Практическое занятие №19. Энергосбережение при применении воздушных завес

Создание воздушных завес — один из известных методов экономии энергетических ресурсов. История создания экспериментальных и теоретических основ применения воздушных завес имеет более чем полу­вековую давность. Воздушные завесы и метод их рас­чета впервые были предложены В.В. Батуриным [21]. Известны экспериментальные зависимости для расчета односторонних и двухсторонних завес, которые со вре­менем уточнялись. Эти зависимости представляют собой графики относительного расхода воздуха, прорыва­ющегося через завесу, как функции от относительного расхода воздуха, подаваемого завесой. Расходы отно­сятся к расходу воздуха, прорывающегося через прое­мы ворот или дверей при условии бездействия завесы. Пример таких графиков приведен на рис.9.[23].

В данном примере [20] предлагается сделать оценку эффекта от применения тепловой завесы для следующих условий. Расчетная температура внутрен­него воздуха равна 18 °С. Коэффициент расхода принимается равным К_q= 0,3. Расчетная температу­ра наружного воздуха -31 °С. Скорость ветра, со­гласно климатологическим данным, составляет 3,7 м/с. Средняя за отопительный период температура наруж­ного воздуха равна -4,1 °С. Продолжительность отопительного периода составляет 231 сутки. Ставится задача: оценить энергосберегающий эффект от при­менения в воротах двухсторонней воздушной завесы с углом подачи воздуха 45° и рассчитать начальный расход воздуха в завесе при принятом коэффициенте К_q = 0,4. Ширину ворот принять равной 4 м, высоту Н= 4 м. Отношение площади щели для подачи возду­ха и площади ворот составляет 1/30.

Рис.9.

Рис.9.Зависимости коэффициента расхода воздуха через ворота, защищенные завесой от относительного расхода воздуха:1-односторонняя завеса,2-двухсторонняя завеса.

Для производственных помещений массовый рас­ход наружного воздуха G_вр (кг/с), поступающего через ворота при отсутствии завесы, согласно рекомендациям [28] можно найти, руководствуясь правилами расчета аэрации. Для зданий со сравнительно не­большими тепловыделениями:

, (19.1)

где: А и -расходы воздуха, определяемые в зави­симости от расчетной температуры

t_н – температура наружного воз­духа для проектирования отопления (эти величины находятся по табл.(19.1);

К-условный коэффици­ент, для ворот размером 3x3 м коэффициент К ра­вен 0,25, для ворот размером 4х4 м — 0,20; v -скорость ветра в м/с;

F- площадь сечения шахт и от­крываемых фрамуг в фонарях м².

Если температуры внутреннего и наружного воз­духа известны, то могут быть определены их плот­ности и, следовательно, разница давлений и расход воздуха через дверной проем.

Значения а и α в формуле (19.1) при определении расхода наружного воздуха, поступающего через ворота производственного помещения при отсутствии воздушной завесы [21]

Таблица 19.1

Размеры ворот, м	Внутренняя температура воздух а,оС	Значения α и А,кг/с	Температура наружного воздуха tн,оС
			-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40
3х3 и 4х4	+5 +15	α	- -	- 1,27	1,27 1,4	1,38 1,5	1,46 1,55	1,51 1,58	1,55 16
3х3	+5 +15	А	6,0	5,0 6,5	5,8 7,3	6,6 8,0	7,4 8,8	8,1 9,4	8,9 10,0
4х4	+5 +15	А	10,0 12,7	11,6 13,9	13 15	14,5 16,3	16 17,5	17,5 18,8	19 20

С учетом действия вет­ра объемный расход воздуха, врывающегося через дверь или ворота, может быть определен из уравнения[2]:

, (19.2)

где: В-ширина двери, м;

Н-высота двери,м;

К_q-коэффициент расхода(для незащищенных дверей 0,8-1,0);

g-ускорение свободного падения, 9,81 м/с²;

∆ρ- разница плотностей воздушных масс;

ρ-сред­няя плотность воздушных масс; v - скорость ветра под углом к двери, м/с; 0,25 - частотный фактор на­правления ветра.

Общий расход воздуха через от­крытую дверь представляет собой сумму расходов образующихся вследствие разницы давлений и воз­действия ветра.

Тепловая мощность (кВт), необходимая для нагрева воздуха, врывающегося ворота, без завесы нахо­дится по формуле:

, (19.3)

где: G_вр- массовый расход врывающегося воздуха (кг/с);

c_ρ- теплоемкость воздуха (кДж/(кгК));

t_в -температура внутреннего воздуха;

t_н - температура наружного воздуха.

Расход тепла (кВт ) за период времени n (в ча­сах) без действующей завесы:

, (19.4)

где k-коэффициент, учитывающий фактическое время открывания ворот в течение часа

k=τ/60;

τ-время открывания ворот в минутах.

Тепловая мощность (кВт), необходимая для нагре­ва воздуха, врывающегося в ворота с работающей завесой, находится по формуле:

, (19.5)

где: t_ср- средняя температура воздуха, которая находится по формуле(19.6):

; (19.6)

В формуле (19.6):G₃-расход воздуха, создаваемый завесой; t₃-температура воздуха, подаваемого завесой (если воздух забирается вентилятором из рабочей зоны, то t₃= t_в).

Расход тепла (кВт ) за период времени n (в ча­сах) с действующей завесой:

, (19.7)

где: k-коэффициент, учитывающий фактическое время открывания ворот в течение часа (k=τ/60, τ-время открывания ворот в минутах).

Расход тепла на прогрев воздуха, врывающегося в помещение, учиты­вается в тепловом балансе при расчете отопления.

Результаты расчета расхода врывающегося воздуха, мощности на прогрев врывающегося воздуха и расхода тепловой энергии за отопительный период для указанных выше условий представлены в табл.19.2. Расчеты проводились при средней температуре за отопительный период.