Завесы смесительного типа

Завесы смесительного типа составляют значительную часть общего объема производства и поставок завес на существующие и строящиеся объекты. При выборе расхода воздуха смесительной завесы и ее тепловой мощности возникает наибольшее число ошибок в сторону занижения параметров и ухудшения качества защиты здания.

Учитывая, что требуемая тепловая мощность смесительных завес в отдельных случаях превышает установленную тепловую мощность отопительных приборов здания, становится понятным стремление владельцев здания любыми способами уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты на завесы. В связи с этим на первый план выходит задача обоснованной минимизации мощности смесительных завес. Здесь будет показано, как можно это сделать, не вторгаясь в архитектурно-строительные элементы здания, а используя исключительно аэродинамические воздействия.

Чем характеризуется работа смесительных завес? В отличие от шиберующих они не противодействуют втеканию холодного воздуха через открытые двери. Они лишь смешивают холодный поток с нагретым воздухом в пропорции, обеспечивающей требуемую температуру смеси. Сильными струями завеса перемешивает холодный и нагретый воздух в ограниченном пространстве, например, в тамбуре. Далее нагретая смесь в количестве, равном расходу втекающего холодного воздуха, уходит на улицу. В герметичных помещениях это происходит практически сразу через верхнюю половину дверей, в продуваемых - из тамбура через внутренние двери в здание, по коридорам, лестничным площадкам, лифтовым шахтам, через открытые форточки и чердачные окна. Беспрепятственное затекание холодного воздуха и выброс на улицу создают мнение об отсутствии у смесительных завес энергосберегающей направленности, а вот интенсивное перемешивание обычно не принимается во внимание, тогда как оно и является главным действующим фактором в формировании энергетической эффективности смесительных завес.

Формально можно заменить смесительную завесу отопительными приборами равной тепловой мощности и, не вдаваясь в детали практической реализации, разместить их в тамбуре. Если завеса создает интенсивное струйное перемешивание, то около приборов отопления развиваются относительно слабые свободно-конвертируемые струи со скоростями 0,1-1,0 м/с. Когда речь идет о компенсации теплопотерь через ограждающие конструкции здания, таких струй достаточно для возбуждения циркуляции нагретых и охлажденных масс в пространстве отапливаемого помещения и поддержания постоянной температуры на рабочих местах. При многократном увеличении теплопотерь и локализации их около дверей в виде втекающего холодного потока перегретые свободно-конвертируемые струи от приборов отопления поднимаются вверх и, подпираемые снизу холодным воздухом, не успевают создать циркуляцию в ограниченном пространстве тамбура. Нагретый воздух из верхней части помещения так или иначе бесполезно уходит на улицу независимо от типа здания.

Проиллюстрируем сказанное на примере трех частных случаев: герметичное помещение и два продуваемых в один и три этажа. В абсолютно продуваемых помещениях суммарная площадь сечения всех открытых окон, фонарей и других аэрационных проемов не меньше площади дверей. В абсолютно герметичных не должно быть даже щелей в оконных проемах. Реальные помещения имеют ограждения промежуточного характера. Именно к ним относится метод расчета тепловых завес смесительного типа [1]. Многие современные здания, оборудованные стеклопакетами и плотно закрывающимися дверями, ближе к герметичному типу. Для этого случая расчет втекающего холодного воздуха следует вести по [2] (параграф 8, раздел 3) с учетом поправок из [1].

В таблице представлены результаты расчета для дверей высотой 2,1 м и шириной 1,5 м при условиях ρ=1,4 кг/м³, ∆ρ=0,2 кг/м³, скорость ветра 4 м/с (на герметичное помещение ветер не влияет), высота этажа 3м, через двери проходит 300 человек в час. Помещение оборудовано тамбуром с прямым проходом и двойными дверями.

Качественный анализ по [3,4] показывает, что при высоте установленного прибора 0,4 метра, температуре его поверхности 90°С, температуре подтекающего к нему воздуха 26°С удельный тепловой поток конвекции с двух сторон достиг бы 0,9 кВт/м, а с учетом радиационной составляющей 1,5 кВт/м. Удельный расход воздуха в свободно-конвертируемых струях с двух сторон прибора приблизительно был бы равен 0,02 м³/с при +15°С. Только конвертируемая теплоотдача обеспечивает среднюю температуру струй, поднимающихся от приборов, +10,5°С. Радиационная составляющая догревает протекающий через тамбур поток до 35°С. По этим оценкам в таблице приведены длины отопительных приборов.

Не говоря уже о нереальной длине отопительных приборов, замещающих завесу, даже для одноэтажного негерметичного здания, из таблицы видно, что суммарный расход свободно-конвертируемых струй составляет лишь 67% от расхода втекающего холодного потока. Практически это означает, что перегретые струи поднимутся вверх и без перемешивания уйдут через верхние части дверей либо сразу на улицу в герметичном помещении, либо в здание, а потом на улицу. Оставшиеся в нижней части тамбура 33% холодного воздуха немного подогреются от стен и пола (переход в теплоту радиационной составляющей) и вытекут в здание захолаживая по дороге его рабочее пространство. Для эффективного перемешивания потока в тамбуре придется увеличить кратность циркуляции конвективных струй, т.е. поднять расход воздуха в струях и, следовательно, увеличить тепловую мощность приборов отопления против расчетной мощности завесы.

Таким образом, качественный анализ подтверждает энергетическую эффективность смесительных завес по отношению к альтернативным способам компенсации теплопотерь через открытые двери как устройств, использующих струйное перемешивание для минимизации тепловой мощности на подготовку воздуха, подаваемого в здание.

Рассмотрим возможности дальнейшего уменьшения тепловой мощности смесительных завес. Известно, что в продуваемых помещениях разность гравитационных давлений значительно выше, чем в герметичных, поэтому аэродинамические и тепловые мощности завес возрастают порой до трудно реализуемых величин (см. таблицу). Если защищаемое здание имеет достаточно большой тамбур или вестибюль, отделенный дверями от остального пространства здания, то можно организовать наддув этих помещений вентиляторами. Всасывание следует сделать из здания за пределами тамбура или вестибюля. Выход воздуха должен быть через двери, соединяющие тамбур с внутренностью здания. Соответственно, давление, развиваемое вентилятором (величина наддува), должно быть равно потере давления при возврате всего потока воздуха обратно внутрь здания. Одновременно давления наддува должно обеспечить структуру течения в открытых дверях, характерную для герметичного помещения с втеканием холодного наружного воздуха в нижней половине дверей и вытеканием теплого воздуха в верхней половине. При этих условиях завеса смесительного типа будет иметь наименьшую тепловую мощность. В конце таблицы приведены расчетные параметры наддува тамбура.

Введем оценку эффективности наддува:

θ=(Q_прод-Q_над)/(Q_прод-Q_герм),

где Q_прод - тепловая мощность завесы негерметично продуваемого здания, рассчитанная по [1], Q_герм - тепловая мощность завесы того же, но полностью герметизированного здания, рассчитанная по [2], Q_над - тепловая мощность завесы после организации наддува. КПД θ=1, когда наддувом удалось довести здание до условий, соответствующих полностью герметизированному состоянию.

Принимая во внимание реальные размеры тамбуров или закрытых вестибюлей современных зданий, расходы наддува могут создать формально неприемлемую кратность воздухообмена, а повышенное внутреннее давление - проблемы с открывание и закрыванием дверей. Последнее решается установкой современных раздвижных дверей. Что касается кратности воздухообмена, то в данном случае воздух забирается из внутреннего объема здания и туда же возвращается и, значит, никак не влияет на воздухообмен здания. Ни тамбур, ни вестибюль не являются постоянными рабочими местами, поэтому условия движения воздуха в них не нормированы.

Таким образом, можно сделать следующие выводы относительно завес смесительного типа:

• используя механизм интенсивного струйного промешивания, установкой смесительных завес минимизируют тепловую мощность на подготовку воздуха, поступающего в здание;
• наддув тамбуров и закрытых вестибюлей позволит сильно уменьшить мощность завес практически при любых архитектурно-строительных особенностях здания.

Литература:

1. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 1 / В.Н. Богословский, А.И. Перумов, В.И. Посохин и др. 4-е издание. М.: Стройиздат. 1992.

2. Эльтерман В.М. Воздушные завесы. Изд. 2-е. М.: Машиностроение. 1966.

3. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидравлическое сопротивление: справочное пособие - М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. Изд. 3-е. Санкт-Петербург: АВОК Северо-запад. 2006.

Правила использования материалов сайта