Более подробное рассмотрение проблемы выбора параметров воздушной завесы (расхода и температуры воздуха на выходе из щели, проходного сечения щели) в соответствии с [6] и [7] показало, что заданным условиям может удовлетворять большое количество завес с существенно отличающимися параметрами. При этом приведенные затраты на завесу при изменении q в пределах 0,51,0 изменяются в тричетыре раза [8]. Наибольшие значения приведенных затрат соответствуют наибольшим значениям q. С достаточным основанием можно предположить, что при увеличении исследуемого диапазона q увеличится диапазон изменения приведенных затрат. Задание проходного сечения щели без увязки с требуемой дальнобойностью воздушного потока завесы существенно затрудняет оценку шиберирующих свойств завесы.

Проверить правильность выбора параметров завесы на основании [7] можно только экспериментально при значениях температур, скорости ветра и характеристиках здания, которые соответствуют расчетным, что делает такие испытания проблематичными.

Эти обстоятельства, наряду с рядом других, побудили нас заняться вопросом расчета воздушных завес.

В последние годы опубликованы расчетные и экспериментальные исследования турбулентных струй в поперечном потоке [9]. Результаты этих исследований учитывают наличие в струе в поперечном потоке, в отличие от течения в обычной затопленной струе, продольного и поперечного градиентов давления и влияние затеснения поперечного потока на изменение поперечного градиента давления в струе. Это позволило сформулировать следующие положения, на основании которых разработана математическая модель струи воздушнотепловой завесы шиберного типа с забором воздуха на завесу из помещения:

Воздушные завесы предназначены для создания преграды на пути проникновения холодного или теплого наружного воздуха сквозь открытые проемы ворот (дверей). Это достигается образованием в плоскости проема ворот воздушной струи с температурой, отличающейся от температуры наружного воздуха. Воздушная струя по мере продвижения от щели завесы смещается под действием перепада давления по обе стороны струи ветровой нагрузки и смешивается с одной стороны с наружным воздухом, с другой с воздухом внутри помещения, приобретая среднюю температуру ( [10]. При рационально выполненной завесе сквозь проем проходит только струя завесы.

Величина скорости поперечного потока, обусловленного разностью плотностей воздуха снаружи и внутри помещения, учитывается как составляющая ветровой нагрузки vв.

Ветровая нагрузка и степень герметичности помещения учитываются некоторой скоростью потока поперечного струе завесы vв.

Относительный расход воздуха в струе (отношение расхода воздуха завесы к расходу воздуха струи), ширина струи по всей ее длине могут быть рассчитаны на основании теории плоской изотермической струи с учетом изменения ее длины за счет искривления поперечным потоком.

Несимметричностью струи вследствие искривления можно пренебречь. В основу математической модели струи воздушной завесы положена формула траектории оси плоской струи в поперечном потоке [9], которая описывает зависимость относительных координат оси струи в виде:

где X = x/b;

x, y относительные и абсолютные координаты оси струи;

b ширина щели завесы;

a угол м. направлением выхода воздуха из щели завесы и плоскостью защищаемого проема;

v v потока, поперечного струе завесы, м/с;

U0 v воздуха на выходе из щели завесы, м/с.

Вывод формулы и экспериментальное обоснование результатов приведены в [9].

v потока, поперечного струе завесы, в общем виде можно представить как:

,

где A эмпирический коэффициент;

k расхода проема при работе завесы [7];

разность давлений воздуха с двух сторон проема, оборудованного завесой. Значение определяется в соответствии с рекомендациями раздела Расчет воздушных завес [7].

Для используемого в настоящее время варианта модели принято:

,

где vв v ветра, м/с;

к1 поправочный k на ветровое давление, учитывающий степень герметичности зданий. Равен 0,2 для зданий без аэрационных проемов; 0,5 для зданий с аэрационными проемами, закрытыми в холодный период года; 0,8 для зданий с аэрационными проемами, открытыми в холодный период года [7].

Разработанная модель позволяет определять траектории оси и внешних границ струи, среднюю температуру воздуха по длине струи с учетом ветровой нагрузки, степени герметичности помещения и начального угла отклонения струи.

Поскольку основным нормируемым параметром завесы является температура смеси, поступающей в помещение, выбор параметров завесы считаем целесообразным начинать с определения значения qс на основании теплового баланса струи в завесе c забором воздуха из помещения:

где Gс расход воздуха в струе на искомом расстоянии от щели завесы;

Gз расход воздуха из щели завесы;

tcм значение средней температуры в конце струи, С;

tз повышение температуры воздуха в завесе, С;

tн температура наружного воздуха, С;

tв температура воздуха внутри помещения, С.

При этом необходимо задать значение нагрева воздуха tз, которое обычно бывает известно для определенной конструкции воздухонагревателя, применяемого в завесе.

На основании расчетных формул для плоской струи [2] определяем относительное расстояние от щели завесы до конца струи:

C другой стороны, относительное расстояние по определению равно:

где L длина осевой линии струи с учетом искривления, при которой достигается требуемое значение q, м;

b ширина щели завесы, мм.

Отсюда

Длина осевой линии струи определяется на основании приближенного уравнения, полученного в результате обработки численных расчетов на модели струи завесы.

где B размер проема ворот вдоль направления струи (требуемая дальнобойность), м;

V = v/U0 относительная v ветра.

Cкорость струи на выходе из завесы определяется на основании соотношений для плоской изотермической струи:

где vср средняя по сечению v воздуха в конце струи, м/с.

Значение vср рек. принимать в пределах 23 м/с.

Расход воздуха через щель завесы:

где H размер проема ворот поперек направления струи (длина щели), м.

Подбор завесы производится по величине расхода воздуха, указанной в каталоге производителя завес, проходному сечению щели, величине нагрева воздуха, наиболее близким к вычисленным значениям. Подставив параметры подобранной завесы в качестве исходных данных в модель, можно оценивать эффективность завесы на основании температуры и траектории струи.

Адекватность модели была проверена путем сопоставления расчетных траекторий струи ( 2, 3, и средних температур воздуха в струе (табл. с теплограммами струи завесы GEA Viento серии С2 [10].

В данной аналитической статье (табл. приводятся результаты подбора двухсторонней боковой завесы по данным примера 7.1 в Справочнике проектировщика [7].

* Для одной стойки завесы.

На 5 и 6 показаны траектории струй рассматриваемых завес.

Как видно из табл. 3, предлагаемый метод позволил подобрать завесу по расходу воздуха и по энергопотреблению на 41 % меньше, чем по Справочнику проектировщика . Из 5 видно, что завеса ЗВТ 1.00.00003, подобранная по Справочнику проектировщика , имеет излишнюю дальнобойность , вследствие чего более половины струи попадают за створ ворот наружу.

Также был произведен расчет завесы для приведенных ниже условий (табл. 4.1, 4. .

По предлагаемому методу величина расхода на 20 %, тепловой мощности на 64 % меньше, чем при расчете по Справочнику проектировщика . Следует отметить, что исходные данные соответствуют условиям испытаний завесы GEA Viento серии С2, результаты которых показаны на 2 и 7.

С целью оценки влияния на энергопотребление завесы выбираемых значений tз и vср были проведены расчеты для выше указанных условий при различных величинах tз и vср. Величины относительного энергопотребления приведены в табл. 5.

Как видно, максимальное различие энергопотребления составляет около 50 %. Отсюда следует, что предварительное задание значений повышения температуры воздуха в завесе tз и средней скорости воздуха в конце струи vср приводит к существенно меньшим отклонениям по энергопотреблению подобранной завесы, в сравнении с заданием значения q.

Выводы
Предложен метод определения координат оси и границ струи воздуха, вытекающей из щели воздушной завесы, с учетом влияния на струю ветровой нагрузки, базирующийся на расчетноэкспериментальных исследованиях течения струй в поперечном потоке [9] и характеристиках герметичности зданий [7]. Этот метод позволяет оценивать шиберирующие свойства завесы и определять среднюю температуру струи.

Определение параметров завесы опять начинается с определения значения относительного расхода завесы qс, вычисленного по уравнению теплового баланса ( . При этом используется апроксимационное уравнение ( для определения длины струи, полученное на основании обработки результатов расчетов траектории струи в зависимости от относительной скорости поперечного потока, угла м. направлением потока струи на выходе из щели и плоскости проема ворот.

Литература
В. В. Батурин, И. А. Шепелев. Воздушные завесы // Отопление и вентиляция. 193 № 5.

Г. Н. Абрамович. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960.

И. А. Шепелев. Основы расчета воздушных завес, приточных струй и пористых фильтров. М.: Стройиздат, 1950.

В. В. Батурин. Основы промышленной вентиляции. М.: Профиздат, 1965.

С. Е. Бутаков. Аэродинамика систем промышленной вентиляции. М.: Профиздат, 1949.

В. М. Эльтерман. Воздушные завесы. М.: Машиностроение, 1966.

Справочник проектировщика: Внутренние санитарнотехнические устройства. Ч. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 1 / В. Н. Богословский, А. И. Пирумов, В. Н. Посохин и др.; Под ред. Павлова Н. Н. и Шиллера Ю. И. 4е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1992.

М. В. Никулин. Повышение энергетической экономичности воздушных завес путем оптимизации расчетных параметров // Научные исследования в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Сб. науч. тр. М.: ЦНИИПромзданий, 1989.

Т. А. Гиршович. Турбулентные струи в поперечном потоке. М.: Машиностроение, 199 1 Теплограммы струи завесы GEA Viento серии С, полученные по заказу фирмы с помощью тепловизора Либерецким машиностроительным институтом (Чехия) и любезно предоставленные фирмой GEA .

Обсудить статью на Форуме