Kurtyny powietrzne: Technologia

Wiadomo, że w otwartych drzwiach oddzielających dwa sąsiedne obszary o różnych warunkach termodynamicznych powietrze miesza się, ponieważ zgodnie z prawami fizyki ma ono tendencję do wyrównywania różnicy temperatury i ciśnienia.

Zasadniczo transfer powietrza w drzwiach odbywa się z powodu następujących 3 czynników:

• Różnica temperatury: to naturalny efekt konwekcji, który tworzy przepływ powietrza między dwoma obszarami z różnicą temperatur. Ciepłe powietrze ucieknie przez górną część drzwi i zostanie zastąpione przez zimne powietrze, które dociera od dołu. Im większa różnica temperatur, tym większe infiltracje powietrza i straty energii;
• Różnica ciśnienia: Zaleca się jak największe wyrównanie różnicy ciśnień, ponieważ wpływa to na działanie kurtyny powietrznej. Ale w niektórych instalacjach, takich jak czyste strefy, niewielka różnica ciśnień pomaga zapobiec przenikaniu cząstek kurzu z zewnątrz;
• Wiatr, efekt kominowy i przeciągi: modyfikując siłę strumienia i kąt wylotu powietrza, kurtyna powietrzna może działać przeciwko wymuszonym ruchom powietrza, jak wiatr lub przeciągi. Ale jeśli prędkość powietrza napływającego jest zbyt duża, kurtyna powietrzna staje się mniej wydajna.

Schematyczne przedstawienie głównych parametrów związanych z wykonywaniem kurtyny powietrznej produkowanej przez UPC (Politechnika w Katalonii).
Skuteczność kurtyny powietrznej zależy od optymalizacji czynników wydajności.

h = wydajna szerokość strumienia  α = kąt wylotu U0 = prędkość wylotu θ = ujemny kąt uderzenia H = wysokość otwarcia P1 = ciśnienie zewnętrzne P2 = ciśnienie wewnętrzne

Najważniejsze z nich to:

Turbulencja strumienia: nisko turbulentny strumień będzie znacznie bardziej wydajny i energooszczędny;
Prędkość powietrza: prędkość powietrza powinna być wystarczająca w całym przejściu;
Objętość powietrza: szerszy strumień powoduje, że kurtyna powietrzna staje się mocniejsza, niż przenikanie powietrza w przejściu;
Kąt wylotu: w zależności od sytuacji, jeśli strumienie są dobrze skierowane, zwiększy to oszczędność energii;
Typ wentylatora: osiowe, diagonalne, promieniowe, itd. Wentylatory wysokociśnieniowe wytwarzają strumień powietrza o wyższym ciśnieniu, który sięga dalej. Na przykład, jeśli porównamy kurtynę powietrzną z wentylatorem diagonalnym do kurtyny powietrznej z wentylatorem promieniowym (z taką samą wydajnością powietrza), strumień z wentylatorów promieniowych będzie silniejszy i większy.

Badania przeprowadzone przez UPC w zakresie kurtyn powietrznych wykazały, że turbulencje powietrza są jednym z najważniejszych parametrów, które wpływają na zasięg strumienia powietrza.

Schemat UPC pokazuje zachowanie turbulencji powietrznych:

Zoptymalizowany kształt komory wylotowej, położenie i typ wentylatora, kształt lameli, itp. znacząco wpływa na wydajność strumienia powietrza.

Kąt wylotu kurtyn powietrznych

Testy i badania uniwersyteckie dowiodły, że kąt wylotu pomaga w znacznym stopniu poprawić skuteczność kurtyny powietrznej.

Kiedy czynniki takie jak wiatr, temperatura lub różnica ciśnień powodują przepływ powietrza z zewnątrz do wewnątrz, możemy zmienić kierunek strumienia na zewnątrz o kilka stopni co pozwoli na powstrzymanie napływającego powietrza z zewnątrz. Trajektoria strumienia będzie paraboliczna, ale na końcu zbliży się do podłogi w pobliżu wejścia. Jeśli nie będziemy w stanie wyregulować kąta wylotu, strumień zostanie wepchnięty przez zewnętrzne siły powietrza.

Teoria równoległoboków sił wyjaśnia, jak siły zachowują się w wejściu. Poniższe diagramy pokazują różnicę między kurtynami powietrznymi ze stałymi lamelami względem regulowanych.

Kurtyna powietrzna ze stałymi lamelami jest mniej wydajna ⁽¹⁾

Kurtyna powietrzna z bardziej skierowanymi lamelami ⁽²⁾ 

⁽¹⁾ Pierwszy z wmontowanymi łopatkami, gdzie prędkość powietrza wlotowego popycha strumień kurtyny powietrznej, wypadkowa równoległoboku sił jest skierowana do wewnątrz. Pozwala to na wlot powietrza z zewnątrz.

⁽²⁾ Drugi, regulowane lamele, gdy strumień powietrza jest skierowany w stronę wejścia, wypadkowa sił równoległoboku jest skierowana prostopadle do podłogi. Oznacza to, że powietrze zewnętrzne nie dostaje się do środka, a powietrze wewnętrzne nie wypływa. Poza tym utrzymywany jest wewnętrzny poziom temperatury.