Модернизация системы электроснабжения цеха по производству хлебобулочных изделий ООО "Пальмира" (стр. 7 из 9)

где С=5,7 Вт/(м²К⁴) – коэффициент излучения абсолютно – черного тела

e=0,9 – степень черноты стены.

Проверка температуры наружной и внутренней поверхности стенки

R=R_вн+R+R_нар

R=0,28+0,8331+0,024=1,138 (м²∙С)/Вт

Температура наружной поверхности стенки

t_нар.п=t_нар+((t_вн-t_нар)∙R_нар)/R

t_нар.п=-22+((25+22)∙0,024)/1,138=-21,177⁰С

Dt– расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5⁰С, следовательно дальнейших приближений делать не надо.

t_вн.п=t_вн – ((t_вн – t_нар)∙R_вн)/R

t_вн.п=25 – ((25+22)∙0,28)/1,138=7,404⁰С

Dt– расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5 ⁰С, следовательно дальнейшие приближения делать не надо.

Общие теплопотери для цеха

Q=(F∙Dt)/R

где F– поверхность боковых стен цеха, соприкасающихся с наружным окружающим воздухом; F=519,345 м²

Dt– перепад температур; Dt=25 – (–22)=47 ⁰С

R– общее термическое сопротивление; R=1,138 (м²∙С)/Вт

Q=(519,345∙47)/1,138=17798,29 Вт

Общие теплопотери через стены цеха составляют Q_ст=17798 кВт

3.2 Расчет теплопотерь через окна

3.2.1 Термическое сопротивление воздушной прослойки

В данном случае мы имеем дело с трехслойной плоской стенкой. Два слоя стекла имеют толщину 1,5 мм. Ввиду весьма малой толщины стекол их термическим сопротивлением пренебрегаем, а учитываем только воздушную прослойку, толщина которой d=0,08 м. Ради облегчения расчета сложный процесс конвективного теплообмена в воздушной прослойке заменяется на элементарное явление теплопроводности, вводя при этом понятие эквивалентного коэффициента теплопроводности l_экв.

Если разделить l_экв на коэффициент теплопроводности воздуха l, то получим безразмерную величину e=l_экв/l, которая характеризует собой влияние конвекции и называется коэффициентом конвекции.

e=f (Gr∙Pr)

Критерий Грасгофа

где b_в-коэффициент объемного расширения воздуха

b_в=1/(273+t_ср)

Dt– перепад температур Dt=t_вн.п – t_нар.п

d=0,08 м – толщина воздушной прослойки

g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения

Допустим, что температура наружной поверхности окна t_нар.п= – 20,938 ⁰С, а температура внутренней поверхности окна t_вн.п=4,115 ⁰С, тогда средняя температура воздушной прослойки.

t_ср=0,5 (t_нар.п+ t_вн.п)=0,5 (–20,938+4,115)= – 8,4115 ⁰С

При этой температуре физические свойства воздуха:

коэффициент теплопроводности воздуха l=2,373∙10^-2 Вт/(м⁰∙С)

коэффициент кинематической вязкости воздуха n=12,57∙10^-6 м²/с

Число Прандтля Pr=0,7112

Произведение критерия Грасгофа на число Прандтля равно:

При (Gr∙Pr)>10³

, (3.10)

Эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной прослойки

l_экв=6,89∙2,373∙10^-2=0,163 Вт/(м⁰∙С)

Термическое сопротивление воздушной прослойки

R_пр=d/l_экв

R_пр=0,08/0,163=0,49 (м²∙⁰С)/Вт

3.2.2 Термическое сопротивление у внутренней поверхности окна

Внутри здания всегда наблюдается естественная циркуляция воздуха. Известно, что конвективный коэффициент теплоотдачи при естественной циркуляции воздуха:

a_к.вн=f(Gr∙Pr)

Найдем эти критерии при температуре воздуха в помещении t_вн=25⁰С и высоте окна l=3 м.

Критерий Грасгофа

где b_в-коэффициент объемного расширения воздуха

b_в=1/(273+t_вн)

Dt – перепад температур Dt=t_вн – t_вн.п

l=3 м – высота окна

При температуре t_вн=25⁰С коэффициент кинематической вязкости воздуха

n=14,79∙10^-6 м²/с

Ускорение силы тяжести g=9,81 м/с²

Критерий Прандтля при t_вн=25⁰С равен Pr=0,7036

Произведение критерия Грасгофа на число Прандтля равно:

При (Gr∙Pr)>10⁹ имеем турбулентный режим

Определим конвективный коэффициент теплоотдачи при естественной

, (3.11)

где l– высота окна.

Коэффициент теплопроводности воздуха при t_вн=25⁰С l=2,566∙10^-2 Вт/(м²∙⁰С)

Термическое сопротивление на внутренней поверхности стенки

3.2.2 Термическое сопротивление на наружной поверхности здания

Коэффициент теплоотдачи

a_нар=a_к.нар+a_л

где a_к.нар – конвективный коэффициент теплоотдачи

a_л – коэффициент теплоотдачи излучением

Пусть температура наружной поверхности стены t_нар.ст= – 20.938 ⁰С

a_к=f(Re)

Критерий Рейнольдса:

Re =(W∙L)/n

где W– скорость ветра, W=15 м/с

L– высота окна, L=3 м

Физические свойства воздуха при t_нар= – 22⁰С:

коэффициент кинематической вязкости воздуха n=11,704∙10^-6 м²/с

коэффициент теплопроводности воздуха l=2,264∙10^-2 Вт/(м²∙С)

Число Прандтля Pr=0,7174

При Re > 5x10⁵ критерий Нуссельта можно определить по формуле:

где С=5,7 Вт/(м²∙К⁴) – коэффициент излучения абсолютно – черного тела e=0,937 – степень черноты гладкого стекла

3.2.3 Проверка наружной и внутренней поверхности окна

Общее термическое сопротивление

R=R_вн+R+R_нар

R=0,252+0,49+0,021=0,763 (м²∙С)/Вт

Температура наружной поверхности стенки

t_нар.п=t_нар+((t_вн-t_нар)∙R_нар)/R

t_нар.п=–22+((25+22)∙0,021)/0,763=–20,927 ⁰С

Dt– расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5⁰С, следовательно дальнейших приближений делать не надо.

t_вн.п=t_вн – ((t_вн – t_нар)∙R_вн)/R

t_вн.п=25 – ((25+22)∙0,252)/0,763=4,12 ⁰С

Dt– расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5 ⁰С, следовательно дальнейшие приближения делать не надо.

3.2.4 Общие теплопотери для цеха

Q=(F_ок ∙Dt)/R

где F_ок – поверхность окон цеха; F_ок=90 м²

Dt– перепад температур; Dt=25 – (–22)=47 ⁰С

R– общее термическое сопротивление; R=1,138 (м²∙С)/Вт

Q=(90∙47)/0,763=4600,26 Вт

Общие теплопотери через окна цеха составляют Q_ок=4,6 кВт

3.3 Расчет теплопотерь через потолок

Потолок изготовлен из бетонных плит, покрытых сверху двойным слоем рубероида на битумной мастике.

Для бетонной плиты коэффициент теплопроводности l₁=1,28 Вт/(м∙⁰С), толщина d₁=300 мм. Для битумной мастики l₂=0,23 Вт/(м∙⁰С), d₂=2 мм.

Для рубероида l₃=0,174 Вт/(м∙⁰С), d₃=4 мм.

Степень черноты наружной поверхности e=0,9, скорость ветра W=15 м/с;

Температура наружного воздуха t_нар=-22⁰С, температуру воздуха под чердачным перекрытием принимаем на 3⁰С выше, чем в рабочей зоне (t_раб=25⁰С) t_вн=28 ⁰С.

3.3.1 Термическое сопротивление многослойной стенки

3.3.2 Термическое сопротивление у внутренней поверхности стенки

Принимаем температуру внутренней поверхности стенки t_вн.ст=1,35 ⁰С

При внутренней температуре имеем следующие физические свойства воздуха: t_вн=28⁰С – Число Прандтля Pr=0,703

Коэффициент кинематической вязкости воздуха n=15,06∙10^-6м²/⁰С.

Коэффициент теплопроводности воздуха l=2,59∙10^-2Вт/(м⁰∙С).

Критерий Грасгофа

где b_в-коэффициент объемного расширения воздуха

b_в=1/(273+t_вн)

Dt– перепад температур Dt=t_вн – t_вн.ст