Применение воздушных завес

Воздушные завесы нашли широкое применение как устройства, препятствующие проходу воздуха через открытые проемы, которые по технологическому процессу нельзя держать закрытыми. Благодаря этим устройствам через открываемые зимой ворота предотвращается прорыв холодного воздуха в производственные помещения.

Воздушные завесы применяются также в проемах между двумя производственными зонами, когда одна из них отапливается, а другая не отапливается; в проемах наружных ограждений, через которые проходит производственное оборудование (транспортеры н т. п.).

Воздушные завесы дают возможность поддерживать зимой в производственных помещениях требуемые санитарными нормами метеорологические условия и при этом значительно сокращать расход тепла.

Воздушными завесами можно воспользоваться для предотвращения перемещения воздуха из одного помещения, в котором имеется концентрация вредных паров, газов или пыли (хотя бы в размерах, предельно допустимых по нормам), в другое, где выделения этих вредностей нет.

По-видимому, впервые воздушные завесы были применены именно для решения такой задачи.

Наружный воздух входит в помещение через ворота и другие проемы в наружных ограждениях вследствие разности давлений снаружи и внутри здания. Разность давлений может создаваться под действием теплового напора, ветра и при работе механической вентиляции.

Поэтому наиболее правильно рассматривать ворота, защищенные воздушной завесой, как приточный проем при совместном действии аэрации и механической вентиляции. Действие воздушной завесы следует учитывать как дополнительное сопротивление, уменьшающее количество воздуха, проходящего через ворота в помещение.

Применение воздушных и воздушно-тепловых завес способствует не только комфортному пребыванию и работы людей, но сокращает затраты тепловой энергии на отопление. Расчет и подбор воздушных завес включен в раздел проекта Отопление и Вентиляция. Зачастую в проекте завесы подбирают не по расчетным данным, а по каталогу компании производителя, не делая расчетов по определению точной мощности и конструкции. Специалисты нашей компании грамотно рассчитывают и подбирают тепловые завесы.

Далее мы приведём пример расчета воздушно-тепловой завесы (примеры и теория взяты из В. М. Эльтерман «Воздушные завесы» и «Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений» Часть II под редакцией И.Г. Староверова). В примере приведены данные для расчета всех видов воздушно-тепловых завес.

РАСЧЕТ ВОЗДУШНЫХ И ВОЗДУШНО-ТЕПЛОВЫХ ЗАВЕС ШИБЕРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ У НАРУЖНЫХ ВОРОТ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЕМОВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЯХ

Пример 1. Рассчитать воздушную завесу для раздвижных ворот размерами F_B=4×3=12 м².открывающихся на 1.5ч в сутки в деревообрабатывающем цехе, работающем в одну смену. Расчетная температура наружного воздуха в зимнее время t_н= -25°С; температура в рабочей зоне t_р.з = 18 °C; средняя температура по высоте помещения t_вн=20°С;

_Дt_расч = 20- (-25) = 45 °C Продолжительность отопительного периода n=200 суток.

Категория работ — легкая, рабочие места, расположенные вблизи ворот, защищены ширмами. Длина притворов окон с деревянными двойными переплетами l =760 м; длина притворов двух ворот l=48 м, длина притворов фонаря с металлическими переплетами l=700 м. Вертикальное расстояние между центром проема ворот и центром фрамуг фонаря h=5 м. Объемы воздуха, подаваемого в цех и удаляемого из цеха механическим путем, сбалансированы.

Решение

• 1. Температуру смеси воздуха в рабочей зоне вблизи ворот принимаем t_см =14°С.
• 2. В здании нет постоянных избытков тепла, поэтому оптимальную относительную ширину щели воздушной завесы определяем по Табл.1, учитывая величину nф=200×1.5=300. При этом F_щ =¹/₃₀ откуда оптимальная ширина щели b = 1/30 B2 = 4/60 = 0.067m. Принимается ближайшая ширина щели, кратная 0.25, b=0.075 m, при этом фактическая величина F_щ=(2*0.075)/4=1/27
• 3. По Табл.2 при _Дt_расч =50°С (ближайшее к заданному 45°) находим оптимальное значение q_опт=0.62.
• 4. Коэффициент расхода воздуха для раздвижных ворот по Табл.3 µ= 0.29
• 5. По Табл.4 и заданным длинам притворов находим произведения площади щелей на коэффициенты расхода для приточных и вытяжных щелей:
  • (µ₁F)_прит = 760*0.02+48*0.01=2.0 m²; (µ₁F)_выт = 700*0.004=2.8 m²

завеса воздушный проем здание Табл. 1.

Оптимальные значения относительной ширины воздуховыпускной щели завесы F_щ.опт. для зданий, не имеющих теплоизбытков.

Табл. 2.

Оптимальные значения 2 q_опт

Табл. 3.

Коэффициенты расхода воздуха µ для открытых проемов при действии двусторонних боковых воздушных завес.

Табл. 4.

Произведение площади щели длиной 1 м на коэффициент расхода воздуха через эту щель в м²

6. Находим отношение приведенной площади приточных и вытяжных отверстий по формуле (отношение приведенной площади приточных проемов к площади вытяжных проемов; при заборе воздуха для завесы из помещения):

Б=µ*Fв (1-q)+(µ*F)пр/(µ*F)вт, при заборе воздуха для завесы снаружи ф-ла примет вид:

Б=µ*Fв+(µ*F)пр/(µ*F)вт ;

где, (µ*F)пр — суммарная площадь приточных отверстий в окнах, умноженная на коэффициент расхода [m²], (µ*F)вт — суммарная площадь вытяжных отверстий и щелей в створках фонарей, шахт, умноженная на коэффициент расхода [m²], µ -коф. расхода воздуха через ворота.

Б=0.29*121−0.62+22.8=1.18

7. По формуле (для зданий с фонарями, когда нейтральная зона расположена выше ворот:) определяем высоту расположения нейтральной зоны hн.з.=h/(1.052Б)2+1[m], в зданиях с теплоизбытками, в которых в зимнее время устраивается аэрация ф-ла примет вид:

hн.з.=h-hпр/[1.1(µ*F)пр/(µ*F)вт]²+1+ hпр[m],.

где, hпр — высота расположения середины приточных створок над серединой ворот [м], µ*Fпр — суммарная площадь приточных отверстий в окнах, умноженная на коэффициент расхода [m²], (µ*F)вт — суммарная площадь вытяжных отверстий и щелей в створках фонарей, шахт, умноженная на коэффициент расхода [m²], h -расстояние от середины ворот до середины створок в фонаре в [м], hн.з. — высота нейтральной зоны от середины ворот в [м].

8. Количество воздуха, проходящее при действии завесы через ворота, определяют по формуле (производительности завес) Gпр=3600*Fв*µ19,62hн.з.(нсм [кг/ч], (когда нейтральная зона проходит выше ворот).

где, ?н — удельный вес наружного воздуха [H/m3], при температуре t, ?см — удельный вес смеси наружного и внутреннего воздуха [H/m3] при t, ?вн — удельный вес внутреннего воздуха,

Gпр=3600*0.29*12v19.62*1.97*0.215*1.23 = 40 100 [H/m³].

(когда нейтральная зона проходит в пределах ворот).

где, _Д?=?_-25-?₂₀= 1.42−1.205 = 0.215 [H/m³] или [кГ/m³], ?см = ?14 =1.23 [кГ/m³].

9. Расход воздуха на завесу по формуле, когда нейтральная зона проходит выше воротGз=qGпр [кг/ч].

где, q = Q'/Qз — отношение количества тепла, теряемого с воздухом завесы, выбрасываемым наружу (рис.1), к общему количеству тепла, заключенному в воздухе, подаваемом в завесу (за уровень отсчета принимается температура наружного воздуха) по Рис. 2 Q'/Qз = 0,115.

и по формуле tз=tн+tсм — tнq1- Q'/Qз находим необходимую температуру воздуха подаваемую в завесу:

tз=-25+14+250,621- 0,115=46,1 °С.

10. Расход тепла определяем по формуле Q=Gз*0,24(tзtнач) [ккал/ч].

где, tнач — температура воздуха, поступающего к калориферам при воздухозаборе расположенным у пола вблизи ворот.

Q=24 850*0,2446,1- 14=191 000 [ккал/ч] = 222.133 [кВт].

11. Дополнительный расход тепла на систему отопления для догрева воздуха, проходящего через ворота, от температуры смеси tсм до температуры tвн Составляет:

Qдоп=Gпр*0,24tр.з.- tсм=0,24*0,2418−14=38 600 [ккал/ч] = 44.8918 [кВт].

Решение 2. На графиках рис. 2 и 3 пунктирной линией дано решение данного примера.

Рис. 2 График потерь тепла с частью струи уходящей наружу

Рис. 3 Номограмма для расчета воздушных завес при расположении нейтральной зоны выше ворот

Пример 2.

Рассчитать воздушно-тепловую завесу для многоэтажного здания при заборе на завесу внутреннего воздуха. Вестибюль открытый. Входные двери вращающиеся.

Известно: t_н =-26 °С; ?_н =1,43 [кГ/m³]; hл.к.=60 [м]; t_в=16 °С; ?_в =1,22 [кГ/m³]; h_эт=3,3 [м];

H_дв=2,5 [м]; Площадь открываемой створки наружной двери 0,8 * 2,5 = 2 м²: n_общ = 2500 [чел/ч.].

Решение

1. Поправочный коэффициент К принимаем по Табл.5 с учетом, что количество людей nобщ проходящих в здание, превышает 1500 чел/ч, в этом случае.

n_общ/1500=2500/1500=1,67?2 и n=2500/2=1250 [чел/ч.].

При воздухозаборе внутри открытого вестибюля, вращающихся дверях и числе проходов через вход 1250 в час К=0,46.

• 2. Коэффициент расхода µ = 0,1 принимаем по Табл. 5.
• 3. Определяем количество наружного воздуха, поступающего через вход, по формулеGвх=K*3600*Fвх*µвх*v9,81*(h_л.к.+2h_эт-H_дв)(?_н -?_вн )?_н [кг/ч] (Количество наружного воздуха, поступающего через вход в здание при сбалансированных расходах приточной и вытяжной механической вентиляции),

где, К— поправочный коэффициент, который в зависимости от числа проходящих людей, места расположения забора воздуха для агрегата завесы и конструкции входа принимается по Табл. 6; Fвх — площадь одной открываемой створки наружных входных дверей в [m2], µвх — коэффициент расхода воздуха через вход, принимается в зависимости от конструкции входных дверей по Табл. 5; hл.к. — высота лестничной клетки [м]; hэт — полная высота одного этажа [м]; Hдв — высота входной двери [м].

с учетом, что одновременно открыты 2 двери:

Gвх=0.46*3600*2*2*0.118;9.81*(60+(2*3.3)-2.5)(1.43−1.22)1.43 = 9000 [кг/ч].

4. Определяем расход воздуха на завесу по формуле Gз= Gвхtвн-tнtз-tвн [кг/ч] (производительность воздушной завесы при заборе воздуха внутри или снаружи здания):

Gз= 900 016+2650−16=11 200 [кг/ч].

5. Определяем расход тепла на завесу по формуле Q=Gз*0.24(tзtвн), где 0.24 [ккал/кг] или 1,02 [кДж/кг*К] (при заборе воздуха внутри здания), а Q=Gз*0.24(tзtн) (при заборе воздуха снаружи):

Qзвн=11 200*0.2450−16=92 000 [ккал/ч] или 106.996 [кВт/ч].

Табл. 5.

Табл. 6.

Используемая литература.

• 1. Справочник проектировщика «Вентиляция и кондиционирование воздуха» по ред. И. Г. Староверова.
• 2. Воздушные завесы В. М. Эльтерман.