Введение к работе
Актуальность проблемы: Современные системы вентиляции производственных помещений с технологически регламентированными параметрами воздушной среды являются сложными и дорогостоящими инженерно-техническими сооружениями. Необходимость их применения, например, на предприятиях легкой и пищевой промышленности, обусловлена особыми требованиями технологического процесса к микроклимату производственных помещений для обеспечения определенных свойств перерабатываемого материала путем поддержания соответствующих температурно-влажностных режимов. Температурные колебания только в диапазоне ±30С могут снизить качество продукции на ~10-11%, что, например, в пивоваренной отрасли может составлять до 1,3 млрд. руб./год прямых экономических потерь, а с учетом стоимости энергозатрат в системах вентиляции на поддержание требуемых микроклиматических параметров, они могут вырасти вдвое. В свою очередь, микроклимат производственных помещений существенно зависит от особенностей распределения тепла и влаги в объеме помещения, а также теплообменных процессов у поверхности наружных ограждений. Тем самым, определяющим условием обеспечения стабильности микроклиматических условий в помещениях с заданными параметрами воздушной среды следует считать управляемое воздействие на механизмы реализации названных тепловлажностных процессов. Последнее может быть эффективно реализовано на основе управляемого формирования воздушных потоков у наружных ограждений и в объеме производственного помещения.
Таким образом, решением проблемы обеспечения стабильности регламентируемых параметров воздушной среды технологически заданных условиями ведения производственных процессов будет разработка функционально и энергоэффективных схемы и способа организации воздухообмена в объеме вентилируемого помещения. Решение названных задач является предметом разработки настоящей диссертации.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».
Цель исследования: повышение функциональной эффективности систем вентиляции влагонасыщенных производственных помещений с технологически регламентированными параметрами воздушной среды путем оптимизации способа и схемы воздухораспределения.
Для достижения указанной цели в работе решались следующие основные задачи:
- анализ особенностей взаимосвязи режимных условий ведения технологических процессов с параметрами воздушной среды влагонасыщенных производственных помещений;
- изучение особенностей формирования температурно-влажностных полей в реальных условиях производственных помещений с повышенной влажностью воздушной среды (на примере солодовенного цеха пивоваренных производств);
- разработка математической модели формирования температурных полей во влагонасыщенном помещении, вентилируемом настилающимися на наружное ограждение приточными струями;
- экспериментальное исследование закономерностей формирования температурных полей под воздействием настилающихся управляемых приточных струй;
- разработка схемы аппаратурного исполнения воздухораспределительного устройства с регулируемым формированием настилающихся приточных струй;
- разработка основ оптимизационного расчета схемы организации воздухообмена, системами приточной вентиляции воздухораспределителями с регулируемым формированием настилающихся приточных струй.
Основная идея работы состояла в достижении функционального и энергоэффективного обеспечения оптимальных температурно-влажностных условий ведения производственных процессов во влагонасыщенных цехах с технологически регламентированными параметрами воздушной среды посредством управляемого воздухораспределения настилающимися приточными струями по схеме «снизу-вверх».
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, исследования в условиях действующего производства, экспериментальное исследование на лабораторных моделях, применения положений математической статистики и корреляционного анализа.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обоснована применением классических положений теории математического анализа и физического моделирования изучаемых процессов, планированием числа экспериментов и подтверждением удовлетворяющей сходимостью полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также результатами других авторов.
Научная новизна:
- в реальных условиях действующего цеха пищевого предприятия с регламентированными параметрами воздушной среды (солодовенный цех пивоваренного производства) определены особенности их формирования под влиянием теплообмена с наружными стенами и равномерно размещенным в рабочей зоне влаговыделяющим технологическим оборудованием;
- предложена математическая модель формирования температурных полей у внутренних поверхностей наружных ограждений и в объеме производственных помещений под воздействием регулируемых настилающихся приточных струй;
- экспериментально установлены определяющие условия функционально-энергетической оптимизации работы системы вентиляции, закономерности формирования температурно-влажностных полей в воздушной среде цеха настилающимися приточными струями с регулируемой конфигурацией их развития у поверхности наружных стен;
- обобщены параметрические характеристики структурной оптимизации схемы размещения воздухораспределяющих устройств, обеспечивающих устойчивое формирование технологически заданного микроклимата в рабочей зоне вентилируемого влагонасыщенного цеха.
Практическая значимость:
- получены расчетные зависимости для определения температурных и скоростных характеристик в сечении плоских настилающихся приточных струй;
- проведена конструктивно-техническая разработка воздухораспределителя с регулируемым формированием конфигурации настилающейся приточной струи;
- обоснована схема функциональной и энергоэффективной организации воздухообмена во влагонасыщенных цехах с технологически регламентированными параметрами воздуха рабочей зоны;
- предложена методика инженерного расчета функционально-эффективного воздухораспределения приточного воздуха во влагонасыщенных цехах с технологически регламентированными параметрами микроклимата рабочей зоны настилающимися струями с регулируемой конфигурацией их развития.
Реализация результатов работы:
- на основании полученных результатов разработаны и переданы рекомендации по совершенствованию вентиляции солодовенных цехов пивоваренных заводов ОАО «СанИнбев» г. Саранск и г. Волжский, а также солодовенных заводов ЗАО «Русский солод»;
- разработаны и переданы к использованию ООО «Технический центр «Кондиционер» технические рекомендации на применение щелевого воздухораспределителя для нижней подачи воздуха;
- материалы диссертационной работы используются кафедрой ОВЭиПБ ВолгГАСУ в курсах лекций, практических занятиях, а также в курсовом и дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».
На защиту выносятся:
- обоснование на основе натурных исследований перспективности использования схемы воздухораспределения настилающимися струями с регулируемой конфигурацией для энергоэффективной вентиляции влагонасыщенных цехов с технологически регламентированными параметрами воздуха рабочей зоны;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей формирования температурно-влажностных полей во влагонасыщенных помещениях с технологически обусловленными параметрами микроклимата под воздействием настилающихся на наружное ограждение приточных струй;
- модель технологической основы организации воздухораспределения настилающимися приточными струями с регулируемой конфигурацией;
- унифицированная структурная схема аппаратурного исполнения воздухораспределителя для получения настилающейся приточной струи с регулируемой конфигурацией;
- основы методики оптимизационного расчета энерго- и функционально- эффективного воздухораспределения плоскими настилающимися струями с регулируемой конфигурацией.
Апробация результатов работы:
Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на международной научно-технической конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград, 2007-2009 г.), X Международной научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2009 г.), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» (2007-2009 г.).
Публикации. Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 2 изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 84 наименования, и приложений общим объемом 136 страниц, содержит 44 рисунка и 21 таблицу.
