Проект технологической системы сауны

     Подаваемая температура в помещение проектируемой сауны t=22°С.

     Количество  теплоты, выделяемое оборудованием:  

     Qоб=3, 6*Рпотр, где 

     Рпотр - потребляемая мощность, Вт;

     Рпотр =8,0+4,0+0,6+0,1=12,7 кВт

     Рпотр =12700 Вт

     Qоб=3,6*12700=45720 кДж/ч(теплоизбытки от технологического оборудования);

     Полные  тепловыделения в рабочую зону: 

     Qл= Q´л*nл, где 

     Q´л – теплоизбытки от одного человека, 150..350 Вт; (540..1250 кДж/ч);

     nл – число людей, находящихся в помещении.

     Qл= 800*10=8000 кДж/ч. ( тепоизбытки от людей)  

     Qосв=3,6*A*F, где 

     А - удельный теплоприток в секунду, Вт/(м²с), А=4,5 Вт/(м²с);

     F- площадь помещения, F=141.75 м²

     Qосв=3,6*4.5*141.75=2296.35 кДж/ч. ( теплоизбытки от освещения)

     Qп= ∑Qi= Qоб+Qл+Qл +Qосв=45720+8000+2296, 35=56016 кДж/ч

     Qп=15560 Вт. (полные тепловыделения в рабочую зону) 
 

     Удельные  теплоизбытки: 

     q=, где

     V=F*H=141.75*3=425.25 м³ 

     q ==10,2 Вт/ м³

     q<16,8 Вт/ м³ - Δ=0..0,3-градиент температуры, °С/м 

     Влаговыделение, производимое оборудованием:

     Wоб= 2,6+5,4=8 кг/ч 

     Влаговыделение, производимое людьми:

          Wn= W´n*n, где

          W´n=0,1 кг/ч- выделяет один человек при t=22°C ;

     Wn=0,1*10=1 кг/ч. 

     Полные  влаговыделения:

     W= Wоб+Wn=8+1=9 кг/ч 

     Температура воздуха в помещении:

     tв=tп+(6°-10°)=22+8=30°С. 

     Температура воздуха, удаляемого из помещения:

     tу=tв+Δ(H-2), где 

     Н=3 м- высота помещения;

     tу=30+0,3*(3-2)=30,3°С.

 

     5.2 Определение расхода воздуха, необходимого для удаления тепло и влагоизбытков.

     Проектируемая сауна находится в Санкт-Петербурге.

     Температура воздуха подаваемого в помещение  t=22°C; теплосодержание приточного воздуха, iп=46,7 кДж/кг; полные тепловыделения в помещении

     Qп=56016 кДж/ч=15560 Вт; влаговыделения в помещении W=9 кг/ч; объем помещения V=425.25 м³.

     Определение направления луча процесса изменения параметров приточного воздуха под воздействием тепло и влагоизбытков:

     вычисляем параметр ε===6224 кДж/кг;

     На  диаграмме i-d (приложение 5) находим точку «Е» (ε=6224) и точку «А» (tо=0°C и d=0, г/кг сухого воздуха). Соединим точку «А» с точкой «Е» прямой линией на диаграмме i-d и получим луч «АЕ».

     Определение направления луча процесса изменения параметров удаляемого воздуха.

     -на  диаграмме i-d находим точку «В», характеризующуюся параметрами приточного воздуха tп=22°С и iп=46,7 кДж/кг.

     -проводим  из точки «В» луч параллельный  линии «АЕ» до пересечения  с линией tу=30,3°С и получаем точку «С» (т.е. линия ВС║АЕ).

     Находим параметры приточного воздуха в  точке «В», а именно dп г/кг сух. воздуха и φп%, и в точке «С» - iy кДж/кг, dу г/кг сух. воздуха и φу%.

     dп=9,7 г/кг сух. воздуха; φп=57 %; dу =12 г/кг сух. воздуха; iy= 62 кДж/кг; φу= 45 %.

     Определяем  плотность воздуха ρ кг/м³ при  t°С, по выражению:

     при температуре воздуха поступающего в помещение tп: ρп= ,

     при температуре наружного воздуха  tп: ρн=; ρу=.

     ρп==1,165 кг/м³;

     ρн=;

     ρу=1,163 кг/м³.

     Вычисляем расход воздуха, необходимый для  нейтрализации тепловыделений, /ч: 

     LT===873,18 /ч 

     и влаговыделений: 

     LB===3358,2 /ч. 

     В дальнейшем за расчетный принимается  более высокий воздухообмен.

     Определение кратности вентиляционного воздухообмена, 1/ч: 

     Квв===7.9 1/ч. 

     Вычислим  теплоту, уносимую с вентилируемым воздухом, по выражению: 

     Qв=с* ρу*V*(tп-tн)* Квв 

     с- удельная теплоемкость воздуха, с=0,28 .

     Qв=0,28* 1,163*425,25*(30-22)* 7,9=8751,8 Вт,

     Вычисляем потери теплоты в Вт через ограждения (потолок, стены, двери, и окна) помещения: 

     Qо=(tп-tн)*∑Кт*F=(tп-tн)*(Ктп*Fп+ Ктс*Fс+ Кто*Fо+ Ктд*Fд), где

 

        Fп, Fс, Fо, Fд –площади ограждений перекрытий, стен, окон и дверей, соответственно. 

     Кт х10 () 

     Fп=141,75 м²

     Ктп=1,17 – перекрытие с теплоизоляцией

     Fс=133,4 м²

     Ктс=1,55 – кирпичные стены

     Fо=9 м²

     Кто=2,33 – двойные окна

     Fд=1,6 9 м²

     Ктд=2,68 – двойные двери

     Qо=(30-22)*(1,17*141,75+133,4*1,55+9*2,33+1,69*2,68)=3184,96 Вт

     Расчетная теплоотдача калорифера, Вт: 

     Qк=Qв+Qо 

     Qк=8751,8+3184,96=11936,76 Вт

     Вычисляем мощность калорифера по формуле, Вт: 

     Рк=, где 

     ŋк – к.п.д. калорифера, ŋк =0,9

     Рк==13263 Вт ≈1,3 кВт

     Вычисляем суммарную поверхность нагрева  калорифера по выражению, м²

 

     Fк=, где 

     Δt- разность между средней температурой теплоносителя теплообменника и температурой воздуха в помещении, т.е. Δt= tу+tср, где tср=

     Δt=30,3-26,15=4,15°С

     Ктт- для чугунных радиаторов 11,4 Вт/ м²*градС

     Fк==252,3 м² 

     5.3 Подбор вентилятора и электродвигателя. 

     Вентилятор  подбирается в соответствии с  подсчитанным общим расходом воздуха L, м³/ч и общей потерей давления ∑Pi, Па.

     а) определение параметров вентилятора.

     Наиболее  современными и экономичными являются центробежные (радиальные) вентиляторы  типа Ц4-70.

     Для обеспечения воздухообмена cL=873,18 /ч (0,24 м3/с) возможно применение следующих вентиляторов, где ŋв - частота вращения, минˉ1;

     Р - напор, Па и v - окружная скорость колеса, м/с. 

     ŋв = 1200 минˉ1, Р=230 Па, v=22 м/с; 

     Определение мощности электродвигателя для привода вентилятора.  

     Pэд=L*∑P i*Kз/(3600*1000*ŋв*ŋп*ŋр). кВт

          где: Кз - коэффициент запаса (для вентиляторов типа Ц4-70 - Кз=1,25);

     ŋв -к.п.д. вентилятора (по характеристике ŋв =0,8 -0,9);

     ŋп - кпд, учитывающий механические потери в подшипниках вентилятора, ŋп=0.95,

     

      

     ŋр–к.п.д., учитывающий механические потери в передаче от вентилятора и двигателя (для клиноременной передачи ŋр=0,9, при непосредственном соединении ŋр=1,0

     При ∑Рi=Р получим для выбранного вентилятора мощность электродвигателя:

     Рэд==0,1 кВт

     Выбираем электродвигатель типа А-31-4, Р=0,6 кВт. ŋд =1410 об/мин. При этом применяется клиноременная передача с передаточным отношением iпo=ŋв/ŋд=1200/1410=0,85  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         

 6.   Расчет надежности оборудования (системы).

   Надежность  функционирования системы сервиса  рассчитывают по известным показателям надежности их составных частей и подсистем. Вероятность безотказной работы для системы с параллельным соединением элементов определим по формуле:

 P_1-n = 1- (1-P1)*(1-P2)*(1-P3)*….*(1-Pn).

В нашем случае имеем: P1= 0,95 – электрическая печь

                                                            P2=0,94 – электроводонагреватель

                                           P3=0,93 – воздухоочиститель

                                           P4=0,96 -  кондиционер

                                                             P5=0,93 – электросушитель для рук

                                           P6=0,96 – душевая кабина

                                           P7=0,95 - бассейн

                                                        

Получаем: P_1-n = 1- (1-0,95)*(1-0,94)*(1-0,93)*( 1-0,96)*(1-0,93)*(1-0,96)*

                                ( 1-0,95)=0,999967

При вероятности  безотказной работы системы, превышающей 0,9 с достаточной для практики точностью при внезапных отказах элементов, когда приработка оборудования закончена, а старение еще не наступило, наиболее применим экспоненциальный закон распределения вероятности безотказной работы, т.е.

                                                 P_c(t) = 1-λ_c*t 

Где  λ_c – интенсивность отказа системы 1/ч;

         t- время работы, ч.

Откуда :               λ_c*t  = (1-  P_c(t) )/t

Частота отказов:            а_с = λ_c* е^-λ*t =   λ_c* P_c    

Средняя наработка  на отказ (до первого отказа) : Т_ср.с= 1/ λ_c при максимальной частоте отказов (а_с.max).

При средней  вероятности безотказной работы системы 

P_ср.с = 0,999  имеем в течение t₀= 10 часов работы  λ_0*t₀=0.001, т.е.

                       λ₀= 0,001/10 = 0,0001 = 1х10^-4 1/ч

 T_ср.с= 2*T₀ – средняя наработка до первого отказа нерезервированной системы.

  T₀      =      1/ λ₀    =  1/0,0001  = 10 000 часов.

 Тогда  T_ср.с= 2*T₀ = 2*10 000 = 20 000 ч. 

Соответственно, частота отказов вычисляется по формуле:

                     а_с= λ₀²*t*e^-λ0*t = 0.0001²*t* e^-0.0001*t= 10^-8*t* e^-0.0001*t 

а интенсивность  отказов по выражению:

           λ_c = а_с/ P_c  = λ₀²*t/ ( 1+ λ₀*t)= λ₀²*t/ ( 1+ λ₀*t)=0,0001²*t/ (1+ 0,0001*t) 

При  построении графиков зависимости а_с  и   λ_c  в функции времени (t),

Значения времени  необходимо задавать с  расчетным  интервалом

15 000 час (1,5*10⁴ ч.) 

Частота отказов :

t, *104 час	ас, *10-4
0	0
1.5	1,46
3,0	2,98
4,5	4,47
6,0	5,98
7.5	7,48
9,0	8,95
10,5	10,36
12.0	11,98