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.

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;
•с направлением струи сверху вниз с подачей воздуха через горизонтальную щель, расположенную вверху проема.
• с горизонтальным направлением струи – одно- и двусторонние с подачей воздуха через вертикальную щель, расположенную с одной или с двух сторон проема.

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. Существенный недостаток нижней завесы заключается в том, что воздухоподающие щели и каналы часто засоряются.

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 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;

• завесы с внутренним воздухозабором без подогрева подаваемого воздуха устраивают у проемов в наружных ограждениях помещений складов, где допускается некоторое периодическое понижение температуры;

• завесы с наружным воздухозабором и подогревом подаваемого воздуха – 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;
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.

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.

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.

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.
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