Документ
.rtfМИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ
ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)»
Факультет подготовки авиационных специалистов
Кафедра обеспечения авиационной безопасности
КУРСОВАЯ РАБОТА
Расчет и проектирование искусственной вентиляции
Специальность 161000 Аэронавигация
Специализация 161000.62.9 Обеспечение авиационной безопасности
Автор:
Курсант 3 курса, гр. АБ-11-1 Пятаев А.В.
Руководитель: Гаврилина Т.М.
Ульяновск 2013
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Исходные данные
1 Расчет тепловых нагрузок в помещении
1.1 Наружные тепловые нагрузки
1.2 Внутренние тепловые нагрузки
2 Расчет теплового баланса помещения
3 Выбор кондиционера. Схема расположения
4 Список литературы
Введение
Состояние здоровья человека, его работоспособность в значительной степени зависят от атмосферы, в которой он находится, от условий микроклимата и состава воздуха в рабочем помещении, где он проводит своё время. Микроклимат производственных помещений - это комплекс физических факторов, оказывающих влияние на теплообмен человека с окружающей средой, его тепловое состояние. На формирование производственного микроклимата влияют технологический процесс, климат местности, сезон года, условия отопления и вентиляция.
Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением тепла в окружающую среду. Физиологические процессы в человеческом организме протекают нормально при полном отводе выделяемой организмом теплоты в окружающую среду, а это возможно только при комфортных условиях в помещении или на рабочей площадке. В противном случае происходит нарушение теплового баланса, и имеет место перегрев или переохлаждение организма, что обуславливает быстрое утомление, а иногда и потерю трудоспособности или смерть людей.
Наличие в производственных помещениях чистого и свежего воздуха - обязательная составляющая при обеспечении комфортных условий труда, т.к. повышенные концентрации в воздухе пыли, вредных паров и газов также негативно влияют на жизнедеятельность людей.
Для обеспечения комфортного микроклимата и состава воздуха в производственных помещениях используются системы вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха. При правильном выборе их типа, производительности и конструкции условия труда на рабочих местах поддерживаются в пределах установленных норм с минимальными затратами труда, денежных средств и энергии.
Вентиляция - это организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения перегретого (охлажденного), влажного и загрязненного воздуха и подачу вместо него чистого и охлажденного (нагретого) воздуха.
Чтобы добиться оптимальных условий воздушной среды в помещении, необходимо правильно выбрать тип, конструкцию систем вентиляции. Для этого производят расчет и проектирование искусственной вентиляции.
Данный курсовой проект посвящен исследованию систем механической вентиляции, а также в нем произведен расчет и проектирование искусственной вентиляции аэропорта "Кольцово" г. Екатеринбурга.
1. Теоретическая часть
1.1 Назначение и виды искусственной вентиляции
Вентиляция - обмен воздуха в помещениях для удаления избытков теплоты, влаги, вредных и других веществ с целью обеспечения допустимых метеорологических условий и чистоты воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне при средней необеспеченности 400 ч/г - при круглосуточной работе и 300 ч/г - при односменной работе в дневное время.
Назначение вентиляции - обеспечение чистоты воздуха и заданных метеорологических условий в производственных помещениях. Вентиляция используется для удаления из производственного помещения загрязненного или перегретого (охлажденного) воздуха и подачи вместо него чистого и охлажденного (нагретого) воздуха. В результате этого в рабочей зоне создаются необходимые благоприятные условия воздушной среды.
По способу перемещения воздуха в рабочих помещениях вентиляция делится на естественную и искусственную (механическую).
При естественной вентиляции перемещение воздуха происходит под влиянием естественных факторов (теплового напора или действия ветра). Перемещение воздушных масс осуществляется благодаря возникающей разности давлений снаружи и внутри здания.
При искусственной вентиляции воздух перемещается с помощью механических устройств (вентиляторов, эжекторов и др.).
Искусственная (механическая) вентиляция устраняет недостатки естественной вентиляции, т.к. естественная вентиляция, зависящая от температуры наружного воздуха и скорости ветра, не всегда может обеспечить нужный воздухообмен. При механической вентиляции воздухообмен осуществляется за счет напора воздуха, создаваемого вентиляторами (осевыми и центробежными); воздух в зимнее время подогревается, в летнее - охлаждается, очищается от загрязнений (пыли и вредных паров и газов).
Механическая вентиляция по сравнению с естественной имеет ряд преимуществ: большой радиус действия вследствие значительного давления, создаваемого вентилятором; возможность изменять или сохранять необходимый воздухообмен независимо от температуры наружного воздуха и скорости ветра; вводимый в помещение воздух подвергается предварительной очистке, осушке или увлажнению, подогреву или охлаждению; организовывается оптимальное воздухораспределение с подачей воздуха непосредственно к рабочим местам; улавливаются вредные выделения непосредственно в местах их образования и предотвращается их распространение по всему объему помещения, а также возможность очищать загрязненный воздух перед выбросом его в атмосферу.
К недостаткам механической вентиляции следует отнести значительную стоимость сооружения и его эксплуатации, необходимость проведения мероприятий по борьбе с шумом.
В зависимости от назначения вентиляция бывает приточная (для подачи воздуха), вытяжная (для удаления воздуха) или приточно-вытяжная (одновременно для подачи и удаления воздуха) и системы с рециркуляцией, а по месту действия - общеобменная, местная и комбинированная. Также системы механической вентиляции бывают смешанные, аварийные и системы кондиционирования.
При общеобменной вентиляции смена воздуха происходит во всем объеме помещения. Общеобменная вентиляции справляется только с тепловыделениями, когда нет примесей вредностей.
Если при производстве выделяются газы, пары и пыль применяют смешанную вентиляцию - общеобменная плюс местные отсосы.
Приточная общеобменная вентиляция распределяет свежий воздух, взятый из места вне здания по всему объему помещения.
При приточной системе вентиляции производится забор воздуха извне с помощью вентилятора через калорифер, где воздух нагревается и при необходимости увлажняется, а затем подается в помещение. Количество подаваемого воздуха регулируется клапанами или заслонками, устанавливаемыми в ответвлениях. В помещении при этом создается избыточное давление, за счет которого загрязненный воздух вытесняется наружу через окна, двери, фонари или неплотности ограждающих конструкций неочищенным. Приточную систему применяют для вентиляции помещений, в которые нежелательно попадание загрязненного воздуха из соседних помещений или холодного воздуха извне.
Вытяжная общеобменная вентиляция удаляет загрязненный воздух из всего объема помещения.
При вытяжной системе вентиляции загрязненный и перегретый воздух удаляется из помещения через сеть воздуховодов с помощью вентилятора. Загрязненный воздух перед выбросом в атмосферу очищается. При этом в помещении создается пониженное давление, и чистый воздух для замещения удаленного подсасывается извне через двери, окна, щели строительных конструкций. Вытяжную систему целесообразно применять в том случае, когда загрязненный воздух данного помещения не должен распространяться на соседние. Недостатком данной системы вентиляции является то, что неорганизованный приток холодного воздуха (сквозняки) может вызвать простудные заболевания.
Приточно-вытяжная общеобменная вентиляция - наиболее распространенная система, при которой чистый воздух подается в помещение приточной системой, а загрязненный воздух удаляется вытяжной системой. Системы работают одновременно. Приточные системы вентиляции также возмещают воздух, удаляемый местными отсосами и расходуемый на технологические нужды: огневые процессы, компрессорные установки, пневмотранспорт и др.
В отдельных случаях для сокращения эксплуатационных расходов на нагревание воздуха (экономии тепла в зимнее время) применяют систему вентиляции с частичной рециркуляцией, которая заключается в том, что часть удаляемого из помещения воздуха не выбрасывается наружу, а возвращается из вытяжной системы в приточную по специальному воздуховоду. Свежая порция воздуха в таких системах обычно составляет 10…20% общего количества подаваемого воздуха. Систему вентиляции с рециркуляцией разрешается использовать только для тех помещений, в которых отсутствуют выделения вредных веществ или выделяющиеся вещества относятся к 4-му классу опасности, и концентрация их в воздухе, подаваемом в помещение, не превышает 30% ПДК. Применение рециркуляции запрещено, если в воздухе содержатся болезнетворные бактерии, вирусы или имеются резко выраженные неприятные запахи.
Вентиляторы - это воздуходувные машины, создающие определенное давление и служащие для перемещения воздуха при потерях давления в вентиляционной сети не более 12 кПа. Наиболее распространенными являются осевые и радиальные (центробежные) вентиляторы.
Эжекторы применяют в вытяжных системах в тех случаях, когда необходимо удалить очень агрессивную среду, пыль, способную к взрыву не только от удара, но и от трения, или легко воспламеняющиеся взрывоопасные газы (ацетилен, эфир и т.д.).
Назначением местной вентиляции является удаление вредных выделений непосредственно от мест их образования и предотвращение их перемешивания с воздухом помещения.
Местная вентиляция по сравнению с общеобменной требует значительно меньше затрат на устройство и эксплуатацию.
Местная вентиляция бывает вытяжная и приточная.
Местная вытяжная вентиляция удаляет вредные вещества непосредственно у источника возникновения. Осуществляется с помощью местных отсосов (полностью закрытые, полуоткрытые или открытые) и укрытий. К вытяжной вентиляции относятся вытяжные шкафы, зонты, завесы, бортовые отсосы, кожухи и т.д.
Местная приточная вентиляция подает чистый воздух на рабочее место, создавая благоприятную метеорологическую установку. К приточной вентиляции относятся воздушные души, завесы, оазисы.
Вытяжные шкафы почти полностью закрывают источник выделения вредных веществ. Незакрытыми остаются лишь проемы для работы внутри шкафа, через которые воздух из помещения поступает в шкаф. Для удаления из шкафа избытков тепла или вредных примесей естественным путем необходимо наличие подъемной силы, которая возникает, когда температура воздуха в шкафу превышает температуру воздуха в помещении.
Бортовые отсосы используют, когда пространство над поверхностью выделения вредных веществ должно оставаться свободным при загрузке и выгрузке обрабатываемых изделий с помощью подъемно-транспортных устройств. Бортовые отсосы делают у одного борта, если ширина ванны не превышает 0,7 м, или у двух противоположных бортов, когда ширина ванны составляет 0,7…1,0 м.
Вытяжные зонты применяют для улавливания вредных веществ, имеющих меньшую плотность, чем окружающий воздух. Эффективность работы вытяжного зонта зависит от размеров, высоты подвеса и угла его раскрытия. Чем больше размеры и чем ниже установлен зонт над местом выделения вредных веществ, тем он эффективнее.
Воздушный душ представляет собой подачу на человека струи воздуха заданных параметров. Воздушное душирование предусматривают на постоянных рабочих местах при воздействии на работающих теплового излучения.
Воздушные оазисы - участки рабочей площадки, отгороженные от остального помещения вертикальными, обычно стеклянными щитами, между которыми оставляют необходимые проходы. Выгороженную часть, имеющую открытый верх, «затопляют» приточным воздухом необходимых параметров.
Воздушная завеса создаются струей воздуха, поступающей из узкой щели со скоростью 10…15 м/с для предотвращения прохода воздуха через открытый проем. Воздушные завесы устраивают у дверных проемов в наружных стенах для отклонения потока холодного воздуха, устремляющегося через открытые двери в помещение, а также в проемах во внутренних стенах. В этом случае воздушные завесы препятствуют перетеканию загрязненного воздуха от одного помещения в другое.
Система аспирации - это пылеотсасывающая вентиляция, удаляющая воздуха с содержанием пыли более 1 кг в 1 м3. Аспирация встречается в дробильных, литейных, химических и металлургических цехах. Отличительной особенностью аспирационной системы являются сильно наклонные воздуховоды. В менее пыльных производствах используется пылеудаляющая вентиляция (отличается отсутствием наклонных воздуховодов).
Кондиционирование - процесс создания и автоматического поддержания оптимальных параметров воздушной среды в производственных помещениях. Для обеспечения кондиционирования используются специальные установки - кондиционеры (местные и центральные).
В производственных помещениях, где возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны больших количеств вредных веществ при нарушении технологического режима при авариях, наряду с рабочей предусматривается устройство аварийной вентиляции.
Система аварийной вентиляции должна включаться автоматически при достижении ПДК вредных выделений или при остановке одной из систем общеобменной или местной вентиляции.
На производстве часто устанавливают комбинированные системы вентиляции: общеобменную с местной, общеобменную с аварийной.
1.2 Вредные и взрывопожароопасные свойства транспортируемого продукта
Вредное вещество - метанол (СН3OH).
Метанол - особо опасная легковоспламеняющаяся жидкость.
В свободном состоянии метиловый спирт встречается в природе лишь изредка и в очень небольших количествах (например в эфирных маслах), но производные его распространены довольно широко. Так, например, многие растительные масла содержат сложные эфиры метилового спирта: масла гаултерии - метиловый эфир салициловой кислоты С6H4(OH) COOCH3, масло жасмина - метиловый эфир антраниловой кислоты С6H4(NH2) COOCH3. Простые эфиры метилового спирта чрезвычайно часто встречаются среди природных веществ, например природных красителей, алкалоидов и т.п.
В промышленности метиловый спирт раньше получали исключительно путём сухой перегонки дерева. В жидких погонах, так называемом «древесном уксусе», наряду с уксусной кислотой (10%), ацетоном (до 0,5%), ацетальдегидом, аллиловым спиртом, метилацетатом, аммиаком и аминами содержится также 1,5-3% метилового спирта. Для отделения уксусной кислоты продукты сухой перегонки пропускают через горячий раствор известкового молока, задерживающий её в виде уксуснокислого кальция. Значительно труднее отделить метиловый спирт от ацетона, так как температуры кипения их очень близки (ацетон, т.кип. 56,5°; метиловый спирт, т.кип. 64,7°). Все же путём тщательной ректификации на соответствующих колоннах в технике удается почти полностью отделить метиловый спирт от сопутствующего ему ацетона. Неочищенный метиловый спирт называется также «древесным спиртом».
Физико-химические свойства:
Метанол - бесцветная прозрачная жидкость без нерастворимых примесей.
Молекулярная масса 32,04 г./моль
Плотность при 20°С 0,791-0,792 кг/м3
Относительная плотность при 20°С 0,123
Температура кипения (при р=101кПа) 65°С
Температура плавления: -98°C
Пожароопасные свойства:
Концентрационные пределы распространения
пламени (в смеси с воздухом) 6,98% - 35,5% (об.).
Пределы взрываемости 5,5% - 44% (об.).
По ГОСТ 12.1.005 предельно допустимые концентрации (ПДК):
ПДК в воздухе рабочей зоны 5 мг/м3
максимальная разовая концентрация в атмосферном воздухе
населенных мест 1 мг/м3
среднесуточная 0,5 мг/м3
Класс опасности 3
Электрооборудование и освещение должно быть во взрывобезопасном исполнении, оборудование и трубопроводы - заземлены. При работе с продуктом, сливно-наливных операциях должны соблюдаться требования электростатической искробезопасности по ГОСТ 12.1.018.
Температура вспышки 6°С
Температура воспламенения 13°С
Температура самовоспламенения 440°С
Верхний концентрационный предел
распространения пламени (ВКПРП) 6,98%(об.)
Нижний концентрационный предел
распространения пламени (НКПРП) 35,5% (об.)
Группа взрывоопасности смеси по ГОСТ Р 51330.5 T2
Категория взрывоопасности смеси по ГОСТ Р 51330.11 IIA
Вредное действие на организм человека:
Метанол обладает политропным действием с преимущественным воздействием на нервную систему, печень и почки. Обладает выраженным кумулятивным эффектом. Метанол представляет собой опасность, вплоть до смертельного исхода, при поступлении через желудочно-кишечный тракт. Острые отравления при вдыхании паров встречаются редко. Метанол обладает слабовыраженным местным действием на кожу, может проникать через неповрежденные кожные покровы (ПДУ загрязнения кожных покровов составляет 0,02 мг/см2).
Симптомы отравления - головная боль, головокружение, тошнота, рвота, боль в желудке, общая слабость, раздражение слизистых оболочек, мелькание в глазах, а в тяжелых случаях - потеря зрения и смерть.
1.3 Класс взрывоопасной зоны в помещении
В соответствии с ПУЭ зона в помещении насосной относится к взрывобезопасной зоне класса 2, так как при нормальной эксплуатации взрывобезопасная смесь метанола с воздухом не образуется, а возможна только в результате аварий
1.4 Вид взрывозащищенного электрооборудования
Для класса 2 характерно электрооборудование повышенной надежности против взрыва. Согласно ПУЭ по ГОСТ 12.2.020 - 76* устанавливаем вид взрывозащищенного электрооборудования:
Уровень взрывозащиты электрооборудования - 2 (электрооборудование повышенной надежности против взрыва - взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается только в признанном нормальном режиме работы);
Вид взрывозащиты - d (взрывонепроницаемая оболочка);
Группа взрывозащищенного электрооборудования - II (для внутренней и наружной установки);
Подгруппа взрывозащищенного электрооборудования - IIА;
Температурный класс электрооборудования - Т2;
Маркировка взрывозащищенного электрооборудования - 1ExsdIIAT6.
2. Расчетная часть
2.1 Расчет массы выделяющегося в помещение газа (пара) через неплотности оборудования
Определяем количество вредных выделений в помещении через неплотности оборудования по формуле [Справочник проектировщика, стр. 65]:
, кг/ч
где з - коэффициент запаса, равный 1,5 … 2, примем з =1,75;
Р1 - давление в оборудовании, кгс/см2;
m - коэффициент негерметичности. При периодических испытаниях m=0,005 1/ч;
V - объем парогазовой фазы, находящейся внутри оборудования, м3;
М - относительная молекулярная масса газа, М(СН4) = 16,04;
Т - абсолютная температура газа, К.
кг/ч = 922643 мг/ч
вентиляция взрывопожароопасный газ оборудование
2.2 Расчет количества приточного воздуха по массе выделяющихся вредных веществ и взрывоопасных веществ
Определяем количество приточного воздуха по массе выделяющихся вредных веществ по формуле [СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование]:
где Lw,z - расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов, и на технологические нужды, м3/ч;
mpo - количество каждого из вредных или взрывоопасных веществ, поступающих в воздух помещения, мг/ч, mpo =G
qw.z., qе - концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, удаляемом соответственно из обслуживаемой или рабочей зоны помещения и за ее пределами, мг/м3,
qi.n. - концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, подаваемом в помещение, мг/м3.
При расчете можно принять qw.z., qе ? ПДК, qi.n. ? 0,3ПДК.
ПДК метанола [ГН 2.2.5.1313-03 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны] равна 5 мг/м3.
м3/ч
Количество подаваемого воздуха принимаем равным 263612,3 м3/ч.
2.3 Расчетная схема воздуховодов приточной вентиляции и расчет потерь давления в воздуховодах, подбор вентилятора и определение его КПД
Составляем аксонометрическую схему воздуховодов. Схему делим на участки и на них наносим порядковый номер, количество проходящего воздуха и длину каждого участка воздуховода.
Устанавливаем допустимые скорости воздуха в воздуховодах:
Элемент системы
Допустимая скорость, м/с
При механическом побуждении
Воздуховоды в производственных зданиях:
магистральные
ответвления
До 12
До 6
По заданному количеству проходящего воздуха и скорости его движения определяем диаметры воздуховодов на каждом участке и удельные потери давления на трение Rтр, кгс/м2 [Справочник проектировщика, стр. 250..265, табл. 12.17].
Удельные потери давления на трение и значения скоростного (динамического) давления Pd = v2*г/2g для круглых стальных воздуховодов при транспортировании чистого воздуха с температурой 20?С и г=1,2 кгс/м3 приводятся в справочной литературе [Справочник проектировщика, стр. 250..265, табл. 12.17].
Определяем ?о - сумму коэффициентов местных сопротивлений на каждом расчетном участке воздуховода. Значения коэффициентов местных сопротивлений приводятся в справочной литературе для воздуховодов из унифицированных деталей.
1-й участок:
- диффузор пирамидальный: при и б=20? о1=3;
- цилиндрическая труба с отводом: при и о2=1,1;
Итого для участка ?о = о1 + о2 = 3+1,1 =4,1.
2,3,5,6-й участки:
- тройник приточный: при d0 < dc на 4k и Q0/Qc=0,4 о1=0,6;
- цилиндрическая труба с отводом: при и о2=1,1;
- воздухораспределитель двухструйный с перфорированным диском типа ВДП: при о3=2,8;
Итого для участка ?о = о1 + о2 + о3 = 0,6+1,1+2,8 = 4,5.
4-й участок:
- тройник приточный: при d0 < dс на 2k и Q0/Qc=0,4 о1=0,1;
?о = о1 = 0,1.
Потери давления Z на местные сопротивления на каждом участке определяют по формуле [Справочник проектировщика, стр249, форм. 12.5]:
, кгс/м2,
где ?о - сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода.
Общие потери давления в сети воздуховодов для стандартного воздуха (t=20°С и = 1,2 кг/м3) определяется по формуле:
, кгс/м2,
где Rтр - потери давления на трение на расчетном участке сети, кгс/м2;
l - длина участка воздуховода, м;
Z - потери давления на местные сопротивления на расчетном участке сети, кгс/м2.
Р = 26,77 + 8,95 + 8,95 + 4,96 + 8,95 + 8,95 = 67,53 кгс/м2.
В зависимости от расчетного количества воздуха L = 658 м3/ч и суммарной потери давления в воздуховодах Р = 67,53 кгс/м2 выбираем радиальный (центробежный) вентилятор Ц4-70 №2,5 с колесом 0,95 Dном. По этому же рисунку определяем:
- КПД вентилятора зв= 0,6
- установочную мощность Nу=0,37 кВт.
Определяем установочную мощность электродвигателя вентилятора расчетным путем. Для перемещения чистого воздуха в стандартных условиях мощность на валу электродвигателя N находим по формуле [Справочник проектировщика, стр. 290, формула 13.2]: