Общая характеристика работы. Анализ и синтез системы вентиляции деревообрабатывающего завода

Анализ и синтез системы вентиляции деревообрабатывающего завода

Направление 270800.68 «Строительство»

Программа 270800.68-3 «Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий»

Автореферат выпускной квалификационной работы

Магистрант

_____________ М.С. Кузнецова

Научный руководитель

д.т.н., профессор

_____________А.Э. Пушкарев

Руководитель программы

д.т.н., профессор

___________А. Э. Пушкарев

Ижевск 2014

Общая характеристика работы

Основная часть промышленных предприятий в нашей стране строилась в середине 20 века. В 20-м веке не уделялось столько внимания энергосбережению и эффективности, в те годы на первом месте стояло именно количество выпускаемой продукции. В настоящее время согласно Распоряжению Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2010 г. N 2446-р, в стране проводится последовательная политика энергосбережения; модернизации подвергаются промышленные здания в том числе. Кроме того, с середины 20 века в технологии деревообработки также многое изменилось, в частности, появилось новое оборудование с более высокой скоростью обработки материалов. Помимо этого, современные материалы, применяемые в деревообрабатывающей промышленности, являются токсичными, как, например, антисептические комплексы. Таким образом, назрела необходимость модернизации системы вентиляции.

Гигиеническое нормирование производственного микроклимата предусмотрено СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» и распространяется на рабочую зону, под которой понимается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного или временного пребывания работающих. Оптимальные и допустимые величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха для рабочей зоны производственных помещений устанавливаются в зависимости от тяжести выполняемой работы, периода года и количества избытков явного тепла в помещении. Оптимальными микроклиматическими условиями считаются такие сочетания параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма без напряжения реакций терморегуляции, создают ощущение теплового комфорта и способствуют поддержанию высокого уровня работоспособности. Допустимыми условиями считаются такие параметры микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжение реакций терморегуляции, не выходящих за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает нарушений здоровья, но могут наблюдаться дискомфортные теплоощущения и понижение работоспособности. Поэтому в производственных помещениях должны обеспечиваться по возможности оптимальные параметры микроклимата. Нормализации микроклимата по температуре способствует устройство тамбуров-шлюзов, применение воздушно-тепловых завес у ворот и технологических проемов отапливаемых зданий. Системы вентиляции необходимы для обеспечения чистоты воздуха, выполнения требований норм к его температуре. Системы вентиляции служат для удаления из помещения загрязненного и (или) нагретого воздуха и подачи в него чистого.

Объект исследования -вентиляция деревообрабатывающего завода.

Предмет исследования -энергоэффективность систем вентиляции деревообрабатывающего завода.

Методы исследования –функционально-структурный анализ систем вентиляции; математическое моделирование на основе теории тепломассообмена и механики жидкости и газа.

Достоверность результатов основывается на применении известных теоретических положений теории тепломассообмена и механики жидкости и газа, апробированных аналитических методов, подтверждается сравнением полученных результатов с результатами других авторов.

Научная новизна основного результата:

1.Рассмотрены пути повышения энергоэффективности системы вентиляции деревообрабатывающего завода, составлена морфологическая матрица идей систем вентиляции;

2. Разработана функционально-структурная модель системы вентиляции деревообрабатывающего завода и основанная на ней классификация схем систем вентиляции по составу приточной установки, а именно типу и устройству теплообменника, теплоносителю и способу нагрева теплоносителя;

3. разработана методика структурного синтеза систем вентиляции деревообрабатывающего завода на основе функционально-структурной модели и морфологической матрицы;

4. Разработана методика параметрического синтеза схемы системы вентиляции на основе уточненной математической модели вращающегося регенератора, позволяющая более точно оценить возможности теплообменников для утилизации тепла.

Практическая ценность работы:

1. Разработанные методики могут быть использованы в проектной практике при оценке возможностей утилизации тепла;

2. Уточненная математическая модель вращающегося теплообменника может быть использована в проектной и производственной практике при оценке эффективности роторных регенераторов;

3. Разработанные методики выбора наиболее рациональной системы вентиляции деревообрабатывающего завода могут быть применены при выборе наиболее рациональной системы вентиляции другого промышленного или общественного здания;

4. Выбранная наиболее рациональная схема вентиляции деревообрабатывающего завода может быть на деревообрабатывающие предприятия.

На защиту выносятся:

1. Функционально-структурная модель системы вентиляции деревообрабатывающего завода и основанная на ней классификация схем систем вентиляции по составу приточной установки, а именно типу и устройству теплообменника, теплоносителю и способу нагрева теплоносителя.

2. Методика структурного синтеза схем систем вентиляции на основе их функционально-структурной модели и классификации.

3. Уточненная математическая модель вращающегося регенератора.

4. Результаты сравнения схем систем вентиляции по капитальным затратам, эксплуатационным затратам и сроку окупаемости.

Апробация результатов исследования.

Основные положения диссертации обсуждались и докладывались на конференциях: Молодые ученые – ускорению научно-технического прогресса в XXI веке (Ижевск, 2013 г.); Forth Forum of Young Researches. In the framework of International Forum “Education Quality – 2014” (Ижевск, 2014 г.).

Публикации. Результаты исследования опубликованы в 3 статьях.

Краткое содержание работы

В первой главе диссертации рассмотрены способы вентилирования деревообрабатывающего завода и методы проектирования систем вентиляции. Рассмотрены экологические, надежностные, потребительские характеристики систем вентиляции, проанализированы современные работы по утилизации тепла, приведены результаты патентного поиска. Поставлена цель диссертации и определены задачи.

Во второй главе приведена классификация систем вентиляции, представлен выбор наиболее рациональной системы вентиляции деревообрабатывающего завода на основании структурно-функционального анализа. Приведена морфологическая матрица идея систем вентиляции, проведена структурная, функциональная и функционально-структурная модель системы вентиляции деревообрабатывающего завода. Разработана методика выбора наиболее рациональной системы вентиляции, произведено сравнение теплоносителей

В третьей главе представлено уточнение математической модели вращающегося регенератора. В отличие от известной модели температуры матрицы и среды не являются постоянными величинами, а приняты переменными. Получены расчетные зависимости и проведен тестовый расчет.

Рис. 3.3. График температуры теплоносителей (красные линии) и матрицы (синие линии), полученный в результате тестового расчета вращающегося регенератора.

В четвертой главе произведен анализ существующей системы вентиляции деревообрабатывающего завода, определены основные недостатки и пути их устранения. Представлено сравнение основных вариантов системы вентиляции: с роторным регенератором, с пластинчатым рекуператором и с теплообменником с промежуточным теплоносителем, выбрана наиболее рациональная. Представлен синтез данной схемы в систему вентиляции деревообрабатывающего завода.