автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Эффективность вентиляции на основе вихревого движения воздуха для протяженных зданий с избытками тепла



Нй правах рукописи

БЫЧКОВ Сергей Иванович

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЕНТИЛЯЦИИ НА ОСНОВЕ ВИХРЕВОГО ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА ДЛЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ЗДАНИЙ С ИЗБЫТКАМИ ТЕПЛА

Специальность 05.23.03 - теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

Иркутск - 1997 год

Работа выполнена в Иркутском Государственном техническом университет Иркутске.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Степанов B.C. Научный консультант: кандидат технических наук Кузьмина JI.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Табунщиков Ю.С. кандидат технических наук, доцент Кузьмин С.И.

Ведущая организация: ОАО " СибВАМИ"

Защита состоится "18"апреля 1997г. в 9 часовв ауд. К-302 на заседании диссертационного Совет К 083.71.04 при Иркутском государственном техничесю университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государств! технического университета.

Автореферат разослан "//" 1997 года.

Ученый секретарь • диссертационного Совета, ' кандидат технических наук, доцент

Общая характеристика работы

Актуальность. В целом ряде отраслей промышленности имеют место производства, которые располагаются в протяженных однопролетных зданиях с установленным в них однотипным обородованием являющимся источником значительных выделений тепла и вредных веществ в атмосферу помещения. К числу таких производств относятся способы получения .магния и алюминия, стекольные заводы, производства по обжигу и графитации на электродных заводах, производство карбида кремния и другие. Теплонапряженность в таких зданиях достигает 100 вт/м3 и более, а газовыделения в атмосферу производственного цеха, особенно в периоды технологической разгерметизации оборудования при проведении регламентных работ , достигает значений многократно превышающих допустимые. Для поддержания нормируемых условий в рабочей зоне и удаления вредностей из подобного типа зданий обычно используется аэрация. Кратность естественного воздухообмена достигает до 40 1/ч, однако и при этом не обеспечивается нормируемое санитарно - гигиеническое состояние воздушной среды в производственных помещениях.

В связи с этим вопросы повышения эффективности вентиляции промышленных зданий со значительными избытками тепла рассматриваемые в диссертации являются актуальными и имеют важное значение для оздоровления воздушной среды помещений.

Ведущая роль в исследованиях вентиляции протяженных промышленных зданий и в частности корпусов электролиза алюминия принадлежит Талиеву В.Н., Батурину В.В., Акинчеву Н.В., Канунникову В.Ф., Дерюгину В.В., Сметанину Ю.А., Яковлеву Ю.И. и другим.

Цель работы. Разработка математической модели позволяющей оценить эффективность вентиляции на основе вихревого движения воздуха и влияние конструктивных и технологических факторов ; создание эксперементального стенда для исследований воздухообмена производственных помещений; эксперементальное

получение коэффициентов регрессионных уравнений для адаптации математической модели к объекту исследования - корпусу электролиза алюминия ; выработка практических рекомендаций по организации воздухообмена с учетом минимума приведенных затрат.

Основные задачи исследования. Для реализации цели исследования требуется решить следующие задачи: выявление с помощью последовательного анализа основных влияющих факторов на эффективность аэрации и параметров, характеризующих её, которые необходимо учесть при моделировании вихревого движения воздуха; конструирование и изготовление физической модели, позволяющей реализовать многофакторное исследование вихревого движения воздуха для создания нормируемых санитарно - гигиенических условий в производственных помещениях; формирование математической модели для исследования воздухообмена цехов с высокой теплонапряженностью и конкретизация её для выбранного объекта - корпусов электролиза алюминия; проведение оптимизационных расчетов для вариантов реконструкции одноэтажных корпусов электролиза алюминия на основе использования вихревого движения воздуха.

Метод исследований. Для решения поставленных задач принят комплексный метод исследований. Он включает этапы проведения многофакторных экспериментов на физических моделях, построенных на принципе геометрического, теплового и аэродинамического подобия реальному объекту; обработки полученных экспериментальных данных на ЭВМ методами математической статистики; построения математических моделей изучаемых'объектов и исследования на них.

Научную новизну представляют: математические модели воздухообмена, позволяющие оценивать влияние конструктивных и технологических факторов на эффективность вентиляции производственных помещений с технологическими процессами, характеризующимися значительными тепловыделениями и залповыми

выбросами вредностей; физическая модель организации воздухообмена с созданием вихревого движения воздуха в производственых корпусах электролиза алюминия; уравнения регрессии, связывающие основные конструктивные и технологические факторы с параметрами воздухообмена при использовании вихревого движения воздуха для вентиляции корпусов электролиза алюминия; результаты оптимизационных расчетов вентиляции для реконструкции существующих одноэтажных и перспективных двухэтажных корпусов электролиза алюминия.

Достоверность. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: необходимым объемом исследований выполненных экспериментально-статистическим методом на модели, построенной на принципе геометрического, теплового и аэродинамического подобия натуральному объекту - корпусу электролиза алюминия; выполненными проверками воспроизводимости процесса; вычисления коэффициентов уравнения регрессии и проверки их статистической значимости; проверки адекватности полученного уравнения; сходимостью параметров оптимизации полученных в контрольных опытах и расчетным путем.

Практическая ценность работы состоит в использовании результатов диссертации при разработке перспективных корпусов электролиза алюминия в теме 59-2-6 "Провести исследования и разработать проектные предложения новых типов зданий цехов по производству алюминия без мостовых кранов и с нижней выкаткой электролизеров", выполненной в рамках Программы работ ГКНТ СССР на 1986 -1990 года и при реконструкции корпуса электролиза алюминия №3 на Иркутском алюминиевом заводе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных научно - технических конференциях Иркутского государственного технического университета (г. Иркутск, 1985 - 1987г.г.), на конференции "Архитектурно - строительные решения промышленных предприятий,

зданий и сооружений с учетом требований охраны окружающей среды" (г.Донецк, 1986г.), на научно - технических семинарах в Московском ДНТП "Оздоровление воздушной среды машиностроительных предприятий" (1987г.) и "Повышение эффективности промышленной вентиляции" (1989г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 авторских свидетельства.

Личный вклад автора заключается в разработке методики исследования воздухообмена производственных помещений на основе вихревого движения воздуха ; разработке и изготовлении эксперементального стенда в том числе и физической модели для проведения многофакторного исследования воздухообмена в производственных помещениях; получение на физической модели коэффициентов уравнений регрессии, связывающих основные конструктивные и технологические факторы с параметрами воздухообмена при вентиляции корпусов электролиза алюминия; проведение оптимизационных расчетов вентиляции новых и реконструируемых корпусов электролиза алюминия.

Автор защищает: математическую модель, которая оценивает эффективность вентиляции при вихревом движении воздуха и влияние конструктивных и технологических факторов; экспериментальный стенд для реализации многофакторного исследования вихревого движения воздуха в производственных помещениях; результаты исследований на физической модели корпуса электролиза алюминия; варианты реконструкции существующих и предложения по вентиляции перспективных корпусов электролиза алюминия.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа включает 128 страниц машинописного текста, 54 рисунка, 8 таблиц и 14 приложений на 62 страницах. Библиография включает 109 наименования отечественных и зарубежных авторов.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертации, сформулирована цель работы и положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ основных типов течения жидкости и газов используемых для вентиляции производственных помещений: ламинарного, турбулентного и вихревого. Рассмотрены современные методы расчета аэрации горячих цехов на основе турбулентных течений жидкости. Отмечено, что у авторов разработавших существующие методы расчета аэрации с использованием закономерностей конвективных струй, нет единого взгляда на физические процессы тепло- и массопереноса, формирующие температуру воздуха в рабочей зоне .

На примере корпусов электролиза алюминия, приведен анализ существующих данных о санитарно - гигиеническом и экологическом уровне проблем который существует в протяженных однопролетных корпусах с технологическим однотипным оборудованием являющимся источником значительных выделений тепла и вредных веществ в атмосферу производственного помещения.

Рассмотрена организация общеобменнон вентиляции производственных помещений с вихревой циркуляцией воздуха.

Сформулирована задача исследования заключающаяся в: разработке математической модели позволяющей оценить эффективность вентиляции закрученными потоками воздуха; выявление с помощью последовательного анализа основных влияющих факторов на эффективность аэрации и параметров, характеризующих ее; конструирование и изготовление физической модели, позволяющей реализовать многофакторное исследование вихревого движения воздуха; конкретизации математической модели для выбранного объекта - корпуса электролиза алюминия.

Во второй главе приводятся теоретические предпосылки для создания математической модели вентиляции корпусов электролиза алюминия при помощи закрученных потоков воздуха. Исследуются факторы, влияющие на эффективность вентиляции при использовании вихревого движения воздуха в существующих и перспективных корпусах электролиза алюминия.

В данной работе рассматривается система создания заданного микроклимата в производственном помещении, схема которой представлена на рис.1.

архитектурно-строительные факторы

х 31 х з: х 3)

и и и

X зк

и

условия моделирования

X 41 X 42 X 4!

и 11 и

X 4К

ПрмроДПО- XII: климатические Х|;: факторы

технолопгасскне хи

факторы

=>ум

=>У1К

=>У21 =>У22

=>уж

санитарно-гигиеинческпе условия

тсхш ■неэкономические параметры

ЛЯП

X Я X 52 X 5)

Й Х5К

условия входа воздуха

Й й й X 61 X 62 X 63

условия выхода воздуха

Й ХбК

Рис. 1 Схема системы создання микроклимата в помещении В связи с неполной информацией о механизме исследуемого процесса вентиляции корпуса электролиза алюминия закрученными потоками, исследования осуществлялись используя кибернетический подход, в основе которого лежит предложенная Н.Виннером идея "черного ящика" - оптимальное управление возможно при неполной информации.

Рассмотрены параметры, характеризующие исследуемый процесс. Следует отметить, что для помещений, в которых доминирующее влияние на процесс формирования скоростных и температурных полей оказывают мощные конвективные

тепловыделения и приточные струи , макро- и микроструктура закрученного движения воздуха формирует в последнем поля вредных веществ.

С точки зрения функционального назначения вентиляция, организованная на основе вихревого движения воздуха, характеризуется группой санитарно-гигиенических параметров воздушной среды, которые учитывают ее состояние в рабочей зоне помещения (поля перепада температур Atp3, скоростей V, относительной влажности *Р, вредных веществ С; коэффициенты, характеризующие равномерность распределения параметров воздушной среды в рабочей зоне и т.п.).

Важное значение для оценки рассматриваемого способа вентиляции имеет группа параметров, характеризующая технико-экономическую сторону процесса (коэффициент эффективности воздухообмена Кд, весовой расход воздуха Go, капитальные затраты на реализацию способа К ). На указанные группы параметров влияют различные факторы, среди которых можно выделить две группы: конструктивные и технологические.

В диссертации рассматривается вентиляция с использованием вихревого движения воздуха (рис.2 а,б):

а)для одноэтажного и двухэтажных корпусов электролиза алюминия с продольно расположенными ваннами с самообжигающимся и обожженным анодом при естественном поступлении и принудительном удалении общеобменного воздуха (когда необходима очистка удаляемого воздуха от вредных веществ), а также естественном поступлении и удалении общеобменного воздуха (аэрация);

б)для двухэтажных корпусов оборудованных электролизерами с обожженными анодами мощностью 255 кА с поперечным расположением при естественном поступлении и принудительном удалении воздуха.

а)даухструш1ое поступление приточного воздуха

в)разрез 1-1

Рис.2. Принципиальная схема вентнляции на основе вихревого течения воздуха корпуса электролиза алюминия (1- приточные проемы, 2- электролизные ванны, 3-

вытяжные устройства) Задачей оптимизации является необходимость найти такие значения факторов, характеризующих особенности производственного помещения с заданными параметрами основного технологического процесса и с учетом природно -климатических факторов района строительства, чтобы удовлетворялись санитарно -гигиенические требования к параметрам воздушной среды в помещении при минимуме затрат на создание вентиляции в нем.

Сформулирована основная задача исследования: получение математических зависимостей параметров, характеризующих эффективность вентиляции закрученными потоками воздуха и влияющих конструктивных и технологических факторов на основе

которых может разрабатываться оптимальная вентиляция для корпусов электролиза алюминия с различными технологическими и архитектурно - строительными решениями.

При исследовании эффективности вентиляции корпуса электролиза выявлена необходимость изучения влияния следующих факторов: количество проемов для поступления воздуха; размеры приточных проемов и высота расположения их низа над полом; способ удаления воздуха общеобменной вентиляции ; расход воздуха на организацию местной вытяжной вентиляции; поступление приточного воздуха в помещение плоскими и компактными струями; длинна аэрационной зоны.

Для проведения исследований использован экспериментально - статистический метод. Исследования проведены на сконструированной и изготовленной автором физической модели, построенной на принципе геометрического, теплового и аэродинамического подобия натуральному объекту - корпусу электролиза алюминия выполненного в масштабе 1:30. Модель изготовлена с учетом проведения многофакторных исследований вихревого движения воздуха для создания нормируемых санитарно - гигиенических условий в рабочей зоне помещения.

В третьей главе рассмотрена методика проведения экспериментальных исследований. -Приведено описание сконструированного и изготовленного экспериментального стенда для исследования эффективности использования вихревого движения воздуха для вентиляции в корпусах электролиза алюминия с продольным и поперечным расположением электролизных ванн. Экспериментальный стенд включал в себя трансформируемую модель части корпуса электролиза алюминия с продольным и поперечным расположением электролизных ванн, систему естественного и принудительного удаления воздуха из модели, пульт контроля и измерений. Модель части корпуса по длине была условно разделена на отдельные участки прямоугольной формы с соотношением сторон от 1:1 до 1:1,5 (длинна аэрационных зон по 30,24 или 18

метров). Под действием гравитационных сил и путем организации поступления приточных струй по касательной к аэрационной зоне образуется однонаправленное движение всего объема воздуха в каждой из зон, загрязненный воздух концентрируется к центру вращающего потока и удаляется через сосредоточенный сток. Участок помещения находящиеся между однонаправленными приточными струями в работе называется аэрационной зоной.

Эксперименты проводили при моделированием тепловыделений только от анодной части электролизера находящейся выше рабочей отметки корпуса, поэтому результаты экспериментов могут быть использованы как для одноэтажных корпусов электролиза алюминия, так и двухэтажных. В этом случае поступление и удаление аэрационного воздуха из первого этажа корпуса осуществляется через проемы в его наружных стенах. Для исключения перетекания тепла из первого во второй этаж, под приточными проемами второго этажа стены выполнены глухими.

Модель корпуса электролиза алюминия была выполнена из фанерных щитов с утеплителем в масштабе 1:30. Ввиду того, что корпуса электролиза алюминия имеют значительную длину (до 700м), при выборе длины моделируемого корпуса исходили из однотипности технологического оборудования равномерно расположенного по длине цеха и идентичности протекающих вентиляционных процессов при вихревом движении воздуха. Это позволило принять только часть корпуса длиной 90 метров включающего 12 электролизеров (по 6 в каждом ряду) при их продольном расположении и 11 электролизеров при поперечном расположении. Такая модель позволяла моделировать три аэрационные зоны длинной по 30,24 или 18 метров, производить естественное или принудительное удаление общеобменного воздуха из каждой аэрационной зоны, организовывать местную вытяжку от макетов электролизеров.

Поступление приточного воздуха в модель организовывалось через проемы в продольных стенах с изменяющимися размерами. Так же изменялся низ расположения проемов над полом. Естественное удаление воздуха из каждой аэрационной зоны

выполнялось через шахты. При принудительном удалении общеобменного воздуха был рассмотрен вариант с установкой в стоках закручивателей удаляемых потоков.

Перед проведением эксперимента осуществляли настройку модели - всем независимым варьируемым переменным процесса придавались соответствующие ¡-ой строке рабочей матрицы значения высоты а и ширины Ь приточного отверстия, высоты расположения низа приточного отверстия над полом Ь, тепловыделения от оборудования (2, весовой расход воздуха общеобменной вентиляции во, весовой расход воздуха местной вытяжки Омо, диаметр стока (1ст. В зависимости от серий опытов устанавливалась длина трех аэрационных зон 18, 24 или 30 метров.

Обработка экспериментальных данных проводилась с учетом применения методов планирования эксперимента при различных случаях дублирования опытов. Для каждой серии опытов определены: влияющие факторы и пределы их варьирования; параметры оптимизации. В качестве математической зависимости, связывающий частные параметры оптимизации и факторы, приняты: для отсеивающих серий опытов - полином первой степени ; для исследований основных серии опытов - полином второй степени.

Параметры, характеризующие вентиляцию, приняты: Д1рзср - перепад температур воздуха в рабочей зоне на уровне 2м и приточного в среднем проходе между электролизными ваннами; Л1р3кр - перепад температур воздуха в рабочей зоне на уровне 2м и приточного в крайних проходах; Кь -коэффициент эффективности воздухообмена; Кт -коэффициент характеризующий равномерность распределения перепада температур по рабочей зоне помещения.

В качестве влияющих факторов на выбранные параметры оптимизации приняты: ширина приточного проема, а(Х1); высота приточного проема, Ь(Хг); высота расположения низа приточного проема от пола, Ь(Хз); весовой расход воздуха (только для серий опытов с принудительной общеобменной вытяжной вентиляцией), Со (Х<);

теплонапряженность помещения, qo(Xj); диаметр стока, dcrfXe); длина аэрационной зоны, С(Х7).

В четвертой главе приведены результаты экспериментов и полученные уравнения регрессии, связывающие частные параметры оптимизации и влияющие факторы, а также выполнен анализ результатов исследований эффективности использования вихревого движения воздуха для вентиляции корпусов электролиза алюминия.

Полученные математические зависимости позволяют выбрать оптимальные значения размеров приточных проемов при минимальном расходе воздуха для создания необходимого температурного режима в рабочей зоне корпуса. Взаимосвязь параметров оптимизации Atn, Atra кр, Atncp,K.t ,K.l при использовании вихревых течений для вентиляции корпуса с влияющими на них факторами может быть описана полиномиальными моделями второй степени. Проверка полученных уравнений, ьыполненная с помощью критерия Фишера показала, что все уравнения адекватно описывают процесс вентиляции.

Для корпусов электролиза с продольным двухрядном расположением электролизеров мощностью до 150 кА, при естественном поступлении и принудительном удалении общеобменного воздуха и длине аэрационной зоны 18м получены следующие уравнения регрессии:

Д1РЗ ^=4,64-0,57X1+0,30X3-1,13X4+1,82Xs+0,43XiX,-0,44X.XS+0,33X2X3-0,50X4X5 (О Д1рзСР=7,06-1,21 Х4+2,82Х5+0,37Х}Х4-0,43X3X5-0,82X4X5 (2)

Кт =25,7+2,9Хг5,0Хз+3,4Х4+Х5-3,1Х|Х4-1,2Х2Х5-1,ЗХ4Х3 (3)

KL=1,08+0,08Х1+0,02X2-0,04X3-0,24X4+0,08Xs-0,03XiX4+0,03XiX5 (4)

Д1Р) =6,09-0,29Х|-1,18Х4+2,42Х5-0,29Х|Х5-0,27ХзХ5-0,7Х4Х5 (5)

где кодовые значения факторов связаны для условий натуры соотношениями (6) Лг-а-З/ 1,5 ; Х2=Ь-4,5/1,5; X3=h-3,5/ 2,5; X4=Go-250000/150000 ; Xs= qo-85/40

-{¿Хг.Хг.Хз.ХЛ^ 1

Для существующего корпуса электролиза N 3 ИРКАЗа с продольным двухрядном расположением электролизеров при естественном поступлении и принудительном удалении общеобменного воздуха и длине аэрационной зоны 18м уравнения регрессии следующие:

Д1рзкр =8,33-0,47Х|+0,72Хз-0,61Х4 (7) Д1рзср =8,80-0,39Х2-0,39Хз-0,37Х|Х4 (8) Кт =21,7+1,5Х1-5,9Хз+2,1Х|2+1 ,ЗХг2 (9) Кь =0,97+0,03X1-0,08X4 (10)

Д(рз =8,58-0,29Х,-0,39X4 . С 0

где кодовые значения факторов связаны для условий натуры соотношениями Х[ = а-3/ 0,75; Х2 = Ь-4,5/ 0,75; Хз =¡1-3,25/ 1,4; Х4 = 0о-250000/ 50000 (12)

-2<Х,,Хг,Хз,Х4,<2

На основании проведенных экспериментов с созданием вихревого течения во втором этаже корпуса электролиза алюминия с продольным двухрядным расположением электролизеров мощностью до 150кА, при естественном поступлении приточного воздуха через чередующиеся приточные проемы расположенные в продольных стенах и естественном удалении воздуха из под покрытия в центре каждой аэрационной зоны длинной 18м аэрационными шахтами, получены следующие уравнения регрессии, связывающие частные параметры оптимизации и влияющие факторы:

Д1рзкр=б, 25-0,57Х]+0,45Хз+1,35X5-0,41X1X2 (13)

Д1рзср"б,04-0,45Х |-0,32Хг-0,32Хз+1,1 ОХ5+0,25Хз2-0,29ХзХ5 (14)

Кт =18+1,8Х|+1,6Х2+1,4Хз+1,6Хз2-1,6Х1Х5+3,1X3X5 (15)

где кодовые значения факторов связаны для условий натуры соотношениями X, = а-3/ 0,75; Х2 = Ь-4,5/ 0,75; Хз =И-3,5/ 1,25; Х5 =Чо-85/ 20 (16)

-2<;Х,,Х2,Хз,Х5,<2

Одноэтажный корпус с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом является наиболее неблагоприятным корпусом электролиза алюминия для создания нормируемого состояния воздушной среды. Обеспечение Д1рз 25°С возможно при теплонапряженности в корпусе менее 95 Вт/м3. Снизить теплонапряженность можно реконструировав корпус в двухэтажный с раздельной вентиляцией этажей и организацией дополнительной местной вытяжки от электролизеров.

Исследования эффективности использования вихревого движения для вентиляции при естественном 4-х струйном поступлении и принудительном удалении воздуха в существующем корпусе электролиза N 3 ИРКАЗа является перспективным и может быть реализована. 4-х струйный приток выравнивает среднюю температуру рабочей зоны и особенно в крайних проходах, снижает среднюю температуру в целом по рабочей зоне.

Результаты измерений температур в средней и крайних аэрационных зонах показывают идентичность процессов происходивших в модели и подтверждают правильность принятого решения по исследованию процессов по центральной аэрационной зоне.

В результате проведенных экспериментов по организации воздухообмена с созданием вихревых течений во втором этаже корпуса электролиза алюминия с поперечным расположением электролизеров мощностью 255кА, при естественном поступлении приточного воздуха через чередующиеся приточные проемы расположенные в продольных стенах и принудительном удалении воздуха из под покрытия в центре каждой аэрационной зоны, получены следующие уравнения регрессии, связывающие частные параметры оптимизации и влияющие факторы.

При а/Ь>1/10 (плоские приточные струи) и длине аэрационной зоны 18м: Д1р3=8,108+0,26Хг0,612X4-0,292Х12 (17) Кт =13,1+2,17Х4+ХгН,369ХзХ4 (18) Д1 уХ =8,62-0,777X4-0,376Х|г (19)

где кодовые значения факторов связаны для условий натуры соотношениями Х1=а-0,45/0,15;Х2=Ь-4,5/0,75; Хз=Ь-3,24/1,38 ; 177700/38100 ; (20)

-2 5Х|,Хг,Х3,Х4,^2

При а/Ь <1/10 ( компактные приточные струи) и длине аэрационной зоны 18м: Д1рз =5,89-0,355Х|+0,323Х2-0,397 Х,Хг -0,283 ХзХ4 (21)

Кт =25,35+3,9Х|-4,9Хз-2,7 Х22 (22) Д1ух =6,57+0,322Х2-0,795Х4-0,433 Х1Х4 (23)

При а/Ь <1/10 (компактные приточные струи) и длине аэрационной зоны 24м: Х,=а-3/0,75;Х2=Ь-4,5/0,75; Хз=Ь-3,24/1,38 ; Х„=Со-177700 / 38100 ; (24)

Д1рз=5,5-0,69Х|+0,56Хз- 0,35X4+0,38Х4г (25) Кт =47,78+5,53Х,-10,1 Хз (26)

Д1ух =8,77-0,89X4+0,312 Хз2 +0.51Х42 +0,45 Х(Х2 (27)

где кодовые значения факторов связаны для условий натуры соотношениями Х,=а-3/ 0,75 ; Х2=Ь-4,5/ 0,75 ; Хз=Ь-3,24/ 1,38 ; Х4=Со-177700 / 38100 ; (28)

-2<Х|,Х2,Хз,Х4,<;2

Для корпуса с электролизерами мощностью 255кА целесообразным является длина аэрационной зоны 18 метров в количестве 36 штук при расходе принудительно удаляемого воздуха около 6 400 000 кг/ч и естественным поступлении в каждую зону через проемы размерами а=2,25м, Ь=3,4м и 11=4,0м. Исследования притока плоскими и компактными струями в корпус электролиза показали эффективность применения компактных струй.

В пятой главе проведена оптимизация расчетов для вариантов реконструкции одноэтажных и для перспективных корпусов электролиза на основе использования вихревого движения воздуха. Рассмотрено 6 вариантов проектных предложений реконструкции корпуса электролиза №3 Иркутского алюминиевого завода. Из 6-ти разработанных вариантов следует выделить две группы с различными объемно -планировочными решениями - одноэтажный (варианты 1,2) и двухэтажный корпус (варианты 3,4,5,6). Кроме того три группы вариантов, объединены одним типом

вентиляции корпуса - с естественным (варианты 1,3) , принудительным (варианты 2,4,5) !•: комбинированным (вариант 6) удалением отработанного общеобменного воздуха.

Технологический процесс производства алюминия связан с обработкой электролизных ванн поточно, несколько раз в сутки, когда происходит "залповый" выброс в атмосферу корпуса из разгемертизированного оборудования вредностей. Это позволяет в варианте 6 выполнять направление воздуха на газоочистку из аэрационных зон, где происходит обработка ванн. В остальных зонах происходит удаление воздуха путем аэрации.

Санитарно-гигиенические и технико-экономические показатели ( в базовых ценах 1991 года) вариантов проектных предложений реконструкции вентцляции корпуса

электролиза алюминия на основе вихревого движения воздуха

N Наименование показателей ед. нзм. вариант 1 вариант 2 вариант 3 вариант 4 вариант 5 вариант 6

Санитарно-гигиенические показатели

1 Перепад температур в рабочей зоне среднего прохода Д1рзср 6,5 6,3 4,3 4,5 4,2 4,6

2 Перепад температур в , рабочей зоне крайних проходов Д1рз|у ос 6,6 6,4 4,8 4,7 5,1 4,7

Технико-экономические показатели

1 Сметная стоимость тыс.руб 441,7 2355,6 1235,6 3149,5 2696,6 1793,6

|2 \ Трудозатраты тыс чел/дн 8,5 42,7 31,5 64,5 52,9 32,4

13 Приведенные затраты тыс.руб 53,0 2163,8 6414,1 8508,4 7371,3 1017,8

Г Годовые эксплутацнон-111.1е затраты тыс.руб - 1859,9 - 1859,9 722,0 722,0

Заключение

1. Создана методика многофакторного исследования вентиляции протяженных промышленных зданий со значительными избытками тепла на основе вихревого

движения воздуха.

2. Разработана и изготовлена физическая модель для реализации вентиляции производственного помещения закрученными потоками воздуха.

3. Исследована на модели организация воздухообмена с созданием вихревого течения воздуха в корпусах с продольным двухрядным расположением электролизеров

(электролизеры с самообжигающимся анодом) при аэрации, а так же при естественном поступлении и принудительном удалении общеобменной вентиляции.

4. Исследована на модели организация воздухообмена с созданием вихревого движения воздуха в корпусах с поперечным однорядным расположением электролизеров (электролизеры с обожженными анодами мощностью 255 кА) при естественном поступлении и принудительном удалении общеобменной вентиляции.

5. Установлены факторы влияющие на эффективность вентиляции при использовании вихревого движения воздуха в корпусах электролиза.

6. Выбранные методы исследования позволили получить уравнения, связывающие частные параметры, характеризующие эффективность вентиляции, объемно -планировочные и технологические решения.

7. Получены математические зависимости позволяющие выбрать оптимальные значения размеров приточных проемов при минимальном расходе воздуха для создания необходимого температурного режима в рабочей зоне корпуса.

8. Математическая модель применена при разработке проекта реконструкции существующего корпуса электролиза №3 на ИРКАЗе и подготовке предложений по перспективным корпусам электролиза.

9. На основании исследований создан новый способ аэрации помещений и разработано устройство его реализующее.

10. В результате оптимизационных расчетов реконструкции корпуса электролиза алюминия N3 на ИРКАЗе выбран вариант N6 при котором достигаются нормируемые условия в рабочей зоне при минимальных приведенных затратах.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Учет при проектировании требований по снижению загазованности от аэрационных выбросов цехов предприятий цветной металлургии со значительными тепловыделениями.- Сб. докладов научно - технического совещания "Архитектурно-

--20

строительные решения промышленных предприятий , зданий и сооружений с учетом требований охраны окружающей среды". Госстрой СССР, CA УССР.- Донецк, 1986.

2. A.c. № 1322025 AI (СССР). Способ вихревой аэрации. В соавторстве с Кузьминой Л.В., Дмитриевой Л.С.,- Бюл. № 25, 1987.

3. Новый способ вентиляции литейного цеха РМЗ. В соавторстве с Дмитриевой JI.C. и Бычковой Л.В.- Сб. докладов на научно - техническом семинаре "Оздоровление воздушной среды машиностроительных предприятий " МДНТП.,- М. 1987. с 21 - 26.

4. A.C. № 1352014 Покрытие многопролетного промышленного здания. В соавторстве с Истоминым Б.С., Куликовым Б.И. Бюл. № 42 , 1987.

5. Реконструкция аэрации одноэтажных корпусов электролиза алюминия на основе использования вихревого течения воздуха. - Сб. докладов на научно -техническом семинаре "Повышение эффективности промышленной вентиляции" МДНТП.,- М. 1989. с 3 - 10.

6. A.C. № 1640497 Способ вентиляции производственных помещений. В соавторстве с Истоминым Б.С., Канунниковым В.Ф., СемилетовымН.Г., Финогеновым А.И. и Искаковым В.В. Бюл. № 13 , 1991.

7. A.c. № 1751609 AI (СССР). Здание с тепловыделяющим оборудованием. В соавторстве с Кузьминой Л.В., Дмитриевой Л.С.- Бюл. № 28, 1992.

Подписано в печать 14.03.97г. Бумага для множительных работ. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 183. ОАО "Иркутский Промстройпроект", 664000, Иркутск, Степана Разина, 6.