Воздушные завесы служат для разделения зон с разной температурой по обе стороны открытого проема рабочих окон, входных дверей или ворот. Достигается это за счет создания высокоскоростного воздушного потока с образованием в створе проема зоны повышенного давления. В результате завеса образует своего рода невидимую воздушную дверь, не давая воздуху из помещения выходить наружу и не впуская воздух внутрь помещения. Этот способ климатической защиты одинаково применим и в жаркое время года, и в холодное: в первом случае – для удержания кондиционированного охлажденного воздуха, во втором – для сохранения тепла внутри помещения. В равной степени это относится к холодильным камерам.
Преимуществом воздушных завес является то, что они могут служить дополнительным средством обогрева только за счет перемешивания воздуха. Теплый воздух легче холодного, поэтому обычно скапливается под потолком. В результате возникает перепад температур по высоте помещения – температурный градиент. Поток теплого воздуха, выдуваемый завесой, направлен вниз – из более теплой зоны в более холодную, где находятся люди. При правильной установке воздушной завесы основной поток теплого воздуха попадает внутрь помещения, даже если дверь открыта. Если же дверь закрыта, приток тепла становится еще больше.
Тепловые завесы не предназначены для основного обогрева помещений. Они лишь обеспечивают энергосбережение, удерживая тепло, создаваемое другими нагревательными приборами, а потому основным параметром завесы является не температура нагрева, а производительность по воздуху. При правильной установке завесы сокращают потери тепла на 90%.
Основной характеристикой завес является скорость воздушного потока: она должна быть достаточной, чтобы поток достиг пола. Длина завесы должна полностью перекрывать проем, над которым она устанавливается. В летнее время тепловые завесы могут работать без включения нагревательных элементов, оберегая охлаждаемые системами кондиционирования помещения от проникновения тепла.
Принцип действия тепловых завес:
Конструктивно завеса представляет собой продолговатый тепловентилятор, создающий плоский и мощный поток воздуха, и состоит из следующих элементов: металлического или пластмассового корпуса, вентилятора барабанного типа, нагревательных элементов, термостата выключения, термостата безопасности (отключает нагреватели при перегреве), регуляторов нагрева и скорости вращения вентилятора. Дополнительно некоторые модели имеют жалюзи для изменения направления потока воздуха, пульт дистанционного управления, ионизатор и фильтр очистки воздуха.
Большинство тепловых завес предназначено для горизонтальной установки сверху открытого проема. Однако бывает, что такая установка невозможна или нецелесообразна. В этих случаях применяется вертикальная тепловая завеса, которая устанавливается сбоку от проема. Соответственно, воздушный поток от вертикальной завесы будет направлен горизонтально. Высота (длина) вертикальной завесы должна быть не менее 3/4 высоты защищаемого проема. В остальном, вертикальная тепловая завеса ничем не отличаются от горизонтальной.
По функциональному назначению выпускают воздушные завесы двух типов
с подогревом воздуха для защиты отапливаемых помещений от наружного холода
без подогрева для защиты холодильных камер или кондиционируемых помещений
В свою очередь завесы с подогревом делятся по способу нагрева на завесы:
с электрическим подогревом и подогревом с помощью водяного контура, подключаемого к системе отопления
воздушно-тепловые с блоками обогрева, как правило, применяют и для защиты дверного проема, и как дополнительный источник тепла для поддержания заданной температуры внутри помещения
без блоков нагрева применяют для разделения зон с разной температурой при сохранении параметров охлажденного или кондиционированного воздуха
Завесы с электронагревом в качестве нагревательного элемента имеют электрическую спираль или ТЭН. Основное преимущество таких моделей – несложная установка: их монтируют и на стене, и под потолоком, и даже на подвесных потолках типа «армстронг». Основной недостаток моделей с ТЭНом – это то, что на их разогрев требуется некоторое время, а кроме того, мощные завесы этого типа расходуют очень много электроэнергии.
Завесы с водяным нагревом нагревают воздух с помощью горячей воды из системы отопления. Отсюда следует и их преимущество – большая экономия электроэнергии. Однако они сложны в монтаже, довольно дороги и нуждаются в фильтре для воды.
Завесы без нагревательного элемента не нагревают воздух и действуют только за счет интенсивности воздушного потока, а потому и отличаются от описанных выше конструкций тем, что расход электроэнергии минимален. Воздушные завесы без подогрева воздуха устраивают между помещениями с одинаковыми или близкими тепловыми режимами. Их применяют, чтобы перекрыть доступ воздуха из помещений, где содержатся вредные пары или газы, в другие помещения. И, конечно, они не годятся в случаях, если от завесы требуется дополнительный обогрев.
Тепловые воздушные завесы различаются не только по типу нагревательного элемента, но и по производительности, скорости воздушного потока и назначению. Удобней всего классифицировать их по видам проемов, где их применяют:
мини-завесы применяют для открытых оконных проемов, например, выходящих на улицу окон касс и киосков. У них небольшая мощность и невысокая скорость воздушного потока. Их стоимость ниже, чем завес других классов
средние завесы применяют для стандартных дверных проемов, например, входных дверей в магазине, разделения офисных помещений от холодных коридоров и т. д.
большие (высокорасходные) завесы применяют в основном для промышленных и складских помещений с высокими проемами. Иногда их используют и для невысоких проемов, если большая скорость ветра снаружи помещения или большая разница давлений внутри помещения и снаружи
В каждом из этих классов производят модели разной мощности.
По принципу и эффекту действия завесы могут быть шиберного (шиберующего) и смесительного типов. В первом случае завесы максимально или полностью предотвращают (перекрывают) доступ воздуха в ограждаемое помещение; скорость воздуха, которую они создают, должна быть достаточно высокой, до 25 м/с. Такие завесы устраивают при низкой температуре наружного воздуха и частом открытии дверей. В установках смесительного типа происходит перемешивание врывающегося холодного воздуха с нагретым воздухом тепловой завесы. В результате через дверь и завесу в помещение поступает уже достаточно нагретый воздух.
Основные параметры тепловых завес
Длина
Длина тепловой завесы должна быть примерно равна ширине дверного проема – лишь в этом случае поток воздуха будет целиком перекрывать проем и не даст холодному воздуху попасть внутрь. Если проем очень широкий (более 2 м), следует устанавливать несколько завес, чтобы они полностью перекрывали проем.
Производительность тепловой завесы по воздуху
Производительность по воздуху, или «прокачка», является основным параметром любой завесы, от которого зависит скорость воздушного потока и соответственно оптимальная высота установки. Этот параметр обычно измеряют в кубических метрах в час (м3/ч). Так, например, для защиты стандартного дверного проема шириной 0,8...1,0 м и высотой 2,0...2,2 м требуется завеса с «прокачкой» 700...900 м3/ч. В этом случае скорость воздушного потока на выходе завесы составит 6...8 м/с, а на уровне пола – 1,5...2,0 м/с, что обеспечит полное перекрытие дверного проема по высоте. Однако тепловые завесы с такой «прокачкой» стоят сравнительно дорого (от 600...800 USD), и часто в целях экономии применяют завесы производительностью 300...500 м3/ч, которые предназначены для установки над проемами высотой до 1,5 м (окно кассы, окно выдачи товара и т. п.).
Необходимо учитывать, что в этом случае через нижнюю часть дверного проема будет проникать холодный воздух, и желаемый эффект от применения тепловой завесы достигается лишь частично.
Еще одним моментом является конструкция самой важной детали тепловой завесы – турбины (радиального вентилятора, создающего необходимый воздушный поток). Для создания равномерного потока воздуха необходима конструкция с боковым расположением двигателя и единой турбиной (длина турбины чуть меньше длины завесы). Поскольку изготовление турбины длиной около 1 м является технологически сложным процессом, иногда используют центральное расположение двигателя и две небольшие турбины по бокам. Это позволяет уменьшить себестоимость завесы, но приводит к тому, что в самой важной, центральной части потока образуется воздушный «провал». Следствием этого является не только ухудшение защитных свойств воздушного потока, но и неравномерный обдув нагревательных элементов, что может вызвать преждевременный выход их из строя.
Мощность тепловой завесы
Как мы уже отметили, помимо отсечения наружного воздуха тепловая завеса может также нагревать воздух в помещении. Для ориентировочных расчетов при выборе модели можно принять, что для обогрева 10 м2 неотапливаемого помещения при высоте потолков 2,8...3,0 м необходим 1 кВт мощности. При этом считается, что теплоизоляция стен и потолков помещения хорошая (капитальное здание), поскольку обогреть временное сооружение (железный ларек, ангар) практически невозможно – тепло будет быстро уходить через тонкие стены. Если же завесу предполагается устанавливать в хорошо отапливаемом помещении, то функция нагрева не обязательна и можно выбрать модель минимальной мощности или вообще без обогрева.
Важной характеристикой тепловых завес является также тип нагревательных элементов: ТЭН или спираль. Спиральный нагреватель представляет собой обычную проволоку (как правило, из нихрома), свитую в спираль. Такие нагревательные элементы применялись в широко известных отечественных обогревателях – «тарелках». Существенными недостатками спиральных нагревателей являются высокая температура нагрева (из-за малой площади поверхности), что приводит к «выжиганию» кислорода, и сравнительно небольшой срок службы. Более предпочтительный, но и более дорогой вариант – ТЭН, который представляет собой нагревательный элемент (из графита или проволоки), помещенный в полую металлическую трубку диаметром около 1 см. Свободное пространство внутри трубки заполнено кварцевым песком, имеющим высокую теплопроводность. В результате площадь нагревательного элемента увеличивается, что приводит к понижению рабочей температуры. Для еще большего увеличения площади ТЭНа вокруг трубки навивают металлическую полоску, так что внешне он становится похож на миниатюрный радиатор отопления. Такой ТЭН называют оребренным. Оребренные ТЭНы являются наиболее предпочтительным вариантом нагревательного элемента тепловой завесы благодаря их долговечности и безопасности для здоровья.
Способ управления
В любой тепловой завесе есть два переключателя – один включает вентилятор, второй – нагревательные элементы. В дополнение некоторые завесы оснащены двух- или трехступенчатыми регуляторами мощности нагрева и двухскоростными вентиляторами. Пульт управления может быть как встроенным, так и выносным (проводным). Встроенные пульты используются только на небольших завесах для стандартных дверных и оконных проемов, иначе до кнопок будет трудно дотянуться.
Выносными пультами комплектуют полупромышленные и промышленные завесы – такой пульт можно установить в любом удобном месте. Дополнительно к пульту можно использовать термостат, который будет отключать нагревательные элементы (или всю завесу) при достижении заданной температуры в помещении. Иногда для экономии электроэнергии на промышленные завесы в ангарах или складских помещениях ставят управление с помощью концевого выключателя, который срабатывает при открытии (подъеме) ворот и включает завесу только на то время, пока ворота открыты. Для завес, устанавливаемых над обычными дверями, такой способ управления не подходит, поскольку раскрутка вентилятора и разогрев ТЭНов занимает 5...10 с. Заметим, что все серийно выпускаемые тепловые завесы имеют одну, а чаще несколько степеней защиты от перегрева. Во-первых, ТЭНы всех завес включаются только при включении вентилятора; во-вторых, рядом с ними обычно устанавливается капиллярный термостат, который отключает питание при нагреве ТЭНов выше пороговой температуры (обычно от 80 до 110 °С).