CC BY
106
Строительство методом 3D прототипирования - это новая перспективная технология. Данное техническое нововведение не применяются на территории РФ. Технология 3D прототипирования может заменить существующие технологии. В данной работе предлагается несколько способов изготовления жилых помещений на 3D принтере:
1. Конструктивные элементы дома печатаются на 3Бпринтере. Конструктивными элементами являются: пластины и брусья, изготавливаемые из полимерного материала. Предлагаемый дом очень прост в сборке, процесс самой сборки не занимает продолжительного времени.
Для постройки предлагаемого жилого помещения необходимо 303 составных деталей. Из них 132 штуки составляют пластины размером 200х200х1 мм, и 171 штука брусьев различного размера и формы.
Размеры составных частей рамы: два бруса с пазами сборной рамы имеют длину 1960 мм, ширину 50мм и высоту 50 мм. Два бруса с пазами сборной рамы имеют длину 2060 мм, ширину 50мм и высоту 50 мм. Данные брусья имеют одинаковую конструкцию, а различаются лишь своей длиной.
Предлагается технология производства домов методом 3Бпрототипирования на 3D принтере(ShanghaiWinSunDecorationDesignEngineeringCo). Принтер имеет габаритные размеры 150 м (длина) x 10 м (ширина) x 6,6 м (высота). Изготавливаемые дома имеют площадь 200 м2 и высоту до 6 метров. Производство доманачинается с изготовления боковых стен, пола и крыши. Экструдером бетон наслаивается до достижения заданной толщины. Следующим шагом, дом переворачивают на 90 градусов. Далее, устанавливаются окна и двери вместо задней и передней стенки.
Недостатки предложенных способов и технологий строительства жилых помещений методом 3D прототипирования: возможность производства только бетонных компонентов конструкций домов; потребность в подаче заранее подготовленного бетона; отсутствие возможности производства строительной смеси непосредственно в самом аппарате 3D принтера; немобильность производства; производство только в специально оборудованном помещении; необходимость в поддержании постоянных заданных температур и влажности; недостаточная прочность конструкции; изготовление только двух стен дома.
Строительство методом 3D прототипирования - это новая перспективная технология. Данное техническое нововведение не применяются на территории РФ. Технология 3D прототипирования может заменить существующие технологии. В данной статье предлагается несколько способов изготовления домов на 3D принтере:
1. Дом изготавливается полностью из бетона, за исключением потолка, пола и крыши, которые изготавливаются из железобетона. При такой компоновке плита пола устанавливается на 8 стоек-столбиков, что исключает необходимость в фундаменте. Места под двери, окна и трубы намечаются. Необходимо 2 головки 3D принтера - под металл и под бетон.
2. Заготавливается файл 3D принтера, по которому из железобетона изготавливается пол, потолок и крыша, а стены производятся из бетона, но с заранее запланированными отверстиями под двери, окна и трубы. Необходимо 2 головки 3D принтера - под металл и под бетон.
3. Изготавливается дом, в котором отверстия изначально заполняются дверью и окнами из плексигласа. Для этого нужно 3 головки для 3D принтера - под металл, под бетон и под полимер.
Производство дома начинается с изготовления пола конструкции. Возможны два возможных варианта изготовления пола, обеспечивающего достаточную прочность конструкции:
1. Принтер поочередно наносит слой бетонной смеси и слой порошкообразного металла, который сплавляется в единый каркас конструкции.
2. Принтер наносит слой бетонной смеси, после чего укладывается слой металлических прутьев, которые спаиваются между собой лазером, устроенным в конструкцию 3D принтера. После чего наносится следующий слой бетонной смеси и процесс повторяется до достижения необходимой толщины пола дома.
Далее возводятся стены дома из бетона посредством последовательного нанесения слоев бетона заданной толщины.
Преимущества
1. Подача строительной смеси непосредственно из самого аппарата 3D принтера на печатающую головку.
2. Цельность конструкции, не состоящая из составных деталей и не требующая затрат на процесс сборки
3. Достаточная прочность конструкции
4. Высокая мобильность 3D принтера, необходимого для строительства.
5. Возможность одновременного печатания как бетонных и железобетонных элементов конструкции, так и полимерных элементов.
Литература
1. Патент на изобретение РФ № 2394132 , МПК, Е04В1/32, опубликовано 10.07.2010 г. «Сборный дом из полимерного материала».
2. Строительство домов с помощью 3D принтера [Электронный ресурс] URL: http://stamp3d.ru/izdeliya/stroitelstvo-domov-s-pomoshhyu-3d-printera (дата обращения 17.05.2014)
References
1. The patent for invention Russia Federation № 2394132, IPC, Е04В1/32, published on 10.07.2010 "Prefab from a polymeric material."
2. Construction of houses using 3D printer [electronic resource] URL: http://stamp3d.ru/izdeliya/stroitelstvo-domov-s-pomoshhyu-3d-printera (the date of treatment 17/05/2014)
Баишева Л.М.1, Жиркова М.В.2 'Аспирант, 2старший преподаватель,
Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова РАСЧЕТ ВОЗДУХО-ВОЗДУШНЫХ РЕКУПЕРАТОРОВ ДЛЯ ПРИТОЧНО-ВЫТЯЖНОЙ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА
Аннотация
В работе представлен расчет параметров рекуператоров, установленных в приточно-вытяжных устройствах систем вентиляции воздуха. Для расчета впервые используется температура наружного воздуха ^=-50°С, характерная для населенных пунктов в условиях Севера. Отмечено несоответствие теоретических результатов расчета с экспериментальными данными. Ключевые слова: рекуператор, вентиляция воздуха, конденсация влаги.
Baisheva L.M.1, Zhirkova М-V.2
1Postgraduate, 2senior lecturer,
North-Eastern Federal University in Yakutsk ANALYSIS OF AIR-TO-AIR RECUPERATOR IN THE NORTH
Abstract
The analysis of air-to-air recuperator characteristics in the North is submitted. The outdoor temperature is minus 50 degrees is for the first time used. It is noted that calculation data don't correspond to experiment.
Keywords: recuperator, ventilation, condensation of moisture.
12
Затраты теплоты на подогрев приточного наружного воздуха при современных методах теплозащиты ограждающих конструкций составляют в жилых домах до 80% тепловой нагрузки на отопительные приборы, а в общественно -административных зданиях более 90%. Поэтому энергосберегающие системы отопления в современных конструкциях зданий могут быть созданы только при условии утилизации теплоты вытяжного воздуха на нагрев приточного наружного воздуха. Наибольший интерес представляют приточно-вытяжные установки систем вентиляции с вращающимся и пластинчатым рекуператорами.
Применение воздушных рекуператоров в суровых климатических условиях ограничено из-за возможного обмерзания вытяжной части теплообменной установки. Устранение обмерзания позволит существенно расширить температурный диапазон работы воздушных рекуператоров в области низких температур.
Для обеспечения бесперебойной работы рекуператора необходимо на его входе для наружного воздуха поддерживать температуру не ниже -20°С. В то же время температура кипения хладагента в испарителе, находящемся в канале уходящего воздуха, не должна опускаться ниже 0... 5°С для недопущения его обмерзания [1,2].
В настоящий момент широко применяется общепринятая методика расчета параметров приточного и удаляемого воздуха на выходе из теплообменника на примере стационарного воздушного пластинчатого теплоутилизатора [3], представленного на рисунке 1. В качестве исходных данных начальную температуру приточного воздуха принимают равной -5°C. Однако суровые климатические условия Республики Саха (Якутия) предполагают значения температур наружного воздуха в среднем -50°C в холодный период года.
В данной работе будет рассмотрен расчет воздухо-воздушных рекуператоров для приточно-вытяжной системы вентиляции в условиях Севера по вышеуказанной методике.
Расход приточного и удаляемого воздуха 5000 кг/ч. Начальная температура удаляемого воздуха tyd=20°C, влажность ф=25%, влагосодержание d= 3,5 г/кг, 1н= 29 кДж/кг, tp=0,l °С, 1р=9 кДж/кг. Теплообменная поверхность рекуператора собрана из пластин, между которыми расположено оребрение с>р=0,15 мм, образующие каналы в виде равносторонних треугольников (в=60°). Просвет между пластинами 3 мм. В рекуператоре подогревают приточный воздух с начальной температурой tH=-50°C, 1н=-50 кДж/кг. Размеры фронтального сечения в каждом канале рекуператора /фр=0,7х0,7 м, глубина 1=0,3 м. Схема движения теплообменивающихся сред противоточная.
Рис. 1 - Схема устройства воздухо-воздушного рекуператора
Сперва определяем живое сечение для прохода воздуха по формуле
/ = /фр-г-/уд , (1)
где величину параметра /уд определяем по табл. Х.1 [3], которая равна 0,857 м2/м3:
f = 0,7 • 0,7 • 0,3 • 0,587 = 0,126 м2
Затем определяем площадь теплообменной поверхности в потоке удаляемого ( ) и приточного ( ) воздуха
F = F1=F2 = /фр • l • Fv, (2)
где Fv по табл. Х.1. равна 1905 м2/м3:
F = 0,49 ■ 0,31 ■ 905 = 280,035 м2
Определяем эквивалентный диаметр теплообменника D3KB по табл. Х.1 [3] Вэк=1,77Л0'ъ м и массовую скорость воздуха в живом сечении теплообменника
шр = G в/ (3600/) , шр = 5000/(3600 ■ 0,126) = 11,02 кг/(с ■ м2)
Плотность удаляемого воздуха (tyd=20°C)р]=1,205 кг/м3, а плотность приточного воздуха (tH=-55°C)р=1,534 кг/м3. Скорости потоков удаляемого и приточного воздуха соответственно равны: ет^=11,02/1,205=9,145 м/с, о>2=11,02/1,534=7,187 м/с. Определяем значения критерия Re, принимая коэффициенты кинематической вязкости v^=15,1110-6 м2/с и v2=9,55 10'6 м2/с:
Rед = ш D3кв/ v,
Rед = 9, 145 • 1,7 7 • 1 0 -3/ ( 1 5,1 1 • 10-6) = 10 72 ,
Rе2 = 7, 1 8 7 • 1,7 7 • 1 0 - 3/ ( 9,5 5 • 10-6) = 1 3 32 .
Затем определяем значения Nu по формуле:
Wu = 1,99 • Rе°,°9-Рг0'3 3 ,
JVUi = 1,9 9 • 10 72° 09 ■ 0,7 1 3 033 = 3,3 3 5;
Vu2 = 1,9 9 • 1 3 3 2009 ■ 0,72 5°3 3 = 3,42 0.
Определяем коэффициенты теплообмена аг и а2, принимая 71=2,5710'2 Вт/(мК) и 72=2,0410'2 Вт/(мК):
ССД X • VU,/ d3kb,
= 2,57 • 10“2 • 3,335/(1,77 • 10“3) = 48,42 Вт/(м2 • °С); а2 = 2,04 • 10“2 • 3,420/(1,77 • 10“3) = 39,41 Вт/(м2 • °С).
(3)
(4)
(5)
(6)
Определяем показатель оребрения одной и другой поверхности по формуле:
Pop = F^/F + (Fp/F) • ( щ • к кг), считая у=1 и FnjI/ F = 1/ ( 1/ cos/? + 1) = 1/ ( 1/0,5 + 1) = 0,3 3 3 :
рор = 0,333 + (1 - 0,333) • 1 • 0,7 = 0,8.
Определяем коэффициент теплопередачи:
а1 'Vop а2 'Vop
(7)
(8)
13
к = ■
■ = 17,38 Вт/(м2 • °С)
; + ■
(9)
48,42- 0,8 т 39,41-0,8
Определяем коэффициент теплопередачи К, учитывающий тепло- и массоперенос, по формуле:
_____________1___________
Св/(снас-' 4opl)+ 1/(а2' По[|2 )
вычисляя снас по формуле:
С„ас = Св + Г * В/Д, (10)
Для определения снас используется таблица значений коэффициентов A, B, C, D (при барометрическом давлении 101,3 кПа), зависящих от температуры наружного воздуха и относительной влажности. И максимально возможная низкая температура воздуха -20°С. Если рассматривать t„=-50°C, то можно сделать вывод, что отношение коэффициентов В/Д стремится к нулю. Следовательно, снас=се.
Тогда получаем:
К/ = 1/( 1,0051 • 48,42- 0,8) + 1/(39,41 • 0,8) = 17,42 Вт/(м2 ' С)
Определяем безразмерные параметры, характеризующие режимы работы теплообменников без выпадения конденсата (Fo j и Wj) и при выпадении конденсата на поверхности (Fo Ij и Wn):
Fo1 = K-
Gj-Св
Fo1 = 3,6 • 17,38 • 280,035/(5000 • 1,005) = 3,48;
W1 = G1* св/( G2 * св ) , = G, • cB/(G2 • cB ) = 1;
Fo'n = K, "
Fon = 3,6 • 17,42 • 280,035/(5000 • 1,0051) = 3,49;
(11)
(12)
(13)
(14)
Щ 1 = G 1 * с„ас/ ( G2 * Св ) ,
Wn = 5000 ■ 1,0051/5000 ■ 1,005 = 1,00009
Используя найденные значения Fо x, определяем значения относительного перепада температур в2 при работе теплообменника в режиме "сухого" теплообмена по формуле:
Fo,
во =■
3,48
02 =-
z 1+ Fo,
■ = 0,777
(15)
1 + 3,48
Используя найденные значения Fo; 1 и И) 1 , определяем значения в12 при работе теплообменника в режиме выпадения конденсата на всей поверхности по формуле:
вп — ■
д _ l-exp [-Fo;i (l- WjQ]
12 1-W,rexp [-Fo,1(l-W;i)’
1 - exp • [ -3,49 • (1 - 1,00009)]
(16)
■ = 0,777
1 - 1,00009 • exp • [-3,49 • (1 - 1,00009 )]
Определяем температуру приточного воздуха после утилизатора при работе его в "сухом" режиме по формуле:
t*2 = t„ + 02 ■ ( *уд - t„) , (17)
t*2 = -50 + 0,777 ■ (20 + 50) = 4,4 °С
Если влагосодержание удаляемого воздуха увеличить, то рекуператор будет работать в условиях выпадения конденсата на всей поверхности.
Определим температуру приточного воздуха после утилизатора при работе его в режиме с выпадением конденсата на всей поверхности при следующих параметрах удаляемого воздуха: tyd=20 °С; <7=14,5 г/кг; 1Т=57 кДж/кг:
t х2 = £„ + [ 0 2 ■ ( h — ^„) ■ G 1/^ G 2] / св, (18)
[0,777 ■ (57 + 50) ■ 1]
tx2 = -50 + -----7-—--------—- = 33,19 °С
х2 1,005
Таким образом, по результатам расчета можно сказать, что чем ниже температура наружного воздуха, тем выше температура приточного воздуха после утилизатора с выпадением конденсата на всей поверхности. Этот вывод не соответствует экспериментальным данным. Поэтому необходимо разработать новую методику расчета температуры приточного воздуха после рекуператора с выпадением конденсата в зависимости от температуры наружного воздуха ниже -31 °С.
Литература
1. Вишневский Е.П. Особенности обеспечения эффективной работы пластинчатых теплообменников рекуперативного типа в суровых климатических условиях // С.О.К. 2005. № 1.
2. Дискин М.Е. Эффективность рекуперации теплоты в системах вентиляции при температурах наружного воздуха ниже температуры опасности обмерзания. АВОК. 2006. № 4.
3. Богословский В.Н. и др. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение: Учебник для вузов / В.Н. Богословский, О.Я. Кокорин, Л.В. Петров; Под ред. В.Н. Богословского. - М.: Интеграл 2014 - 367 с., ил.
References
1. Vishnevskij E.P. Osobennosti obespechenija jeffektivnoj raboty plastinchatyh teploobmennikov rekuperativnogo tipa v surovyh klimaticheskih uslovijah // S.O.K. 2005. № 1.
2. Diskin M.E. Jeffektivnost' rekuperacii teploty v sistemah ventiljacii pri temperaturah naruzhnogo vozduha nizhe temperatury opasnosti obmerzanija. AVOK. 2006. № 4.
3. Bogoslovskij V.N. i dr. Kondicionirovanie vozduha i holodosnabzhenie: Uchebnik dlja vuzov / V.N. Bogoslovskij, O.Ja. Kokorin, L.V. Petrov; Pod red. V.N. Bogoslovskogo. - M.: Integral 2014 - 367 s., il.
Балакин П.Д.1, Шамутдинов А. Х.2, Звездин Д.С.3
'Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Машиноведение», Омский государственный технический
университет, ^Кандидат технических наук, профессор Российской Академии Естествознания, доцент кафедры «Техническая
механика», Омский автобронетанковый инженерный институт, 3Кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Техническая механика», Омский автобронетанковый инженерный институт РАЦИОНАЛЬНЫЕ КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ПАРЫ ДЛЯ ОРИГИНАЛЬНОЙ ЧАСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА
14
