Spis treści.

1.Przedmiot i zakres opracowania…………………………………………........................................................................................................2

2.Schemat obliczeniowy…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………....4

2.1 Obliczanie ilości powietrza wentylacyjnego w zależności o ilości osób………………………………………………………………………………...4

2.2.1 Zyski ciepła od ludzi………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…4

2.2.2 Zyski od oświetlenia elektrycznego…………………………………………………………………………………………………………………………………5

2.2.3 Zyski ciepła od słońca przez przegrody przezroczyste……………………………………………………………………………………………………....5

2.2.4 Zyski ciepła od słońca przez przegrody nieprzezroczyste…………………………………………………………………………………………….…….6

2.2.5 Zyski ciepła od urządzeń elektrycznych…………………………………………………………………………………………………………………………….7

2.2.6 Obliczenie całkowitych zysków cieplnych…………………………………………………………………………………………………………………………7

2.2.7 Obliczanie ilości powietrza wentylacyjnego na podstawie obciążenia cieplnego pomieszczenia ( zysków ciepła)……..…...7

2.3 Obliczanie ilości powietrza wentylacyjnego przy uwzględnieniu wymaganej krotności wymian…………………………………………..10

3. Dobór dodatkowych elementów instalacji……………………………………………………………………………………………………………………………..12

3.1 Dobór wyciągów okapów-część wyciągowa…………………………………………………………………………………………………………………………12

3.2 Kolana i trójniki-część wyciągowa……………………………………………………………………………………………………………………………………..….12

3.3 Dobór kratki nawiewnej-część nawiewna…………………………………………………………………………………………………………………………..…13

3.4 Straty ciśnienia w instalacji……………………………………………………………………………………………………………………………………………….….13

3.5 Dobór centrali nawiewno-wywiewnej……………………………………………………………………………………………………………………………………13

4. Podsumowanie………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..14

1. Przedmiot i zakres opracowania

Celem opracowania jest projekt wentylacji nawiewno-wywiewnej dla hartowni w której pracują na stałe dwie osoby. W pomieszczeniu znajdują się dwie wanny hartownicze i jeden piec hartowniczy. Hala ma powierzchnię 300 m². Okna umiejscowione są od strony południowej. Wysokość pomieszczenia wynosi 6m. I strefa klimatyczna. Temperatura w pomieszczeniu którą zakładam to 15˚C.Hartownia znajduje się w mieście Trzebiatów.

W niniejszym przypadku, rozpatruje się pomieszczenie w którym wykonuje się prace hartownicze. Są to prace, gdzie człowiek narażony jest na wiele zagrożeń związanych z klimatem, któremu towarzyszą prace w hartowni. Mogą być to opary oleju powstałe podczas chłodzenia detali po nagrzewaniu w piecach, lub opary olejów i smarów(pozostałości po obróbce mechanicznej) powstałe podczas umieszczania detali w piecu hartowniczym. Na uwagę zasługuje fakt, iż w takim budynku trudno określić częstość wykonywania prac hartowniczych. Na pewno nie są one wykonywane w sposób ciągły, ze względu na czas nagrzewania detali w piecu lub ilości zleceń. Zyski cieplne z pieców są stałe. Piece zazwyczaj pozostają nagrzane nieustannie. Emitują one znaczące ilości ciepła. Natomiast pojawienie się zanieczyszczeń w postaci oparów oleju lub znacznej ilości pary wodnej, może występować z różną częstotliwością zależną od ilości zleceń i typu zleceń.

Rozróżnia się trzy metody dobierania systemu wentylacji : metoda zysków ciepła, krotności wymiany ciepła, zysków pary wodnej i zysków zanieczyszczeń pomieszczenia. Wg metod ustala się strumień filtrującego powietrza następnie dobiera się urządzenia wentylacyjne. O dobraniu metody obliczeń decyduje charakter prac wykonywanych w pomieszczeniu. Dobiera się tę metodę dla której zapotrzebowanie na strumień wentylacyjnego powietrza jest największy. W przypadku hartowni metoda doboru systemy wentylacji według zysków ciepła jest dość skomplikowana, ze względu na trudność określenia zysków ciepła od pieca hartowniczego. Założono sprawność pieca o wartości 90%,aby ułatwić obliczenia. Określenie ilości pary wodnej lub zanieczyszczeń oparami smaru lub oleju jest również dość kłopotliwe. Zależą one od częstości wykonywania prac, rodzaju i wielkości detali oraz temperatury obróbki detalu. Najbardziej właściwą w tym przypadku metodą wydaje się metoda krotności wymiany powietrza. Zapewnia ona zarówno komfortową jak i bezpieczną pracę osobom przebywającą w pomieszczeniu.

Problem systemu wentylacji w tym budynku postanowiono rozwiązać następująco: Dobrano system nawiewno-wywiewny wentylacji który zapewni wymianę powietrza ze względów higienicznych dla pracowników hartowni u. Dobierając go uwzględnię zyski ciepła od pieca przegród i ludzi .Będzie on działał nieustannie podczas przebywania ludzi w tym budynku. Drugim systemem będzie system nawiewno-wywiewny powietrza, działający podczas wydzielania się oparów z pieca lub wanien hartowniczych. Nad tymi urządzeniami zamontowane będą okapy wyciągowe, które będą w stanie wymienić powietrze w całym pomieszczeniu w szybkim czasie, tym samym usuwając wszelkie zanieczyszczenia powietrza powstałe w wyniku obróbki. Instalacja ta będzie uruchamiana przez pracowników w razie potrzeby wykonania prac hartowniczych. Powietrze będzie nawiewane po przeciwnej stronie hali.

2. Schemat obliczeniowy.

2.1 Obliczanie ilości powietrza wentylacyjnego w zależności o ilości osób.

$$V = n \bullet V_{i}\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

V_i- ilość powietrza świeżego przypadająca na jedną osobę $\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$ (60) wg: PN-83/B-03430

n- ilość osób (2)

$$V = 2 \bullet 60 = 120\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

2.2 Obliczenie strumienia zapotrzebowanego powietrza po zyskach ciepła w pomieszczeniu:

Obliczanie zysków ciepła:

Q=Q_OK+Q_SC+Q_O+Q_L+Q_U[W]

2.2.1 Zyski ciepła od ludzi:

Zyski ciepła jawnego

Q_L = φ • n • q_j[W]

φ- współczynnik jednoczesności przebywania ludzi (0,95)

n- liczba osób (2)

q_j-jednostkowy strumień ciepła oddany do otoczenia 135 w/m²

Q_L = 0.95 • 2 • 135 = 265 [W]

Zyski ciepła utajonego

$$W = \varphi \bullet n \bullet w_{j}\ \lbrack\frac{g}{h}\rbrack$$

$$W = 0.95 \bullet 2 \bullet 130 = 247\ \lbrack\frac{g}{h}\rbrack$$

w_j- jednostkowy stumień pary wodnej oddawany do otoczenia przez człowieka w zależności od aktywności i temperatury otoczenia-88 W/m²

2.2.2 Zyski od oświetlenia elektrycznego

Brak.

2.2.3 Zyski ciepła od słońca przez przegrody przezroczyste:

Dla pojedynczego okna:

Q_OK = F • [Φ₁•Φ₂•Φ₃•(k_C•R_S•I_cmax+k_r•R_C•I_rmax)+U_OK•(t_z−t_p)][W]

F- powierzchnia okna w świetle muru [m²] (9 m²)

Φ₁- udział powierzchni szkła w powierzchni okna (0,8)

Φ₂- poprawka ze względu na wysokość nad poziomem morza (1)

Φ₃- współczynnik uwzględniający rodzaj oszklenia i urządzenia przeciwsłoneczne (okno podwójnie szklone od zewnątrz, szkło pochłaniające 48 do 56%, od wewnątrz zwykłe, żaluzje wewnętrzne pod kątem 45º, jasne o dużym połysku)wynosi (0,36)

R_S- stosunek powierzchni nasłonecznionej do całkowitej (1)

R_C- stosunek powierzchni zacienionej do całkowitej (R_S+R_C=1)

I_cmax, I_rmax- maksymalne wartości natężenia promieniowania całkowitego i rozproszonego dla szkła grubości 3mm [$\frac{W}{m^{2}}\rbrack$ , dla miesiąca Lipca dla orientacji przegrody S, w obszarze miast wynosi (509)

k_C, k_r- współczynnik akumulacji ( 0,79)

U_OK- współczynnik przenikania ciepła przez okna dla całego okna(1,4) [$\frac{W}{m^{2}K}\rbrack$

t_z- obliczeniowa temperatura powietrza zewnętrznego 22,5 [ºC]

t_p- obliczeniowa temperatura w pomieszczeniu 15 [ºC]

Q_OK = 1, 5 • [0,8•1•0,36•(0,79•1•509+0,79•0•509)+1,4•(22,5−15)] = 363[W]

Liczbo okien -4 Q=1452 W

2.2.4 Zyski ciepła od słońca przez przegrody nieprzezroczyste.

Zyski ciepła dla danej przegrody zewnętrznej ( z pominięciem części przezroczystych- okien)

Q_SC = F • K • t_r[W]

Q_SC = 195 • 0, 5 • 4, 5 = 438 [W]

F – pole powierzchni przegrody nieprzezroczystej [m²]

K – współczynnik przenikania ciepła przegrody[ $\frac{W}{m^{2} \bullet K}$] bo posiadam ścianę z betonu lekkiego z ociepleniem od strony zewnętrznej ( żelbet 25cm K = 0,5 , masa jednostkowa 207 kg/m²)

t_r- równoważna różnica temperatur [K]

( 0 C) dla godziny 12

t_r = t_r+(t_zm − 24)+(26−tp) + β[C]

t_r = 0+(30 − 24)+(26−26) − 1, 5 = 4, 5[C]

2.2.5 Zyski ciepła od urządzeń elektrycznych

Piecyk do hartowania o mocy 35 kW. Sprawność wynosi 0,9. Ilość ciepła oddawane do pomieszczenia: Q = P•η=35•1000 • 0, 1=3500 W

Q_U=1.7 Całkowity bilans ciepła

2.2.6 Obliczenie całkowitych zysków cieplnych.

Q=Q_OK+Q_SC +Q₀+Q_L+Q_U[W]

Q=247+265+1452+3500+438=5902 W

2.2.7 Obliczanie ilości powietrza wentylacyjnego na podstawie obciążenia cieplnego pomieszczenia ( zysków ciepła)

$$V = \frac{Q_{\max} \bullet 3,6}{\rho \bullet C_{p} \bullet (t_{u} - t_{n})}\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

Q_max- największa sumaryczna wartość zysków ciepła w pomieszczeniu [W]

ρ- gęstość powietrza (1,2$\frac{\text{kg}}{m^{3}}$)

C_p- ciepło właściwe powietrza ( 1$\frac{\text{kJ}}{kg \bullet K}$)

t_n- temperatura powietrza nawiewanego 30 [C]

t_u- temperatura powietrza usuwanego z pomieszczenia [K] gdzie t_u = t_p i 32 [C]

$$V = \frac{5902 \bullet 3,6}{1,2 \bullet 1 \bullet (34 - 30)} = 1229,5\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

W ścianie tylnej i przedniej budynku zostania zainstalowane w trzech kanałach o przekroju 0,24 m trzy wentylatory nawiewnym EF 200 firmy Dospel o wydatku 450 m . Jedne będą pracowały jako wywiewne a drugie nawiewne. Działanie opisuje poniższy schemat:

Rysunek 2 Schemat instalacji zapewniającej wymianę powietrza uwzględniającej zyski ciepła w pomieszczeniu.

Rysunek 3 Wymiary wentylatora. Źródło: www.dospel.com A=240 B=83 C=112

Rysunek 4 Tabela parametrów wentylatora. Źródlo:www.dospel.com

Sprawdzenie prędkości powietrza w kanale : W=$\dot{V}$/A=0,125[m³/s]:0,24[m]=0, 52[m/s] - Prędkość w kanale jest prędkością dopuszczalną.

2.3 Obliczanie ilości powietrza wentylacyjnego przy uwzględnieniu wymaganej krotności wymian.

Tutaj dobrano instalacje miejscowych okapów nad wannami i piecem, wyciągających powietrze, które to mają za zadanie szybko usunąć zanieczyszczenia powietrza powstałe w trakcie obróbki. Pracownik będzie mógł włączyć i wyłączyć skald w dowolnym momencie. Nawiew Świerzego powietrza będzie prowadzony po przeciwnej stronie hali. Przewody doprowadzające będą prowadzone w pomieszczeniu pod sufitem. Powietrze wyciągane trafi do centrali wentylacyjnej, gdzie odda swoje ciepło powietrzu nawiewanemu i przed wyrzuceniem na zewnątrz zostanie oczyszczone. Powietrze nawiewane również zostanie oczyszczone. W centrali zamontowany jest wentylator. Instalacja składa z:

1. Centrala wentylacyjna

2. Przewody wyciągowe kwadratowe

3. Trójniki sztuk 2.

4. Kolana sztuk 2.

5. Przewód nawiewny.

6. Kratki nawiewne.

Rysunek 5 Schemat isntalacji nawiewno-wywiewnej z odciągami miejscowymi.

$$V = n \bullet V_{p}\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

Vp- kubatura pomieszczenia [m³] (1465m³ )

n- założona krotność wymian w pomieszczeniu [h⁻¹] (10)

$$V = 10 \bullet 1465 = 14650\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

Pole przekroju w przewodów instalacji.

Zakładam prędkość powietrza w instalacji 5 m/s, wymiary 0,9*0,9 m

A=$\dot{V}/W$=14650/3600/5=0,81m²

Zamówić u producenta przewód wentylacyjna kwadratowy o wymiarach 0,9*0,9 m o długościch:

• Część nawiewna : 18 m

• Część wyciągowa: 12,5 m

Opór liniowy w rurociągu:

Współczynnik β=1 ; R= 0,3 pa/m -według http://www.instsani.webd.pl

a) Część nawiewna:  Δp=β•R•l=1*0,3*[pa/m]*18[m]=5,4 Pa

b) Część wyciągowa: :  Δp=β•R•l=1*0,3*[pa/m]*12,5[m]=3,75 Pa

3. Dobór dodatkowych elementów instalacji.

3.1 Dobór wyciągów okapów-część wyciągowa:

Zamówić u producenta okap do odciągu spalin o wymiarach pieca i wanien. Tak aby można je było podłączyć do przewodu 0,9*0,9. Np. www.lutech.pl Zamontowane będą na wysokość 1,5 nad podłogą.

3.2 Kolana i trójniki-część wyciągowa.

Kolano spawane 90˚ zamówić w warsztacie ślusarskim na przewód o wymiarach 0,9*0,9. Zamówić 2 sztuki.

Δp= ξ (ρ*w²)/2=2*(1,2*5²)/2=30 [Pa] *2=60 Pa

Zamówić trójniki spawane na przewód o przekroju 0,9*09. Sztuk 2.

Δp= ξ (ρ*w²)/2=2,5*(1,2*5²)/2=37,5 [Pa]*2=75 Pa

3.3 Dobór kratki nawiewnej-część nawiewna.

Na nawiew instalacji dobrano 3 kratki nawiewnie z blachy ocynkowanej firmy Lindap każda o wydatku 4500 m³/h I wymiarach 0,1*0,5 [m]. Każda wiąże z sobą 7 Pa spadku ciśnienia. Kratki będą nawiewać powietrze w dół.

3.4 Straty ciśnienia w instalacji.

a) Wyciągowa-138,75 Pa

b) Nawiewna-26,4 Pa

3.5 Dobór centrali nawiewno-wywiewnej.

Według zapotrzebowania na wymianę powietrza która wynosi $14650\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack\ $ Dobrano centralę firmy System Air, zestaw DvCompact 40 o SFP=2,5. Zawiera ona nagrzewnice powietrza, filtr wentylator, wymiennik krzyżowy oraz wyrzutnie. Ciśnienie PS wynosi około 160 Pa

Rysunek 6 Charakterystyka centrali wentylacyjnej. Źródło www.systemair.com

4. Podsumowanie.

Opracowanie systemu wentylacji do budynku jakim jest hartownia jest zagadnieniem dosyć kłopotliwym. Niemniej jednak rozwiązanie problemu pokazane w niniejszej pracy wydaje się być optymalne. W związku z tym, że charakter wydzielanego ciepła oraz zanieczyszczeń od urządzeń technologicznych (które stanowią główną wagę obciążenia) można podzielić na stałe(np. zyski cieplne od pracującego pieca) i chwilowe (zyski ciepła w trakcie chłodzenia detalu w wannach, wydzielanie się oparów nad piecykiem oraz wannami). Nasuwa się wniosek, że zbudowanie jednej instalacji uwzględniającej wszystkie obciążenia te chwilowe i stałe byłoby nieekonomiczne w eksploatacji. Właśnie dlatego, zdecydowano się właśnie na zastosowanie dwóch instalacji zapewniających komfort pracy w pomieszczeniu podczas gdy:

• Piec jest zamknięty i nie jest chłodzony detal w wannie. Wtedy działa instalacja zaprojektowana w ptk 3.2. niniejszego projektu. Zapewnia ona komfort przebywania ludziom w hartowni.

• Detal wkładany jest do pieca bądź do wanny(chłodzenie). Wtedy pracownik ma możliwość włączenia instalacji dodatkowej instalacji nawiewno-wywiewnej opisanej w punkcie 4 niniejszego projektu. Zapewnia ona odebranie zysków ciepła powstałych podczas chłodzenia materiału oraz wyminę powietrza zanieczyszczonego powstałymi oparami.

Jeżeli w owym budynku zastosowałoby tylko jedna instalacje, to musiałaby ona uwzględnić wszystkie czynniki wpływające na komfort przebywania ludzi. Wiązałoby się to z zastosowaniem dużych wentylatorów które musiałby pracować nieustannie. Wyżej pokazane rozwiązanie ogranicza pracę tych większych instalacji, które odbierają zanieczyszczone powietrze, podczas chłodzenia detali, wkładania detali do pieca lub innych przypadków wydzielania się technologicznych zanieczyszczeń powietrza, aż do momentu wymiany powietrza w budynku. Dzięki takiemu rozwiązaniu można zaoszczędzić na zużywaniu energii elektrycznej do zasilania instalacji wentylacyjnej budynku.

.

Obliczanie sieci przewodów wentylacji wywiewnej
Nr Węzła	Vh	Vs	d	R	I	RI	v	ζ	Z	Δpc
	m³/h	m³/s	mm	Pa	m	Pa/m	m/s	Pa	Pa	Pa
1 do 2	6981,53	1,939314	500	3	6,152	18,456	9,881854	1,14	66,79331	85,24931
2 do 3	5984,17	1,662269	500	3	1,36	4,08	8,470163	0,92	39,6025	43,6825
3 do 4	4986,81	1,385225	500	3	2,04	6,12	7,058471	0,92	27,50175	33,62175
4 do 5	3989,45	1,108181	500	3	1,98	5,94	5,64678	0,92	17,60114	23,54114
5 do 6	2992,09	0,831136	450	2,6	1,97	5,122	5,228504	0,92	15,09017	20,21217
6 do 7	1994,73	0,554092	450	2,6	2,036	5,2936	3,485675	0,92	6,706763	47,00036
7 do 8	997,37	0,277047	400	2,4	1,985	4,764	2,20579	0,22	0,642247	40,40625
										253,3072
Wywiew do wyrzutni
1 do 2	6981,53	1,939314	500	3	4,66	13,98	9,881854	0,22	12,88994	86,86994
								Suma Całkowita	340,1772