PROJEKT Z KLIMATYZACJI KOPALŃ

1. Prognozowanie temperatury powietrza w wyrobiskach górniczych metodami:

J. Wacławika - w szybie wdechowym

J. Vossa - w wyrobiskach korytarzowych i wyrobisku ścianowym.

2. Ocena warunków klimatycznych.

3. Obliczenie zdolności chłodniczej MK i propozycja rozwiązania klimatyzacji dla projektowanych wyrobisk.

Wykonał:

PAWEL NOWACKI

E O P

V

ROK AKADEMICKI 1999/2000

WSTĘP TEORETYCZNY DO OBLICZANIA TEMPERATURY POWIETRZA

1. Temperatura sucha powietrza na podszybiu.

Obliczenia są wykonane na podstawie metody J. Wacławika.

Zgodnie z tą metodą temperatura sucha powietrza na podszybiu szybu wdechowego jest równa:

(1)

gdzie:

T_os - średnioroczna temperatura powietrza atmosferycznego, ^oC,

σ - gradient geotermiczny, ^oC/m., przy czym

Γ - stopień geotermiczny, m/^oC,

s - współrzędna bieżąca, m.,

λ - współczynnik przewodzenia ciepła, W/(mK),

q^* - bezwymiarowy strumień cieplny, wyznaczony za pomocą wzoru:

c_p - ciepło właściwe powietrza przy stałym ciśnieniu,

g - przyspieszenie ziemskie,

Ki - liczba Kirpiczewa charakteryzująca ochłodzenie się górotworu

wyznaczana z monogramów lub wzorów empirycznych jako funkcja

Fouriera i Biota,

jeżeli: Fo ≥ 1

(2)

(3)

jeżeli: 0,001 ≤ Fo <1

(4)

gdzie:

(5)

(6)

Fo - liczba Fouriera dana wzorem:

(7)

τ - czas przewietrzania wyrobiska, s,

- współczynnik wyrównywania temperatury, m²/s,

(8)

c_s - pojemność cieplna skał, J/(kg K),

ρ_s - gęstość pozorna skał otaczających wyrobisko, kg/m³,

Bi - liczba Biota dana wzorem:

(9)

α_k - współczynnik przejmowania ciepla z górotworu, W/(m² K),

(10)

- strumień objętości powietrza, m³/s,

- gęstość powietrza liczona ze wzoru:

(11)

p - ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza w miejscu pomiaru

prędkości, Pa, które można wyznaczyć z przybliżonego wzoru:

(12)

p_o - ciśnienie powietrza na zrębie szybu wdechowego, Pa,

H - głębokość szybu liczona od powierzchni ziemi, m.,

R_a - indywidualna stała gazowa powietrza suchego,

T_v - temperatura wirtualna powietrza, K,

(13)

(14)

T_s - temperatura sucha powietrza w miejscu pomiaru prędkości, K,

T_s(s) - temperatura powietrza w przekroju szybu wdechowego, ^oC,

x - stopień zawilżenia powietrza, kg/kg,

(15)

p_pn - ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, Pa,

(16)

2. Temperatura wilgotna na podszybiu

Wyznacza się z zależności na ciśnienie cząstkowe pary wodnej w postaci:

(17)

przy czym:

(18)

gdzie:

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej, Pa,

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia w

temperaturze t_s, Pa ,

- wilgotność względna powietrza, %,

- odpowiednio temperatury powietrza mierzone

termometrem suchym i wilgotnym, ^oC.

3. Prognozowanie temperatury suchej powietrza w

wyrobiskach górniczych

Obliczenia wykonano metodą J. Vossa [1]

Jako dane wyjściowe na dopływie przyjmujemy parametry powietrza na

wypływie wyrobiska poprzedniego.

Wyznacza się kolejno:

Liczbę Fouriera ze wzoru:

(19)

gdzie:

- czas przewietrzania wyrobiska, s,

- ekwiwalentny współczynnik wyrównywania temperatury, m²/s,

równy:

(20)

c_s - pojemność cieplna skał, J/(kg K),

- gęstość pozorna skał otaczających wyrobisko, kg/m³,

Bi - liczba Biota dana wzorem:

(21)

- współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, W/(m²K),

Temperaturę suchą powietrza wyznacza się ze wzoru:

(22)

przy czym :

(23)

gdzie:

- średnia temperatura pierwotna skał otaczających

wyrobisko, °C,

przy czym

(24)

- odpowiednio temperatura pierwotna skał w przekroju

dopływowym i wypływu, ^oC, liczona ze wzoru:

(25)

gdzie:

t₀ - temperatura skał na głębokości
,°C,

- stopień geotermiczny, m/°C,

r_o - promień równoważny wyrobiska, m, przy czym

r_o =
(26)

- współczynnik ciepła konwekcyjnego ogrzewającego

powietrze suche, równy ilorazowi ciepła konwekcyjnego do

ciepła całkowitego,

-ekwiwalentny współczynnik przewodzenia ciepła w

wilgotnym masywie skalnym, W/(m K) [1]

A - pole przekroju, m²,

B - obwód wyrobiska, m.,

L - długość wyrobiska, m.,

c_pa- właściwa pojemność cieplna powietrza suchego,

c_pa = 1005 J/(kgK)

- strumień masy powietrza suchego, kg/s,

(27)

- prędkość średnia powietrza w przekroju, dla którego wyznacza

się strumień masy powietrza, m/s,

- odpowiednio wysokości niwelacyjne przekroju dopływu

i wypływu wyrobiska, dla którego wykonuje się prognozę

temperatury powietrza, m,

- zagęszczenie strumienia od dodatkowych źródeł ciepła,

W/m, przy czym:

(28)

N_z - moc dodatkowych źródeł ciepła, kW,

cz_s- współczynnik określający jaka część energii z dodatkowych

źródeł wpływa na podwyższenie temperatury mierzonej

termometrem suchym.

4. Prognozowanie temperatury wilgotnej powietrza w wyrobiskach górniczych

Prognozowanie temperatury powietrza mierzonej termometrem wilgotnym w wyrobisku górniczym prowadzić możemy dopiero po prognostycznym wyznaczeniu temperatury mierzonej termometrem suchym.

Temperaturę wilgotną w wyrobisku górniczym wyznaczamy ze wzoru:

(29)

gdzie:

x_d - stopień zawilżenia powietrza na dopływie wyrobiska, kg/kg,

x_w - stopień zawilżenia powietrza na wypływie z wyrobiska,

kg/kg,

r_b - ciepło parowania wody w termometrze 0°C;

r_b = 2500000 J/kg,

c_pw - pojemność cieplna pary wodnej przy stałym ciśnieniu,

c_pw = 1927 J/(kg K).

Ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza p_w na końcu wyrobiska

wyznacza się z przybliżonego wzoru:

(30)

gdzie:

- liczba oporu wyrobiska [3]

- gęstość powietrza dla warunków normalnych,

.

DOBÓR MASZYNY KLIMATYZACYJNEJ

1. Wyznaczenie temperatury powietrza na wlocie do wyrobisk po zastosowaniu jego chłodzenia

Temperaturę na wlocie do wyrobiska określamy przy założeniu, że temperatura sucha powietrza w całym wyrobisku nie powinna przekraczać 28°C.

Korzystając z tego założenia, że temperatura sucha na wylocie z wyrobiska nie powinna przekraczać 28°C oraz przekształcając wzór (21) można otrzymać zależność na temperaturę suchą powietrza na dopływie do tego wyrobiska w postaci:

(31)

Wyznaczona z tego wzoru temperatura powietrza t_sd będzie temperaturą jaką otrzymamy po wymieszaniu strumieni powietrza przepływających przez maszynę klimatyzacyjną i wyrobiskiem (obok maszyny klimatyzacyjnej).

2. Wyznaczenie parametrów powietrza na wypływie z maszyny

klimatyzacyjnej

Zakłada się, że powietrze wypływające z maszyny klimatyzacyjnej będzie miało wilgotność względną ϕ = 100 %. Wobec tego t_sMK = t_wMK.

Chcąc wyznaczyć żądane parametry powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej przyjmuje się wstępnie temperaturę powietrza na wypływie z maszyny równą t_sMK.

Obliczenia prowadzi się iteracyjnie.

Oblicza się kolejno:

• ciśnienie cząstkowe pary wodnej p_pd, Pa,

(32)

• ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia p_pnd, Pa,

(33)

- stopień zawilżenia powietrza x_d, kg/kg,

(34)

• entalpię 1+x kg powietrza wilgotnego h_d, kJ/kg,

(35)

• gęstość powietrza wilgotnego
  , kg/m³,

(36)

• strumień masy powietrza wilgotnego
  , kg/s,

(37)

- strumień masy powietrza suchego
, kg/s,

(38)

• ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia w temperaturze t_sw dla powietrza wylotowego z maszyny klimatyzacyjnej p_pnw, Pa,

(39)

• stopień zawilżenia powietrza x_nw na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej dla stanu nasycenia powietrza w temperaturze t_sw, kg/kg,

(40)

• entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej h_w, kJ/kg,

(41)

Następnie wyznacza się temperaturę powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza płynących przez maszynę klimatyzacyjną i wyrobisko (obok MK).

- strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem (obok MK)
, kg/s,

(42)

• strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną
  , kg/s,

(43)

• stopień zawilżenia powietrza
  , kg/kg,

(44)

• entalpię powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza
  , kJ/kg,

(45)

Entalpię poszczególnych strumieni liczymy ze wzoru:

(46)

gdzie:

h - entalpia powietrza wilgotnego, J/(1+x)kg,

h_a- entalpia powietrza suchego, J/kg,

h_w- entalpia pary wodnej, J/kg,

r_b- ciepło parowania wody w temperaturze 0°C,

r_b = 2500000 J/kg,

c_pw - pojemność cieplna pary wodnej przy stałym ciśnieniu,

c_pw = 1927 J/(kg K),

x - stopień zwilżenia, kg/kg.

Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza:

(47)

Dla wyznaczenia temperatury wilgotnej powietrza t_wm po zmieszaniu strumieni oblicza się kolejno:

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym p_pw, Pa,

(48)

• temperaturę wilgotną powietrza t_ww dla zmieszanych strumieni wyznacza się przy znanych wartościach p, p_pw i t_sw z równania:

(49)

W dalszej kolejności porównuje się czy wyznaczona temperatura t_sm jest równa temperaturze t_sd określonej w punkcie 3.1 (ze wzoru (29)). Jeżeli temperatury te są różne, to przyjmujemy nową wartość temperatury t_sMK na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej i powtarzamy tok obliczeń. Obliczenia kończymy, gdy t_sm = t_sd. Wyznaczona w ten sposób temperatura t_sMK = t_wMK jest temperaturą szukaną, która pozwala wyznaczyć zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej.

3. Obliczenie zdolności chłodniczej maszyny klimatyzacyjnej

Zdolnością chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej jest ilość ciepła, jaką maszyna odbiera od powietrza w parowniku w jednostce czasu.

Dla wyznaczenia zdolności chłodniczej MK wyznacza się różnicę entalpii powietrza przepływającego przez maszynę
, kJ/kg,

(50)

Zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej wyznacza się ze wzoru:

(51)

gdzie:

Q - zdolność chłodnicza maszyny klimatyzacyjnej, kW.

4. Obliczenia prognostyczne temperatury powietrza i zdolności chłodniczej maszyny klimatyzacyjnej

Obliczenia przeprowadzono dla schematu wyrobisk kopalni „Bogdanka” przedstawionych na rys. 1.

0

(5)

ściana

chodnik odstawczy

(3) (4)

przekop

polowy

(1) podszybie przekop przewozowy (2)

Rys. 1. Schemat wyrobisk kopalni „Sławek” dla których prowadzono prognozę

temperatury powietrza

ANALIZA WARUNKÓW KLIMATYCZNYCH

Dla chodnika odstawczego i ściany sprawdzono warunki klimatyczne przed i po zastosowaniu klimatyzowania powietrza.

Dla określenia czy w tych wyrobiskach panują odpowiednie warunki klimatyczne zbadano zgodność wyznaczonych dla tych wyrobisk parametrów z obowiązującymi w Polsce i na świecie normami.

Określono warunki klimatyczne wg norm:

1. polskiej,

2. francuskiej,

3. „Cuprum”,

4. belgijskiej,

5. australijskiej,

6. bułgarskiej,

7. amerykańskiej,

8. niemieckiej.

WSPÓŁCZYNNIKI WYKORZYSTANE W PROJEKCIE

Współczynniki wykorzystane w projekcie zostały dobrane na podstawie literatury [1,3] i przedstawiono je w poniższych tabelach:

Tabela 1. Temperatura średnia powietrza atmosferycznego

Temperatura średnia powietrza na zrębie szybu
Miejscowość	Tos, °C
Katowice	7,5
Bytom	8,0
Gliwice	7,8
Legnica	8,4

Tabela 2. Współczynniki przewodzenia ciepła
dla skał

Współczynnik przewodzenia ciepła
Rodzaj skał	Bogdanka
Piaskowiec gruboziarnisty	4,0
Piaskowiec drobnoziarnisty	2,5
Wapień	2,8
Łupek ilasty	1,5
Łupek ilasty	0,4

Tabela 3. Ciepło właściwe i gęstość skał c_s i

Ciepło właściwe skał i ich gęstości cs i
Rodzaj skał	, kg/m^3	cs , J/(kg K)
Zlepieńce i żwirowce	2200	961
Piaskowiec gruboziarnisty	2400	696
Piaskowiec drobnoziarnisty	2500	705
Łupek piaszczysty	2550	850
Łupek ilasty	2600	1000
Węgiel kamienny	1300	439

Tabela 4. Ekwiwalentny współczynnik przewodzenia ciepła w wilgotnym

masywie skalnym

Ekwiwalentny współczynnik przewodzenia ciepła w wilgotnym masywie skalnym
Nazwa wyrobiska	, W/(mK)
Chodniki kamienne	5,8
Ściany prowadzone na zawał gdy są zainstalowane MK	7
Ściany prowadzone na zawał gdy nie są zainstalowane MK	7

Tabela 5. Współczynnik ciepła konwekcyjnego

Współczynnik ciepła konwekcyjnego
Nazwa wyrobiska	,
Chodniki kamienne	0,35
Ściany prowadzone na zawał gdy są zainstalowane MK	0,25
Ściany prowadzone na zawał gdy nie są zainstalowane MK	0,15

Tabela 6. Liczba oporu wyrobiska

Liczba oporu wyrobiska
Dla szybów w obudowie murowej		Dla wyrobisk korytarzowych w obudowie ŁP
Średnica D, m		Pole przekroju A, m^2
4,5	0,819001	7,0	0,050936
5,0	0,693493	8,7	0,049120
6,0	0,549065	10,9	0,051166
7,0	0,423838	14,5	0,052849
7,5	0,408202	18,0	0,049687

WYNIKI OBLICZEŃ

Szyb wdechowy - podszybie

Do obliczeń prognostycznych temperatury powietrza przyjęto następujące parametry:

Tos = 7,5 °C

λ = 3,1

c_s = 705 J/(kg K)

= 2500 kg/m³

= 0,423838

Szyb wdechowy - podszybie
Gradient geotermiczny, ,°C	0,033
Współrzędna bieżąca, s, m.	1030
Pole przekroju, A, m^2	38,5
Prędkość powietrza, wm., m/s	7,0
Bezwymiarowy strumień cieplny,	2,68
Liczba Fouriera, Fo	29,43
Liczba Biota, Bi	12,10
Współczynnik wyrównywania temperatury, a, m^2/s	1,76E-06
Promień równoważny wyrobiska, ro, m.	3,5
Czas przewietrzania, τ, lata	6,5
Liczba Kirpiczewa, Ki	0,43
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, , W/(m^2K)	10,72
Temperatura wirtualna, TV, K	292,6
Gęstość powietrza, , kg/m^3	1,321
Ciśnienie statyczne powietrza, p, Pa	110976,7
Stopień zawilżenia na wypływie, xw , kg/kg	0,01
Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, ppnd, Pa	2042,3
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej, ppd, Pa	1633,8
Temperatura sucha na podszybiu, Ts(s),°C	17,8
Temperatura wilgotna na wypływie z szybu, tww,°C	15,7

Przekop przewozowy

Przyjęto następujące parametry:

c_s = 705 J/(kg K)

= 2500 kg/m³

= 5,8 W/(mK)

= 0,35

= 0,044166

Przekop przewozowy
Temperatura sucha na dopływie, tsd,°C	17,8
Temperatura wilgotna na dopływie, twd,°C	15,7
tx	45,1
Średnia temperatura pierwotna, tpm,°C	41,3
Liczba Fouriera, Fo	112,24
Liczba Biota, Bi	14,41
Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., ae, m^2/s	3,29E-06
Liczba Kirpiczewa, Ki	0,34
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, , W/(m^2K)	15,21
Promień równoważny wyrobiska, ro, m.	1,92
Temperatura wirtualna, TV, K	292,6
Ciśnienie statyczne powietrza, p, Pa	110976,7
Gęstość powietrza, , kg/m^3	1,321
Strumień masy powietrza suchego,	93,02
Moc dodatkowych źródeł ciepła, Nz, kW	270
Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, czs	0,19
Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła, , W/m.	22,30
Temperatura sucha na wypływie, tsw, ^oC	21,5
Temperatura wilgotna na wypływie, tww, ^oC	19,4

Przekop polowy

Przyjęto następujące parametry:

c_s = 850 J/(kg K)

= 2550 kg/m³

= 5,8 W/(mK)

= 0,35

= 0,046941

Przekop polowy
Temperatura sucha na dopływie, tsd,°C	21,5
Temperatura wilgotna na dopływie, twd,°C	19,4
tx	44,7
Średnia temperatura pierwotna, tpm,°C	41,0
Liczba Fouriera, Fo	91,27
Liczba Biota, Bi	7,47
Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., ae, m^2/s	2,68E-06
Liczba Kirpiczewa, Ki	0,34
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, , W/(m^2K)	9,98
Promień równoważny wyrobiska, ro, m.	1,52
Temperatura wirtualna, TV, K	296,8
Ciśnienie statyczne powietrza, p, Pa	111212,1
Gęstość powietrza, , kg/m^3	1,305
Strumień masy powietrza suchego,	33,94
Moc dodatkowych źródeł ciepła, Nz, kW	180
Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, czs	0,20
Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła, , W/m.	27,69
Temperatura sucha na wypływie, tsw, ^oC	26,3
Temperatura wilgotna na wypływie, tww, ^oC	23,5

Chodnik odstawczy

Przyjęto następujące parametry:

c_s = 1000 J/(kg K)

= 2600 kg/m³

= 8,1 W/(mK)

= 0,35

= 0,045167

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Projekt klimatyzacja 1
projekt klimatyzacja 2
Opis projektu klimatyzacja
Projekt klimatyzacja sprawdzanie dane FR k3a
projekt klimatyzacja tabele
Projekt z Klimatyzacji wykonał Andrzej Majocha
Projekt klimatyzacja Minikowski 20 01 2010 wieza FORMUŁY
Projekt klimatyzacja Minikowski 29 11 2009
Projekt klimatyzacja Minikowski 5 01 2010
Projekt klimatyzacja Minikowski 24 11 2009
Projekt klimatyzacja Minikowski 17 11 2009
Projekt klimatyzacja Minikowski 16 11 2009
projekt klimatyzacja Minikowski 9 11 2009
Projekt klimatyzacja Minikowski 09 12 2009
Projekt klimatyzacja Minikowski 18 11 2009 KOMENTARZE
Projekt klimatyzacja Minikowski 25 01 2010
Projekt klimatyzacja sprawdzanie dane Minikowski k2
Projekt klimatyzacja Minikowski 01 12 2009

więcej podobnych podstron

Kontakt | Polityka prywatności

Chodnik odstawczy
Temperatura sucha na dopływie, tsd,°C	26,3
Temperatura wilgotna na dopływie, twd,°C	23,5
tx	55,3
Średnia temperatura pierwotna, tpm,°C	40,5
Liczba Fouriera, Fo	53,13
Liczba Biota, Bi	3,08
Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., ae, m^2/s	3,12E-06
Liczba Kirpiczewa, Ki	0,36
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, , W/(m^2K)	6,43
Promień równoważny wyrobiska, ro, m.	1,36
Temperatura wirtualna, TV, K	302,2
Ciśnienie statyczne powietrza, p, Pa	111329,7
Gęstość powietrza, , kg/m	1,283
Strumień masy powietrza suchego,	15,40
Moc dodatkowych źródeł ciepła, Nz, kW	330
Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, czs	0,24
Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła, , W/m.