Расчёт электрокалориферной отопительно-вентиляционной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

БУРЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ им. В.Р. ФИЛИППОВА

ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА "ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ с/х"

Курсовая работа

Решена в методичке

Расчёт электрокалориферной отопительно-вентиляционной системы

Выполнил: ст. 4-го курса

заочного обучения

Вариант 40

Проверил:

Улан-Удэ

2014

Содержание

Введение

1. Задание для курсовой работы

2. Общие методические указания по выполнению КР

2.1 Оформление расчетно-пояснительной записки

2.2 Оформление графической части КР

3. Определение мощности электрокалорифера

4. Выбор вентилятора и мощности электродвигателя

5. Тепловой расчет нагревательных элементов

6. Расчет параметров нагревательного блока ЭКУ

7. Электрический расчет ТЭНа

8. Расчеты по выбору аппаратуры управления и защиты

9. Разработка схемы управления ЭКУ

10. Определение эксплуатационных показателей ЭКУ

11. Возможности энергосбережения при работе ЭКУ

Приложения

П1. Нормы выделения животными теплоты, СО₂ и влаги

П2. Поправочные температурные коэффициенты в помещении

П3. Нормы выделения птицей теплоты, СО₂ и влаги

П4. Поправочные температурные коэффициенты для птичника

П5. Диаграмма Н-d для влажного воздуха

П6. Номограмма для подбора центробежного вентилятора

П7. Технические данные для АД серии АИР

П8. Технические данные трубчатых нагревателей серии

П9.Коэффициенты по условиям окружающей среды

П10.Коэффициенты монтажа для некоторых конструкций

П11.Таблицы токовых нагрузок

П12.Материалы и параметры нагревательных элементов

П13.Допустимые токовые нагрузки на кабель АВРГ

П14.Технические данные выключателей АЕ2000 и АЕ2000М

П15.Технические характеристики предохранителей серии ПР-2

П16.Технические данные магнитных пускателей серии ПМЛ

П17.Технические данные реле серии РТЛ

П18.Расчетные климатические характеристики отопит периода

Библиографический список

Введение

Настоящее методическое указание разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессиональ-ного образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 660300 - "Агроинженерия" (специальность 110302.65 - "Электрификация и автоматизация с/х") на основании примерной программы дисциплины "Светотехника и электротехнология", рекомендованной Минобразованием России и утвержденной Департаментом образовательных программ и стандартов профессиональ-ного образования 5 ноября 2001 года.

Объем дисциплины по электротехнологии, в том числе по видам занятий показаны в таблицах 1 - 3.

Таблица 1 ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

ВИД УЧЕБНОЙ РАБОТЫ	ВСЕГО ЧАСОВ
Всего часов	96
Аудиторные занятия	48
Лекции	16
Лабораторные работы	32
Самостоятельная работа (курсовая работа)	48
Вид итогового контроля	зачет + экзамен

№№	Разделы дисциплины	Лекции
1	Введение. Общие вопросы электротехнологии в с/х производстве. Энергетические основы электротехнологии.	2
2	Основы теории расчета электротермических установок и устройств.	2
3	Основные способы электронагрева. Их расчет.	6
4	Электротермическое оборудование с/х назначения.	4
5	Специальные виды электротехнологий.	2

Таблица 2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Таблица 3 Разделы дисциплин и виды занятий. Лабораторно-практические занятия

№/п	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторно-практических занятий
1	2	3
1	3	Входной контроль. Инструктаж по ТБ
2	3	ПЗ. Тепловой расчет ЭТУ.
3	3	ПЗ. Электрический расчет ЭП.
4	3	ПЗ. Выбор электрокалориферной установки
5	3	ЛР. Расчет электрообогрева парников и теплиц
6	3	ЛР. Расчет электронагревателей пола
7	3	ЛР. Расчет ЭТС помещений
8	4	ЛР. Методы измерения температуры
9	4	ЛР. Методы измерения температуры
10	4	ЛР. Изучение водонагревателей
11	4	ЛР. Изучение электрокалорифера СФОА
12	4	ЛР. Изучение УЗ установки
13	4	ЛР. Изучение трубчатых нагревательных элементов
14	4	ЛР. Изучение электродных водонагревателей
15	4	ЛР. Изучение электрокотельной с ЭПЗ-100 И2
16	2	Защита отчетов, курсовой работы ИТОГО: 32 час

Дисциплина "Электротехнология" преподается в первой половине четвертого курсе очного обучения.

Целью методического указания является закрепление знаний и практических навыков, полученных студентами во время аудиторного обучения и умение использовать их в самостоятельной работе.

В настоящей работе микроклимат в с/х помещениях создается отопительно-вентиляционной системой, которая выбирается посредством электрического и теплового расчетов. Тема методического указания имеет прикладной характер. Все разделы указания (вместе или раздельно) можно использовать для решения других задач, например для создания температурных режимов в электрических печах, банях, теплицах, изготовления нагревательных устройств и т.д.

За основу данной работы взято методическое указание РГЗАУ [1], которое дополнено разделами 2, 7 и 11. Расширены разделы 8, 9 и 10. Изменен и систематизирован порядок расчета электрокалориферной установки (ЭКУ). Расчетное число голов в задании соответствует поголовью ныне существующих фермерских хозяйств и развитых частных подворий. Температурные параметры воздуха и количество дней в отопительном сезоне соответствуют климатическим условиям республики Бурятия. Более полно использованы данные последних литературных изданий. В задачу расчета входит:

1. определение мощности электрокалорифера;

2. выбор электрического двигателя для вентилятора;

3. тепловой расчет нагревательных элементов;

4. компоновка нагревательного блока электрокалорифера;

5. электрический расчет нагревательного устройства;

6. расчет силовой сети и выбор аппаратуры управления и защиты;

7. разработка схемы управления электрокалориферной установкой;

8.определение эксплуатационных показателей ЭКУ;

9. возможности энергосбережения при эксплуатации ЭКУ.

1 Задание для курсовой работы

По последней цифре шифра зачетной книжки из таблицы 1 выбираем:

* тип помещения;

* N=50 - число голов животных и птиц;

* Uо=20 - удельный объем помещения, м /гол;

* Н=400 - напор воздуха вентилятора, Н/м .

По предпоследней цифре шифра зачетной книжки и по типу помещения из таблицы 2 выбираем:

* ? вн=14 - температуру внутри помещения, єС;

* ? н=-38 - среднюю температуру наружного воздуха, єС;

* ? н.в.=-8,7 - расчетную зимнюю вентиляционную температуру, єС;

* qо=3,0 - тепловую характеристику помещения, кДж/м єС;

* расположение ТЭНов в нагревательном блоке - шахматное.

По последней и предпоследней цифре шифра из таблицы 3 выбираем вид и живую массу животных.

Таблица 1 Выбор параметров помещения и числа животных (птиц)

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Помещение	коровник	Свинарник	телятник	Овчарня	Птичник
Число голов	50	100	60	120	30	60	100	200	500	1000
Vо, мі/гол	20	19	12	10	10	8	6	7	0,7	0,5
H, н/мІ	400	500	400	500	300	350	200	220	500	600

Таблица 2 Выбор ? вн, ? н, ? ср, qo и расположение ТЭНов

	Предпоследняя цифра шифра	0;1	2;3	4;5	6;7	8;9
коровник	? вн, ?С	10	12	14	10	12
	? н, ?С	-39	-40	-38	-41	-37
	? ср, ?С	-8,5	-8,6	-8,7	-8,4	-9
	qo, кДж/мі°С	2,8	2,9	3,0	3,1	3,2
	Расположение ТЭНов	Шахм.	Корид.	Шахм.	Корид.	Шахм.
свинарник	? вн, ?С	17	18	20	19	21
	? н, ?С	-41	-36	-37	-39	-38
	? ср, ?С	-8,9	-8,8	-8,4	-8,7	-8,5
	qo, кДж/мі°С	3,2	3,1	3,0	2,9	2,8
	Расположение ТЭНов	Корид.	Шахм.	Корид.	Шахм.	Корид.
телятник	? вн, ?С	16	17	17	16	18
	? н, ?С	-40	-37	-39	-38	-41
	? ср, ?С	-9,1	-8,9	-9	-9,1	-9,2
	qo, кДж/мі°С	2,8	2,9	3,0	3,2	3,1
	Расположение ТЭНов	Шахм.	Корид.	Шахм.	Корид.	Шахм.
овчарня	? вн, ?С	2	3	6	5	4
	? н, ?С	-38	-39	-41	-37	-40
	? ср, ?С	-8,6	-8,7	-8,8	-8,6	-8,5
	qo, кДж/мі°С	5,5	5,0	6,0	6,5	4,5
	Расположение ТЭНов	Корид.	Шахм.	Корид.	Шахм.	Корид.
птичник	? вн, ?С	12	14	13	10	10
	? н, ?С	-37	-38	-39	-40	-41
	? ср, ?С	-8,4	-8,8	-8,6	-8,1	-8,2
	qo, кДж/мі°С	2,8	2,7	2,5	2,2	2,6
	Расположение ТЭНов	Шахм.	Корид.	Шахм.	Корид.	Шахм.

Таблица 3 Выбор вида и живой массы животных (птицы)

Последняя цифра шрифта	Предпоследняя цифра шрифта	Виды животных (птиц)
1	2	3
0	0;1;2; 7; 9	Коровы стельные, вес 400кг
	3;4;5; 8; 6	Коровы лактирующие (с удоем 15 л.), вес 400кг
1	0-9	Молодняк КРС, вес 300 кг.
2	0;1;5;6;9	Хряки-производители, вес 300кг
	2;3;4;7;8	Свиньи на откорме, вес 300кг
3	0;1;5;6;7;	Свиноматки тяжелосупоросные, вес 200кг
	2;3;4;8;9;	Свиноматки подсосные с поросятами, вес 100 кг
4	0;1;2;6;7	Телята, вес 160 кг
	3;4;5;8;9	Телята, вес 120 кг
5	0-9	Телята, вес 200 кг
6	0;1;2;6;7	Овцематки холостые, вес 60 кг
	3;4;5;8;9	Овцематки суягные, вес 50 кг
7	0-9	Ремонтный молодняк (овцы), вес 30 кг
8	0-9	Куры мясных пород, вес 2,9-3,2 кг
9	1;2;3;4;5;	Куры промышленного стада, вес 1,5-1,7 кг
	0;6;7;8;9;	Куры родительского стада, вес 1,5-1,7 кг

В качестве примера рассчитаем коровник на 50 голов с коровами лактирующими весом в 400 кг.

Параметры помещения: Параметры температуры:

Vо = 20 мі/гол ? вн = +14?С

H = 400 н/мІ ? н = -38?С

qo = 3 кДж/мі°С ?н.в. = - 8,7 ?С

Расположение ТЭНов - шахматное.

2 Общие методические указания по выполнению КР[2]

2.1 Оформление расчетно-пояснительной записки

Расчетно-пояснительную записку (РПЗ) оформляют в соответствии с общими требованиями к выполнению текстовых документов согласно ГОСТ 2.105-79 и СТ СЭВ 2667-80. РПЗ выполняют на листах формата А4 (210х297) ГОСТ 2.301-68 и СТ СЭВ 1181-78 одним из следующих способов: либо машинописным на одной стороне листа через два интервала с высотой букв и цифр не менее 2,5 мм., либо рукописным, на одной или двух сторонах листа шрифтом по ГОСТ 2.304-81 с высотой букв не менее 2,5 мм. РПЗ необходимо писать четко чернилами, черной тушью или пастой.

Листы должны иметь рамку и основную надпись как показано на рис. 2.1 для заглавного и последующих листов. Нумерацию листов делают сквозной для всей РПЗ и ставят в основной надписи листа, которую выполняют в соответствии с требованиями ГОСТ 2.104-68 по форме 2 и 2а и размещают в нижней части заглавного листа РПЗ (рис. 2.1 а, б, в).

Рис. 2.1. Рамки и основные надписи заглавного и последующих листов.

В графах основной надписи показывают:

- в графе 1 - наименование графического материала. В соответствии с ГОСТ 2.109 - 73 "ЕСКД. Основные требования к чертежам" наименование должно записываться в именительном падеже единственного числа; на первом месте должно стоять имя существительное, например, "Электрокалорифер. Схема электрическая управления";

- в графе 2 - обозначение текстового и графического документа по ГОСТ 2.201 - 80 следующая: ХХХ. ХХХХХХ. ХХХ. ХХХХ;

где ХХХ - номер специальности, по которой выполняют данную курсовую работу. Например, 110302.65;

ХХХХХХ - код классификационной характеристики в соответствии с российским классификатором промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП);

ХХХ - порядковый (регистрационный) номер работы, установленный кафедрой. Например, по числу выполненных за время учебы КР, № 2;

ХХХХ - шифр (код) документа (ГОСТ 2.102-68).

- в графе 3 - название учебного заведения. Например, БГСХА;

- в графе 4 - литеру, присвоенную данной работе. Например, КР - курсовая работа;

- в графе 5 - порядковый номер листа;

- в графе 6 - общее количество листов;

- в графе 7 - наименование кафедры. Например, ЭАСХ;

- в графе 8 - номер академической группы студента. Например, 4406;

- в графе 9 - фамилия и инициалы лиц, принимавших участие в работе;

- в графе 10 - подписи вышеперечисленных лиц;

- в графе 11 - дата подписания документа.

РПЗ должен иметь титульный лист, выполненный из ватмана, форматом А4. Надписи на нем делают тушью или черной пастой шрифтом типа А по ГОСТ 2.304-81.

Форма и пример заполнения обложки представлены на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Пример заполнения обложки.

В зоне 1 указывают: наименование министерства, ВУЗа, факультета, специальности (шрифт 7 или 5);

в зоне 2 - тему курсовой работы (шрифт 10 или 14), вид работы и по какой учебной дисциплине эта работа выполнена (шрифт 7);

в зоне 3 - наименование документа и его обозначение (шрифт 7);

в зоне 4-перечень и подписи лиц, участвующих в исполнении, руководстве и контроле курсовой работы.

При подписании документа указывают оценку за КР и дату. В зоне 5 ставят год выполнения РПЗ (без указания слова «год» или 2 «г»). Записи в зонах 4 или 5 выполняют шрифтом 5 или 7. Переносы слов в надписях не допускаются. Точку в конце фраз не ставят.

Текст РПЗ разбивают на разделы, подразделы и пункты в зависимости от содержания и объема записки. Все разделы, кроме введения, заключения и списка литературы, должны иметь порядковый номер, обозначенный арабскими цифрами. Подразделы нумеруют в пределах каждого раздела, а пункты - в пределах подраздела. Наименование разделов и подразделов должны быть записаны прописными или строчными буквами шрифтом 5 или 7. Подчеркивание и переносы слов в заголовках не допускаются. Точку в конце заголовка не ставят. Расстояние между заголовком и текстом должно быть не менее 10 мм. Расстояние текста от рамки листа слева - не менее 5 мм, справа - не менее - 3мм.

Содержание РПЗ помещают в начале записки со сквозной по тексту нумерацией страниц, в котором указывается перечень всех разделов, подразделов и пунктов с нумерацией страниц. Слово "Содержание" записывают в виде заголовка прописными буквами шрифтом 7 и не подчеркивают. Наименования, включенные в содержание, записывают строчными буквами шрифтом 5.

В конце РПЗ под заголовком "Список литературы" приводят список использованной литературы. Список нумеруют арабскими цифрами. Ссылки в тексте на первоисточники дают в квадратных скобках, с указанием номера источника по списку литературы и страниц (таблиц), например [7, с. 108].

Формулы в пределах раздела нумеруют арабскими цифрами с указанием раздела и порядкового номера формулы. Номера указывают справа от формулы в круглых скобках, например (3.7). Формулу записывают в общем виде, затем - с подставлением параметров и в конце приводят результат вычисления.

Символы, входящие в формулу и их значения, должны иметь расшифровку и единицы величин, которые приводят сразу после формулы, если они не вынесены в приложение в виде перечня обозначений. Ссылки в тексте на формулы помещают в круглых скобках, например (3.7).

Цифровой материал оформляют в виде таблиц, которые имеют заголовок, написанный строчными буквами в середине над таблицей. Надпись "Таблица" помещают выше заголовка справа с указанием номера раздела и порядкового номера таблицы, например "Таблица 3.7". В тексте ссылки на таблицы дают по типу "…в таб. 3.7" или при отсутствии номера таблицы "…, в таблице".

Иллюстрации в виде фото, рисунка, графика, схемы, чертежа, сделанные к данному расчету или тексту, могут быть выполнены в произвольном масштабе на ватмане, писчей бумаге или кальке форматом А4 (210 х 297) и должны нести полную информацию по решаемой задаче. Возможно оформление иллюстрации тушью, карандашом, пастой, фломастером при условии аккуратного исполнения. Допускается иллюстрации сопровождать поясняющими записями. В этом случае наименование помещают над иллюстрацией, а поясняющий текст под ней. Ниже поясняющего текста помещают номер иллюстрации, которую пишут арабскими цифрами, включая номер раздела и свой порядковый номер. Иллюстрации располагают, как правило, сразу после первой ссылки на них и в тексте помещают по типу "рис. 1.1" или "см. рис. 1.1".

Приложение к тексту помещают как продолжение РПЗ со сквозной нумерацией страниц. Слово "Приложение" пишут прописными арабскими буквами в правом верхнем углу листа и рядом арабскими цифрами ставят номер, например "Приложение 7".

В "Содержании" РПЗ перечисляют все приложения и указывают их номера страниц. Рисунки, таблицы, формулы, помещенные в приложении, нумеруют арабскими цифрами в пределах каждого приложения, при этом в нумерацию входит буква "П". Например "Рис. П.3.7" означает седьмой рисунок третьего приложения.

2.2 Оформление графической части КР

Графическую часть КР выполняют на листах ватмана стандартного формата по ГОСТ 2.301-68 карандашом или тушью. Форматы листов чертежей определяют размерами внешней рамки, выполненной сплошной тонкой линией, согласно ГОСТ 2.303-68.

На листе ватмана должны быть границы формата - рамка, отстоящая на 5 мм по периметру от линии формата, за исключением левой стороны, где для брошюровки чертежа оставляют 20 мм (рис. 2.3).

Рис.2.3. Расположение и размеры рамок и граф.

В правом нижнем углу формата помещают основную надпись чертежа-1, а в левом верхнем углу - 2 помещают номер документа. Основные надписи и дополнительные графы к ним выполняют сплошными основными линиями по ГОСТ 2.303-68.

Расположение и размеры граф основной надписи на чертежах КР несколько изменены по сравнению с ГОСТ 2.104-68 (рис. 2.4).

Рис.2.4. Расположение и размеры граф основной надписи на чертежах.

в графе 9 - наименование ВУЗа;

в графе 10 - наименование кафедры;

в графе 11 - номер академической группы;

в графе 12 - фамилия и инициалы лиц, участвующих в проектировании;

в графе 13 - подписи вышеперечисленных лиц;

в графе 14 - дата подписания документа;

в графе 15 - обозначение документа, повернутое на 180є.

Текст, таблицы и надписи, как правило, располагают параллельно основной надписи чертежа. Текст помещают на поле чертежа над основной надписью, длина строки равна ширине основной надписи.

Спецификацию оформляют согласно ГОСТ 2.108-68 на отдельных листах формата А4 и подшивают в конце РПЗ со своей нумерацией страниц. Форма и порядок заполнения спецификации представлены на рис.2.5.

Рис. 2.5. Форма и порядок заполнения спецификации.

В графах спецификации указывают:

в графе "Формат" - форматы чертежей (документов). Например, А4, АО;

в графе "Зона" - обозначение зоны чертежа, в которой находится номер позиции указанной части изделия;

в графе "Поз" - порядковые номера по чертежу составных частей специфицируемого изделия;

в графе "Обозначение" - обозначения документов, входящих в разделы спецификации;

в графе "Обозначение" - обозначения документов;

в графе "Кол" - количество составных частей на одно изделие;

в графе "Примечание" - дополнительные сведения.

Защита КР проводится перед комиссией в составе 2…3 преподавателей, в том числе руководителя. В докладе (5…7 мин.) студент характеризует выполненную работу, отмечая ее достоинства, недостатки, оригинальные разработки в расчетной и графической части работы.

3 Определение мощности электрокалорифера

Для определения производительности электрокалориферов Qк в кДж/ч, установленных в животноводческих помещениях, необходимо рассчитать потери тепла через здание животноводческого помещения, тепло, уходящее с вентиляцией и учесть тепло, выделяемое животными. Уравнение теплового баланса имеет следующий вид:

Qк = Qог + Qв - Qж ; (3.1)

где Qог - потери тепла через ограждения помещений, кДж/ч;

Qв - потери тепла через вентиляцию, кДж/ч;

Qж - теплота, выделяемая животными, кДж/ч.

Теплопотери через ограждения, в кДж/ч определяем по формуле:

Qог = q0 V(Ивн - Ин ) , (3.2)

где q0 - тепловая характеристика помещения, то есть количество тепла, теряемоеза один чаc одним кубическим метром объема помещения при разности температур в 1°С, кДж/ (мі °С ч);

V - объем помещения, мі;

Ивн, Ин - температура внутри и снаружи помещения, °С.

Объем помещения находим по числу N голов и объему Vo, приходящемуся на одну голову:

V= N * Vo = 50 * 20 = 1000 мі.

Подставляя числовые значения в формулу (3.2), найдем:

Qог = 3 * 1000 (14+38) =156000 кДж/ч.

Количество тепла, теряемого с вентиляцией:

Qв = Lв*св*гв (Ивн - Ин ) , (3.3)

где Lв - производительность вентиляционных установок, мі/ч;

св = 1,0 кДж/(кг °С) - удельная теплоемкость воздуха;

гв = 1,2 кг/ м3 - плотность воздуха.

Для определения производительности вентиляционных установок (подачи) Lв предварительно найдем расход воздуха по удалению избыточной влаги Lвл и расход воздуха по удалению углекислоты LСО2 из помещения. В качестве расчетной Lв примем большее значение полученного расхода Lвл или LСО2.

Расчеты выполняем по методике [3, с.177-178], изложенной ниже.

Расход воздуха по удалению влаги:

Lвл = W/ (dвн - dн ), (3.4)

где W - выделение влаги внутри помещения, г/ ч;

dвн и dн - влагосодержание наружного и внутреннего воздуха, г/мі.

Влага, выделяемая внутри помещения:

W = W1 +W2 , (3.5)

где W1 - влага, выделяемая всеми животными, г/ ч;

W2 =0,14*W1 - количество влаги, испаряющейся с пола, стен, потолка и с технологического оборудования, г/ ч.

Влага, выделяемая всеми животными:

W1 = Kt * N * W1норм , (3.6)*

где Kt - поправочный коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемой влаги в зависимости от температуры воздуха внутри помещения (приложение 2);

W1норм - норма выделения влаги одним животным (приложение 1).

Из приложения 1 норма выделения влаги ремонтным молодняком составляет 57г/ч. Поправочные коэффициенты Kt для овец не приводятся в специальной литературе, поэтому Kt = 1:

W1 = 50 * 195 = 14750 г/ ч.

Тогда W2 = 0,14 * 14750 = 2065 г/ ч.,

и W = 14750 + 2065 = 16815 г/ ч.

Влагосодержание наружного и внутреннего воздуха найдем из диаграммы Н=d влажного воздуха (приложение 5) при влажности wвн =75% внутри помещения и wн = 80% снаружи (влажность внутри и снаружи помещения одна и та же для всех вариантов). Влагосодержание по диаграмме определяется следующим способом. На левой стороне, по оси ординат показана температура. Кривые, берущие начало от нижнего левого угла диаграммы и идущие в верхний правый угол, показывают влажность воздуха. Точка пересечения этих двух значений, опущенная на ось абцисс (горизонтальная ось) показывает влагосодержание.

Для наших температур при Ин= - 38°С и Ивн = + 14°С:

dн = 0,3 г/мі; dвн = 2,5 г/мі.

По формуле (3.4):

Lвл = 16815 / (2,5 - 0,3) = 7643,19 мі/ч.

Расход воздуха по углекислоте:

LСО2 = 1,2 КСО2 / ( Свн - Сн ) , (3.7)

где 1,2 - коэффициент, учитывающий выделение углекислоты микроорганизмами;

КСО2 - количество углекислоты, выделяемое всеми животными, л/ч;

Свн , Сн - допустимое содержание СО2 внутри и снаружи помещения.

В животноводческих и птицеводческих помещениях концентрация углекислоты не должна превышать 2,5 л/ мі. Концентрация СО2 в наружном воздухе в сельской местности составляет 0,3 - 0,4 л/мі.

Количество углекислоты, выделяемое всеми животными:

КСО2 = кt * N * КСО2норм , (3.8)

где кt - поправочный коэффициент, зависящий от температуры воздуха в помещении (приложение 2);

КСО2норм - норма выделения СО2 одним животным, л/(гол*ч) (приложение 1).

Таким образом, получим:

КСО2 = 1*50 * 92 = 4600 л / ч.

Приняв Свн = 2,5 л / мі и Сн = 0,4, по формуле (3.7) вычислим:

LСО2 = 1,2 * 4600 / (2,5 - 0,4) = 2688,57 мі / ч.

Так как Lвл > L СО2, принимаем Lв = L вл = 7643,19 мі / ч.

Проверяем производительность вентиляционной установки на допустимую кратность воздухообмена в помещении:

Кв = Lв / V = 7643,19 / 1000 = 7,64

что удовлетворяет требованиям: допустимая кратность воздухообмена в животноводческих помещениях в отопительный сезон Кв = 5…15.

По формуле (3.3) вычисляем количество тепла, теряемое с вентиляцией:

Qв = 7643,19 * 1,0 * 1,2(14+38) = 476935,06 кДж/ч

Количество тепла Qж в кДж/ч, выделяемое всеми животными:

Qж = Q1 *N , (3.9)

где Q1 - тепло, выделяемое одним животным, кДж/(гол*ч).

Для вычисления Q1 воспользуемся формулой:

Q1 = Кт * Q1норм , (3.10)

где Кt - поправочный коэффициент, зависящий от температуры воздуха внутри помещения (приложение 2);

Q1норм - норма выделения тепла одним животным, вт (приложение 1).

В приложении 2 Кt не указан, поэтому Кt=1. По приложению 1 норма выделения тепла одной лактирующей коровой составляет 368 вт. Переведем "ватты" в "кДж/ч":

515 вт = 515 Дж/с =515 * 3600 Дж/ч.= 1854кДж/ч

По формуле (3.9) получим:

Qж = 1854 * 50 = 92700 кДж/ч.

По формуле (3.1) определяем производительность калориферов:

Qк = 156000 + 476935 - 92700 = 540235 кДж/ч.

Общая мощность системы отопления в переводе на кВт:

Рк = Qк / 3600 = 540235 / 3600 = 150,6кВт. (3.11)

В животноводческих помещениях рекомендуется принимать мощность одной калориферной установки не более 50 кВт при четном их числе.

Для надежности работы установок и более равномерного распределения тепла в помещении принимаем количество ЭКУ - Z= 4. Тогда расчетная мощность одного калорифера:

Р1к = 150,6 / 4 = 37,7кВт.

Производительность одной вентиляционной установки будет равна:

Lв1 = Lв / 4 = 7643,19 / 4 = 1910,8 мі/ч.

Этот раздел расчетно-пояснительной записки заканчиваем эскизом электрокалорифера и эскизом плана животноводческого помещения с размещением ЭКУ и распределительных воздуховодов. Устройство ЭКУ показано на рис. 3.1. [4. с.222, рис.2.26].

Рис. 3.1. Устройство электрокалориферной установки СФОЦ:

1 - электрокалорифер; 2 - диффузор; 3 - мягкий воздуховод-вставка; 4 - заслонка-шибер; 5 - центробежный вентилятор; 6 - оребренные ТЭНы; 7 - электродвигатель вентилятора; 8 - рама; 9 - пружинные виброгасители.

4 Выбор вентилятора и мощности электродвигателя

Производительность (подача) одного вентилятора с учетом потерь воздуха в воздуховодах:

Lв1 = К1 * Lв1 / Z (4.1)

где К1 = 1,1 - коэффициент потерь.

Lв1 = 1,1 * 1910,8/4 = 525,47 мі/с.

Для электрокалориферных установок животноводческих помещений рекомендуется использовать центробежные вентиляторы, способные развивать высокое давление при достаточно большой подаче. Наилучшие аэродинамические свойства имеют вентиляторы типа Ц4-70.

Выбор вентилятора проводится по номограмме (приложение 6) следующим образом. Зная производительность (подачу) вентилятора проводим горизонтальную прямую линию до пересечения с лучом номера вентилятора (№ вент.). Далее, проводим вертикальную линию до пересечения с линией, соответствующей расчетному полному давлению Нв вентилятора. Точке пересечения соответствует КПД вентилятора и значение безразмерного коэффициента А, по которому подсчитывают частоту вращения вентилятора, в минО№:

n = A/№ вент.

Выбор номера вентилятора надо вести так, чтобы точка пересечения в верхней части номограммы лежала как можно ближе к максимальному значению КПД (показаны сверху номограммы).

Зная подачу и напор вентилятора, по монограмме выбираем вентилятор Ц4-70 № 6 и находим рабочую точку, определяющую КПД вентилятора зв = 0,77 и безразмерный коэффициент А= 3600, по которому вычисляем частоту вращения вентилятора:

n = 3600 / 6 = 600 минО№.

Продолжив вертикальную прямую до самой нижней части номограммы, определяем скорость движения воздуха в выпускном отверстии нашего вентилятора, V = 8 м/с.

Мощность электродвигателя, в кВт, для привода вентилятора определяем по формуле:

Ррасч = Кз *Lв1 *Нв / 10і зв зпер (4.2)

где Lв1 - подача вентилятора, м3/с.

Нв - полный напор (см. исходные данные), Н/ мІ;

зв - КПД вентилятора (из номограммы);

зпер - КПД передачи;

Кз - коэффициент запаса.

Кз берется равным 1,1…1,15. КПД передачи зпер=1, если частота вращения вентилятора близка или равна частоте вращения двигателя. В случае значительных расхождений частот, следует предусмотреть установку ременной передачи. Тогда зпер = 0,95.

Ррасч = 1,1*525,47*400 / 10³ 0,77*0,95 = 0,316 кВт.

Вентиляторы рекомендуется комплектовать трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором серий АИР, 5А; при этом двигатели серии 5А полностью взаимозаменяемы с соответствующими типами электродвигателей серий 4А и АИР. По приложению 7 выбираем электродвигатель ( с учетом Кз) типа АИР71A6. Его технические данные:

Рн = 0,37 кВт; nн = 915 об/мин; зн = 0,65; соs цн = 0,65; Iп / Iн =4,5

Номинальный ток выбранного двигателя вентилятора:

Iн = Рн / Uн * соs цн * зн . (4.3)

Iн = 370 / 380 * 0,65 * 0,65 = 2,3 А.

5 Тепловой расчет нагревательных элементов

Тепловой расчет ЭНУ проводится для определения размеров нагревательного блока, ТЭНы которого затем проверяют по условиям охлаждения. В промежуточных расчетах, в зависимости от расположения ТЭНов (шахматное или коридорное), по температуре на входе и выходе калорифера, определяют общую площадь теплоотдающей поверхности ТЭНов и, затем, по ней проверяют выбранное количество ТЭНов по мощности. Порядок теплового расчета следующий:

а) Определение критерия Рейнольдса

Критерий Рейнольдса, который определяет режим обтекания ТЭНов воздухом, вычисляем по формуле:

Re = VB * D / м , (5.1)

где VB - скорость воздушного потока, определенная по П6, в м/с;

D - диаметр ТЭНов, м;

м = 18,5*10Ї⁶ мІ/с - коэффициент кинематической вязкости воздуха.

При D = 12 * 10Їі м, вычисляем:

Re = 8 * 12 * 10Їі / 18,5 * 10Ї⁶ = 5189.

б) определение критерия Нуссельта

Критерий Нуссельта позволяет определить коэффициент теплоотдачи нагревателей в зависимости от расположения ТЭНов в пучке. Различают коридорное (рис.1а) и шахматное (рис.1 б) расположения нагревателей в пучках.

Формулы для вычисления критерия Нуссельта имеют следующий вид:

- для шахматных пучков труб:

при Re ? 1000 Nu = 0,35Re ^0,6;

при Re ? 1000 Nu = 0,49Re ^0,5; (5.3)

где Nu - критерий Нуссельта;

Re - критерий Рейнольдса;

Для шахматного расположения ТЭНов при Re = 5189 > 1000, вычисляем Nu по формуле (5.3):

Nu = 0,35 * 5189 ^0,6 = 59,31.

в) Определение коэффициента конвективного теплообмена.

Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент конвективного теплообмена по формуле:

бк = Nu * л / D, (5.4)

где Nu - критерий Нуссельта;

л= 0,027 Вт/м* °С - коэффициент теплопроводности воздуха.

бк = 59,31 * 0,027 / 0,012 = 133,44 Вт/мі °С.

г) Определение температуры воздушного потока

Температуру воздушного потока Ив определяем по выражению:

Ив = (Ин.в. + И2 ) / 2 (5.5)

где Иср = - 24°С - расчетная, зимняя вентиляционная температура;

И2 = 50°С - температура воздуха на выходе калорифера.

Ив = (-8,7 + 50)/2 = 20,650 °С.

д) расчет площади теплоотдающей поверхности ТЭНов.

Площадь Fн теплоотдающей поверхности ТЭНов:

Fн = Р1к / бК (Ипов - Ив ) (5.6)

где Fн - полный тепловой поток, переданный от нагревателя воздуху, равный мощности калорифера, Вт;

бк- коэффициент конвективного теплообмена в Вт/мі*°С, определенный по формуле (5.4);

Ипов, Ив - температура теплоотдающей поверхности нагревателя и воздушной среды, °С.

Температуру теплоотдающей поверхности нагревателя принимаем равной 380° С и по формуле (5.6) вычисляем:

Fн = 37700 / 133,44 (380 - 20,650) = 0,786 мІ.

е) Выбор марки и количества ТЭНов

Марку и количество ТЭНов выбираем следующим образом. Мощность калорифера делим на число кратное трем (по числу фаз) так, чтобы результат был максимально приближен к стандартной мощности ТЭНа, показанной в приложении 8. При этом число ТЭНов не должно превышать 24 штук.

Для нашего случая:

Р тэна расч. = 37,7/24 = 1,57 кВт.

По приложению 8 выбираем нагревательный элемент № 6 марки ЭТ - 100, который имеет следующие технические данные:

Номинальная мощность ТЭНа Ртэн = 1,6 кВт;

Номинальное напряжение Uн = 220В;

Номинальный ток Iн = 7,27А;

Развернутая длина l = 1000мм;

Активная длина la = 900мм;

Удельная поверхностная мощность Pп = 4,72 Вт/ смІ.

Диаметр D = 12 мм.

Площадь теплоотдающей поверхности ТЭНа:

Fтэн = р D la = 3,14 * 0,012 * 0,9 = 0,034 мІ.

Проверим расчетное число ТЭНов, исходя из требуемой площади Fн теплоотдающей поверхности всех нагревательных элементов:

Z Трасч = Fн / Fтэн , (5.7)

соблюдая правило: ZТ = 3n ,

где ZТ - выбранное число ТЭНов;

n - положительное целое число, при этом n ? 8.

Вычисляем расчетное число ТЭНов:

Z Трасч = 0,786 / 0,034 = 23,12

Принимаем ближайшее число кратное трем ZТ = 24. При этом расчетная мощность одного ТЭНа:

Ртэн.расч. = Р1к / Z Т = 37,7 / 24 = 1,57 кВт ? 1,6 = Ртэн

что удовлетворяет условию: по мощности Ртэна расч. ? Ртэн.,

и по количеству ТЭНов: Z Трасч = ZТ.

ж) Компоновка нагревательного блока

Выбрав марку и определив число ТЭНов, производим предварительную компоновку нагревательного блока, располагая 24 нагревателей в 3 ряда, по 8 нагревателей в каждом ряду.

з) Определение среднего коэффициента теплоотдачи

Средний коэффициент теплоотдачи (коэффициент конвективного теплообмена) нагревателей определяем по формулам:

для шахматных пучков бк.ср = бК ( m - 0,7)/m , (5.8)

где m - количество рядов ТЭНов в нагревательном блоке;

бК - коэффициент конвективного теплообмена (см. формулу 5.4).

Для шахматных пучков при m = 3 по формуле (5.8) вычисляем:

бК.ср = 133,44 (3 - 0,7) / 3 = 102,3 Вт/(мІ °С).

к) Проверка условия охлаждения нагревателей 1-го ряда

Конструкцию сформированного нагревательного блока следует проверить по условию охлаждения первого ряда нагревателей, находящихся в наиболее неблагоприятных условиях.

Для первого ряда нагревателей блока должно выполняться условие:

Ин ґ = Рґв / 1,6 бКср F'н + Ив < 380°С, (5.9)

где Ин ґ - действительная средняя температура поверхности нагревателей первого ряда пучка, °С;

бКср - средний коэффициент конвективного теплообмена;

Рґв - суммарная мощность нагревателей первого ряда ТЭНов, Вт;

Ив - температура воздушной среды, °С;

F'н - суммарная площадь теплоотдающей поверхности первого ряда ТЭНов, мІ.

Значения Рґ в , F'н определяются из параметров выбранных ТЭНов:

Рґв = Ртэн * К = 1,6 * 8 = 12,8 кВт;

F'н = Fтэн * К = 0,034 * 8 = 0,272 мІ,

где К - число ТЭНов первого ряда;

Выполняем расчет:

Ин ґ = (12800 / 1,6 * 81,6 * 0,272) + 14 = 374° С < 380° С.

Условие выполняется. Значит, данный нагреватель, скорость воздуха и конструкция блока выбраны правильно. Если условие не выполняется, то следует выбрать другой нагревательный элемент или изменить расчетное число калориферов, число ТЭНов, скорость воздуха или компоновку нагревательного блока.

6 Расчет конструктивных размеров нагревательного блока калорифера

В этот расчет входит определение размеров конструктивного блока ТЭНов (в просвете):

Х1 - между нагревателями в ряду;

Х2 - между рядами нагревателей

а также, определение внешних размеров блока.

Для расчета Х1 определяем «живое» сечение блока нагревателей, то есть не занятую ТЭНами площадь Fk воздушного канала:

Fk = Lв1 / Vв (6.1)

где Lв1 - расчетная производительность вентилятора, мі/с;

Vв - скорость воздуха, определенная из П6, м/с.

Для перевода мі/с в мі/час в знаменателе вводим величину 3600:

Fk = 525,47 / 8 * 3600 = 0,018 мІ.

Расстояние между нагревателями в ряду Х1 определяем по выражению:

Х1 = Fk / (К+1) Lа , (6.2)

где К - число ТЭНов в ряду;

Lа - активная длина ТЭНа, м.

при К=8 Х1 = 0,018 / (8+1) 0,9 = 0,002 м. = 2 мм.

Расстояние между рядами нагревателей Х2 определяем из условий:

при Х1 ? 1,5 D Х1 = Х2

при Х1 ? 1,5 D Х2 = 1,2 Х1. (6.3)

При D = 12 мм Х1 ? 1,5 D, поэтому по условию (4.14)

Х2 = 1,2*2 = 2,4 мм.

Высоту Н и ширину В блока нагревателей определяем из выражений:

Н = (К + 1) Х1 + КD; (6.4)

В = L + 100,

где L - полная длина ТЭНа, мм.

Для значений Х1 = 2 мм, D = 12 мм и L = 1000 мм вычисляем:

Н = (8 + 1) 2 + 8 * 12 = 114 мм;

В = 1000 + 100 = 1100 мм.

Глубину С блока нагревателей определяем из выражения:

С= (m+1) Х2 + mD , (6.5)

где m - число рядов Тэнов.

При m = 3 С = (3 + 1) 2,4 + 3 * 12 = 45,6 мм.

По полученным конструктивным данным на одном из листов графического материала изображаем эскиз ТЭНа (разрез) с указанием основных размеров, а затем, на этом же листе показываем эскиз нагревательного блока калорифера с указанием размеров.

7 Электрический расчет ТЭНа

Данный раздел приведен для того, чтобы овладеть методикой электрического расчета нагревательных элементов, к числу которых относится и ТЭН. Устройство ТЭНа показано на рис.7.1.[ ].

Рис. 7.1. Трубчатый электрический нагреватель (ТЭН):

а - конструктивная схема; б - расчетные параметры спирали ТЭНа; 1 - оболочка;

2 - нагревательная спираль; 3 - контактная шпилька; 4 - наполнитель (периклаз); 5 - герметик; 6 - изолятор; 7 - контактная гайка.

Цель электрического расчета нагревателей - определение их размеров: сечения и длины нагревательного провода. Исходными данными при расчете являются: мощность Рн, Вт, нагревателя; напряжение Uн питающей сети, В; условия работы нагревательного устройства.

Расчет основывается на том, что нагреватель можно рассматривать как элемент электрической цепи, для которого справедливы законы электротехники. Так, мощность Рн, Вт, нагревателя в соответствии с законом Джоуля-Ленца:

Рн = UІн / Rн, (7.1)

где Uн - напряжения питания нагревателя, В;

Rн - сопротивление нагревателя, Ом.

Для определения диаметра нагревательного провода используют два метода расчета: по допустимой удельной поверхностной мощности W Вт/мІ и по таблице токовых нагрузок.

По первому методу допустимая удельная поверхностная мощность:

W = Рн/F,

где Рн - мощность нагревателя, Вт;

F = р d ? - площадь поверхности нагревателя, мІ.;

? - длина провода, м.

Диаметр провода определяется по формуле:

d = v 4д РнІ / р UнІ W (7.2)

где - д удельное электрическое сопротивление материала провода при действительной температуре, Ом * м.

Мощность ТЭНа Рн в нашей работе определена в пункте 5е

Рн = 1,6 кВт.

Далее, параметры нагревателя определяем по второму методу - по таблице токовых нагрузок.

Расчетную температуру tрасч нагревателей, которые включены по схеме Y, определяем по формуле:

tрасч = tдКмКс (7.3)

где tд--действительная температура спирали нагревателя, °С;

Км--коэффициент монтажа, учитывающий условия охлаждения нагревателя из-за его конструктивного исполнения (приложение 9);

Кс--коэффициент среды, учитывающий условия охлаждения

нагревателя по сравнению с неподвижной средой (приложение 10).

Действительная температура tд спирали нагревателя может быть предварительно определена с учетом ее превышения над температурой поверхности ТЭНа на 50--100°С. В свою очередь, температура поверхности ТЭНа из-за возгонки пыли (возгорания) не должна превышать 180°С (Гайдук, с. 38). Принимаем tд. = 280°С.

Расчетная температура нагревателя будет равна:

tрасч = 280 * 0,6 * 2,7 = 453,6°С

По рабочему току Iн и расчетному значению температуры tрасч по таблице токовых нагрузок из приложения 11 определяем диаметр d и сечение S выбранной из приложения 13 материала нагревательной проволоки. При выборе расчетной температуры в таблице принимаем ближайшее большее значение.

При tрасч = 453°С и Iн = 7,27А d = 0.9 мм. и S = 0.636 мм І.

Рабочее сопротивление нагревателя--запрессованной проволоки, Ом:

Rн =Uн / Iн (7.4)

Rн = 220 / 7,27 = 30,26 Ом.

Сопротивление нагревателя до опрессовки, в Ом:

Rоп = Rн Ь₁, (7.5)

Rоп = 30,26 * 1,3 = 39,34 Ом.

где Ь₁ = 1,3--коэффициент изменения сопротивления нагревателя в результате ее опрессовки.

Необходимую длину проволоки, в м., для изготовления нагревателя определяем по формуле:

l = (UІн / Pн) (рdІ / 4) / д , (7.6) где Uн и Рн - напряжение в В и мощность в Вт нагревателя.

д --удельное сопротивление выбранной проволоки при действительной температуре, Ом м.

Удельное сопротивлениед определяем по формуле:

д =20 [1+ (t - 20)], (7.7)

где 20--удельное сопротивление материала при температу-ре 20°С, Ом.м;

--температурный коэффициент изменения сопротивления, 1/1°С.

Значения 20 и для различных материалов нагревателей приведены в приложении 12.

В качестве материала нагревательной проволоки принимаем сплав с малой допустимой рабочей температ...