Воздушные и воздушно-тепловые завесы для склада. Конструкция и применение

В зимнее время года через открытые ворота складских помещений врывается
снаружи холодный воздух, резко понижая температуру в помещении, что нарушает
его микроклимат и приводит к порче хранящейся продукции. Обычные средства
отопления не годятся для компенсации этого негативного воздействия – они
неэкономичны и не дают должного эффекта. Более эффективной мерой защиты
являются воздушные или воздушно-тепловые завесы – благодаря им в помещениях
можно поддерживать требуемые нормами и технологией хранения микроклиматические
условия. Эти устройства давно и широко применяют в промышленных и складских
зданиях.

Воздушная завеса представляет собой струю воздуха, со значительной скоростью
подаваемого под углом 30…45° к плоскости ворот, что препятствует
проникновению холодного воздуха, если ворота открыты. При необходимости можно
повысить температуру воздушной струи. Воздушная завеса не препятствует движению
транспорта и людей, существенно уменьшая при этом количество проникающего
снаружи в помещение воздуха.

Воздушно-тепловые завесы для складов бывают двух типов – смесительного и
шиберующего. В завесах смесительного типа наружный воздух, поступая через проем
в здание, смешивается с потоком воздуха, создаваемым завесой, установленной
рядом с проемом. Завесы этого типа устанавливают в основном у входных дверей
вспомогательных зданий и помещений.

У ворот и проемов складских помещений рекомендуется устраивать завесы
шиберующего типа, именно их мы и будем рассматривать ниже. Основными узлами
такой воздушной завесы являются воздуховод, вентилятор, калорифер, воздуховод
равномерной раздачи, щелевая насадка. Главный элемент конструкции – это
воздуховод равномерной раздачи, снабженный щелевой насадкой с направляющими
пластинами, через которую воздушная струя направляется под некоторым углом к
плоскости ворот (рис. 1).

Классификация воздушных промышленных завес

Конструктивно воздушные завесы этого типа подразделяют следующим образом:

• по режиму работы;

• по направлению струи;

• по месту воздухозабора и температуре подаваемого воздуха.

Одним из основных принципов классификации считается режим работы воздушных
завес. В соответствии с ним завесы бывают двух типов – периодического действия
(у периодически открываемых проемов) и постоянного действия (у постоянно
открытых проемов). Режим работы их определяется требованиями технологии.
Периодичность действия требует провести расчет и наладку завесы так, чтобы ее
работа не нарушала тепловой и воздушный режимы помещения. Если воздушная завеса
работает постоянно, ее можно использовать не только по прямому назначению:
возможно, например, организовать приток воздуха или вытяжку, использовать
завесу в качестве отопительного агрегата.

По направлению струи воздушные завесы можно разделить на три вида:

• с направлением струи снизу вверх – через горизонтальную щель, расположенную
внизу проема (рис. 1, а);

•с направлением струи сверху вниз с подачей воздуха через горизонтальную
щель, расположенную вверху проема (рис. 1, б).

• с горизонтальным направлением струи – одно- и двусторонние с подачей
воздуха через вертикальную щель, расположенную с одной (рис. 1, в) или с двух
сторон проема (рис. 1, г).

Для проемов в наружных ограждениях целесообразно устройство завес с подачей
воздуха снизу вверх, так как при этом надежней предотвращается проникновение
холодного воздуха в нижнюю часть помещения; эти завесы наиболее экономичны и
эффективны, на них расходуется меньше приточного воздуха (рис. 2). Существенный
недостаток нижней завесы заключается в том, что воздухоподающие щели и каналы
часто засоряются.

завесы с внутренним воздухозабором без подогрева подаваемого воздуха (рис. 3,
б и в) устраивают у проемов в наружных ограждениях помещений складов, где
допускается некоторое периодическое понижение температуры;

• завесы с наружным воздухозабором и подогревом подаваемого воздуха (рис. 3,
г) – постоянного действия. В некоторых случаях при значительных размерах
помещения целесообразно, чтобы агрегат воздушной завесы постоянно работал и при
периодическом открытии ворот;

• завесы с наружным воздухозабором без подогрева подаваемого воздуха (рис. 3,
д).

Вентиляционную установку завесы при внутреннем воздухозаборе можно
использовать как отопительный агрегат в зоне ворот, где обычно наблюдается
интенсивная инфильтрация, а при наружном воздухозаборе – как приточную
установку общеобменной вентиляции.

Требования к проектированию воздушных и воздушно-тепловых завес

Устройство воздушных завес в складских помещениях должно отвечать требованиям
СНиП 31-04-2001 «Складские здания» и СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и
кондиционирование». Согласно СНиП 41-01-2003 воздушные и воздушно-тепловые
завесы в складских помещениях предусматривают в следующих случаях:

• у постоянно открытых проемов и наружных стен складов, а также у ворот и
проемов в наружных стенах, не имеющих тамбуров и открывающихся более 5 раз или
не менее чем на 40 минут за смену в районах с расчетной температурой наружного
воздуха –15 °С и ниже;

• при возможной остановке транспорта непосредственно в проеме;

• в складских помещениях с кондиционированием воздуха у наружных дверей,
ворот и технологических проемов.

Тепло, создаваемое воздушными завесами периодического действия, не следует
учитывать в воздушном и тепловом балансе складского здания. Температуру
воздуха, подаваемого воздушно-тепловыми завесами, следует принимать не выше +50
°С у наружных дверей и не выше +70 °С у наружных ворот и проемов. Расчетную
температуру смеси воздуха, поступающей в складские помещения через наружные
двери, ворота и проемы, следует принимать от +5 до +12 °С в зависимости от
технологических требований. Воздушные и воздушно-тепловые завесы у наружных
проемов, ворот и дверей рассчитывают с учетом ветрового давления. Скорость
выпуска воздуха из щелей или отверстий воздушных и воздушно-тепловых завес
принимается не более 8 м/с у наружных дверей и 25 м/с – у ворот и
технологических проемов.

Расчет воздушных и воздушно-тепловых завес

Наружный воздух попадает в помещение через ворота и другие проемы в стенах
здания вследствие разности давлений снаружи и внутри здания. Количество
воздуха, подаваемого завесой, должно полностью исключить проникновение
холодного наружного воздуха. Приступая к расчетам и проектированию воздушных
завес, прежде всего определяют исходные данные: размер ворот, количество
наружного воздуха, которое проходит в помещение через проем без работы завесы,
расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха. Основными параметрами,
определяемыми расчетом, являются производительность завесы по воздуху, угол и
скорость подачи воздуха в зависимости от размеров проема, мощность калорифера
для подогрева воздуха.

В настоящее время существует несколько методик расчета промышленных воздушных
завес. Ниже приведен приближенный метод. Он является достаточно условным, так
как значение дальнобойности струи (расстояние между точками пересечения оси
завесы с плоскостью ворот) рассчитывается геометрическим способом, и основан на
применении коэффициента дальнобойности, зависящего от угла наклона и
коэффициента турбулентности струи завесы и определенного на основе расчета и
экспериментальных данных для случая равномерного распределения скоростей
горизонтального потока.

Количество воздуха, поступающего в единицу времени, или расход, м3/c, через
любой открытый проем,

Lпр = vHВ,

где v – скорость воздуха, м/с;

Н и B – соответственно высота и ширина проема, м.

Расход воздуха, м3/c, необходимый для создания завесы в проеме, полностью
исключающей прорыв холодного наружного воздуха на склад,
Lзав=Lпр/j(B/b+1)

где j – коэффициент дальнобойности воздушного потока завесы, который можно
принять равным 0,45;

В тех случаях, когда возможна остановка транспорта в открытом проеме или
засорение горизонтальной щели сыпучими материалами, падающими с проходящего
транспорта, а также при установке в проеме транспортера или другого
оборудования лучше устраивать завесу с боковой подачей воздуха. Завесы этого
типа получили наиболее широкое распространение. При большой ширине ворот и при
необходимости задержки транспорта в воротах эти завесы могут быть выполнены с
двусторонней боковой подачей воздуха.

Завесы с подачей воздуха сверху вниз можно рекомендовать для случаев, когда
перепад давлений с двух сторон ограждения постоянен по высоте. Для проемов в
наружных стенах зданий этот вид завес менее подходит, так как возможен прорыв
холодного наружного воздуха в нижнюю часть помещения.

По месту воздухозабора и температуре подаваемого воздуха воздушные завесы
можно разделить на четыре вида:

• воздушные завесы с внутренним воздухозабором и подогревом подаваемого
воздуха (рис. 3, а) устраивают у проемов в наружных ограждениях складских
помещений с повышенными требованиями к воздушной среде. В таких помещениях
устанавливать воздушные завесы с наружным забором воздуха нецелесообразно – это
увеличит затраты на его подогрев и очистку;

b – ширина щели канала, через которую воздух поступает к завесе, м.

Тепловая мощность калорифера, ккал/ч,

Qзав = 0,24Lзав (tз – tнач),

где tз – температура воздуха струи завесы, °С;

tнач – нормируемая (или наружная) температура в зависимости от места забора
воздуха, °С.

Более точная методика расчета воздушных завес основана на применении
условного коэффициента расхода воздуха, который определяется как отношение
количества воздуха, подаваемого в завесу, к количеству воздуха, проходящего
через ворота. Полностью она изложена в работах В.М. Эльтермана «Воздушные
завесы» и «Указания по расчету воздушных завес».

Конструкции промышленных завес

Как указывалось выше, воздушные и воздушно-тепловые промышленные завесы по
направлению воздушной струи подразделяются на нижние, верхние, боковые
односторонние и боковые двусторонние с одинаковыми и разными углами выхода
струи. Ниже мы рассмотрим некоторые конструкции воздушно-тепловых завес,
разработанных ЦНИИПромзданий. На рис. 4 показана конструкция нижней завесы для
автомобильных ворот. Вентиляционный агрегат находится на уровне пола у ворот.

Как правило, у ворот для въезда-выезда транспорта устраивают воздушные завесы
шиберующего типа. В этом случае воздушная струя завесы, уменьшая количество
проникающего через проем воздуха, частично заграждает проем. В воздушных
завесах шиберующего типа воздух рекомендуется выпускать через щелевидные
насадки под углом 30° к плоскости проема с направлением наружу. Чтобы
обеспечить устойчивое направление воздушного потока, глубину направляющих
щелевидной насадки для выпуска воздуха принимают в 2,5 раза больше ширины щели
и скорость движения воздуха в начале раздаточного короба для обеспечения
равномерности раздачи – не более 70% скорости выхода воздуха из щели.
Раздаточные короба располагают с внутренней стороны проема на расстоянии не
более 0,1(Fпр)1/2 (Fпр – площадь проема, оборудованного завесой) от его
плоскости, так чтобы они забирали воздух для завесы на уровне установки
агрегата. Забор воздуха из верхней зоны помещения целесообразен, если
температура там выше, чем в зоне размещения агрегата, на 5 °С и более.

У автомобильных и железнодорожных ворот рекомендуется устраивать двусторонние
завесы шиберующего типа: они более надежно перекрывают проем при движении или
остановке транспорта. Боковые завесы выполняют с различным расположением
вентиляционных агрегатов, и располагаются они как на уровне пола, так и на
площадках над воротами. Боковые завесы могут быть выполнены с одним
вентилятором на оба стояка или с вентилятором на каждом стояке.

На рис. 5 показана боковая воздушно-тепловая завеса для автомобильных ворот с
воздушными агрегатами, расположенными над воротами на каждом стояке. Эта
типовая воздушная завеса разработана для раздвижных и распашных ворот размерами
3×3; 4×3; 4×4,2; 4,7х5,6м. Завесы можно монтировать с калориферами, параметры
которых рассчитываются, или без них. Компоновка вентиляционных агрегатов
позволяет устанавливать воздуховоды для забора воздуха из разных зон помещения.

Над воротами рекомендуется устанавливать воздушные завесы с подачей до 38
тыс. м3/ч. Воздушно-тепловые завесы с верхней подачей воздуха рекомендуется
устанавливать в высоких зданиях. Схема такого устройства показана на рис. 6.
Воздух в завесу подается с достаточно высокой температурой: +55…+65 °С.

Циркуляционные завесы устраивают с забором воздуха снизу проема. Для очистки
воздуха от пыли служат фильтры. Благодаря высокой температуре подаваемого в
завесу воздуха можно значительно снизить его расход на завесу. При этом агрегат
для завесы получается сравнительно небольшим и занимает мало места, а
направление горячего воздуха сверху вниз, к плоскости земли, препятствует
выходу горячего воздуха струи завесы наружу, обеспечивая значительное снижение
потерь тепла. При отсосе воздуха снизу или сбоку в нижней части ворот
отбирается наиболее холодная и тяжелая часть воздуха, проникающего в ворота.

Одним из основных конструктивных элементов воздушных завес является
раздаточный короб с воздуховыпускной щелью. Он должен обеспечивать выход
воздуха под заданным углом к плоскости ворот и под прямым углом к оси
воздуховода. Чтобы воздух струи завесы меньше смешивался с наружным воздухом,
рекомендуется иметь на выходе из щели равномерное поле скоростей. На входе в
щелевидную насадку рекомендуется устанавливать конфузор. Для того чтобы
увеличить глубину ограждения стенки, щелевую насадку на большую ее часть
утапливают в раздаточный короб. У типовых стояков воздухораздаточных коробов с
сечением в основании 470х470; 600х600; 650х650; 800х800 и 950х950 мм ширина
щели составляет от 50 до 200 мм, длина – 3 м.

При устройстве воздушных завес для ворот высотой 4,2 и 5,6 м применяют
дополнительную насадку длиной 1,2 м. Для выравнивания потока, а также чтобы
создать более прочную решетку, щель разгораживают двумя продольными
перегородками и поперечные перегородки устанавливают через каждые 40…50 мм.

Воздухораспределительные воздуховоды для нижних завес следует делать как
сужающиеся к концу воздуховоды равномерной раздачи. Чтобы

обеспечить бо’льшую равномерность выхода воздуха по длине воздуховода,
площадь сечения в конце воздуховода рекомендуется принимать в два раза больше
площади воздуховыпускных щелей. Чем меньше продольная скорость воздуха в
воздуховоде, тем более плавным будет его вход в щелевидную насадку и меньше
турбулентность струи.

В боковых завесах с движением воздуха в стояках сверху вниз можно
изготавливать воздуховоды одинакового сечения по всей длине. В этом случае
неравномерность выхода воздуха по длине воздуховода (у низа ворот будет
выходить больше воздуха) не является отрицательным фактором, а скорее,
положительным, так как здесь имеют место большие скорости прохода воздуха через
ворота. Малые продольные скорости в концевом участке воздуховода будут
способствовать более плавному входу воздуха в щелевидную насадку.

Для регулирования расхода воздуха, подаваемого вентилятором в завесу,
применяют разные способы: упрощенный направляющий аппарат языкового типа,
закручивающий аппарат, дроссели, шиберы.

Автоматическое регулирование воздушных завес

При автоматизации завес должны решаться следующие задачи:

•пуск и остановка электродвигателя вентилятора воздушной завесы в зависимости
от положения ворот;

• регулировка объема воздуха, подаваемого в завесу, в зависимости от разности
температур внутри и снаружи помещения;

• регулировка температуры воздуха, подаваемого в завесу;

• пуск и остановка агрегата воздушной завесы в зависимости от температуры
воздуха в помещении около ворот. Воздушные завесы начинают эксплуатировать,
когда температура наружного воздуха становится ниже +5…+10 °С.

В соответствии с этим регулирование количества воздуха, подаваемого в
воздушную завесу, следует осуществлять только в пределах до 38…50% полной
производительности. При этом устройство автоматического регулирования
значительно упрощается.

Устройство автоматического управления воротами дает возможность до минимума
сократить время, в течение которого они остаются открытыми. При устройстве
воздушной завесы ее следует оборудовать автоматическим регулированием расхода
воздуха. Нерегулируемая завеса неэффективна: даже кратковременная ее работа
может вызвать выброс значительной массы теплого воздуха, переохлаждение
помещения и нарушение работы естественной вентиляции (фонарей, дефлекторов,
шахт). Из-за повышенного разрежения в складских помещениях эти устройства могут
работать «на приток», загрязняя воздух внутри помещения.

Наличие автоматического управления воротами облегчает возможность устройства
автоматического регулирования расхода воздуха, подаваемого в завесу, так как
многие приборы будут общими для обеих систем автоматики, и, кроме того,
позволяет снизить расход тепла и электроэнергии. Эта экономия особенно
значительна при устройстве автоматического регулирования у ворот, открываемых
на длительное время. Регулировать расход воздуха, подаваемого в завесу, можно
по разности давлений внутри и снаружи здания и по разности температур.

Регулирование под непосредственным воздействием разности давлений более полно
отражает условия, определяющие работу воздушной завесы. В этом случае будет
учтено изменение давления не только из-за изменения разности температур, но
также от воздействия ветра и изменения состояния герметичности здания (открытия
дверей или окон в нижней или верхней его части). Однако регулировать степень
открытия регулирующего аппарата датчиком, воспринимающим разность давления
снаружи и внутри здания, можно только при закрытых воротах, когда завеса не
работает. Это объясняется тем, что при открытых воротах и действующей завесе
воспринимаемая датчиком разность давлений будет зависеть не только от теплового
напора, силы ветра и степени открытия приточных и вытяжных отверстий в складе,
но и от действия самой завесы. В таком случае с увеличением разрежения в
помещении регулирующий аппарат может быть приведен в крайнее положение, тогда
как при открытых воротах он должен фиксироваться в том положении, в каком был
до открытия ворот. Когда ворота открыты и завеса действует, положение
регулирующего аппарата должно оставаться неизменным.

Таким образом, если ворота открываются периодически на сравнительно небольшое
время, можно ставить датчик разности давлений. В случаях когда ворота во время
работы склада открыты длительно или постоянно, использовать датчик разности
давлений нельзя и следует применять температурный датчик. Регулирование по
разности температур удовлетворительно обеспечивает соответствие объема
подаваемого в завесу воздуха изменяющимся условиям работы завесы. Это
объясняется тем, что в зимнее время тепловой напор, возникающий из-за разности
температур, является основным фактором, создающим разность давлений вне здания
и внутри. Так как температура воздуха в здании поддерживается в течение
отопительного периода примерно одинаковой, регулирование можно вести только по
температуре наружного воздуха. Это значительно упрощает устройство автоматики
(рис. 7).

Для упрощения рассматривается схема с ручным открытием ворот. Конечный
выключатель, установленный у ворот, срабатывает при их открытии, и через
магнитный пускатель включается вентилятор воздушной завесы. Одновременно с
пуском завесы открывается регулирующий аппарат 6, который до этого был
полностью закрыт. Датчик 1, воспринимающий разность давлений или температур
внутри и снаружи помещения, определяет степень открытия регулирующего аппарата.
Чем больше эта разность, тем больше открывается регулирующий аппарат. Кроме
датчика 1 может быть установлен датчик температуры в помещении склада около
ворот. Он включает воздушную завесу и открывает аппарат 6, когда ворота
закрыты, но температура воздуха упала ниже допустимой. В этом случае завеса
будет работать как отопительный агрегат. Если исполнительный механизм является
пневматическим, то в схему дополнительно надо включить злектропневматическое
реле. Для подогрева воздуха, подаваемого в завесу, устанавливается калорифер,
работа которого должна быть сблокирована с работой вентилятора.

Установка двух вентиляторов на каждый стояк дает дополнительные возможности
для регулировки путем последовательного включения вентиляторов. При температуре
наружного воздуха +5…+10 °С, когда обычно начинают работать воздушные завесы,
следует включать не оба вентилятора сразу, а для начала только один. С учетом
того, что односторонние завесы более эффективны, чем двусторонние, работа
одного вентилятора на его расчетную производительность обеспечит требуемые
санитарно-гигиенические условия на складе у ворот при разности температур
0,55…0,6 от расчетной разности. Только когда разность температур станет
больше, чем 55…60% расчетной, необходимо будет включить второй вентилятор и
подавать воздух в оба стояка (рис. 8).

Схема автоматического регулирования воздушных завес с двумя вентиляторами
показана на рис. 8. Температурный датчик 1 включает первый вентиляционный
агрегат воздушной завесы при температуре наружного воздуха +5…+10 °С, датчик
6 – вторую установку воздушной завесы при более низкой температуре наружного
воздуха.

С помощью простейших автоматических устройств можно значительно сократить
расходы на эксплуатацию воздушных завес. Благодаря тому, что конечный
выключатель соединен с реле 3, в зависимости от температуры наружного воздуха
включается один или два вентиляционных агрегата только при открытых воротах.
Дополнительный датчик температур 4 включает один из агрегатов воздушной завесы
при температуре в районе ворот ниже установленной при открытии дополнительных
вытяжных отверстий, действии ветра и т. п. Схему автоматики, изображенную на
рис. 8, можно упростить, сняв датчики температур 1 и 6 и конечный выключатель,
оставив только один датчик 4, который при падении температуры воздуха в районе
ворот ниже установленной последовательно включит первый, а при дальнейшем
понижении температуры – второй вентиляционный агрегат.

Системы управления воздушно-тепловыми завесами в зависимости от применяемого
теплообменника с водяным, паровым или электрическим обогревом имеют свои
особенности и разрабатываются для конкретного теплоносителя.

Ю. Полярин, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник ФГУ НИИПХ

www.sitmag.ru

Похожие записи