Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 107-91-50 ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Оценка эффективности воздушно-тепловых завес для ворот производственно-складских зданий

Assessment of Efficiency of Hot Air Curtains for Gates of Process and Warehouse Buildings

A. S. Strongin, Candidate of Engineering. Laboratory Manager at Scientific Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences

Keywords: hot air curtain, warehouse, logistics, specific thermal load, heat losses

In the recent years there is a tendency of widescale construction of process and warehouse buildings and complexes that are intensive power consumers. Great height and volume of warehouse premises, presence of a significant number of gates and transport passages demands extra attention towards energy efficiency of heating, ventilation systems and hot air curtains. The thermal power of such systems reaches thousands of kilowatts, and their cost - tens of millions of rubles. System optimization allows for improvement of the indoor climate parameters, saving on capital cost of their installation, as well as reduction of energy resources use in the course of their operation by 10–20 %.

Описание:

В последние годы наблюдается массовое строительство производственно-складских зданий и комплексов, которые являются крупными потребителями энергоресурсов. Большая высота и объем складских помещений, наличие значительного количества ворот, транспортных коридоров требуют повышенного внимания к энергоэффективности систем отопления, вентиляции и воздушно-тепловых завес. Тепловая мощность систем достигает нескольких тысяч киловатт, а их стоимость – десятки миллионов рублей.

Оптимизация систем позволит улучшить параметры микроклимата помещений, добиться экономии первоначальных затрат на их устройство, а также снизить потребление энергоресурсов в процессе эксплуатации на 10–20 %.

Оценка эффективности воздушно-тепловых завес для ворот производственно-складских зданий

В последние годы наблюдается массовое строительство производственно-складских зданий и комплексов, которые являются крупными потребителями энергоресурсов. Большая высота и объем складских помещений, наличие значительного количества ворот, транспортных коридоров требуют повышенного внимания к энергоэффективности систем отопления, вентиляции и воздушно-тепловых завес. Тепловая мощность систем достигает нескольких тысяч киловатт, а их стоимость – десятков миллионов рублей.

Оценка эффективности воздушно-тепловых завес для ворот производственно-складских зданий

Оптимизация систем позволит улучшить параметры микроклимата помещений, добиться экономии первоначальных затрат на их устройство, а также снизить потребление энергоресурсов в процессе эксплуатации на 10–20 %.

В отечественной и мировой практике применяются различные принципиальные схемы воздушных (ВЗ) и воздушно-тепловых (ВТЗ) завес, включая ВТЗ с частичным или полным использованием неподогретого воздуха. Выбор оптимальной схемы является сложной задачей, требующей проведения технико-экономических расчетов.

Отсутствие научно-обоснованных рекомендаций, методических указаний и нормативных требований приводит к завышению стоимости строительства и перерасходу энергоресурсов. Кроме того, нередко применяется оборудование, не отвечающее современным требованиям к энергоэффективности и безопасности.

Здания складов формируются из базовых модульных унифицированных секций площадью до 10 000 м2 каждая, снабженных воротами для автомобильного и железнодорожного транспорта. В табл. 1 приведены удельные показатели тепловых нагрузок представительных объектов. Доля ВТЗ составляет от 20 до 60 % общей тепловой нагрузки здания.

К сожалению, параметрический ряд предлагаемых агрегатов завес неоптимальный, особенно для автомобильных и железнодорожных ворот. Сложившаяся практика проектирования ориентируется не на проведение соответствующих расчетов, а на рекомендации фирм-производителей, которые не всегда предоставляют полную информацию. В результате потребитель получает энергозатратный агрегат, не дающий гарантии защиты открытого проема.

Для устранения перечисленных выше недостатков необходима разработка обоснованных рекомендаций по выбору энергоэкономичных схемных решений ВТЗ, а также методические указания по их расчету и подбору.

В зависимости от назначения и условий обычно применяются следующие типы ВЗ:

  • ВЗ на внутреннем подогретом воздуха (ВПВЗ),
  • ВЗ на внутреннем неподогретом воздухе (ВНВЗ).

Для ВПВЗ рекомендуется применять одно- или двухстороннюю боковую или одностороннюю нижнюю или верхнюю подачу подогретого в агрегате завесы внутреннего воздуха плоскими струями, формируемыми приточной щелью или системой сопел под углом к плоскости ворот в сторону, с которой поступает воздух (рис. 1).

Внешний вид (а) и схема (б) ВПВЗ

Рисунок 1.

Внешний вид (а) и схема (б) ВПВЗ

Для ВНВЗ применяется аналогичная схема подачи воздуха (рис. 2).

ВНВЗ: а – с нижней подачей, б – с боковой подачей

Рисунок 2.

ВНВЗ: а – с нижней подачей, б – с боковой подачей

ВНВЗ рекомендуется применять в случаях, когда нормируемая температура смеси воздуха, входящего в проем открытых ворот, обеспечивается без подогрева воздуха в завесе:

  • помещения с перегревом верхней зоны более 2 °C (при возможности использования воздуха из верхней перегретой зоны помещения);
  • помещения с избыточными тепловыделениями (при технической возможности и целесообразности их использования);
  • помещения с низкой нормируемой температурой воздуха в рабочей зоне около ворот либо при отсутствии постоянных рабочих мест вблизи ворот.

ВНВЗ имеют более ограниченную область применения по сравнению с ВПВЗ, но  позволяют отказаться от установки воздухонагревателей в агрегатах завес.

Кроме рассмотренных типов ВЗ, в некоторых случаях могут применяться двухслойные комбинированные воздушно-тепловые завесы (КВТЗ) и воздушные завесы на неподогретом наружном воздухе (НВЗ). В КВТЗ воздух подается двумя плоскими струями, параллельными друг к другу или расходящимися под небольшим углом (5–15°) (рис. 3).

Вариант конструкции KBT3

Рисунок 3.

Вариант конструкции KBT3

Струя, находящаяся ближе к проему ворот, считается наружной и подает неподогретый воздух помещения. Струя, находящаяся дальше от проема ворот, считается внутренней и подает подогретый в агрегате воздух (рис. 3). Такая схема позволяет обеспечить нормируемую температуру смеси воздуха, поступающего в помещение, при меньших затратах тепловой энергии.

Сокращение затрат тепловой энергии происходит за счет снижения теплопотерь струи ВЗ, контактирующей с наружным воздухом, вследствие уменьшения ее средней температуры с внешней стороны. Для снижения теплообмена между наружной и внутренней (более нагретой) струями КВТЗ рекомендуется оставлять зазор, обеспечивающий подтекание внутреннего воздуха помещения в межструйное пространство. Оптимальную величину зазора, расстояние между выпускными насадками, углы подачи воздуха определяют при конструировании агрегатов КВТЗ.

Недостатками КВТЗ являются более высокая стоимость и сложность конструкции, что ограничивает область ее применения.

Основными преимуществами НВЗ являются их простота и экономичность, обусловленные отсутствием подогрева подаваемого воздуха и, соответственно, исключением затрат на тепловую энергию и оборудование (теплообменники и т. п.) (рис. 4).

Схема НВЗ

Рисунок 4.

Схема НВЗ

В то же время НВЗ имеют ряд недостатков, ограничивающих область их применения, а именно:

  • отрицательное воздействие струи воздуха на человека исключает применение НВЗ для транспорта с открытой кабиной. Для прохода людей необходимо предусматривать двери (рядом с воротами либо в их створке);
  • непригодность для помещений с влаговыделениями  из-за  туманообразования.

НВЗ целесообразно применять при отсутствии высоких санитарно-гигиенических требований к микроклимату помещений (отсутствие постоянных рабочих мест, неотапливаемые помещения и т. п.).

В зависимости от конструкции НВЗ в помещении создается либо замкнутая в области ворот либо разомкнутая на объем помещения циркуляция воздуха. Замкнутая циркуляция является предпочтительной с точки зрения тепловой защиты проема, поскольку теплообмен между воздухом помещения и воздухом циркуляционной зоны происходит при отсутствии направленного осредненного течения только за счет механизма турбулентного обмена.

Для сопоставления различных конструкций и схемных решений ВЗ и ВТЗ могут применяться следующие безразмерные показатели.

Коэффициент динамической эффективности ВЗ:

(1)

где Δp – расчетный перепад давления в районе ворот, Па;

I0– начальный импульс струи ВЗ, н;

H, B – размеры проема ворот, м.

Коэффициент E показывает, насколько эффективно используется при шиберовании проема начальный импульс струи, т. е. какая доля начального импульса переходит в противодавление.

Коэффициент энергетической эффективности ВЗ

(2)

где qвз, qпр – соответственно, тепловые потери через проем, защищенный и не защищенный ВЗ, кВт. При наличии ВТЗ в величине теплопотерь учитывается ее тепловая мощность;

η = 1 означает идеальную ВЗ (полностью устраняющую теплопотери в проеме), а η = 0 – отсутствие ВЗ (незащищенный проем). Отметим, что для нерационально устроенных ВЗ и ВТЗ данный коэффициент может быть отрицательным (интенсификация теплообмена в проеме или избыточная тепловая мощность).

Коэффициент температурной (гигиенической) эффективности ВЗ

(3)

где tв, tн, tсм – соответственно, температура внутреннего, наружного и поступающего в помещение воздуха, °С;

θ = 1 означает идеальную ВЗ, θ = 0 – отсутствие ВЗ. Данный коэффициент удобно применять при проведении контрольных замеров и наладке оборудования.

Проведем сопоставительные расчеты различных типов ВЗ для одинаковых условий (размер ворот, климат, тип здания, режим открывания и т. п.) (табл. 2). Выбирались ВЗ, близкие по конструктивным параметрам (относительная ширина щели и пр.), оптимизация каждого типа ВЗ для конкретного примера не проводилась. Расчеты проведены по методикам, приведенным в [1]. Показатели эффективности рассчитывались в соответствии с формулами (1)–(3). Результаты расчетов приведены в табл. 3.

Показано, что ВПВЗ позволяет примерно вдвое сократить теплопотери через проем ворот (по сравнению с незащищенным проемом) и обеспечить оптимальную температуру смеси, равную температуре воздуха в помещении.

ВНВЗ позволяет сэкономить на 30 % больше тепловой энергии по сравнению с ВПВЗ, но имеет меньшую гигиеническую (температурную) эффективность.

НВЗ является наилучшей по энергосбережению, но наихудшей по гигиенической эффективности. Она позволяет сэкономить на 65 % больше тепловой энергии по сравнению с традиционной ВПВЗ и на 25 % больше по сравнению с ВНВЗ. В то же время вблизи открытого проема ворот образуется зона низких температур.

КВТЗ по энергоэффективности соизмерима с ВНВЗ, а по гигиенической (температурной) эффективности – с традиционной ВПВЗ.

Проведенные расчеты позволяют определить область применения различных вариантов воздушных завес. Поскольку открытый проем ворот приводит к существенным теплопотерям и нарушению параметров микроклимата в помещении, следует предусматривать устройство ВЗ или ВТЗ для всех климатических районов РФ.

Традиционная схема с подогревом воздуха – ВПВЗ – может применяться для небольших, редко открываемых ворот в мягком климате.

Схема с подачей неподогретого внутреннего воздуха – ВНВЗ – оптимально сочетает энергетические, гигиенические и стоимостные показатели. Ее применение, как правило, сдерживается только сложностью конструктивного размещения подпольного канала.

Схема с подачей неподогретого наружного воздуха – НВЗ – имеет наилучшие теплозащитные свойства, минимальную стоимость, но наихудшие гигиенические показатели. Следует применять для помещений с отсутствием нормативных гигиенических и технологических требований к температуре воздуха в зоне, примыкающей к воротам.

КВТЗ следует применять для помещений со строгими требованиями к микроклимату рабочей зоны преимущественно в районах с суровыми климатическими условиями.

В табл. 4 приведен пример расчета экономической эффективности ВТЗ складских ворот.

Окончательный выбор конструктивного решения определяется расчетом экономической эффективности.

Литература

  1. Гримитлин А. М., Стронгин А. С. Воздушные завесы для зданий и технологических установок: учеб. пос.  СПБ.: Лань, 2018.

Автор выражает глубокую благодарность за предоставленные материалы и сотрудничество А. Н. Гаврилову («Глобус»), М. В. Никулину, А. В. Аносовой (ЦНИИПромзданий).

купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №3'2020

PDF pdf версия


Статьи по теме

Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Сертификационный центр АВОК
Реклама на нашем сайте
Онлайн-словарь АВОК!