Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Актуальность проблемы поддержания искусственного микроклимата при переработке текстильных волокон 14
1.1. Технологические требования к параметрам искусственного микроклимата при переработке текстильных волокон 14
1.2. Санитарно - гигиеническая оценка искусственного микроклимата 20
1.3. Проблемы производства продукции текстильной промышленности при существующих системах кондиционирования воздуха 23
Выводы по главе 25
Глава 2. Аналитический обзор существующих способов создания искусственного микроклимата в производственных помещениях текстильных предприятий 26
2.1. Существующие способы и оценка эффективности воздухообмена при поддержании искусственного микроклимата в технологической и рабочей зонах 26
2.2. Обоснование применения принципа вытесняющей вентиляции в системе технологического кондиционирования воздуха локальным способом 33
Выводы по главе 37
Глава 3. Разработка и исследование системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции 40
3.1. Основные принципы и требования при разработке технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции 40
3.2. Разработка методики расчёта воздухообмена по схеме «снизу-вверх» локальным способом по типу вытесняющей вентиляции 44
3.3. Экспериментальное исследование технологического кондиционирования воздуха локальным способом на модели 52
3.3.1. Методика расчёта экспериментальной модели методом неполного физического моделирования 52
3.3.2. Расчёт геометрических, тепловых и аэродинамических масштабов экспериментальной модели 55
3.3.3. Разработка экспериментальной модели прядильного цеха 58
3.3.4. Методика проведения эксперимента на модели 65
3.3.5. Экспериментальное исследование эффективности технологического кондиционирования локальным способом по типу вытесняющей вентиляции методом моделирования 67
Выводы по главе 78
Глава 4. Сравнительная оценка эффективности усовершенствованной и традиционной систем технологического кондиционирования воздуха 80
4.1. Анализ эффективности традиционной системы технологического кондиционирования воздуха перемешивающего типа 80
4.2. Оценка эффективности усовершенствованной системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции 84
4.3. Аналитическое сапостановление полученных результатов и сравнительная оценка эффективности рассматриваемых систем технологического кондиционирования 87
Выводы по главе 89
Глава 5. Разработка и исследование воздухораспределителя для системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции 91
5.1. Анализ существующих конструкций воздухораспределителей, применяемых в системах технологического кондиционирования 91
5.2. Анализ физических характеристик и основных Закономерностей вентиляционных струй 103
5.3. Разработка конструктивно-технологического решения воздухораспределителя локальной раздачи воздуха с интенсивным гашением скорости приточных струй 109
5.4. Методика конструирования элементов воздухораспределителя с оппозитными каналами 115
5.5. Методика проведения экспериментальных исследований разработанного воздухораспределителя 118
5.6. Результаты экспериментальных исследований аэродинамических характеристик результирующей струи на выходе из воздухораспределителя 129
5.7. Физическая и математическая модели аэродинамического расчета воздухораспределителя локальной раздачи с интенсивным гашением скорости приточных струй 135
5.8. Инженерная методика расчёта и анализ характеристик разработанного воздухораспределителя 141
Выводы по главе 148
Основные выводы и результаты 150
Библиографический список 153
Приложения 176
- Санитарно - гигиеническая оценка искусственного микроклимата
- Обоснование применения принципа вытесняющей вентиляции в системе технологического кондиционирования воздуха локальным способом
- Методика расчёта экспериментальной модели методом неполного физического моделирования
- Оценка эффективности усовершенствованной системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции
Введение к работе
Актуальность темы. Согласно стратегии социально-экономического развития России до 2020 года главной задачей является подъем благосостояния российского народа и обеспечение его качественными импортозамещающими товарами легкой и текстильной промышленности отечественного производства. Предусматривается увеличить в двое объем конкурентоспособной продукции, в том числе тканей с ростом их на внутреннем рынке почти в 3 раза, от 20 (в настоящее время) до 55%.
На текстильных предприятиях для выполнения стратегии развития, используются энергоёмкие системы технологического кондиционирования воздуха, которые являются неотъемлемой частью технологических процессов. По данным Мировой энергетической конференции и российских специалистов на системы климатизации затрачивается до 35% вырабатываемой тепловой энергии, что составляет около 40% от общего энергопотребления предприятия и на единицу продукции тратится в 3 раза больше энергии, чем в западных странах. Несмотря на значительные энергозатраты, исследования показали, что состояние искусственного микроклимата в производственных помещениях текстильных предприятий не соответствует оптимальным условиям труда и росту качества продукции.
Главной причиной снижения качества, повышения стоимости и материалоемкости текстильной продукции является обрывность нитей при технологическом процессе прядения и ткачества. На Российских предприятиях на 1000 вер/ч приходится 300 и более обрывов, при норме - 60-100, при этом в брак уходит значительное количество ценного сырья и около 60% рабочего времени на ликвидацию обрывов. Основной причиной многочисленных обрывов нитей в ходе производства пряжи и ткани до 50% является несоответствие показателей влагосодержания волокон W, %, технологическим требованиям. Имеются данные о том, что если сократить фактическую обрывность нитей в прядении и ткачестве до нормативной (60-100 обрывов на 1000 вер/ч), то можно сэкономить только на натуральных и синтетических волокнах сотни млн. руб. в год.
Низкая эффективность применяемых энергоёмких систем технологического кондиционирования является одной из главных причин высокой обрывности нитей, ведущей к снижению качества выпускаемой продукции, увеличению её себестоимости и нерациональным энергозатратам на кондиционирование воздуха.
Именно этим определяется высокая актуальность темы диссертации и проведение научных исследований, направленных на совершенствование систем технологического кондиционирования воздуха за счёт эффективных схем воздухообмена и способов воздухораздачи, а также применения новых воздухораспределительных устройств.
Работа выполнена на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» в рамках научных Программ федерального уровня, а именно Государственного контракта №16.740.110069 от 1.09.2010 г. «Разработка новых технологий и технических решений в системах транспортировки, распределения и потребления тепла. Методика оценки эффективности, энергоэффективной технологии и теплообменное оборудование и утилизация теплоты» (шифр 2010-1.2.1-101-009).
Цель работы и задачи исследования. Целью настоящих исследований является комплексное решение проблемы на основе совершенствования и внедрения в практику технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции и схеме воздухообмена «снизу-вверх» на примере прядильно-
4 го производства, с поэтапной разработкой методологии усовершенствования данной системы и способов поддержания параметров искусственного микроклимата в производственных помещениях.
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи научных исследований:
обоснование необходимости создания искусственного микроклимата в производственных помещениях текстильных предприятий с помощью систем технологического кондиционирования воздуха;
совершенствование системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции и схемой воздухообмена «снизу-вверх» с последующим исследованием на экспериментальной модели;
разработка и исследование нового воздухораспределителя постоянного статического давления с интенсивным гашением скорости приточных струй;
обеспечение экономической и энергетической эффективности, усовершенствованной автором системы технологического кондиционирования воздуха.
Научную новизну диссертации составляет усовершенствованная система технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляиии и схеме воздухообмена «снизу - вверх», в том числе:
полученные на экспериментальной модели новые результаты исследований усовершенствованной системы технологического кондиционирования воздуха;
новая инженерная методика расчёта воздухообменов для проектирования усовершенствованной системы технологического кондиционирования воздуха;
новая конструкция воздухораспределителя постоянного статического давления с интенсивным гашением скорости приточных струй;
инженерная методика расчёта предлагаемого воздухораспределителя с интенсивным гашением скорости приточных струй для усовершенствования технологического кондиционирования воздуха;
новые результаты теоретических и экспериментальных исследований аэродинамических характеристик результирующей струи внутри и на выходе из разработанного воздухораспределителя.
Основные положения, выносимые на защиту:
влияние параметров искусственного микроклимата на физико-механические свойства перерабатываемых текстильных волокон при оценке энергетической, технологической и комфортной эффективности применяемых систем технологического кондиционирования воздуха на предприятиях текстильной промышленности;
усовершенствованная система технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции и схемой воздухообмена «снизу-вверх»;
новые результаты теоретических и экспериментальных исследований усовершенствованной системы технологического кондиционирования воздуха на модели;
новый инженерный метод расчёта воздухообменов при усовершенствованной системе технологического кондиционирования воздуха;
новая конструкция воздухораспределителя постоянного статического давления с интенсивным гашением скорости приточных струй с целью совершенствования технологического кондиционирования воздуха;
результаты экспериментальных и теоретических исследований разработанного воздухораспределителя;
физическая и математическая модели аэродинамического расчёта и разработанная на её основе инженерная методика расчёта воздухораспределительного устройства постоянного статического давления с интенсивным гашением скорости приточных струй;
технико-экономическая оценка и обоснование эффективности усовершенствованной автором и внедрённой в производство системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции и схемой воздухообмена «снизу-вверх».
Практическая значимость работы определяется решением в диссертации актуальной проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение при реализации стратегии развития отрасли текстильной промышленности. Результаты исследований были апробированы на практике и внедрены в ОАО «Сурская мануфактура им. В.Асеева» в г. Сурске Пензенской области, а также использовались в проектной организации ООО «Гражданпроект» г. Пензы при проектировании реконструкции систем технологического кондиционирования воздуха на текстильных предприятиях Пензенской области. Результаты исследования в диссертации используются в учебном процессе при подготовке специалистов по направлению 270100 «Строительство», а также при реальном проектировании дипломных проектов и выполнении магистерских диссертаций.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на VII...XII Международных научно - практических конференциях «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах», (г. Пенза) в период с 2006 по 2011 г. г.; на студенческой научно - технической конференции «Студенческая наука - интеллектуальный потенциал XXI века» ПГУАС, (г. Пенза), 2007 г.; на III Методическом семинаре «Высшее строительное образование и современное строительство в России и зарубежных странах» (г. Пекин, г. Шанхай), 2008 г. Результаты научных исследований неоднократно экспонировались на различных образовательных и научно-технических выставках.
Достоверность результатов работы. Задачи, представленные в диссертации решались на основе физического эксперимента на модели, проводимого в лабораторных условиях, а также на основе исследований современных достижений в области теории и практики создания систем технологического кондиционирования воздуха и физико-математического моделирования. Достоверность исследований достигается использованием оборудования и измерительных приборов, обеспечивающих достаточную точность измерений. Для обработки полученных результатов исследований использовались сертифицированные компьютерные программы и измерительные приборы, прошедшие государственную поверку. Достоверность результатов исследований подтверждается сопоставлением расчётных и экспериментальных данных, а также показателями их внедрения в производство.
Личный вклад в решение проблемы заключается в выборе актуальной темы, в формулировке научно-практической цели и основных задач в области теоретических и экспериментальных исследований, с последующим самостоятельным анализом полу-
ченных результатов. Автором усовершенствованна система технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции, а также разработана конструкция нового воздухораспределительного устройства, предложена методика расчёта воздухообменов графоаналитическим методом на I-d диаграмме влажного воздуха, применительно к помещениям прядильного производства. Самостоятельно проведена апробация усовершенствованной системы технологического кондиционирования и осуществлено её внедрение в производство и в учебный процесс.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах по списку ВАК и патент РФ на воздухораспределительное устройство.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Результаты исследований изложены на 198 страницах основного текста, включающего 66 рисунков, 8 таблиц, библиографию из 230 наименований и 4 приложения.
Санитарно - гигиеническая оценка искусственного микроклимата
Искусственный микроклимат в производственных помещениях оказывает существенное влияние не только на технологический процесс, но и на физиологическое состояние работающих.
В данном разделе ставится задача определить, на основе имеющихся исследований гигиенистов [52, 69, 176, 177, 195] и нормативных документов [74, 180], близкий к комфортным условиям микроклимат в рабочей зоне, применительно к помещениям текстильных предприятий. Искусственный микроклимат в производственных помещениях для нужд технологии и комфорта характеризуется: относительной влажностью ф, %; температурой t, С, внутреннего воздуха; подвижностью v, м/с, воздуха; температурой тп, С, на поверхности ограждающих конструкций и оборудования; градиентом температуры gradAf, С/м, по вертикали и горизонтали, а также тепловым излучением от оборудования. Значения t, (р, v регулируются системой стандартов безопасности условий труда [74, 180].
На пультах и постах управления технологическими процессами, а также в других помещениях, в которых выполняется работа операторского типа, должны обеспечиваться оптимальные величины микроклимата, соответствующие категории работ по группе Па [74]: температура воздуха для холодного периода 18 - 20 С [74], для тёплого 21 - 23 С [74]; влажность в пределах 40 - 60 % [74], скорость движения воздуха не более 0,2 м/с - для холодного периода [74]. Градиент температуры gradAf, С/м, по вертикали и горизонтали помещения, а также изменения температуры воздуха в течение смены при обеспечении оптимальных величин микроклимата на рабочих местах не должны превышать 2 С и не выходить за пределы норм, указанных в [74].
Анализ микроклимата в производственных помещениях современных текстильных предприятий показал [91, 128, 193], что при существующих системах кондиционирования воздуха в помещениях наблюдается высокая теплонапря-жённость (в пределах от 120 до 150 кДж/(чм3)) и температура воздуха в рабочей зоне (более 30 С), а средняя температура на поверхности оборудования т достигает 37 С. Высокая температура внутреннего воздуха отрицательно воздействует как на технологический процесс, так и на самочувствие рабочих, поэтому не следует повышать температуру выше 24 С во все периоды года. Несмотря на это, технологи - практики склонны поддерживать высокие температуры воздуха в помещении (до 28-30 С), объясняя это качеством технологического процесса, хотя в нормах [59] рекомендуемая температура воздуха значительно ниже. Если считать, что температура поверхности тела человека постоянна (36,6 С), то можно сказать, что интенсивность теплообмена конвекцией человека с окружающей средой зависит от температуры tB, С, внутреннего воздуха и его подвижности v, м/с, в рабочей зоне [196]. Согласно [74], для категории работ средней тяжести - Па по допустимым условиям труда подвижность воздуха v в рабочей зоне допускается не более 0,3 м/с в холодный период года и до 0,4 м/с - в тёплый период. В свою очередь, технологи [220] рекомендуют поддерживать v для технологического процесса в пределах от 0,2 до 0,3 м/с, даже при высокой температуре воздуха в рабочей зоне ґ = 28-30С.
Теплообмен излучением от поверхности тела человека в окружающую среду является доминирующим и составляет 44 - 65 % от общей величины теплоотдачи [6, 91, 117, 141, 142, 196]. Учитывая то, что температура на поверхности текстильного оборудования достигает 37 С и выше, радиационная обстановка на текстильных предприятиях считается неудовлетворительной. Это вызывает перераспределение теплоотдачи за счёт конвекции (14-35% от общей величины теплоотдачи) и испарения пота (21 - 29 % от общей величины теплоотдачи) при условии увеличения подвижности v, м/с, воздуха или же за счёт снижения температуры на поверхности текстильного оборудования. Этого можно достичь за счёт изменения схем воздухораспределения, т.е. подачи приточного воздуха непосредственно в зону машин, обдувая их воздухом с низкой температурой t, С.
По санитарно-гигиеническим требованиям, согласно [180], рекомендовано принимать относительную влажность воздуха в пределах ф = 40 - 60 %. Несмотря на это, технологи [59, 147] рекомендуют в производственных помещениях текстильных предприятий поддерживать относительную влажность воздуха в пределах ф = 65 - 75 % при температуре внутреннего воздуха t = 22 - 26 С, что не удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям [74, 180]. Установлено также, что повышение относительной влажности ф до 70 - 75 % вызывает резкое ухудшение самочувствия работающих [91, 183, 220]. Приведённый анализ [52, 59, 62, 69, 74, 91, 147, 176, 177, 180, 195, 196, 220] показывает, что технологические и санитарно-гигиенические требования к параметрам t, ф, v искусственного микроклимата весьма различны. Это обуславливает необходимость создания в одном производственном помещении двух зон: технологической и рабочей, в которых необходимо создавать и поддерживать соответствующие параметры искусственного микроклимата. Решение этой задачи связано с использованием системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции.
Для того чтобы получить качественную продукцию, следует соблюдать правила ведения технологического процесса, которые регламентируются ГОСТами и стандартами [59, 73, 74, 76, 147, 148].
Актуальной проблемой при производстве шерстопрядильной продукции на предприятиях текстильной промышленности является высокая степень обрывности нитей и её полуфабрикатов на всех технологических стадиях производства (сучение, трепание, чесание, прядение, ткачество и др.). Согласно статистике [85, 91], в настоящее время на текстильных фабриках и комбинатах обрывность нитей составляет около 300 и более обрывов на 1000 веретён в час, т.е. в целом по стране на данных предприятиях в течение каждого часа происходит 1,5 млн обрывов нитей, на ликвидацию которых рабочий персонал тратит около 40 - 60 % своего рабочего времени. В настоящее время проблеме обрывности уделяют внимание не только специалисты в области систем технологического кондиционирования воздуха [91, 103, 105, 125], но и специалисты данного производства за счёт внедрения новой техники и инновационных технологий. За счёт этого предполагается снизить обрывность в целом на текстильных предприятиях России в аппаратном производстве до 80 - 100, а в гребённом - до 60 - 80 обрывов на 1000 веретён в час. Но, к сожалению, обрывность всё ещё остаётся очень высокой [86, 91].
Известно, что обрывность является одной из главных причин ухудшения качества выпускаемой продукции и увеличения её себестоимости из-за потерь ценного сырья в брак. Например, при переработке первичного сырья (ровницы) в пряжу только около 80 % всех отходов получаются в процессе обрывности, в то время как себестоимость готовой продукции на 87 = 94% зависит от стоимости сырья [86, 91].
Решение проблемы обрывности нитей позволит предприятиям вскрыть дополнительные резервы роста производительности труда, улучшить качество выпускаемой продукции и тем самым снизить её себестоимость [91, 103, 105, 125].
Обоснование применения принципа вытесняющей вентиляции в системе технологического кондиционирования воздуха локальным способом
Разработку новых эффективных систем вентиляции, а также проверку существующих систем в условиях, отличающихся от условий эксплуатации, весьма удобно проводить на моделях. Модель следует выполнять в определённом геометрическом масштабе, и все явления, происходящие внутри неё, должны быть подобны явлениям, которые происходят в натурном помещении. Поэтому при разработке модели прядильного цеха в данной диссертационной работе в соответствии с теорией подобия соблюдалась пропорциональность и масштабность между соответствующими физическими величинами, характеризующими явления, происходящие в реальном производственном помещении и его модели. При этом каждая моделируемая на модели физическая величина имела свой масштаб.
Современные методы моделирования основываются на теории теплового и гидроаэродинамического подобия и базируются на теореме Кирпичёва-Гухмана. Труды таких учёных, как А.А. Гухман, М.В. Кирпичёв, М.А. Михеев, Е.В. Кудрявцев и др. [81, 82, 91, 120, 122, 121, 132, 144], положили начало проведению исследований систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на моделях. Методы, предложенные данными авторами, имеют допущения различного вида. Среди них:
Одновременный выбор численных значений масштабностей нескольких физических величин, например: линейных размеров С1 1; разностей температур среды Ctt= 1; разностей поверхности нагрева и среды Ct t = 1; четвёртых степеней абсолютных температур С , =1; степени черноты поверхностей Сг =1. 2. Равенство характеризующих процесс однородных физических констант воздуха в модели и натуре. 3. Описание процесса лучистого теплообмена упрощённой эмпирической зависимостью вида где Єо - степень черноты; tm, tB - соответственно температуры поверхности нагрева и внутреннего воздуха, С; ф - угловой коэффициент излучения; Со - коэффициент излучения. Данная зависимость применяется только для того, чтобы сделать удобными математические преобразования. 4. Стремление обеспечить подобие лучистого теплообмена за счёт измене ния коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций модели, исходя из условия где (2л, Qn0T, QK3Q - соответственно лучистая, потребляемая и избыточная теплота, Вт. Подобие всех условий однозначности (или краевых условий) и равенство всех определяющих критериев в модели и натуре соблюсти, как правило, невозможно. Использование явления «автомодельности» процессов конвективного теплообмена и вынужденных течений относительно чисел Релея (Ra) и Рей-нольдса (Re) всё же позволяют сделать моделирование практически осуществимым. Такое моделирование, называемое неполным, вполне приемлемо тогда, когда ставится задача изучения параметров среды на некотором удалении от поверхностей изучаемых объектов. Возникающие при этом трудности в основном связаны с тем, что не удаётся обеспечить строгое подобие граничного условия первого рода.
В воздушной среде помещений с теплоизбытками, например, прядильного цеха, теплообмен осуществляется как конвекцией, так и излучением. Их воспроизведение в модели является обязательным, поскольку оба вида переноса теплоты, как правило, соизмеримы и оказывают определённое влияние на параметры среды ф, t, v. Исключение из области моделирования изучаемых поверхностей даёт возможность, на первый взгляд, «выбрать» такие их температуры, которые обеспечивали бы подобие граничных условий второго и третьего рода без нарушения процессов «автомодельности». Но этот «выбор» не может быть произвольным по ряду причин [84]: 1) существуют сложные связи между физическими величинами, характеризующими явления тепло- и массопереноса и описываемыми системными уравнениями; 2) имеются различия в законах теплообмена излучением и конвекцией; 3) отсутствует область «автомодельности» процесса лучистого теплообмена; 4) накладываются практические ограничения верхнего предела степени черноты поверхностей є и теплотехнических возможностей воспроизведения тепловых потоков в модели. Согласно теории подобия [81, 82, 84, 120, 122, 121, 132, 144], на усовершенствованной автором [92, 102] модели прядильного цеха создавались условия аналогичные натурным. Виды материалов (фанера, стекло, алюминий, сталь и т.д.) для изготовления модели были выбраны с учётом их степеней черноты є, с целью аналогичности свойств материалов всех поверхностей натурного объекта (стены, покрытие, остекление, поверхность оборудования и т.д.), с учётом принятого масштаба модели С/. Такие учёные, как В.В. Батурин, СЕ. Бутаков, А. М. Листов, В.Н. Талиев, Е.О. Шилькрот и другие [57, 58, 61, 138, 198, 200, 221], внесли большой вклад в развитие и совершенствование методов моделирования процессов вентиляции помещений с теплоизбытками. В своих работах данные авторы используют и применяют перечисленные выше допущения, которые хотя и упрощают расчёты, но не имеют достаточных обоснований, что приводит к существенным нарушениям подобия физических процессов в области моделирования.
В основу методики расчёта экспериментальной модели и определяющих масштабов моделируемых величин для исследования технологического кондиционирования воздуха [92, 102] положена методика неполного физического моделирования, разработанная В.В. Дерюгиным [84], с некоторыми уточнениями и дополнениями. Данная методика [92, 102] предусматривает моделирование тепловых и аэродинамических процессов в объёме помещения прядильного цеха, а именно: параметров внутреннего воздуха t, ф, v в модели, температур на нагреваемых поверхностях модели (стен, остекления, покрытия, оборудования, светильников) и всех видов теплопоступлений (от солнечной радиации, оборудования, искусственного освещения).
В приложении 1 к данной диссертационной работе предложена основанная на работе [84] методика моделирования геометрических, тепловых и аэродинамических процессов [92, 102], которая позволяет повысить точность метода неполного физического моделирования и расширить область его практического применения при более строгом (по сравнению с другими методами) соблюдении основных положений теории подобия.
Методика расчёта экспериментальной модели методом неполного физического моделирования
Вертикальное распределение температуры gradA? (температурный градиент) при использовании способа локальной раздачи воздуха по типу вытесняющей вентиляции зависит от расположения по высоте помещения источников тепла (рис. 3.21, а). За счёт влияния солнечной радиации через покрытие цеха, а также за счёт вытеснения теплоизбытков в верхнюю зону приточным воздухом из нижней, количество теплоизбытков в ней будет больше, чем в нижней зоне, до уровня стратификации. Поэтому до уровня стратификации (до 2,5 м) температурный градиент изменяется по высоте незначительно в пределах 0,56.. .0,64 С/м, а выше уровня стратификации (более 2,5 м) - более интенсивно в пределах 0,64... 1,0 С/м (рис. 3.21, а).
При использовании перемешивающей вентиляции температурный градиент не изменяется, так как температура внутреннего воздуха в цехе равна температуре удаляемого воздуха (рис. 3.21, б), что отрицательно характеризует данную систему технологического кондиционирования.
Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований подтвердили высокую эффективность технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции по схеме воздухообмена «снизу - вверх».
Анализ теоретических и экспериментальных исследований предлагаемой системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции по схеме воздухообмена «снизу - вверх» позволяет сделать следующие выводы: 1. С целью повышения эффективности предлагаемой системы технологического кондиционирования воздуха, автором сформулированы основные принципы и требования, характеризующие систему как разновидность вытесняющей вентиляции. 2. Разработана новая инженерная методика расчёта воздухообмена при проектировании системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции по схеме воздухообмена «снизу — вверх», применительно к помещениям текстильной промышленности. 3. Для исследования усовершенствованной системы технологического кондиционирования воздуха разработан экспериментальный стенд, позволяющий с достаточно высокой точностью осуществлять подобие геометрических, тепловых и аэродинамических процессов, протекающих в производственных помещениях текстильных предприятий. 4. Проанализированы и построены трёхмерные графики температурных полей восходящих потоков воздуха при различных видах теплопоступлений с помощью графических зависимостей эмпирических моделей, полученных в результате статистической обработки в оболочке MS Exel, пакет «Статистика», что подтвердило сокращение теплопоступлений в рабочую зону помещения прядильного цеха от солнечной радиации через вертикальные ограждающие конструкции на 35 % (к\ = 0,35), через горизонтальные ограждающие конструкции на 30 % (к2 = 0,30), от технологического оборудования на 55 % (&з = 0,55) и от искусственного освещения на 32 % (&4 = 0,32). Получены универсальные уравнения (3.23), (3.24), (3.25), (3.26) для определения количественных показателей теплопоступлений к\, к2, к3, &4 в нижнюю и (1 - к\), (1 - к2), (1 - к3), (1 - к4) в верхнюю зоны помещения с учётом тепловой мощности оборудования, осветительных приборов и интенсивности солнечной радиации. Экспериментально на модели: выявлены закономерности изменения параметров t, v и ср в помещении при использовании усовершенствованной системы технологического кондиционирования воздуха, что позволило обеспечить равномерность распределения данных параметров по длине и стабильность их по высоте технологической и рабочей зон, что подтверждает принцип вытесняющей вентиляции. 5. Установлен характер распределения градиента температуры gradA/, С/м, при использовании способа локальной раздачи воздуха по типу вытесняющей вентиляции, который зависит от расположения по высоте помещения источников тепла и доказывает, что в верхней зоне помещения количество теплоизбытков больше, чем в нижней, до уровня стратификации. 6. Доказано, что усовершенствованная система технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции по схеме воздухообмена «снизу - вверх» позволяет одновременно поддерживать параметры искусственного микроклимата (t, v, ф) в технологической и рабочей зонах, в соответствии с технологическими и санитарно-гигиеническими требованиями при минимальных воздухообменах и энергозатратах. 7. Результаты теоретических и экспериментальных исследований подтвердили высокую эффективность усовершенствованной системы технологического кондиционирования локальным способом по типу вытесняющей вентиляции по схеме воздухообмена «снизу — вверх», которая может быть рекомендована к использованию при проектировании организации воздухообмена для помещений с теплоизбытками.
Для оценки эффективности за основу принята традиционная система технологического кондиционирования воздуха перемешивающего типа по схеме воздухообмена «сверху - вверх». Критериями оценки являлись полученные расчётные объёмы приточного воздуха Ln, м /ч, в помещении и коэффициенты эффективности воздухообменов кэ для двух сравниваемых систем кондиционирования. В качестве расчётного помещения принят прядильный цех суконного производства ОАО «Сурская мануфактура», расположенного в г. Сурске Пензенской области. При определении объёма приточного воздуха для традиционной системы кондиционирования по типу перемешивающей вентиляции были учтены все виды теплопоступлений, в полном количестве от оборудования, освещения и солнечной радиации, согласно методике, изложенной в [63, 170, 187, 201, 215]. Расчёт воздухообменов осуществлялся на основе теплового баланса.
Целью составления теплового баланса является определение суммарной величины теплопоступлений в помещение прядильного цеха от источников постоянного (оборудование, искусственное освещение, люди) и периодического действия (солнечная радиация). Расчёт теплового баланса произведён для двух расчётных периодов года: тёплого и холодного. Для холодного периода были учтены теплопотери через наружные ограждающие конструкции (стены, остекление и покрытие).
Оценка эффективности усовершенствованной системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции
Известно, что при использовании традиционной системы кондиционирования воздуха по типу перемешивающей вентиляции по схеме воздухообмена «сверху - вверх» воздух верхней и рабочей зон интенсивно перемешивается с приточным воздухом [91, 188]. В результате этого все вредности (теплота, влага и пыль), уносимые вверх конвективными потоками от оборудования, снова возвращаются в рабочую зону, повторно загрязняя её. Экспериментальными исследованиями на модели для данной схемы воздухообмена установлено, что 38% приточного воздуха не достигает рабочей зоны, а вытекает через вытяжные отверстия системы, фрамуги окон и фонарей. Этот недостаток подтверждён работами Н.С. Сорокина и В.Я. Маринича [188, 193], которые отмечают, что приточный воздух по схеме воздухообмена «сверху - верх» перетекает в вытяжные отверстия в объёме 40 % от общего количества подаваемого воздуха. Это приводит к снижению значения коэффициента доступности до kg = 0,62.
Результаты сравнительного расчёта с применением графоаналитического метода построения процессов на /- /-диаграмме (таблица 4.4) подтверждают тот факт, что за счёт сокращения теплопоступлений в рабочую зону воздухообмен сокращается примерно на 49 % в тёплый и на 34 % в холодный период года. Сокращение воздухообменов при использовании разработанной системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции приведёт к значительной экономии энергии на приготовление приточного воздуха в 2 раза для тёплого и в 3 раза — для холодного периода года. Это является также предпосылкой для экономии материальных ресурсов за счёт уменьшения сечения воздуховодов, габаритов вентиляционного оборудования и установок кондиционирования воздуха.
Анализ эффективности исследуемых систем технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции и перемешивающего типа позволяет сделать следующие выводы: 1. Применительно к расчёту воздухообменов при технологическом кондиционировании воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции уточнены существующие уравнения (4.3) и (4.4) для определения теплопоступлений от оборудования и осветительных приборов, путём введения в них значений количественных показателей теплопоступлений кт, и, а также предложено уравнение (4.8) для определения теплопоступлений от солнечной радиации через ограждающие конструкции с учётом значений количественных показателей к\ и к2. 2. Установлено, что при использовании усовершенствованной системы технологического кондиционирования количество суммарных теплопоступлений от источников теплоты в рабочую зону снижается примерно на 50 % в тёплый и на 52 % - в холодный период года, что делает данную систему более эффективной по сравнению с системой перемешивающего типа. 3. Доказано, что показатели качества усовершенствованной системы технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции по схеме воздухообмена «снизу - вверх» характеризуются высокой величиной коэффициента эффективности воздухообмена кэ = 2,03, а также коэффициентом доступности kg, равным единице, по сравнению с традиционной системой. 4. Результаты проведённых исследований и сравнительного расчёта воздухообменов графоаналитическим методом подтвердили, что при использовании разработанной системы, за счёт сокращения теплопоступлений в рабочую зону, по сравнению с традиционной системой перемешивающего типа, воздухообмен сокращается примерно на 49 %, что приведёт к сокращению воздухообменов, а следовательно, к значительной экономии энергии на приготовление приточного воздуха примерно в 2 раза. Это является предпосылкой для экономии материальных ресурсов за счёт уменьшения сечения воздуховодов, габаритов вентиляционного оборудования и установок кондиционирования воздуха. На текстильных предприятиях применяются разнообразные конструкции воздухораспределительных устройств для раздачи приточного воздуха в верхнюю и нижнюю зоны помещения, исследованием которых занимались многие авторы, такие как: П.В. Участкин, Ф.С. Холмогоров, К.С. Белов, Н.С. Сорокин, А.Н. Селиверстов, Б.Н. Юрманов, М.И. Гримитлин, Н.Я. Кириленко, И.Ф. Мо-лодкин, В. Н. Талиев, Т.П. Авдеева, А.И. Ерёмкин и др. В данном разделе диссертационной работы проведён анализ конструктивных решений воздухораспределительных устройств с учётом принципов истечения приточной струи. Такие исследователи как, Н.С. Сорокин [189, 190, 191, 192, 193] и А.Н. Селиверстов [182], предлагают подавать приточный воздух непосредственно под прядильные машины через воздухораспределители, выполненные в виде воздуховода (рис. 5.1), имеющего различные конструктивные решения.
При подаче воздуха под прядильную машину (см. рис. 5.1), приточные воздухораспределители установлены на значительном расстоянии от обрабатываемых текстильных материалов (ровницы, пряжи др.), поэтому в технологической зоне наблюдается постоянство высоких температур t, С, а относительная влажность воздуха ф, %, значительно ниже требуемой по технологии величины. Всё это приводит к существенному снижению влажности перерабатываемых полуфабрикатов W, %, к высокой обрывности нитей на дальнейшей стадии переработки и к снижению производительности труда.
