Воздушная завеса — вентиляционное устройство, использующее свойство плоской воздушной струи для предотвращения врывания воздуха через открытый проём.
В холодный период года через открытые двери проёмы, ворота, технологические проёмы происходят огромные потери теплоты, накопленной в помещении, увеличивая энергопотребление здания. Эти потери тем значительнее, чем больше разность температур воздуха снаружи и внутри здания.
Холодный воздух улицы, врывающийся через незащищённые открытые проёмы, резко снижает температуру воздуха внутри помещений, является причиной холодных сквозняков и ухудшает условия труда на рабочих местах. В торговых центрах, оптовых складах, в офисных помещениях, где двери или ворота открыты большую часть времени, открытые проёмы являются основной причиной теплопотерь, и как следствие чрезмерного энергопотребления.
Простым решением этих проблем является установка воздушных завес. Воздушные завесы предназначены для разделения воздушных зон с различными температурами. Это достигается выдувом высокоскоростного потока воздуха плоской струёй,с образованием в створе дверного проёма зоны повышенного давления. Воздушная завеса образует «невидимую дверь», не давая тёплому воздуху выходить наружу и не впускать наружный холодный воздух в помещение.
Во всех случаях, когда по разные стороны дверного проёма имеются разные условия, мы будем иметь естественный переток воздуха, который будет стремиться выравнить эти условия.
Дополнительным фактором, влияющим на равновесие этой системы, является ветер, дующий с улицы.
Таким образом, расход воздуха через открытый дверной проём зависит от трёх причин:
- разницы давлений воздуха внутри и снаружи;
- разницы температур воздуха внутри и снаружи;
- скорости ветра.
Вначале рассмотрим зависимость величины расхода воздуха от разницы давлений и температур.
Тёплый воздух внутри помещения имеет меньшую плотность по сравнению с холодным наружным воздухом. Это вызывает разницу давлений в проёме двери. Холодный наружный воздух, как более тяжёлый, проникает в помещение через нижнюю часть проёма двери и выдавливает тёплый воздух помещения через верхнюю часть открытого дверного проёма (см. Рис.1).
Величина расхода воздуха через дверной проём зависит от разницы давлений воздуха внутри помещения и снаружи. Следовательно, воздухообмен зависит от температурной разницы давлений наружного и внутреннего воздуха. Если температуры внутреннего и наружного воздуха известны, то можно определить их плотности и далее разность давлений и расход воздуха через дверной проём.
Эпюра распределения движения наружного и внутреннего воздуха через дверной проём.
Поток воздуха, как результат термальной разности давлений.
|
| Рис 1. |
Расход воздуха Lт может быть определен по формуле
где: В — ширина дверного проёма, в м;
Н
— высота дверного проёма, в м;
μ — коэффициент расхода (безразмерная величина) 0,8-1,0;
g — ускорение свободного падения равное 9,81 м/сек2; Δγ — разность плотностей воздушных масс, в кг/м3;
γт — средняя плотность воздушных масс, в кг/м3.
Расход воздуха, как результат воздействия ветра.
Если ветер дует в направлении открытого дверного проёма, то через него будет протекать наружный воздух. Поток воздуха распределяется по сей площади проёма двери.
Следовательно, величина расхода проникающего воздуха пропорциональна скорости ветра.
Расход воздуха через дверной проём в результате воздействия ветра может быть определён по формуле
где: В — ширина дверного проёма, в м;
Н
— высота дверного проёма, в м;
V
10 — средняя скорость ветра на высоте 10 м.( см. климатические данные ), в м/сек;
0,25 — фактор направленности;
α — коэффициент, учитывающий положение дверного проёма к вектору направленности ветра;
α = 1, если дверной проём параллелен или перпендикулярен вектору направленности;
α > 1, если дверной проём находится с подветренной стороны (от 1,5 до 2).
Общий расход воздуха
через открытый дверной проём равен сумме расходов, образующихся вследствии разности давлений и воздействия ветра и определяется по формуле
∑L =Lт+Lв, в м3/ч (3)
Суммарная эпюра распределения наружного и внутреннего воздуха через дверной проём.
|
| Рис 2. |
Воздушная завеса создаёт барьер в открытом проёме двери, который предотвращает нежелательные потоки перетечения воздуха. Скорость плоской воздушной струи, создаваемой воздушной завесой должна быть достаточной, чтобы она достигла уровня пола. При этом часть воздуха выбрасывается на улицу, а основная часть поступает в помещение.
Эпюра распределения воздушных потоков при работе воздушной завесы.
|
| Рис 3. |
Энергосбережение при использовании воздушных завес.
Сравниваем энергопотери через открытые ворота с установленными воздушными завесами и без них.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
Расчётная температура в помещении 18ºС;
Расчётная температура наружного воздуха -18ºС;
Среднегодовая температура 5ºС;
Скорость ветра 4 м/сек;
Объём помещения 6 400 м3;
Стоимость энергии 2,5 руб/кВт ч
Ворота:
Высота 5м;
Ширина 4 м;
Рабочие дни в неделю 5 дней;
Время открывания в течении 24 часов 1 час;
Среднее время открытия за один раз 5 минут;
Фактор направленности 0,25.
Решение.
1. По диаграмме теплопотерь определяем величину теплопотерь через незащищённые воздушной завесой ворота ( см. Рис. 4 ), которые равны
Q1тп= 69*М Вт/год
Диаграмма теплопотерь незащищённых ворот.
|
| Рис 4. |
2. По диаграмме экономии теплопотерь защищённых ворот определяем % экономии, который равен 67% (см. Рис. 5).
Диаграмма экономии (в %) теплопотерь защищённых ворот.
|
| Рис 5. |
3. Определяем величину теплопотерь защищённых ворот
Q2тп=0,33*Q1тп=0.33х69≈23 М Вт/год
4. При этом энергосбережение составит
ΔQ=Q1тп-Q2тп=69-23=46 М Вт/год
Результаты решения сведены в таблицу.
Потери энергии через незащищённую дверь Q1тп=69 М Вт/год
Потери энергии через дверь,защищённую завесой Q2тп=23 М Вт/год
Энергосбережение ΔQ=46 М Вт/год
Экономия средств 115 000 руб/год