В условиях украинского климата, довольно важным является вопрос сохранения тепла внутри складских помещений. При открывании дверей или ворот, внутрь помещения проникает холодный воздух, в результате чего, температура существенно снижается. Это может привести к порче товаров, которые хранятся на складе. Даже при использовании традиционных способов отопления, решить эту проблему не представляется возможным. В настоящее время, более эффективным и экономичным методом признано использование воздушно-тепловых завес, или просто воздушных завес. Их применение позволяет поддерживать температуру в помещении на постоянном и оптимальном уровне, поэтому подобные устройства нашли свое широкое применение в складских и производственных помещениях.

Под воздушной завесой понимают струю воздуха, которая подается под определенным (от 30 до 40 градусов) углом к плоскости ворот. Причем подача ее осуществляется с большой скоростью. В помещение, даже при открытых воротах, практически не проникает в этом случае наружный воздух. Если это необходимо, температура подаваемого воздуха может быть повышена. Преимуществом использования завесы является то, что она не становится препятствием передвижениям людей или движению транспорта.

В настоящее время, применяются завесы двух основных разновидностей. Завесы смесительного типа отличаются тем, что в них производится смешивание наружного воздуха и потока, который создается самой завесой. Такие завесы устанавливаются у проемов дверей вспомогательных помещений. У ворот и больших проемов устанавливаются обычно завесы, которые и будут рассмотрены далее – завесы шиберующего типа. Их основными конструктивными элементами являются вентиляторы, калорифер и воздуховоды. Главным является воздуховод равномерной раздачи, который имеет щелевую насадку. Через ее направляющие пластины воздушная струя и подается под углом к проему.

Классификация воздушных промышленных завес

Воздушные завесы, которые применяются в производственных цехах, можно разделить на несколько видов, в зависимости от таких параметров, как:

• Режим работы
• Место воздухозабора
• Направление воздушной струи
• Температура воздуха.

Наиболее важным среди этих параметров является режим работы завесы. В зависимости от этого критерия, различают завесы постоянного и периодического действия. Первые устанавливаются у проемов, которые постоянно являются открытыми, а вторые – у проемов, закрывание и открывание которых происходит периодически. Режим функционирования завесы определятся в зависимости от технологических требований, и рассчитывается таким образом, чтобы в помещении сохранялся постоянный тепловой и  воздушный баланс. Воздушная завеса может быть использована и с дополнительными целями: к примеру, служить для обеспечения притока воздуха, а также в качестве отопительного устройства.

В зависимости от направления испускаемой воздушной струи, различают несколько видов завес:

• С направлением воздуха снизу вверх. Для этого внизу проема устраивается горизонтальная щель
• Струя направляется сверху вниз – в этом случае, щель устраивается в верхней части проема

Струя направляется горизонтально. Такие завесы могут быть как односторонними, так и двусторонними. Воздух в этом случае подается через вертикальную щель или щели, расположенные в проеме.

Если завеса устраивается в наружных ограждениях, лучшим вариантом будет первый, так как в этом случае, обеспечивается защита от холода нижней части помещения. Завесы, где воздух подается снизу вверх, считаются наиболее экономичными, так как они используют самое меньшее количество приточного воздуха. Однако нижние завесы имеют и недостаток: щели и каналы, через которые подается воздух, достаточно легко засоряются.

Если в проеме часто останавливается транспорт, или существует вероятность того, что щели будут засоряться сыпучими отходами, или предполагается установка в проеме транспортера, лучше всего использовать третий вид завес. Именно завесы с боковой подачей являются наиболее распространенными. А если необходимо, чтобы транспорт задерживался в проеме, более предпочтительными будут завесы с двусторонней подачей.

Завесы второго вида, когда воздух подается сверху вниз, могут быть использованы в том случае, если с двух сторон проема наблюдается постоянный по высоте перепад давлений. Чаще всего подобные условия складываются в ограждениях. В наружных стенах подобные завесы устанавливаются редко, так как они плохо защищают от попадания холодного воздуха в нижние участки помещения.

В зависимости от того, где забирается воздух, и какую температуру он будет иметь при подаче, различают 4 вида воздушных завес:

• Завесы с внутренним воздухозабором, в которых предусмотрен подогрев воздуха. Они используются в наружных ограждениях помещений, где к воздушной среде предъявляются повышенные требования. Наружный забор воздуха в этом случае потребует значительных расходов на подогрев;

• Завесы с внутренним забором, где подогрев воздуха не предусмотрен. Их устраивают в проемах складских помещений, где не предъявляется высоких требований к постоянному уровню температуры;

• Завесы с наружным забором  воздуха, в которых подаваемый воздух подогревается, относящиеся к завесам постоянного действия. Иногда, особенно при значительных площадях помещений, подобные завесы устанавливаются и в случае, когда проем является открытым периодически;

• Завесы с наружным забором, в которых воздух не подогревается .

При осуществлении завесой внутреннего воздухозабора, вентиляционная установка этого устройства может быть использована и как источник тепла в проеме ворот. А в случае, если воздухозабор является наружным, воздушная завеса может одновременно выполнять и роль приточной вентиляции.

Требования к проектированию воздушных и воздушно-тепловых завес

Установка завес в помещениях складов определяется требованиями СНиП, касающимися складских зданий и установки систем вентиляции и отопления. Согласно требованиям СНиП 41-01-2003, установка завес в производственных цехах возможна в целом ряде случаев:

• Завесы могут быть установлены у наружных стен и открытых проемов, а также у ворот, которые не имеют тамбуров, и частота открывания которых превышает 5 раз за смену, или длительность открывания составляет не менее 40  минут за смену. Эти нормы разработаны для условий, когда температура наружного воздуха составляет -15 градусов или менее;
• Завесы устанавливаются, если в проеме возможна остановка транспортных средств
• Завесы устанавливаются в кондиционируемых складских помещениях, у технологических проемов, ворот и наружных дверей.

Несмотря на то, что завесы периодического действия создают определенное количество тепла, его не учитывают в общем тепловом балансе здания. Температура подаваемого воздуха принимается у наружных проемов и ворот не выше +70 градусов, а для наружных дверей этот показатель составляет не более +50 градусов. В зависимости от требований технологии, температура воздушной смеси может составлять от +5 до +12 градусов. При установке завес, учитываются и показатели ветрового давления. Скорость, с которой выпускается воздух, должна составлять у технологических проемов и ворот не более 25 м/с, а у наружных дверей – не более 8 м/с.

Расчет воздушных и воздушно-тепловых завес

В помещение наружный воздух может поступать через ворота и другие проемы, вследствие разницы давлений, которая наблюдается между наружным воздухом и воздухом внутри помещений. Перед тем, как выполнить расчет воздушной завесы, принимают во внимание целый ряд данных: размер проема, количество воздуха, которое через него проходит, температура воздуха снаружи и внутри помещения. На основе расчетов, определяются такие параметры, как производительность по воздуху, мощность калорифера, который будет подогревать воздух, скорость подачи воздуха, угол подачи, и др.

Расчет завес может в настоящее время осуществляться по нескольким методикам. Метод, приведенный ниже, является достаточно условным, но, тем не менее, может применяться для приблизительных расчетов.

Количество воздуха, поступающего в помещение через проем, определяется по формуле ая подается под определенным (от 3дственных помещениях. часто называют просто воз

Lпр = vHВ, где v – скорость воздуха, м/с; Н и B –  высота и ширина проема, м.

Расход воздуха, выражаемый в кубометрах, который необходим для создания завесы, не пропускающей наружный воздух, выполняется по формуле 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.

Мощность калорифера в ккал/ч рассчитывается следующим образом:

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 конкретные расчеты могут быть выполнены на основе использования условного коэффициента расхода воздуха. Этот коэффициент представляет собой соотношение подаваемого в завесу воздуха и объема воздуха, который проходит через ворота.

Конструкции промышленных завес

Представленные ниже конструкции были разработаны специалистами ЦНИИПромзданий.

Если в помещение необходимо обеспечить въезд транспортных средств, в нем, как правило, устанавливаются завесы шиберующего типа. Воздушная струя такой завесы  в значительной степени служит защитой от проникновения наружного воздуха. Выпуск воздуха в них осуществляется через щелевидные насадки. Их рекомендуется располагать по отношению к плоскости проема под углом 30 градусов. А устойчивость воздушного потока обеспечивается оптимальной глубиной насадки, которая должна быть в 2,5 раза больше, чем ее ширина. В начале раздачи скорость воздуха должна составлять не более 70% скорости, которая будет достигнута воздухом при выходе из щели. Раздаточные короба размещаются на внутренней поверхности проема, а расстояние при этом должно составлять не более 0,1(Fпр)1/2 (Fпр – площадь проема, оборудованного завесой). Забор воздуха в этом случае будет осуществляться на том же уровне, на каком установлена завеса. Если температура в верней части помещения выше, чем в зоне размещения завесы, более чем на 5 градусов, имеет смысл организовать забор воздуха оттуда.

У ворот, через которые осуществляется въезд автомобильного и железнодорожного транспорта, более предпочтительной является установка двусторонних завес. Они обеспечивают надежное перекрывание проема при движении транспорта и остановке его в проеме. Расположение вентиляционных каналов может быть различным: на уровне пола, или над воротами. Вентилятор может быть отдельный для каждого стояка, или один на два стояка.

Различные способы компоновки вентиляционных устройств позволяют осуществлять забор воздуха из той или иной зоны помещения. Производительность завес, устанавливаемых над воротами, должна составлять до 38 000 кубометров в час.

Для высоких зданий, рекомендована установка завес с верхним типом подачи. Температура подачи воздуха может быть достаточно высокой – от 55 до 65 градусов.

Циркуляционные завесы предполагают, что забор воздуха осуществляется снизу. А чтобы воздух одновременно очищался от пыли, устанавливаются фильтры. Так как в завесу подается воздух с высокой температурой, расходы на ее эксплуатацию можно существенно снизить. А сам агрегат будет компактным. Выход горячего воздуха сверху, по направлению к земле, не позволяет горячему воздуху выходить наружу, в результате чего потери тепла снижаются. А если воздух отсасывается в нижней части ворот, отбору подлежит именно наиболее холодный и, как следствие, тяжелый  воздух.

Один из важных элементов конструкции завес – это раздаточный короб, в котором выполнена щель для выпуска воздуха. Назначение короба – организация выхода воздуха под определенным углом к плоскости ворот. При этом угол к  оси воздуховода является прямым. А чтобы предотвратить смешение с наружным воздухом, на выходе из щели обеспечивается равномерное поле скоростей. В щелевидную насадку чаще всего устанавливается конфузор, а сама  насадка утапливается в короб. Ширина щели может составлять от 50 до 200 мм, при длине в пределах 3 м. Сечение может варьироваться в пределах от 470х470 до 950х950.

Если высота ворот, где устанавливается завеса, составляет 4,2 или 5,6 м, используется дополнительная насадка. Длина такой насадки составляет 1,2 м. чтобы поток был более равномерным, в щели устанавливаются две продольные перегородки, а через каждые 40-50 мм – поперечные перегородки.

Воздуховоды, по которым распределяется воздух в нижних завесах, обычно сужаются к концу. Равномерность выхода из них воздуха определяется оптимальным соотношением площади сечения, которая имеется в конце воздуховода, и площади воздуховыпускных щелей. Это соотношение составляет обычно 2:1. Турбулентность струи будет тем меньше, чем ниже скорость продольного перемещения воздуха в воздуховоде.

В завесах бокового типа, где воздух в стояке движется по направлению сверху вниз, воздуховоды могут иметь по всей длине одинаковое сечение. В результате, у низа выходит больше воздуха, однако этот фактор можно считать положительным. Ведь через ворота, воздух проходит с большой скоростью. А так как скорость в концевом участке является невысокой, то воздух в щелевидную насадку будет входить плавно.

Чтобы выполнить регулирование расхода воздуха в завесе, могут быть использованы различные дополнительные устройства: шиберы, дроссели, закручивающий аппарат, и др.

Автоматизация воздушных завес

Меры по автоматическому регулированию завес призваны решить следующие задачи:

• Вентилятор завесы должен запускаться и останавливаться в соответствии с положением ворот
• В зависимости от того, какая температура имеется снаружи и изнутри помещения, должен регулироваться объем проходящего через завесу воздуха
• Температура воздуха, который подается в завесу, должна регулироваться
• В зависимости от того, какая температура установилась в помещении возле проема ворот, завеса должна запускаться и останавливаться. Эксплуатация завес предусматривается при снижении температуры воздуха до +5+10 градусов.

Как правило, в завесу подается количество воздуха, которое находится в диапазоне от 38 до 50% производительности завесы. Устройства автоматики в этом случае существенно упрощаются.

Если ворота снабжены автоматическим управлением, время, в течение которого они находятся в открытом положении, можно свести до минимума. А сама завеса должна быть снабжена устройством автоматического регулирования количества расходуемого воздуха. Если завеса не регулируется автоматически, использование ее является неэффективным: даже при небольшом времени ее работы, выброс теплого воздуха может быть значительным, что приведет к нарушению теплового и вентиляционного баланса. Установка системы автоматики и на воротах, и для самой завесы, позволяет упростить управление завесой, так как часть систем автоматики в этом случае будет являться общей. Достигается оптимальное расходование энергии, особенно заметное в случае, если ворота будут открываться на долгое время. Регулирование расхода воздуха осуществляется на основе одного из двух принципов: по разности температур или по разности давлений.

Регулирование по разности давлений является более оптимальным с точки зрения условий работы завесы. Изменение давления будет учитываться не только то, которое возникает при разнице температур, но и то, которое образуется в результате ветрового воздействия или изменения показателей герметичности помещения (открывание окон или других проемов). Однако датчик давлений может быть использован только при неработающей завесе, иначе будет учитываться и та разница давлений, которая формируется самой завесой. Таким образом, датчик давлений будет эффективным в том случае, когда ворота открываются сравнительно нечасто, и на небольшой промежуток времени. Если ворота находятся в открытом положении постоянно или в течение длительного времени, устанавливаются только температурные датчики. Это позволяет с достаточно высокой точностью обеспечить соответствие количества подаваемого воздуха условиям, возникающим в помещении. Дело в том, что в зимнее время разница давлений формируется, в основном, за счет значительной разницы температуры наружного воздуха и воздуха внутри помещения. А конструкцию автоматических устройств можно значительно упростить за счет того, что показатели температуры воздуха внутри помещения остаются в течение отопительного сезона практически неизменными, и ориентироваться можно только на показатели температуры наружного воздуха. Простейшая схема подобного устройства ворот и завесы выглядит следующим образом. У ворот устанавливается конечный выключатель, который при их открывании  срабатывает. Одновременно включается вентилятор завесы, через магнитный пускатель. Одновременно открывается регулирующий аппарат, степень открытия которого определяется датчиком. Чем больше разность температур, тем больше открывается аппарат. Датчик температуры может быть установлен и в помещении склада. В этом случае, завеса может включаться и при закрытых воротах, когда температура воздуха в помещении значительно падает. То есть, завеса будет играть роль отопительного прибора. Работа калорифера является совместной с работой вентилятора.

Если на каждый стояк устанавливается два вентилятора, появляется еще и возможность регулирования посредством их включения в последовательном режиме. Если температура воздуха находится в пределах +5+10 градусов, сначала можно включить только один вентилятор. Ведь известно, что односторонняя завеса отличается более эффективной работой. А второй вентилятор можно будет подключать тогда, когда разность температур будет превышать 55-60% расчетной.

Использование простейших систем автоматики позволяет сделать использование воздушных завес более экономичным. Вентиляционные агрегаты, в этом случае, будут включаться только при открывании ворот, или в случае, когда температура в районе установки завесы будет ниже установленной.

Системы теплообмена в воздушно-тепловых завесах могут быть различными, в зависимости от вида обогрева (водяной, электрический, паровой). В зависимости от вида теплоносителя, подбирается оптимальная система управления завесой.