Повышение эффективности воздушных завес Новые схемы и принципы

Повышение эффективности воздушных завес. Новые схемы и принципы. www. tropik. ru www. climtronic. com

Воздушные завесы. Этот метод тепловой защиты открытого проема в строительстве стал стандартным и распространенным. Воздушные завесы применяются на большинстве строительных объектов, и основная часть из них предназначена именно для температурного разделения воздушной среды около проема. Однако, тепловая защита является недостаточной, не потому, что воздушные завесы делаются некачественно, или принципы тепловой защиты с помощью воздушной струи ошибочны. А потому, что принципы защиты имеют физические ограничения, которые приводят к огромным потерям даже через защищенный проем. www. tropik. ru www. climtronic. com

Воздушная завеса – принцип работы. Эффективность. Неприемлемые абсолютные величины теплопотерь стандартной оптимальной завесы. www. tropik. ru www. climtronic. com

Мощность, которая теряется на открытом проеме, можно представить следующим выражением: W 0 = K·w·H 3/2·(ΔТ)3/2, w – ширина, Н – высота проема, ΔТ – перепад температур, K ≈ 0, 1 www. tropik. ru www. climtronic. com

Эффективность защиты воздушной завесой определяется для некоторого проема как относительная величина уменьшения теплопотерь на этом проеме по отношению к полному его перекрытию воздухонепроницаемой перегородкой. Wmin = (1 - e)·K·w·H 3/2·(ΔТ)3/2 www. tropik. ru www. climtronic. com

Какое значение максимальной эффективности e? www. tropik. ru www. climtronic. com

В работе [A. M. Foster, M. J. Swain, R. Barrett, P. D'Agaro, L. P. Ketteringham, S. J. James. Three-dimensional effects of an air curtain used to restrict cold room infiltration. Applied Mathematical modeling, 31(6) 1109 -1123, 2007. ] Максимальная эффективность составляет около 71%. По данным, приведенным в [Gregory Verhaeghe, Arnout Willockx, Marnix Van Belleghem, Michel De Paepe. Study of air curtains used to restrict infiltration into refrigerated rooms. Heat Trasfer. Fluid Mechanics and Thermodynamics. 7 th International Conference. Proceedings. (2010) pp. 1763 -1769. ], Максимальная эффективность оценивается значением 80%. www. tropik. ru www. climtronic. com

От каких параметров зависит эффективность реальных завес? www. tropik. ru www. climtronic. com

Эффективность, как функция скорости воздушного потока Скорость потока воздуха 4, 25 м/с 6, 75 м/с 14, 0 м/с Ширина сопла 5 см, мощность завесы 2, 5 к. Вт, мощность нагрева 2, 5 к. Вт, Твнеш= -10°С, Твнутр=20°С, Н=2 м, t=180 сек www. tropik. ru www. climtronic. com

Абсолютные значения теплопотери Рассмотрим абсолютные значения теплопотерь при оптимальной завесе, используемой на некотором проеме. Используя СНи. П 23. 02. 2003, выберем значения требуемых теплосопротивлений ограждающих конструкций: для стен Rwall = 3, 28 0 С м 2/Вт, для окон Rwin = 0, 55 0 С м 2/Вт для климатической зоны Москвы. Теперь сравним 3 величины: теплопотери через участок стены, окна и проема, защищенного воздушной завесой. Для всех 3 случаев выберем размер: высота Н = 3 м и ширина w = 3 м. Пусть температура внутри помещения Тг = 200 С снаружи Тх = -110 С. W = S(Тг-Тх)/R, n www. tropik. ru www. climtronic. com

Абсолютные значения теплопотери Wwall Wwin Wac W 0 = 85 Вт, = 500 Вт, ≈ 32 000 Вт, ≈ 160 000 Вт 1% увеличения эффективности завесы экономит около 1600 Вт. www. tropik. ru www. climtronic. com

Значимость задачи уменьшения теплопотери. В смысле тепловых потерь, условно говоря, 1 м 2 защищенного открытого проема можно считать 60 м 2 оконных конструкций или около 350 м 2 ограждающих конструкций фасада. Увеличение эффективности защиты проема даже на 1% эквивалентно уменьшению суммарной потери тепла через 170 м 2 стены или через 30 м 2 оконных конструкций. n Эти рассуждения позволяют представить огромные значения абсолютных теплопотерь даже через оптимально защищенный проем и большую важность уменьшения этих теплопотерь. www. tropik. ru www. climtronic. com

Воздушная завеса с нагревом. Для чего нужен нагрев в воздушной завесе? n n n 1. Компенсация теплопотерь. 2. Дублирование системы отопления. 3. Создание комфорта в зоне воздушного потока. www. tropik. ru www. climtronic. com

Эффективность воздушной завесы с нагревом. Почему завеса с нагревом имеет малую эффективность? Лишь незначительная часть мощности нагрева используется для нагрева помещения. Предлагается простая физическая аналогия W = 2 к. Вт/м 2 +200 С W 1= W 2 = 1 к. Вт/м 2 www. tropik. ru +200 С W 1 ? -100 С W 2 ? www. climtronic. com

Эффективность воздушной завесы с нагревом. Почему завеса с нагревом имеет малую эффективность? Лишь незначительная часть мощности нагрева используется для нагрева помещения. Предлагается простая физическая аналогия W = 2 к. Вт/м 2 +200 С W 1= W 2 = 1 к. Вт/м 2 www. tropik. ru +200 С Тст ≈ 300 С -100 С W 1 ≈ 0, 4 к. Вт/м 2 W 2 ≈ 1, 6 к. Вт/м 2 www. climtronic. com

Как можно существенно повысить эффективность воздушной завесы без нагрева? Если рассмотреть формулу теплопотери через защищенный проем Wac = (1 - e)·K·w·H 3/2·(ΔТ)3/2 Какую из переменных этой формулы можно изменить для уменьшения значения W? www. tropik. ru www. climtronic. com

Как можно существенно повысить эффективность воздушной завесы без нагрева? Если рассмотреть формулу теплопотери через защищенный проем Wac = (1 - e)·K·w·H 3/2·(ΔТ)3/2 из переменных этой формулы можно изменить только значение ΔТ www. tropik. ru www. climtronic. com

Как можно существенно повысить эффективность воздушной завесы без нагрева? Wmin = (1 - e)·K·w·H 3/2·(ΔТ)3/2 : ΔТ www. tropik. ru W Т ≈ (Тг+Тх)/2 ΔТ/2 0, 35 W !!! www. climtronic. com

При каких параметрах реализуется ситуация промежуточного значения температуры? Критерий возможности использования приближения промежуточной температуры Т L≈Н Эту схему можно скорректировать, чтобы она смогла применяться и в компактной воздушной завесе следующим образом. В этом случае можно предположить, что α ≈ 1 (α – угол между двумя струями) www. tropik. ru www. climtronic. com

Для завесы с нагревом. Появляется дополнительное ограничение на использование нагрева для воздушной струи, которая граничит с наружным воздухом. В случае нагрева обеих струй заметно снизилась бы общая эффективность завесы. Но внутреннюю струю греть можно! www. tropik. ru www. climtronic. com

Точный расчет в 2 D модели ε – k турбулентности. Стандартная одноструйная завеса. Мощность нагрева 5 к. Вт Tср = 19, 87 0 C. Двуструйная завеса Мощность нагрева 2 к. Вт 40% T 1 = 19, 09 0 C T 2 = 18, 92 0 C Двуструйная завеса. Мощность нагрева 2, 5 к. Вт 50% T 1 = 23, 21 0 C T 2 = 20, 62 0 C Охлаждения помещения не происходит при 43% мощности! www. tropik. ru www. climtronic. com

Как обеспечить комфорт людей проходящих в проеме, исключая возможность нагрева наружней струи? www. tropik. ru www. climtronic. com

Для проемов, в которых предусмотрено нахождение людей предлагается принципиально иная схема работы воздушной завесы. Для этой цели я предлагаю использовать инфракрасный источник тепловой энергии. Можно предложить и название для этого способа нагрева предметов в области воздушного потока – ИНФРАКРАСНАЯ ДВЕРЬ. Для использования этого принципа представляют важность не абсолютные значения мощностей, а лишь субъективное восприятие комфорта. www. tropik. ru www. climtronic. com