ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 им. Г.В. Плеханова. 
 
 

Кафедра технических инноваций 

Курсовая  работа по дисциплине:

«Энерготехническое  обслуживание производства»

На тему: «Организация теплоснабжения и воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией крупного индустриального сооружения (предположительно склада)» 
 
 
 
 
 
 

Студентки Инженерно-экономического факультета

Группы  № 723

Марковой  Евгении Игоревны 

Научный руководитель :

старший преподаватель

Хуторный  Александр Павлович

Содержание

Введение 2.

Практическая часть. 5Ошибка! Закладка не определена.

1. Расчет теплопотерь. 5Ошибка! Закладка не определена.

2. Аэродинамический расчет системы воздушного отопления 9Ошибка! Закладка не определена.

3. Энергоснабжение 16.

   4.    Приложение……………………………………………………………….19.

Графическая часть . 

Введение

  Курсовой  проект состоит в организации  теплоснабжения и воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией крупного индустриального сооружения (предположительно склада). Применение систем отопления  таких зданий является наиболее экономичным. Курсовой проект содержит: описание конструктивных характеристик здания, расчет теплопотерь  и определение суммарных энергозатрат на отопление, вентиляцию и энергосбережение, подбор отопительно-вентиляционной установки, аэродинамический расчет установки  и воздухораспределительной системы, расчет мощности электродвигателя, силовую  проводку к нему, а также электроосвещение здания.

  Графическая часть включает:

  - планировку здания по заданным  размерам с указанием мест  размещения отопительно-вентиляционных  установок и системы воздухораспределения;

  - разрез здания;

  - чертеж отопительно-вентиляционной  установки с описанием принципа  ее работы и указанием теплотехнических  характеристик;

  - схему системы воздуховодов и  воздухораспределения;

  - схему подключения калориферов  установки к тепловой сети;

  - схему силовой и электроосветительной  системы.

  Чертежи выполнены на листе чертежной  бумаги (формат А4) и оформлены в  соответствии с ГОСТом.

  Каркас  здания включает железобетонные колонны 400х400 мм. Расположение колонн в плане  соответствует размеру модуля и  составляет 6х6 м. Колонны устанавливаются  в железобетонные фундаменты (башмаки) и по верху колонн укладываются железобетонные балки, арматура которых приваривается  к арматуре колонн.

  К каркасу по наружному контуру  привариваются (или прибалчиваются) наружные стеновые панели. Панели имеют  железобетонные основания (несущий  слой) небольшой толщины (35-50 мм), к  которому крепится утеплитель. Толщина  слоя утеплителя зависит от наружной расчетной температуры и теплоизоляционных  свойств утеплителя. В качестве утеплителя применяют керамзит, минеральную  пробку, минераловатный утеплитель и  т. п. Общая толщина конструкции  стены около 400 мм. Наружные стены  могут быть и кирпичными. Кровля здания состоит из несущего покрытия, выполняемого из сборных железобетонных корытообразных плит. Поверх плит укладывается утеплитель (минеральная вата на основе базальтовых пород), затем следует бетонная стяжка, на которую укладывается мягкая кровля из нескольких слоев рубероида на битумной мастике.

  Толщина слоя утеплителя также зависит от наружной расчетной температуры  и составляет 150-200 мм. Полы в помещении  склада выполняются из прочного асфальта толщиной до 100 мм, укладываемого на бетонные плиты. Такой пол способен выдержать большую нагрузку от штабелей продукта и автопогрузчиков, транспортирующих продукт в период погрузки и выгрузки.

  В промышленных зданиях большого объема наиболее целесообразно устраивать системы воздушного отопления, совмещенные  с вентиляцией, т.е. они одновременно являются и отопительными, и вентиляционными  системами. Основным тепловым центром  в них служат отопительно-вентиляционные установки с воздухонагревателями (калориферами), к которым подводится теплоноситель (обычно перегретая вода из теплосети). Подогретый воздух затем  по воздуховодам равномерно распределяется по всему объему помещения. Иногда такие  отопительные системы называют воздушно-калориферными.

  Централизованное  регулирование температурного режима при воздушно-калориферном отоплении, как при центральном отоплении, с радиаторами, осуществляется изменением температуры теплоносителя (так  называемое качественное регулирование).

  В углах здания в нужном количестве размещаются отопительно-вентиляционные установки. Установка включает следующие элементы: наружную жалюзийную решетку, защищающую от попадания и засасывания в вентилятор посторонних предметов, утепленный створчатый клапан, предусматриваемый на случай отключения и регулирования забора наружного воздуха. По своим теплоизоляционным качествам створки клапана равноценны теплоизоляционным качествам наружных стен. Не утопленный регулирующий клапан с защитной сеткой предусмотрен на заборе рециркуляционного воздуха.

  Из  камеры смешивания воздух при помощи вентилятора проходит через калориферы (воздухонагреватели), параллельно которым предусмотрен обводной канал с регулирующим клапаном. При помощи этого клапана регулируется соотношение количества воздуха, проходящего через калориферы и минуя их, с тем, чтобы в зоне смешения конфузора иметь заданную температуру воздуха, подаваемого в помещение склада. Перед вентилятором и после него устанавливаются мягкие вставки из прорезиненного брезента, служащие для устранения передачи вибраций от вентилятора и его электродвигателя на воздуховоды и предыдущие элементы. Сам вентилятор и электродвигатель устанавливаются на металлической раме пружинными виброизоляторами. На нагнетательном патрубке вентилятора установлен шибер для регулирования подачи воздуха. Кроме того, шибер служит для запуска установки. Пуск вентилятора потребляет наименьшую мощность. По мере пуска шибер постепенно открывается.

  Для подогрева воздуха установки  оборудуются калориферами. Тип и количество калориферов для прогрева воздуха зависит от расчетной наружной температуры для расчета отопительных систем в данной местности.

 

Практическая  часть

Дано: Ширина здания а=36 м, длина L = 48м, расчетная температура наружного воздуха расчетная внутренняя температура =12⁰С воздуха и ее величина в смесительной камере . 

                                                             В

                                А                                                               С

 

1.   Определяем теплопотери  через ограждающие  поверхности хранилища  и его пол.

а) Боковые стены

Конструкция наружных стен:

Многослойная  наружная стена здания состоит из нижеперечисленных слоев:

1 – штукатурка цементная (λ=1,2 Вт/м·К, δ=0,02м)

2 – кирпичная кладка (λ=0,77 Вт/м·К, δ=0,51 м)

3 – утеплитель (пенополистирол  ПС-БС), стандартные  плиты (λ=0,035 Вт/м·К,  δ=0,05м)

 

Поверхность:

=

Коэффициент теплопередачи:

,

где, - коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности ограждения; 0,02 м – толщина слоя штукатурки; =1,2 Вт/м·К – теплопроводность цементной штукатурки; =0,51 м – толщина кирпичной кладки; Вт/м·К – теплопроводность утеплителя;=0,05м – толщина утеплителя; Вт/м·К – теплопроводность утеплителя; = 23 - коэффициент теплоотдачи к воздуху наружной поверхности.

Потери  теплоты:

б) Ворота:

По нормам противопожарной безопасности и  для удобства выгрузки и погрузки товара в здании имеется двое ворот.

Конструкция ворот

1 – стальные пластины (λ=4,54Вт/м·К, 

δ=0,005м)

2 - утеплитель ПС-БС 

(λ=0,035 Вт/м·К, δ=0,05м)

 Поверхность: 

Коэффициент теплопередачи:

.

Потери теплоты:

.

в) Фронтальные стены:

Поверхность:

= 48 · 6 · 2 – 18 = 559 м.

Потери теплоты: 

г) Крыша:

Конструкция крыши:

1 – битумная  мастика

(λ=0,18 Вт/м·К, δ=0,08м)

2 – керамзитный  утеплитель (λ=0,22 Вт/м·К,  δ=0,2м)

3 – ж/б плиты  (несущая конструкция)  (λ=1,45 Вт/м·К, δ=0,01 м)

Поверхность:

  · l · 2 = · 48 · 2 = 19,8 · 96 = 1901

Коэффициент теплопередачи: 

Где

= 0,03 Вт/м·К – коэффициент  теплопроводности  утеплителя; = 0,1 м – толщина железобетонной плиты; = 0,22 Вт/м·К – коофициент ее теплопроводности.

Потери теплоты: 
 

д) Пол:

Поверхность пола по зонам (см. чертеж № в Графической части):

3. + (36 - 12) · 2 · 2 =144 + 96 = 240

 

Где – коэффициенты теплопередачи для зон соответсвтенно равны 0,47, 0.23, 0,12 и 0,07  


Потери  теплоты зданием:

∑

Для компенсации  теплопотерь здания рассмотрим калориферы типа КФБ.

Выбираем калорифер  КБФ-8.

2. Потери теплоты с принудительным удалением из помещения воздуха, ранвого по величине засасываемому в него наружному.
 


Где L = /ч = 2,78/с – производительность вентилятора по воздуху; - теплоемкость воздуха; ρ = 1,77 кг/ при t = 12

⁰

С;

; – доля наружного воздуха, поступающего в помещение через смесительную камеру. 
 


Температура воздуха  на выходе из калориферов:

å

Где

r

=1,19 при средней температуре воздуха в калорифере.

Количество теплоты, переданной по воздуху в калориферах:

, 


где – площадь поверхности нагрева одного калорифера, ; – коэффициент теплопередачи калориферов определяется в зависимости от скорости воздуха в них; – температурный напор калорифера, ; 
 


где = 130; =70 - температуры горячей воды на входе в калориферы и остывшей на выходе из них. 


Скорость воздуха  в калориферах:

,

м/с

где – живое сечение прохода воздуха в калорифере.

Ориентировочно  возьмем калориферы типа КФБ с  номером 8.

Площадь поверхности  нагрева одного такого калорифера и с живым сечением по воздуху равным .

Тогда скорость воздуха в таком калорифере  


И коэффициент  теплопередачи k = 25,06

Вт/. 


Количество теплоты, переданное воздуху в одном калорифере: 
 


Количество калориферов, необходимое для возмещения потерь теплоты зданием:

å

Т.к. n должно быть целым числом, мы получаем 1, т.е. будет установлен один калорифер.

 


Аэродинамический  расчет системы воздушного отопления

Суммарное сопротивление  воздушного тракта отопительно-вентиляционной установки складывается из:

1. Разряжения в смесительной камере Δ= 20 Па (из условия работы установки);
2. Сопротивления проема на входе в калорифер:
 


где  – коэффициент местного сопротивления проема; – плотность воздуха при температуре воздуха в проеме, равной температуре в смесительной камере ; – скорость воздуха в проеме, найденное по формуле , где – живое сечение проема по воздуху ( и – габариты проема; – производительность вентилятора по воздуху.

3. Сопротивления принятых в установке калорифера КФБ №8:

=

где – плотность воздуха при средней температуре его в калорифере  


где – живое сечение по воздуху калорифера;

  – коэффициент местного сопротивления калориферов.

В формуле m– число рядов труб в пучке. Для одного калорифера m = 4.

– шаг труб в одном  ряду; d= 0,023 м – диаметр труб 


где – кинематическая вязкость воздуха при средней температуре его в калориферах. 


4. Сопротивления второго участка  магистрального воздуховода. От вентилятора до первого ответвления.

Примем скорость воздуха в нем 18 м/с и определим  его диаметр 


где L=2,78 – производительность вентилятора.

Сопротивление трения этого участка: 


где – коэффициент трения; – длина участка, м; =1,1 - плотность воздуха при температуре на выходе из калорифера ().

Суммарный коэффициент  местного сопротивления этого участка  состоит из местного сопротивлений шибера и поворотов воздуховодов на 90

°

 и 120

°

. 


Потеря напора в местных сопротивлениях 


Суммарное сопротивление  этого участка 


5. Сопротивление третьего участка м. в. (магистрального воздуховода)

-

на трение и  местное сопротивления  (см. их значение) 


где м/с меньше 18 м/сза счет отвода 1/6 части воздуха ответвление № 8;

6. Сопротивление четвертого участка м. в.

Скорость на этом участке  м/с

На расстоянии 36 м ответвления расположены через 6 м. Следовательно, их количество составит 6 шт. (см. план здания).

Сопротивление трения: 


Местное сопротивление 
 


7. Сопротивление пятого участка:

Скорость   


, так как .

Суммарное сопротивление:

.

8. сопротивление шестого участка
 
 


;

Сопротивление седьмого участка:

Седьмой участок  имеет диаметр м (берется из задания) 


Где

Длина этого  участка  


Суммарный коэффициент  местного сопротивления этого участка  складывается из местных коэффициентов: плавного сужения потока (, тройника (,двух поворотов потока в ответвлении на , установленной заслонки ( и конического расширяющегося насадка (. 
 


Суммарное сопротивление  седьмого участка 


Суммарное (полное) сопротивление воздушного тракта установки  слагается из ранее приведенных  сопротивлений 


Мощность на валу двигателя вентилятора 


где = 60%.

Расчет  диаметров ответвлений  при условии равномерного распределения нагретого  воздуха в калориферах  вдоль боковых  стен здания.

Расстояние между  ответвлениями составляет 6 м. При  ширине боковых стен 36 м. количество ответвлений составляет 6 шт. Следовательно, в каждом ответвлении расход воздуха  будет равен 1/6 L от производительности вентилятора. Определим давление воздуха перед ответвлениями.

Давление перед 12-м ответвлением будет соответствовать  сопротивлению седьмого участка, т. е. 98,72Па.

Перед 11-м ответвлением давление будет равно сумме седьмого и шестого участков магистрального воздуховода 


Перед 10-м ответвлением давление равно сумме седьмого, шестого  и пятого участков 


Перед 9-м ответвлением давление равно давлению перед 10-м  ответвлением плюс сопротивление четвертого участка м.в. 


Перед 8-м ответвлением давление равно давлению перед 9-м  ответвлением плюс сопротивление третьего участка м.в.

  Па

Для нахождения диаметров ответвлений, установим  их влияние на величину сопротивлений  при фиксированном движении воздуха  в них.

При данном конструктивном решении суммарный коэффициент  местных сопротивлений 

1) коэффициента местного сопротивления потока на входе в ответвлении к потоку в магистральном воздуховоде (м.в.) V до ответвления (см. раздел «потери напора»).

При соотношении  в отношениях № 8, 9, 10, 11 и 12 соответственно 0,167; 0,2; 0,25; 0,33; 0,5 коэффициенты будет составлять 0,95; 0,95; 0,93; 0,925; 0,925;

2) двух коэффициентов плавных поворотов воздуховода круглого сечения на С, равных 2

×

0,9=0,58;

3) коэффициента расширяющейся конической насадки;

4) при полностью  открытой регулирующей заслонки  .

Когда имеются  фиксированные длины в 3,9 м и  расходы воздуха 0,463 в ответвлениях, диаметр будет определять их сопротивление по формуле 


где ; м – длина ответвления; d – диаметр ответвления, м; кг/ – плотность воздуха на выходе из калорифера при температуре в С;

  – скорость воздуха,  м/с где  – поперечное сечение ответвления, .

Так, для d =0,23 м;

;

W=0,463/0,0415=11,16 м/c;

Так, для d=0,24 м; ; W=0,463/0,0452=10,25 м/c;

Таблица зависимости сопротивления  от их диаметра

d, м	0,23	0,235	0,24	0,245	0,25	0,255	0,26	0,265	0,27	0,275	0,28
	198,3	181,7	166,4	152,1	140,13	129,35	119,5	110	101,8	94,6	87,7

По ранее вычисленным  давлениям перед 8, 9, 10, 11, 12 ответвлениями  соответственно равным 174,28; 137,83; 117,67; 104,55; 98,72 Па из таблицы находим их диаметры м; м; 0,261м; 0,268м;0,272м.

В целях снижения расхода электроэнергии на привод вентилятора  весь магистральный воздуховод имеет  диаметр 0,44 м.

 


Энергоснабжение

1. Устройство ввода электроэнергии:

Общая площадь  помещения .

Суммарная мощность двигателей

Мощность ламп освещения 

Установочная  мощность для расчета плавких  вставок 
 


Линейное напряжение В.

Линейный ток

Из табл. 6 приложения выбираем силовой ящик ЯБПВ-1с предохранителями на 50 ампер.

По табл. 5 приложения подбираем соответствующие двигатели  АОЛ мощностью 4,5 кВт cos=0,88 – 1 шт.

В плане двигатели  установим в углу помещения.

2. Расчет освещения

Для расчета  осветительной сети необходимо установить расчетную мощность осветительной  аппаратуры для создания требуемой  освещенности 


где лк – освещенность в люксах для ламп накаливания.

Количество 100 Вт ламп, устанавливаемых в помещении 


Для подключения  ламп используем два осветительных  щитка.

Суммарная мощность ламп первого щитка  кВт; кВт.

Ток к осветительным  щиткам подаем по четырехжильному кабелю.

  - линейный ток кабеля до щитка. Распределим 69 лампы тремя группами. В каждой группе 23 лампы, которые будем подключать через один автоматический выключатель щитка.

Мощность и  ток одной группы определим по формулам

Вт

;

А

.

По величине входного тока и тока группы ламп подбираем  щиток освещения и автоматические выключатели из табл. 7

Выбор остановим  на щитке М3-25. Входной ток  25А, ток отходящих линий 25 А.

По плану определяем длину проводов от силового ящика  до самого дальнего двигателя - . Длину кабеля от ящика до щитка освещения –L. Длина однофазной проводки от распределительного щитка (2) до самой дальней лампы, точка (А) равна 36 м. 


Расчет  проводов сети на потерю напряжения

      

  

Допустимая потеря напряжения осветительной сети Δ  U

 

= 2,5%.

Для напряжения 220 В это составит 5,5 В.  Для силовых  сетей  Δ U=11 В.

           Расчет проводится для потребителей  энергии, наиболее удаленных от  силового ящика. Самая дальняя группа из 23 ламп (L=36 м) имеет суммарную мощность 2300 Вт.

Определим потребляемый группой ток: 


      

I = Р

гр

/ U

ф

= 2300/220 = 10,45 А. 


      

Сечение провода, удовлетворяющее допустимому падению, определим по формуле:

      

        2 · I · ρ · ℓ             2 · 10,45 · 0,0175  · 36

      

S = —————  = —————————— =  2,39 мм²,  где

      

            Δ U                             5,5

I =10,45 А – ток ламп;

ρ = 0,0175 Ом· мм²/м – удельное сопротивление меди;

ℓ  = 36 м  - длина  до осветительного ящика.

      

По таблице 4 Приложения проверяем  полученное  сечение 2,39 мм² на допустимый нагрев. По нагреву мы имеем большой запас прочности, так как сечению 2,39 мм² соответствует ток 27 А.

      

Для удобства монтажа установим проектное сечение 2,5 мм². Такому сечению соответствует допустимый ток 27 А. Автоматические выключатели нашего щитка освещения рассчитаны на 50 А.

      

Расчет  силового кабеля к  двигателю.

Расчет силового кабеля к двигателю, установленному на расстоянии Ld=36м от силового ящика, которое  определяем по плану, начнем с определения тока в линейном проводе.

                      Рн  ·10³                          4 ·,5 10³

I = ———————   =   ————————  = 9,2А , где

       √ 3 · Uн ·ŋ·соsφ       1,73· 380 · 0,85·0,88

Рн – номинальная  мощность выбранного двигателя АОЛ.

Сечение провода, удовлетворяющее допустимому падению, определим из формулы: 


            I · ρ · ℓ              9,2 · 0,0175  · 36

S = ————— =  —————————— = 0,53 мм².

            Δ U                             11 


Берем стандартное  сечение 2,5 мм² (таблица 4 ), которое допускает нагрузку 19А, что вполне достаточно по условиям нагревания, так как ток, потребляемый двигателем равен 9,2А.

Приложение 1.

Таблица 1

Плотность воздуха в зависимости  от температуры

Температура воздуха,	-50	-40	-30	-20	-10	0	10	20	30	40	50
Плотность воздуха кг/	1,58	1,52	1,45	1,4	1,34	1,29	1,25	1,21	1,17	1,13	1,09

 


Таблица 2

Параметры воздуха, обрабатываемого  в калорифере

Расчетная температура  наружного воздуха,	Расчетная внутренняя температура,	Ориентировочная температура перегрева приточного воздуха,
		от	до
-20	+12	5,7	27,6
-30	+12	3,7	32,5
-40	+12	1,7	37,3

 


Таблица 3

Допустимые  длительные токовые  нагрузки на изолированные  медные провода и  кабели с медными  жилами при температуре  воздуха 20

Сечение провода кабеля,	0,5	0,75	1	1,5	2,5	4	6	10	16	25	35	50
Допустимый  ток для проводов, А	10	13	15	20	27	36	46	70	90	125	150	190
Трехфазный  кабель	-	-	12	13	19	24	30	45	60	75	90	120

 


Таблица 4

Технические данные асинхронных  двигателей типа АОЛ (закрытые обдуваемые)

Мощность  номинальная, кВт	Скольжение, %	Коэффициент полезного  действия,%	Коэффициент мощности	Пусковой ток  к номинальному
1,0	5	79	0,86	5,5
1,7	5	81,5	0,87	6,5
2,8	4,0	84,0	0,88	6,5
4,5	3,33	85,0	0,88	6,5
7,0	3,33	87,5	0,89	6,5
10,0	2,34	87,5	0,89	6,0
14,0	2,34	88	0,90	6,5

 
 
 


Таблица 5

Технические данные силовых ящиков

Наименование	Номинальное напряжение, В	Номинальный ток  предохранителей, А	Частота, Гц
ЯБПВ1	380/220	32; 40; 50; 63	50
ЯБ1-2Х3	380/220	80; 100; 125; 160	50
ЯБ3-400	380/220	250; 315; 400	50
ЯРП-25	380/220	10; 16; 20; 25	50

 


Таблица 6

Технические данные щитков осветительных

Наименование	Количество  однофазных групп	Номинальный ток  ввода, А	Номинальный ток  отходящих линий, А
ОПВ-12	12	32; 40; 50; 63	6; 10; 25
М3-6	6	80; 100; 125; 160	6; 10; 25
М3-25	Набор от 6-24 шт.	25; 50; 100	6; 10; 25