热负荷及散热量计算

热负荷及散热量计算所谓热负荷是指维持室内一定热湿环境所需要的在单位时间向室内补充的热量。所谓得热量是指进入建筑物的总量，它们以导热、对流、辐射、空气间热交换等方式进入建筑。系统热负荷应根据房间得、失热量的平衡进行计算，即房间热负荷=房间失热量总和-房间得热量总和房间的失热量包括：1）围护结构传热量Q1；2）加热油门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量Q2；3）加热油门、孔洞和其他相邻房间侵入的冷空气的耗热量Q3；4）加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量Q4；5）水分蒸发的耗热量Q5；6）加热由于通风进入室内冷空气的耗热量Q6；7）通过其他途径散失的热量Q7；房间的得热量包括：1）太阳辐射进入房间的热量Q8；2）非供暖系统的管道和其他热表面的散热量Q9；3）热物料的散热量Q10；4）生产车间最小负荷班的工艺设备散热量Q11；5）通过其他途径获得的散热量Q12；1.1围护结构的基本耗热量q'=KF（t-t.）a式中q一围护结构的基本耗热量，W;K一围护结构的传热系数，w/（砰.°C）；F一围护结构的面积，砰；tw一供暖室外计算温度，C；tn一冬季室内计算温度，C；a一围护结构的温差修正系数。整个建筑物的基本耗热量等于各个部分围护结构的基本耗热量的总和：Q1'=Zq■=EKF（t-1'）1.2围护结构的附加耗热量在实际中，气象条件和建筑物的结构特点都会影响基本耗热量使其发生变化，此时需要对基本耗热量加以修正，这些修正耗热量称为围护结构附加耗热量。附加耗热量主要有朝向修正，风力附加和高度附加耗热量。1.2.1朝向修正耗热量朝向修正耗热量是太阳辐射对建筑围护耗热量的修正。表1-1朝向修正率朝向修正率朝向修正率北0西-5%东-5%南20%1.2.2风力附加耗热量《暖通规范》规定：在一般情况下不必考虑风力附加。1.2.3高度附加耗热量《暖通规范》规定：民用建筑和工业辅助建筑(除楼梯间外)的高度附加率，当房高超过四米时，每增加一米，为附加围护基本耗热量和其他修正量总和的2%，但总附加率不超过总附加率的15%。所以，建筑物的总耗热量等于围护结构基本耗热量和朝向修正，风力附加和高度附加耗热量的总和，则Q'=(1+x)ZaKF(t-1')(1+x+x)1gnwchf式中Xch—朝向修正率，%；Xf—风力附加率，%；xg—高度附加率，%；1.3冷风渗透耗热量在室内外风压和热压压差作用下，室外的冷空气通过门窗的缝隙渗入室内，被加热后又溢出室外。把冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为冷风渗透耗热量。本设计采用百分数法计算冷风渗透耗热量。根据建筑结构特点，本设计渗透热量占围护结构的总耗热量的30%。1.4冷风侵入耗热量冬季在风压和热压的共同作用下，当外门开启时，会有大量的冷空气进入室内，把将这部分冷空气加热到室温时所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。采用外门附加的方法计算，冷风侵入耗热量=外门基本耗热量x外门附加率公共建筑工业产房中，其外门附加率为500%。1.5工作工况下围护结构耗热量及其修正以电炉变压室为例围护结构基本耗热量计算取定tn=12r，耗热量包括基本耗热量和附加耗热量，计算全部列于附表1-1中，所得电炉变压室、电气间围护结构传热耗热量Qi'=3209.30(W)冷风渗透耗热量按百分数法计算，根据建筑物特点，查得百分率为30%。Q2'=30%xQi=962.79(W)冷风侵入耗热量按短时间开启的外门计算，取外门基本耗热量的60%。冷风侵入耗热量=1150.50x0.6=690.30(W)1.6工艺设备耗热量1)熔炼工段工频感应电炉的散热量Q=860N(1一叩)cos甲e式中Ne—感应电炉额定功率，KW;n一感应电炉的总效率，％，根据工艺资料采取；cose一补偿后的功率因数，一般为0.9-0.95。当工频感应电炉装有排烟罩时，散入室内的热量为其总散热量的30%根据公式Q=860x125x(1-80%)x0.9x0.3=6449.2(KW)2)浇注工段的散热量浇注金属与落砂在同一房间进行时，金属至浇注温度至冷却至室温的全部热量，一部分热量由水分蒸发时吸收，其余全部散落车间内，每浇注一吨金属的散热量为：Q=(Q1-Q2)-[605g(d1-d2)—0.175g(t-1)]x1000式中Q1一浇注金属在熔化时的含热量，KW/吨；Q2一铸件落砂在离开本工段时的含热量，KW/吨；g一每浇注一吨金属所需的型砂重量，公斤；d1一浇筑前型砂的含湿量，公斤/公斤；d2一落砂后型砂含湿量，公斤/公斤；t-落砂时型砂温度，°c；tn—室内温度，C；根据公式得，Q=(263200-187600)-[605x4.5(0.055-0.02)-0.175x4.5(43-12)]x1000=4725(KW)电动设备散热量清理工段，砂处理的工段有抛丸机，破碎机，所有的工艺设备都在室内，电动设备散热量公式为：_一…NQ=1000q门门一式中。一电动设备发热量，W；N・电动设备安装功率(额定功率)，KW；门一电动机效率一]一电机容量利用系数，是电动机最大实效功率原装功率之比，一般取0.7-0.9；一2—电动机负荷系数，电动机每小时平均时耗功率与机器设计时最大时耗功率之比一般取0.5-0.8；门3一同时使用系数，电动机同时使用的安装功率与总安装功率之比，一般取0.5-1.0；以清理工段的橡胶履带抛丸清理机为例计算电动设备散热量由设备参数知，橡胶履带抛丸清理机电动设备安装功率N=，电动机效率n=，n1=0.7,n2=0.6,n3=0.8则每台橡胶履带抛丸清理机电动设备散热量为：_一…NQ=1000门门门-123门=1000X0.7x0.6x0.8x24.3+0.8=10206(W)照明设备耗热量Q=n1n2n3N式中Q一散热量，W；N一灯具安装功率，KW;n1—同时使用系数；n2一整流器散热系数，装在室内取1.2，装在棚顶取1.0;n3—安装系数，明装时取1.0,暗装灯罩上部穿有小孔时，取0.5-0.6，灯罩上无孔时取0.6-0.8;则根据公式得，Q=1000x1.0x1.2x1.0x100=120(KW)人员散热量Q=enq式中Q一人体散热量，KJ/h;e—考虑不同的工作场所性质，取e=1.0；n一人数，个；q一每个人的平均散热量，KJ/h，取q=1348KJ/h；则根据公式得，Q=1.0x16x1348=21568(KJ/h)数据汇总：表1-3车间电动设备的散热量汇总设备名称台数散热量(W/台)总散热量W橡胶履带抛丸清理机机31020630618金属履带抛丸机131503150颚式破碎机2630012600混砂机11260012600射芯机125833.3369999.96造型机1275690722局部排风系统设计2.1排风量确定此车间为铸造车间，在型砂配制、制型、落砂、清砂等过程，都可使粉尘飞扬，特别是用喷砂工艺修整铸件时，粉尘浓度很高，所用的石英危害较大。在机械加工过程中，对金属零件的磨光与抛光过程可产生金属和矿物性粉尘。所以各工部采用局部排风，在需要排风部位加局部排风罩即可。局部排风罩的一般形式有：密闭罩，柜式排风罩，外部吸气罩，接受式排风罩，吹吸式排风罩。局部排风罩的设计原则：（1）局部排风罩应尽可能包围或靠近有害物，使有害物源局限于较小的局部空间。应尽可能减小吸气范围，便于捕集与控制。（2）排风罩的吸气气流方向应尽可能与污染气流运动方向一致。（3）已被污染的吸入气流不允许进入人的呼吸区。（4）排风罩力求结构简单，造价低，便于安装和维护。（5）局部排风罩的配置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作。（6）要尽可能避免干扰气流和过堂风，送风气流等对吸气气流的影响。熔炼工段主要产生大量的烟尘和热，在炉口热源上部设置接受式排风罩。清理工段主要产生扬尘，橡胶履带抛丸机和履带抛丸清理机采用伞型排风罩；破碎机采用局部密闭罩；混砂机采用整体密闭罩。浇注工段主要产生大量的热，采用移动式排风罩。热源上部接受式排风罩排风量的计算接受罩罩口尺寸按下式计算：低悬圆形罩D=d+0.5H低悬矩形罩A=a+0.5HB=b+0.5H式中D一罩口直径（m）;A,B一罩口的长和宽（m）;d一热源水平投影直径（m）;a,b一热源水平投影长和宽（m）;高悬罩低悬罩排风量按下式计算式中qv0—热源上部热射流起始流量（m3/s）；V'一罩口扩大面积上空气的气流速度（m/s），通常取0.5-0.75m/s;F一罩口扩大面积，即罩口面积减去热射流的断面面积（砰）；高悬罩排风量按下式计算q=q+v'F'式中qv,z罩口所在断面上的热射流流量（m3/s）；热源上部热射流起始流量，计算式为1q0=0.381（QM2）3式中qv0—热射流流量m3/S；Q一对流散热量（KJ/s）;h一热源定性尺寸（m），对垂直热表面是指高度，对水平则是指该投影的短边尺寸；Ap一在热源顶部热射流的横断面积（砰）；热射流流量qv,z（m3/s）1q=7.26x10-3zi.47Q3,z式中Q一热源对流散热量（KJ/s）;z-假想点热源距离计算断面的有效距离（m）,由下式计算Z=H+2B式中H-热源距计算面的距离（m）;B-热源水平投影直径或长边尺寸（m）;对流散热量QQ=aFAt式中F-热源的对流换热面积（砰）；At-热源表面与周围空气的温度差（°C）；。-表面传热系数（KJ/砰.s.C）;表面传热系数。1d=AAt3式中A系数，对于水平散热面，A=1.7X1QA（-3）；对于垂直散热面，A=1.13x1QA（-3）。根据接受罩安装的H的不同可以分为两类，H-1.5tAp为低悬罩，H>1-^;Ap为高悬罩。密闭罩排风量计算，本设计采用截面风速法q=3600Av式中qv-所需排风量（m3/s）；A-密闭罩截面积（砰）；v-垂直于密闭罩的平均风速（m/s）。排风罩排风量计算，控制风速法qv=v0F式中qv-吸气口排风量（m3/s）；F-吸气口面积（而;V0-罩口平均风速(m/s)。2.1.1熔炼工部排风量计算本工段的主要任务是提供浇铸用的铁水，熔炼过程中产生大量的烟尘和热，工频感应电炉主要产生的危害物油蒸汽，金属氧化物，粉尘及蒸汽。所以给其炉口设置接受式排风罩，选用圆形排风罩。在炉上方0.5米处安装接受罩，YL二YL,□八，、上CLC1・5\,'A=[1・5x(〒x0.42)2]m=0.53m因安装高度H-1.5vAp，该接受罩属低悬罩。确定热源的对流换热量4Q=aFAt=1.7x10-3At3F4=[1.7x10-3x(1200-12)3xnx0.42]=10.75(KJ/s)热源顶部的热射流起始流量1q°=0.381x(QA2h)3n1=0.381x[10.75x(—x0.42)2x0.4]34=0.16(m3/s)确定罩口直径D=d+0.5H=0.4+0.5x0.5=0.65m取v'=0.75m/s排风罩排风量Q=q+v'F"={0.32+0.75x[n(0.65)2—n(0.4)2]44=1.79(m3/s)此处共有3台工频感应电炉，则总通风量为19332(m3/h)2.1.2清理工段排风量计算查得Q3210A橡胶履带抛丸清理机的除尘风量为3500m3/h，清理工段共有3台Q3210A橡胶履带抛丸清理机，则总排风量为10500m3/h。2.1.3砂处理工段排量计算Q326金属履带抛丸清理机的除尘风量为2200m3/h。PEF-250X400型号的颚式破碎机，根据工艺资料，破碎机的加料方式为滑槽给料。此时加料口的粉尘较大，设置局部密封排风罩。颚式破碎机下部排料至受料设备的卸料点也会产生粉尘，而排料至输送带的物料落差＜1m,直接给料。这时，颚式破碎机的加料口产生的粉尘不大，可只做密闭罩，不设排风装置。查《铸造车间通风除尘技术》可得颚式破碎机下部排风量为1200m3/ho混砂机在受料时，产生粉尘很多，同时一般的混砂工艺是加料后先干混数分钟，再加水湿混。在干混过程中，由于辗轮的辗混，搅拌也会产生大量的粉尘，所以给混砂机设置整体密闭罩加排风。根据公式得，混砂机所需的排风量=3600X0.25X3.26=2934(m3/h)2.1.4制芯、浇注和造型工段排风量计算制芯采用普通的射芯机，芯砂中含有一定的水分，所以产生粉尘不多，产生有害气体也不多，故不设置排风。铸件浇注和冷却过程有CO产生和大量的热产生，在浇注生产线的浇注段设置移动式排风罩。根据公式得，nx0322q=(10x2+F)V=(10x1.062+―-—)x0.5=0.69(m3/s)=2500(m3/h)表2-1各工部局部机械排风量汇总表工段名称设备名称个数每个设备排风量(m3/h)排风罩个数排风罩形式熔炼工段工频感应电炉368404接受式排风罩清理工段橡胶履带抛丸清理机335004伞型排风罩金属履带抛丸机122001伞型排风罩砂处理工段颚式破碎机312006局部密闭罩混砂机129341整体密闭罩浇注工段浇注输送器250014移动式排风罩2.2排风系统的划分在本设计中，熔炼工段产生大量的烟尘，热量，所以单独设置除尘系统。清理工段和砂处理工段的设备产生的大多是粉尘，所以合并为一个除尘系统。电炉变压器室，电气间主要产生的是余热，划分为一个排风系统。浇注工段产生CO和大量的热，单独设置排风系统。则总共划分为四个排风系统。2.3除尘器选择及计算除尘器的选择依据：处理的气体量。（2）气体的性质：包括气体的成分、温度、湿度、密度、黏度、露点、毒性、腐蚀性、爆炸性、气体量和其波动范围等物理化学性质。（3）粉尘的性质：含有成分、密度、浓度、粒径分布、比电阻、腐蚀性、湿润性、爆炸性、黏附性、纤维性、吸水性等物理、化学性质。（4）净化要求：净化效率，压力损失，废气排放标准和环境质量标准等。（5）装置的经济性：设备占用空间，投资和运行费用，维护操作方便和回收综合利用的情况等。在工程中，通常以净化效率为主选择装置。门=（1_C0N）x100%iN式中C0N-净化装置出口的含尘浓度，（g/m3）Cn-净^化装置进口的含尘浓度，（g/m3）以熔炼工段为例：C=200mg/m3,C=25mg/m3净化效率：°"C200-25门=（1-z）x100%=一x100%=87.5%C200iN本设计选用LMF-系列脉冲袋式除尘器，它占地面积小，处理风量大，并能有效的进行组合。表2-2除尘设备规格表型号过滤面积袋数处理风量（m3/h）耗气量（m3/h）设备阻力（mmHg）LMF-4A-320140140<300000.75-1.5100-200LMF-3A-240230230<220000.75-1.5100-200图2-1C-1系统图绘制系统轴测图，对各管段编号。选定最不利环路，本系统选择1-2-3-4-5-6-7-除尘器-风机为最不利环路。根据各管段的风量及选定的流速，确定各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。当输送含有金属粉尘的气体时，风管内最小风速为：垂直风管13m/s，水平风管15m/s。管段1-2根据q,1一2=3400m3/'，「15m/s，求出管径。D_iq,._i34001-23600x—xv3600x—x1544=283mm管径取整，令d1-2=280mm，所以单位摩擦阻力为Rm,1-2=11P^,m计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局部阻力圆形伞罩。=30°,£=0.0490°弯头(R/D=1)两个，£=0.25x2=0.5直流三通(1-2)当a=30°,F2=F2=?(0.39)2m2=0.119m2TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"F=—(0.56)2m2=0.246m22-34根据F+F机F,以=30。F0.119-*l3200心\o"CurrentDocument"-8-2=总0.5,-8^==0.5F0.246l6400查得8=0.53,£=0.14乙=0.04+0.5+0.53=1.13管内动压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)，其他管段与管段1-2计算方法一致，将计算结果汇总在表格内，具体见附表2。校核节点各处各支管的阻力平衡1）节点2:AP=217.47Pa,AP=102.28Pa就"=217"102.28=53%>10%217.47AP1-2217.47为使管段1-2,8-2达到阻力平衡，要修改原设计管径，重新计算管段阻力。根据公式，改变管段1-2的管径D'1-2(竺D'1-2(竺AP)0.225=280X(空)0.225102.28=331mm根据通风管道统一规则，取D1-2=320mm。根据风量和直径查找的实际流速V1'2=12m/s，管内动压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)当a=30°,F=—(0.45)2=0.158m2,F1-2'F8-24=—4(0.39)2=0.119m2=—(0.56)2=0.246m22-34根据F+F牝F,a=30。，F2=g0.5L=西=0.5F0.246L12800查得，s=0.53,£=0.