Визначення витрат теплової енергії на процес сушіння

7.4.1 Складові витрат

У процесі сушіння теплова енергія витрачається на нагрівання мате­ріалу перед сушінням, на випаровування вологи із деревини, на проміжко­ву та кондиціонуючу тепловологообробки, на втрати тепла через огоро­дження, на нагрівання свіжого повітря, огоро­дження камери, транспортного та іншого обладнання, яке знаходиться в сушильній камері.

Кількість теплоти, яка витрачається на нагрівання огородження камери, свіжого повітря, транспортного та іншого обладнання сушильної камери вважається як не врахована і за се­редніми статистичними даними складає 15–30 % від врахованих витрат теплоти.

Витрати теплоти на сушіння деревини визначте окремо для зимо­вих (для розрахункової температури опалення) та середньорічних умов (табл. А.8). Результати, одержані для зимових умов, використовуються для розрахунку потужності нагрівачів, а за середньорічними умовами – для визначення сумарних витрат теплової енергії на сушіння 1 м³ пиломатеріалів.

7.4.2 Визначення витрат енергії на початкове нагрівання деревини

Питому витрату теплової енергії на нагрівання 1 м³ пиломатеріалів у середньорічних умовах визначте за формулою:

, (7.19)

де – питома витрата теплоти на нагрівання пиломатеріалів у середньорічних умовах, Дж/м³;

– щільність деревини при початковій вологості, кг/м³ (див. рис. А.5);

– кінцева (максимальна) температура нагрівання деревини, °С;

– середньорічна температура (табл.А.8), °С;

– середня питома теплоємність деревини для діапазону температур від середньорічної до кінцевої, Дж/(кг× °С) – див. рис. А.4;

Питому витрату теплової енергії на нагрівання 1 м³ пиломатеріалів у зимо­вих умовах визначте за формулою:

, (7.20)

де – питома витрата теплової енергії на нагрівання пиломатеріалів в зимо­вих умовах, Дж/м³;

– питома теплота плавлення льоду, Дж/кг (335× 10³ Дж/кг);

– початкова вологість пиломатеріалів, %;

– вміст незамерзлої вологи в деревині, % (див. рис. А.2);

– температура деревини на початку нагрівання (розрахункова температура опалення), °С;

– середня питома теплоємність деревини для мінусових температур, Дж/(кг× °С) – див. рис. А.4 для температури /2;

– середня питома теплоємність деревини для плюсових температур, Дж/(кг× °С) – див. рис. А.4 для температури /2;

Витрати енергії на нагрівання всього об'єму деревини, що є в сушильній ка­мері, визначаються за формулами:

, (7.21)

, (7.22)

де – витрати енергії на нагрівання деревини в середньорічних умовах, Дж;

– витрати енергії на нагрівання деревини в зимових умовах, Дж.

7.4.3 Визначення витрат енергії на випаровування вологи з деревини

Питомі витрати теплоти на випаровування вологи в процесі сушіння пиломатеріалів (на 1 кг вологи) визначається за формулою:

, (7.23)

де – питомі витрати теплоти на випаровування вологи, Дж/кг;

– тепломісткість свіжого повітря, =46× 10³ Дж/кг;

– теплоємність води, =4190 Дж/(кг∙ °С);

– температура деревини, яку приймають за температуру змо­ченого термометра відповідно режиму, °С.

Витрати теплоти на випаровування вологи із пиломатеріалів визначте за формулою:

, (7.24)

де – витрати теплоти на випаровування вологи із пиломатеріалів, Дж.

Потужність, необхідна для випаровування вологи:

, (7.25)

де – потужність, необхідна для випаровування вологи, Вт.

7.4.4 Визначення витрат енергії через огородження

Втрати тепла через огородження розраховують для зимових та середньорічних умов.

Проміжні результати розрахунку доцільно заносити в таблицю, яка складається з таких стовпців:

- назва огородження;

- довжина огородження, м;

- висота (ширина) огородження, м;

- площа огородження, м²;

- товщина 1-го шару огородження, м;

- теплопровідність 1-го шару огородження, Вт/(м∙ °С);

- товщина 2-го шару огородження, м;

- теплопровідність 2-го шару огородження, Вт/(м∙ °С);

- товщина 3-го шару огородження, м;

- теплопровідність 3-го шару огородження, Вт/(м∙ °С);

- коефіцієнт тепло­передачі огородження, Вт/(м²∙ °С).

Коефіцієнт тепло­передачі багатошарових огороджень визначається за формулою:

, (7.26)

де – коефіцієнт теплопередачі огородження, Вт/(м²∙ °С);

– коефіцієнт теплообміну внутрішньої сторони огородження, =25–28 Вт/(м²∙ °С);

– коефіцієнт теплообміну зовнішньої сторони огородження – для огородження, яке виходить назовні, =23 Вт/(м²∙ °С); для огородження, яке виходить у приміщення, яке не отоплюють, =12 Вт/(м²∙ °С); для огородження, яке виходить у приміщення, яке отоплюють, =9 Вт/(м²∙ °С);

– товщина і-го шару огородження, м;

– теплопровідність і-го шару огородження, Вт/(м∙ °С) – див. табл. А.9;

Рекомендується, щоб коефіцієнт теплопередачі стін нових сушильних камер знаходився в межах 0, 4–0, 6 Вт/(м²× °С), стелі – не повинен перевищувати 0, 6 Вт/(м²∙ °С) для того, щоб запобігти конденсації вологи на її внутрішній поверхні, а для дверей камери – не повинен перевищувати 2, 3 Вт/(м²∙ °С).

Для підлоги коефіцієнт теплопередачі приймають у два рази меншим, ніж для зовнішніх стін. За охолоджуючу поверхню полу приймають смугу шириною 1 м вздовж зовнішніх стін. Втрати тепла через бокову стінку між двома камерами не враховують (окрім камер, розташованих окремо одна від одної).

Втрати тепла через огородження (стіни, стелю, підлогу, двері) характеризуються потужністю, яка ви­значається окремо для кожного елемента за формулою:

, (7.27)

де – потужність теплових втрат через окреме огородження, Вт;

– площа кожного окремого огородження, м²;

– температура середовища в сушильній камері, відповідно до режиму, °С;

– температура середовища із зовнішньої сторони огородження, °С.

Проміжні дані та результати розрахунку втрат енергії через огородження зводять у таблицю за формою, наведеною в табл. 7.1.

Таблица 7.1 – Розрахунок втрат тепла через огородження камери

Заповнивши табл. 7.1, розраховують сумарну потужність теплових втрат (через всі огородження).

Енергія, яка витрачається через огородження, обчислюється за формулою (тривалість сушіння повинна бути виражена в секундах):

, (7.28)

де – енергія, яка витрачається через огородження, Дж;

– сумарна потужність теплових втрат через всі огородження, Вт.

Сумарні витрати енергії на сушіння обчислюють для середньорічних і зимових умов за формулами:

, (7.29)

, (7.30)

де – сумарні витрати енергії на сушіння в середньорічних умовах, Дж;

– сумарні витрати енергії на сушіння в зимових умовах, Дж.

– коефіцієнт, який враховує додаткові витрати теплоти на початко­вий прогрів камери, транспортних засобів і обладнання в середи­ні сушильної камери, втрати теплоти з відпрацьованим повітрям тощо, =1, 15...1, 3.