Расчет калориферного отопления

В том случае, если в производственном помещении предусматривается воздушное отопление, расчет и выбор калориферов производятся следующим образом.

2.2.1 Определяют расход тепла на нагрев воздуха (ккал/ч) внутри помещения:

Q_в = с_в G_в (t_в - t_н), (2.15)

где с_в – теплоемкость воздуха, ккал/кг ^оС, (с_в = 0,24);

G_в – количество нагреваемого воздуха, кг/ч;

t_в – температура воздуха внутри помещения, ^оС;

t_н – расчетная температура наружного воздуха (t_н = -30).

2.2.2 Задаваясь массовой скоростью воздуха v_r в пределах экономически выгодной, определяют предварительно живое сечение F_к (м²) калориферной установки:

(2.16)

где G_в – количество нагреваемого воздуха, кг/ч;

v_r – массовая скорость воздуха, кг/(м²×^оС), (v_r = 5...10).

По расчетному живому сечению и техническим характеристикам подбирают модель и номер калорифера (таблица 2.5).

Таблица 2.5 – Техническая характеристика калориферов

Модель	Номер	Поверхность нагрева, м2	Живое сечение для прохода, м	Вес с оцинковкой
воздуха	теплоносителя
КФБ		12,7	0,115	0,0061
	16,9	0,154	0,0082
	21,4	0,195	0,0082
	26,8	0,244	0,0102
	32,4	0,295	0,0102
	38,9	0,354	0,0122
	45,7	0,416	0,0122
	53,3	0,486	0,0143
	61,2	0,558	0,0143
КФС		9,9	0,115	0,0046
	13,2	0,154	0,0061
	16,7	0,195	0,0061
	20,9	0,244	0,0076
	25,3	0,295	0,0076
	30,4	0,354	0,0092
	35,7	0,416	0,0092
	41,6	0,486	0,0107
	47,8	0,558	0,0107

При параллельном подключении двух калориферов живое расчетное сечение выбираемых калориферов уменьшается в два раза.

2.2.3 Рассчитываем массовую скорость v_r (кг/(м²×с)) воздуха для принятой установки:

(2.17)

где F_кф – фактическое живое сечение выбранных калориферов, м² .

2.2.4 Находят скорость движения воды в трубках калорифера по формуле:

(2.18)

где f_тр – полное сечение для прохода воды в калорифере, м²;

t₁ – температура воды при входе в калорифер, ^оС;

t₂ – температура воды при выходе из калорифера, ^оС;

S_в – плотность внутреннего воздуха, кг/м³.

Исходя из расчетной массовой скорости воздуха v_r определяют коэффициент теплопередачи к_т калорифера (таблица 2.6.).

Таблица 2.6 – Коэффициент теплопередачи калориферов КФС и КФБ к_т, ккал/(м²×час×град)

Тепло- носи- тель	Скорость дви- жения теплоно- сителя по труб- кам тн, м/сек	Весовая скорость воздуха vg, кг/м2 сек
Вода	0,01	7,3	8,9	10,1		11,9	12,4
0,03	9,4	11,5	12,9	14,2	15,1	15,9	16,6
0,06	10,9	13,4	15,1	16,5	17,6	18,6	19,4
0,1	12,3	15,1	17,0	18,5	19,7	20,8	22,3
0,2	14,3	17,6	19,8	21,6	23,1	24,3	25,5
0,3	15,7	19,2	21,7	23,7	25,3	26,7	27,9
0,4	16,7	20,5	23,2	25,2		28,4	29,8
0,5	17,6	21,6	24,4	25,9	28,4	29,9	31,3
0,6	18,3	22,5	25,3	27,6	29,5	31,1	32,6
0,7	18,5	22,8	25,6	27,8	29,8	31,5
0,8	18,7		25,9	28,2	30,2	31,8	33,3
		23,4	26,3	28,7	30,7	32,4	33,9
Пар	–	13,4	17,9	21,2	24,0	26,3	28,4	30,3

2.2.5 Определяют расчетную поверхность нагрева F_рас (м²) калорифера по формуле:

(2.19)

где t_ср.т – средняя температура теплоносителя, которая принимается равной для воды (t₁ - t₂)/2, для насыщенного пара при давлении до 0,03 атмосфер (100^оС), более 0,3 атмосфер – температура пара;

t_ср.в – средняя температура воздуха равна полусумме начальной и конечной температуры воздуха в помещении:

.

2.2.6 Проводим расчет количества устанавливаемых калориферов по формуле:

(2.20)

где F_рас – расчетная поверхность нагрева выбранного калорифера, м² (таблица 2.5.);

F_к – поверхность нагрева одного калорифера, м².

2.2.7 Определяем суммарную площадь калориферной установки åF_уст (м²):

åF_уст = n_ar×F_к (2.21)

где n_ar – фактическое число калориферов в установке.

При v_r из таблицы 2.7 определяем сопротивление движению воздуха в установке.

При выполнении этого раздела в данной курсовой работе, самим выбрать тип отопления, исходя из условий экономичности и целесообразности выбранного отопления.

Таблица 2.7 – Сопротивление движению воздуха (Dр) через калориферы КФС и КФБ, кг/м²

Модель калорифера	Весовая скорость воздуха vg, кг/м2 сек
КФС	0,75	2,4	4,8	7,8	11,5	15,6	20,6
КФБ	0,91		5,9	9,5

Электробезопасность

Расчет тока через человека

Проходя через организм электрический ток приводит в двум видам поражения: электрическим травмам и электрическим ударам. Исход воздействия электрического тока зависит от ряда факторов, в том числе от сопротивления тела человека, величины и длительности протекания через него тока, рода и частоты тока и индивидуальных свойств человека.

3.1.1 Величина тока (А), проходящего через тело человека при линейном (двухфазном) касании:

(3.1)

где U_л – линейное напряжение, В; U_л = 380;

R_ч – сопротивление тела человека, Ом, (таблица 3.1).

Таблица 3.1 – Зависимость сопротивления тела человека от приложенного напряжения

Ток через человека, (мА)	1,000	6,000	65,000	75,000	100,000	250,000
Приложенное напряжение, (В)	6,000	18,000	75,000	80,000	100,000	175,000
Сопротивление тела человека, (кОм)		6,000	3,000	1,150	1,065	0,700

3.1.2 При однофазном прикосновении к сети с заземленной нейтралью ток через человека определяется по формуле:

(3.2)

где U_ф – фазное напряжение, В, U_ф = 220;

R_общ – общее сопротивление, Ом, R_общ = R_ч+ R_об + R_п ⁺ R_з,

где R_об – сопротивление обуви, Ом;

R_п – сопротивление пола, Ом;

R_з – сопротивление земли, Ом.

3.1.3 При однофазном прикосновении к сети с изолированной нейтралью:

(3.3)

где R_из – сопротивление несовершенной изоляции, Ом.

3.1.4 Длительно допустимое напряжение прикосновения:

U_прд = J_чд·R_ч , (3.4)

где J_чд – длительно допустимый ток, (мА), Jчд = 10.

Случаи поражения человека током возможны лишь при замыкании электрической цепи через тело или, иначе говоря, при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует некоторое напряжение.

Основные причины несчастных случаев от воздействия электрического тока следующие:

- случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

-появление напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования - корпусах, кожухах и т. п. - в результате повреждения изоляции и других причин;

-появление напряжения на отключенных токоведущих частях, на которых работают люди, вследствие ошибочного включения установки;

-возникновение шагового напряжения на поверхности земли в результате замыкания провода на землю.

Основными мерами защиты от поражения током являются:

- обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения;

- защитное разделение сети;

-устранение опасности поражения при появлении напряжения на корпусах, кожухах и других частях электрооборудования, что достигается применением двойной изоляции, выравниванием потенциала, защитным заземлением, занулением, защитным отключением:

- применение специальных защитных средств переносимых приборов и приспособлений;

-организация безопасной эксплуатации электроустановок.

Защитное разделение сети – разделение разветвленной сети на отдельные небольшие по протяженности и электрически не связанные между собой участки, которое осуществляется с помощью разделительных трансформаторов.

Защитное заземление – преднамеренное соединение с землей металлических частей оборудования, не находящихся под напряжением в обычных условиях, но которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции электроустановки.

Расчет заземления

3.2.1 Определяется расчетный ток замыкания на землю и норма на сопротивление заземления по правилам устройства электроустановок (ПУЭ) в зависимости от напряжения, режима нейтрали.

3.2.2 Определяют сопротивление заземлителя, который выполнен в дополнение к естественному заземлителю, по формуле:

, (3.5)

где R_д – дополнительное сопротивление заземления, Ом (R_д = 4 Ом в установках до 1000 В, R_д = 10 Ом в установках выше 1000 В);

Re – сопротивление растеканию тока естественных заземлителей, Ом.

Сопротивление естественных заземлителей выбирают по специальным номограммам.

Экспериментально установлено, что 100 м обсадных труб артезианских скважин при r = 1×10⁴ Ом×м имеют сопротивление растеканию 0,6...0,8 Ом; 1м² металлических конструкций, соприкасающихся с землей – 20 Ом.

3.2.3 Определяется расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента (таблица 3.2, 3.3) по формуле:

r_рас = r×Y, (3.6)

где r– удельное сопротивление грунта, Ом×см

Y – климатический коэффициент.

Таблица 3.2 – Приближенные значения удельных сопротивлений грунта

Характер грунта	Сопротивление, Ом×см
Песчаная почва	40000...70000
Супесчаная почва	15000...30000
Суглинок	5000...15000
Глина	7000...8000
Чернозем	1000...2000

Таблица 3.3 – Значение расчетных климатических коэффициентов сопротивления грунта

Грунт	Глубина заложения, м	Y1 (влажн. гр.)	Y2 (средн. вл)	Y3 (сухой грунт)
Суглинок	0,8...3,8	2,0	1,5	1,4
Садовая земля до глубины 0,6м, ниже - слой глины	0...3,0	-	1,32	1,2
Гравий с примесью глины, ниже – глина	0...2,0	1,3	1,2	1,1
Известняк	0...2,0	2,5	1,51	1,2
Гравий с примесью песка	0...2,0	1,5	1,3	1,2
Торф	0...2,0	1,4	1,1	1,0
Песок	0...2,0	2,4	1,56	1,2
Глина	0...2,0	2,4	1,36	1,2

3.2.4 Рассчитывается сопротивление одного вертикального заземлителя по формулам (таблица 3.5) или по упрощенным формулам:

-трубчатого R_тр = 0,009×r/l_тр;

-из угловой стали 50х50 мм длиной 2,5 м R_уг = 0,000032r;

-из угловой стали 60х60 той же длины l_уг = 0,00003r: (3.7)

-из полосы, проволоки R_п= 0,0002 r/l,

где r – удельное сопротивление грунта, Ом×м;

l – длина проволоки, полосы, трубы, м

Следует учесть, что искусственные заземлители обычно выполняют из металлических труб диаметром 35...50 мм, толщиной стенок не менее 3,5 мм и длиной 2...3м, или полосами сечением 48...100 мм².

Наименьшие размеры стальных искусственных заземлителей приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Наименьшие размеры стальных искусственных заземлителей

Диаметр круглых (прутковых) заземлителей, мм - неоцинкованных - оцинкованных
Сечение прямоугольных заземлителей, мм2
Толщина прямоугольных заземлителей, мм2
Толщина полок угловой стали, мм

3.2.5 Определяется количество стержней в очаге заземления по формуле:

, (3.8)

где n_сез – коэффициент сезонности (для северных районов n = 2,3, для средней полосы n = 1,6, для южных районов n = 1,5);

n_ст – коэффициент использования заземлителей, (таблица 3.6);

R_оз – сопротивление одиночного заземлителя, Ом;

R_д – допустимое сопротивление заземления, Ом.

3.2.6 Рассчитывается сопротивление растекания тока стержнями очага заземления по формуле:

(3.9)

3.2.7 Рассчитывается длина соединительной полосы:

l_п = 1,05×а×п, (3.10)

где а – расстояние между стержнями (обычно 2,5...3 м).

3.2.8 Рассчитывается сопротивление растеканию тока соединительной полосы, по формуле в таблице 3.5.

3.2.9 Проводится корректировка сопротивления растеканию тока полосы очага заземления с учетом коэффициентов и сезонности по формуле :

(3.11)

где n_п – коэффициент использования полосы (таблица 3.7).

3.2.10 Результирующее сопротивление заземляющего устройства из вертикальных стержней и соединительной полосы:

(3.12)

Таблица 3.5 – Формулы для вычисления сопротивления одиночных заземлителей растеканию тока

Тип заземлителя	Схема	Формула	Дополнительные указания
Трубчатый или стержневой у поверхности грунта			l >> d
Трубчатый или стержневой в грунте			Ho > 0,5 м
Протяженный круглого сечения – труба, кабель и т.п. на поверхности грунта	d		l >> d
Протяженный круглого сечения в грунте
Протяженный полосовой на поверхности грунта			l >> b
Протяженный – полоса в грунте
D Круглая пластина в грунте			D < 2H
H a Пластинчатый в грунте			F – площадь пластины, м; F = а×b

Таблица 3.6 – Коэффициенты использования заземлителей из труб или уголков без учета влияния полосы связи

Отношение расстояния между трубами (уголками) к их длине	При размещении в ряд	При размещении по контуру
Число труб (уголков)	h ст	Число труб (уголков)	h ст
		0,84-0,87		0,66-0,72
	0,76-0,80		0,58-0,65
	0,67-0,72		0,52-0,58
	0,56-0,62		0,44-0,50
	0,51-0,56		0,38-0,44
	0,47-0,50		0,36-0,42
		0,90-0,92		0,76-0,80
	0,85-0,88		0,71-0,75
	0,79-0,83		0,66-0,71
	0,72-0,77		0,61-0,66
	0,66-0,75		0,55-0,61
	0,65-0,70		0,52-0,58
		0,93-0,95		0,84-0,86
	0,90-0,92		0,78-0,82
	0,85-0,88		0,74-0,75
	0,79-0,83		0,68-0,73
	0,76-0,80		0,64-0,69
	0,74-0,79		0,62-0,67

Таблица 3.7 – Коэффициент использования соединительной полосы

заземлителей из труб или уголков

Отношение расстояния между заземлителями к их длине	Число труб (уголков) заземлителя
При расположении полосы в ряду труб или уголков
	0,77	0,67	0,62	0,42	0,31	0,21	0,20
	0,89	0,79	0,75	0,56	0,46	0,36	0,27
	0,92	0,85	0,82	0,68	0,58	0,49	0,36
При расположении полосы по контуру труб (уголков)
	0,45	0,36	0,34	0,27	0,24	0,21	0,20
	0,55	0,43	0,40	0,32	0,30	0,28	0,27
	0,70	0,60	0,56	0,45	0,41	0,37	0,36

Расчет зануления

Зануление состоит в соединении корпусов оборудования, которое может оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции, с нулевым защитным проводником.

Принцип действия зануления – превращение пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание, то есть образование цепи короткого замыкания: корпус – нулевой провод – фазная обмотка трансформатора. В результате однофазного короткого замыкания перегорают плавкие вставки предохранителей и отключается поврежденный участок сети.

3.3.1 Условие надежного срабатывания защиты:

(3.13)

где J_кз – ток короткого замыкания, А;

J_н – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автомата, А;

к – коэффициент кратности защиты:

- для плавких предохранителей к=3;

- для автоматов защиты к=1,25…1,4;

- для взрывоопасных помещений к=4

3.3.2 Активное сопротивление фазного и нулевого проводов определяют по формуле, задавшись сечением, длиной, материалом проводников:

(3.14)

где l – длина провода, м;

S – сечение провода, мм²;

r_пр – удельное сопротивление проводника, (для медных проводников r_пр=0,018, для алюминия r_пр=0,028).

Диаметры голых стальных проводов, используемых для зануления, могут быть меньше, чем заземляющих проводников, но нулевые и фазные провода должны быть одинаковыми.

Для стальных проводов воздушных линий до 1000 В допускается диаметр не менее 4 мм, а на ответвлениях для ввода в дом не менее 3 мм. В качестве зануляющих могут применяться проводники и из цветных металлов. Наименьшие допустимые их сечения указаны в таблице 3.8.

Таблица 3.8 – Наименьшее сечение зануляющих проводников.

Зануляющие проводники	Медь, мм2	Алюминий, мм2
Неизолированные проводники при открытой проводке
Изолированные провода	1,5	2,5
Жилы кабелей или многожильных проводов в общей защитной оболочке с фазными жилами		1,5

Зануляющие проводники должны иметь проводимость не менее 50% от проводимости фазных (а не 1/3 как для заземляющих). Тонкостенные стальные трубы, используемые в качестве зануляющего проводника, могут иметь нужную проводимость лишь при диаметрах 18-30 мм.

3.3.3 Сопротивление петли “фаза-ноль”: Z_п=Z_ф+Zн определяют по формуле:

(3.15)

где R_ф R_н – сопротивление фазного и нулевого проводов, Ом;

X_п – индуктивное сопротивление петли “фаза-ноль”, Ом.

Если провода выполнены из цветных металлов, индуктивным сопротивлением можно пренебречь, ввиду его малой величины. При отдельно проложенных нулевых проводах принимают X_п =0,6l.

Для стальных проводов значения индуктивных сопротивлений выбирают по таблице 3.9.

Таблица 3.9 Активные/индуктивные сопротивления стальных проводников при переменном токе (50 Гц)

Размер или диаметр, мм	Площадь сечения, мм	Активные и индуктивные сопротивления, Ом/км, при плотности тока, А/мм2
0,5		1,5
Полоса прямоугольного сечения
20´4		5,24/3,14	4,2/2,52	3,48/2,09	2,97/1,78
30´4		3,66/2,2	2,91/2,75	2,38/1,43	2,04/1,22
40´4		2,8/1,68	2,24/1,34	1,81/1,08	1,54/0,92
50´4		1,77/1,06	1,34/0,8	1,08/0,65	-
60´4		3,83/2,03	2,56/1,54	2,08/1,025	-
30´5		2,1/1,26	1,6/0,96	1,28/0,77	-
50´5		2,02/1,33	1,51/0,89	1,15/0,7	-
Проводник круглого сечения
	19,63	17/10,2	14,4/8,65	12,4/7,45	10,7/6,4
	28,27	13,7/8,2	11,2/6,7	9,4/5,65	8/4,8
	50,27	9,6/5,75	7,5/4,5	6,4/3,84	5,3/3,2
	78,54	7,2/4,32	5,4/3,24	4,2/2,52	-
	113,1	5,6/3,36	4/2,4	-	-
	150,9	4,55/2,73	3,2/1,92	-	-
	201,1	3,72/2,23	2,7/1,6	-	-

3.3.4 Расчетное значение тока короткого замыкания находят по формуле:

(3.16)

где U_ф – фазное напряжение, В; U_ф=220 В;

Z_Т – сопротивление обмоток трансформатора, Ом (выбирается по таблице 3.10);

Z_ф, Z_н – сопротивление фазного и нулевого проводов, Ом, (Z_ф+Z_н=Z_п)

Таблица 3.10 Сопротивление силовых трансформаторов для однофазного замыкания.

Мощность трансформатора, кВт	Активное сопротивление, RТ, Ом	Индуктивное сопротивление, XТ, Ом	Полное сопротивление, ZТ, Ом
	0,652	0,81	1,036
	0,376	0,53	0,649
	0,202	0,358	0,411
	0,106	0,237	0,259
	0,061	0,150	0,162
	0,038	0,096	0,103
	0,022	0,061	0,065
	0,012	0,041	0,0427
	0,0077	0,026	0,0271

При мощности трансформатора 1000 кВ×А и более величиной пренебрегают.