестна:

<5ЭП = 1000 х Кхх х ЛГП) (31.12)

Где Ккк = 0,25.

5. Поступления теплоты от нагретых поверхностей ванн, баков.

Расчет выполняют аналогично п. 2. В случае, если ванны или баки оборудо­ваны местными вытяжными устройствами, вводят поправочный коэффициент: для укрытий или шкафов Кукр = 0,9; для зонтов Кукр = 0,6.

Тепловые и воздушные балансы горячих цегое пролтредприятий 215

6. Поступления теплоты от сварочных трансформаторов.

Если трансформаторы расположены в помещении, где производят сварку, то вся электрическая мощность превращается в теплоту:

Зсв. тр = 3000^ АЧр X А’загр — (31.13)

При сварке электродом с! = А мм, силе тока 140 А и напряжении холостого хода 65 В:

ЛГтр = 140 х 65/0,9 « 10000 Вт = 10 кВт.

КзаГр (время горения дуги за 1 час) принимают в диапазоне 0,5 … 0,7. Если трансформаторы размещены в отдельном помещении:

<2св. тр = 1000 ]Г ЛТр х ЛзаГр х(1-77), (31.14)

Где г; ~ 0,9 — КПД сварочного трансформатора.

7. Поступления теплоты от силовых трансформаторов, генераторов, выпря­мителей:

Дтр — 1000 х ^ ЛтР(1 — ?/), (31.15)

Где 77 — КПД установки:

У силовых трансформаторов: КПД = 0,95; у генераторов, выпрямителей: КПД = 0,8.

8. Поступления теплоты от остывающего металла:

<3м = С X С’м(гнач — ?кон) х (31.16)

Где с = 0,74 кДж/(кг-°С) — удельная теплоемкость стали и чугуна.

Разность температур ?Нач — ?кон закаливаемого металла составляет 60… 80° С. Такое уменьшение температуры происходит во время доставки металла в зака­лочную ванну. При отпуске ?кон — tв — металл медленно остывает в цехе. В пер­вый час металл выделяет 50% общего количества теплоты; во второй час — 30%; в третий 20%. Температура отпуска составляет 500… 600° С. Поступления теплоты от расплавленного металла:

(^м — [сж X (?м(^ж. мет — ?тв) + ?"тв + С X См(?тв — ?в)] X (31.17)

Где сж = 1,10 кДж/(кг °С) — удельная теплоемкость жидкого металла (стали и чугуна); ?тв — температура плавления (сталь 1350" С); гхв — теплота плавления (сталь 100 кДж/(кг-°С)).

9. Поступления теплоты от установок тока высокой частоты — ТВЧ. Поступления теплоты от ТВЧ определяют по мощности установки с учетом

Поправочного коэффициента, учитывающего время работы и загрузку:

<2твч = 0,1 X УУтвч — (31.18)

216 [лава П. 1сп ювые и во. нУушнъи балансы горячит цехов пролтре0приятии

10. Поступления теплоты от коммуникаций принимают в размере 10% от всех технологических выделений теплоты.

11. Помимо поступлений теплоты от технологических процессов теплота те­ряется на нагрев ввозимых материалов. Для расчета этого применяют форму­лу (31.16). ?Нач принимают равной ?„.5 (температуре наиболее холодной пяти­дневки).

Кроме поступлений теплоты от указанных источников учитывают поступле­ния теплоты от людей, от освещения, от солнечной радиации, от системы отоп­ления.

Кроме того, в расчете учитывают потери теплоты через наружные огражде­ния и на нагрев инфильтрующегося воздуха.

Таким образом составляют тепловой баланс производственного помещения для трех периодов года (теплого, холодного и переходных условий). Поступления теплоты от технологического оборудования, вычисленные для холодного перио­да, справедливы также для теплого периода и переходных условий. В цехах, где нет поступлений влаги от оборудования, расчет ведут по явной теплоте:

Составление воздушного баланса

До составления воздушного баланса необходимо знать расход воздуха через местные вытяжные устройства Стмо и местный приток воздуха (обычно это воз­душное душирование) ОМП. При расчете местного притока определяют темпера­туру подаваемого воздуха ?мп.

Приточный воздух может поступать в помещение тремя независимыми путями: аэрацией через нижние фрамуги окон (в холодный период — через фрамуги, расположенные не ниже 4 м от пола);

Приточной вентиляцией с известным Спр; местным приточным устройством. Удаление воздуха происходит также тремя потоками: аэрацией из верхней зоны через открытые фрамуги фонарей; местными вытяжными устройствами из рабочей зоны; общеобменной вытяжной вентиляцией, обычно из средней зоны цеха. Необходимые объемы аэрационного воздуха определяют из системы уравне­ний воздушного и теплового балансов:

[ СпЭрР + О** + ?мп = С-Р + С^ + Смо (31.19)

| X С X ?н д + X С X ?Н, А + Омп хсхи+^дя =

= С-Р хсх^з. X с (^уРО + Смо X С х *в (31.20)

?„.А определяют по [26]; ?в = ?н, а + 4° С (для промышленных зданий, прил. 3); ?мп принимают из расчета душирования; ?вз определяют из уравнения:

(31.21)

Где т — доля поступлений теплоты, остающаяся в рабочей зоне цеха.

Для кузнечных, мартеновских цехов т — 0,3;

Для термических цехов т = 0,45;

(31.22)

Для цехов металлообработки ш — 0,6; для деревоотделочных, окрасочных цехов т — 0,7.

_ tв ?Н, А, Ьвз — г Ен. А-

Ш

Расчет, выполненный для ТП, справедлив также для ХП и ПУ.

Т( п-юьые и вон>ушны.( балансы горячих и/ го а примпрсОприятии 217

В случае, если в здании не проектируют аэрацию, общеобменные вытяжные системы располаг ают в верхней зоне помещения и рассчитывают на воздухообмен не менее 1 ч-1. В этом случае по уравнениям воздушного и теплового балансов проверяют величину

Г /^’общ I _ /^<ВЗ I ( *

Стмп — Овь1т "Т имо

С^Щ X С X ?Н)А + ?мп X С X ит + =

(31.23)

(31.24)

— С’ньгт X С X ?вз + X С X ?вз + Смо х С X ?8.

При ?в < ?н>а + 4° С величину воздухообмена оставляют без изменений; при ?в > ?н, А + 4° С принимают ?в = ?н. а + 4° С и определяют С?^14 и СЦУГ. При кратности воздухообмена в помещении 5 ч-1 и более

(31.25)

Для удаления воздуха из верхней зоны помещения наиболее удобно применять крышные вентиляторы.

/ ——

Эффективность приточных систем максимальна при подаче воздуха непо­средственно в рабочую зону через эжекционные или перфорированные воздухо­распределители.



.