close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Теоретические основы технологии дифференцированного электрообогрева производственных помещений. Расчет теплоотдачи объема рабочего места

код для вставкиСкачать
УДК 621.31
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ЭЛЕКТРООБОГРЕВА. РАСЧЁТ
ТЕПЛООТДАЧИ ОБЪЁМА РАБОЧЕГО МЕСТА
Г.С. Сухов , Г.В. Лепеш
Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7
Аннотация – Проведено сопоставление месячных энергетических затрат на обогрев производственного помещения традиционной системой пароводяного и с помощью предлагаемой системы
дифференцированного обогрева. На одном из примеров показано, что затраты при применении системы дифференцированного обогрева могут быть снижены в 2,7 раза.
Ключевые слова: дифференцированный обогрев; производственное помещение; отопление,
энергозатраты; конвективная теплоотдача; температура воздуха.
THEORETICAL BASES OF TECHNOLOGY FOR THE DIFFERENTIATED
ELECTROHEATING. CALCULATION OF CONVECTIVE HEAT EXCHANGE FROM
WORKPLACE VOLUME
G.S.Suhov, G.V.Lepesh
The St.-Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE),
191015, St.-Petersburg, street Kavalergardsky ,7, lit. А
Summary – Comparison of monthly power expenses for heating of an industrial premise by traditional
system steam-and-water and by means of offered system of the differentiated heating Is spent. On one of examples it is shown that expenses at application of system of the differentiated heating can be lowered by 2,7
times.
Keywords: the differentiated heating; an industrial premise; heating, power inputs; convective heat exchange; air temperature.
Под дифференцированным электрообогревом производственного помещения следует понимать интенсивный обогрев до температуры 18-200С с помощью
электронагревателей лучевого действия
ограниченной части помещения, где сосредоточен персонал, оборудование и
производственный процесс и минимально достаточный обогрев остальной нерабочей части помещения в пределах температуры 5-70 С.Предварительные оценки, выполненные в работе [1] показали,
что такой подход к обогреву производственного помещения в сравнении с традиционным пароводяным отоплением
позволяет в разы сократить энергозатраты на обогрев помещения.
В работе [2] сделаны первые шаги
на пути к созданию достаточно обоснованной теории дифференцированного
42
электрообогрева производственного помещения. Сформулированы основные
понятия и определения такие, как: объѐм
рабочего места (ОРМ), плоскость лучеприѐмника ОРМ, лучевая плоскость электронагревателя, плоскость модельного
излучателя, нормальная взаимная ориентация плоскостей лучеприѐмника ОРМ и
модельного излучателя и др., позволяющие построить технологию расчѐта мощности греющего ОРМ лучевого потока
Qг(Вт).
Установлено также, что поддержание стабильной повышенной температуры в пределах ОРМ обеспечивается равновесием его теплового баланса, т.е
Qг = Qт,
(1)
Где Qт– совокупная мощность конвективной теплоотдачи твердофазных объ-
НИИТТС
Теоретические основы технологии дифференцированного электрообогрева.
Расчёт теплоотдачи объёма рабочего места
ектов ОРМ в окружающее его низкотемпературное пространство.
В свою очередь при известной величинеQтуравнение(1)открывает возможность определения требуемой мощности
электронагревателя и дистанции обогрева
ОРМ для поддержания в нѐм заданной
температуры объектов твѐрдой фазы.
Целью настоящей работы является
разработка методики расчѐта и расчѐт параметра Qт при заданных конкретных
условиях.
В качестве примера выберем простейшую структуру ОРМ, состоящую из
трех объектов: универсального токарного
станка, рабочего шкафа, совмещѐнного
со столом и обслуживающего станок работника.
Согласно информации в работе [2]
примерная структура объектов ОРМ в
плане выглядит следующим образом
(рис.1).
Для конкретного вычисления
мощности теплоотдачи Qт объѐма рабочего места были введены следующие исходные данные:
- токарно-винторезный станок GH1640ZXDRO с габаритными размерами
2,46 х 1,01 х 1,22(м), массой 2120 (кг) и
прочими параметрами, подробно представленными в экспресс – информации
[3];
- рабочий шкаф металлический,
прямоугольный, с габаритными размерами 1,5 х 0,4 х 0,8(м).
Температура воздуха в нерабочем
пространстве производственного помещения задаѐтся равнойt1=50C.
Температура поверхности объектов твѐрдой фазы задаѐтся равной
t2=180C. Температурная идентичность в
системе станок-шкаф эффективно обеспечивается т.н. «тепловым контактором»,
изготовленным в виде соединительной
металлической ленты из материала с вы-
сокой теплопроводностью, как правило –
из красной меди.
Рисунок 1 – Примерное расположение
твѐрдофазных объектов в структуре ОРМ
(в плане): 1 – граница ОРМ; 2 – плоскость
лучеприѐмника; 3 – станок; 4 – рабочий
шкаф; 5 – работник.
Следует отметить, что конструкция современных токарных станков обладает
особенностью,
позволяющей
большую часть наружной поверхности
корпуса станка представлять в виде совокупности вертикальных или почти вертикальных плоскостей, теплоотдача которых поддаѐтся вычислению методами
теории теплового подобия [4].
Иная ситуация складывается на
обращѐнной кверху поверхности станка,
где расположены: обрабатываемое изделие (обычно – вал) и устройства для его
установки и обработки. Эта зона фактически исключена из процесса теплоотдачи, так как онастановится застойной из-за
воздействия окружающих зону восходящих потоков прогретого воздуха от теплоотдающих поверхностей, расположенных по периметру корпуса станка.
Сказанное относительно горизонтальной поверхности станка относится
также и к соответствующей поверхности
рабочего шкафа.
На рис.2 показаны теплоотдающие
поверхности станка с обозначениями их
конфигурации и размеров.
Что касается рабочего шкафа, то
при принятых габаритахсовокупная площадь его теплоотдающих боковых стенок
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №3 (17) 2011
43
Г.С. Сухов, Г.В. Лепеш
составляет S9=3,04 м2 при высоте стенок
ℓ9 =0.8 м.
Процесс теплоотдачи названных
объектов в окружающее низкотемпературное пространство происходит в режиме естественной конвекции и подчиняется закону теплоотдачи Ньютона
Q=αS(t2-t1),(2)
где: Q – мощность теплоотдачи объекта;
α – коэффициент теплоотдачи; S – площадь теплоотдающей поверхности объекта.
Согласно теории теплового подобия теплоотдача перечисленных выше
объектов в условиях естественной конвекции регламентируется критериальным
уравнением вида
Nu= B (Gr.·Pr)n,
(3)
где: Nu=αℓ/ – критерий теплового подобия Нуссельта;ℓ– характерныйлинейный
размер площади теплоотдачи; – коэффициент теплоотдачи воздуха при средней
температуре
t
=
0,5(t1+t2);
3 2
Gr=βgΔtℓ /υ – критерий теплового подобия Грасгофа; g=9,8 м/с2 – ускорение
свободного падения; υ – кинематический
коэффициент вязкости воздуха при средней температуре t; Δt=t2–t1 – температурный напор;β = (t+273) –1 –коэффициент
температурного расширения воздуха;
Pr(t) – критерий теплового подобия
Прандтля.
В преобразованном виде уравнение (3) определяет коэффициент теплоотдачи
α =В (Gr.Pr)n.
(4)
КоэффициентыВ и n уравнения (4)
являются функциями критериев Грасгофа
и Прандтля (табл. 1).
Таблица 1 –Определениекоэффициентов B
иn
Gr.Pr
10– 3÷ 102
5·102÷ 2·107
>2·107
44
В
1,18
0,54
0,135
n
1/8
1/4
1/3
Основываясь на уравнениях (2) и
(4), а также данных, содержащихся в таблице 1 и на рис.2 выполнены расчѐты
теплоотдачи станка и рабочего шкафа в
окружающую низкотемпературную среду. Результаты расчѐтов, представленные
в таблице 2, определяют совокупную
мощность теплоотдачи твѐрдофазных
объектов ОРМ. Она составляетQT = 428,7
Вт.
а)
б)
в)
Рисунок 2 – Расположениеи размеры (мм)
вертикальных теплоотдающих поверхностей на корпусе станка: а) – передний план;
б) – задний план; в) – вид справа.
Очевидно, что расчѐты выполнены
без учѐта роли человеческого фактора в
тепловом балансе ОРМ. Такой подход к
решению задачи можно обосновать, исходя из следующих соображений:
o интенсивность теплового взаимодействия твердофазных объектов с
внешней средой (теплоотдачи, теплоприѐма) напрямую зависит от размеров площади их наружной поверхности; у челоНИИТТС
Теоретические основы технологии дифференцированного электрообогрева.
Расчёт теплоотдачи объёма рабочего места
века же эта площадь на порядок меньше,
чем у остальных объектов вместе взятых;
o на интенсивности теплового взаимодействия работника с внешней средой
к тому же отрицательно сказывается его
подвижность, постоянныеперемещения в
пределах ОРМ, обусловленные производственной необходимостью;
o кроме того, работник обладает
собственным внутренним биологическим
источником тепловой энергии, оказывающим определѐнное влияние на тепловой
режим его тела.
Названные факторы дают основания считать работающий персонал существенно не влияющим на тепловой режим
ОРМ, а лишь выполняющим свои функции в комфортных для него условиях.
Таблица 2 – Определяющие параметры теплоотдачи объектов ОРМ
№
п/п
Объект
(поверхности теплоотдачи)
1 Передний план
2 Передний план
3 Передний план
4 Задний план
5 Задний план
6 Задний план
7 Вид справа
8 Вид слева
Рабочий шкаф
9 Вертикальная
плоскость по
периметру
Суммарная мощность теплоотдачи
Характерные размеры, теплоотдающей поверхности
ℓ,м
S,м 2
1,22
0,61
0,87
1,22
0,96
1,22
0,87
1,22
0,80
Критерии теплового подобия
Pr
Коэффициент
теплоотдачи
Мощность теплоотдачи
α,Вт/м2К
QT, Вт
3,89
3,94
3,40
3,89
3,93
3,89
3,40
3,89
39,44
37,90
21,66
34,39
59,78
41,97
14,58
23,26
3,94
155,7
Gr
Токарно-винторезный станок типа
GH-1640ZXDRO
0,78
0,705 0,4·1010
0,74
0,705
0,5·109
0,49
0,705
1,4·109
0,68
0,705
0,4·1010
1,17
0,705
1,97·109
0,83
0,705
0,4·1010
0,32
0,705
1,4·109
0,46
0,705
0,4·1010
3,04
Литература
1.Сухов Г.С., Карп Л.В., Лепеш А.Г. К вопросу об
эффективности системы лучевого электрообогрева
производственных помещений системы жилищнокоммунального хозяйства. // Труды VII международного экологического форума «Экологическое
благоустройство жилых территорий крупных городов России». – СПб.: СПбГУСЭ, 2008. – с. 125 –
130.
2. Сухов Г.С, Лепеш Г.В., Карп Л.В. Теоретические
основы технологии дифференцированного электро-
0,705
1,14·109
QT=428,7Вт
обогрева производственных помещений. Постановка задачи и математическая модель. //Техникотехнологические проблемы сервиса, 2010, №1 (11)
с. 29 – 36.
3. Токарно - винторезный станок GH-1640ZXDRO.
Технические данные. http//: www.stankotorg.ru/
html/gh1640zxdro.htm
4. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена.
Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1970, –
659 с.
Сухов Герман Саулович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Сервис торгового оборудования и бытовой техники» СПбГУСЭ. тел.: (812)3684289;
Лепеш Григорий Васильевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Сервис торгового
оборудования и бытовой техники» СПбГУСЭ. тел.: (812)362-4413; E-mail:gregoryl@yandex.ru.
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №3 (17) 2011
45
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа