автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Энергоэкономичные воздушные завесы для ворот промышленных зданий

л

МИНИСТЕРСТВО АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИИ [АУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКИ

НИИСФ

На правах рукописи НИКУЛИН Михаил Викторович

УДК 697.385

ЭНЕРГОЭКОНОМИЧНЫЕ ВОЗДУШНЫЕ ^дВЕСЫ ДЛЯ ВОРОТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

Специальность ,?3 ОЪ Теплоснабжение, вентиляция, кони тювание воздуха,

газоснабжение и ось.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте промышленных зданий и сооружений (АЕ ЦНИИПЗ).

Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный сотрудник САВИН Владимир Константинович

Научный консультант: кандидат технических наук, старший научный сотрудник СТР0Н1Ш Андрей Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ТИТОВ Владимир Павлович

кандидат технических наук, доцент КУЗЬМИН Михаил Степанович

Ведущая организация: Арендное цредприятие Проектпромвенти-ляция.

Защита состоится " " ^¿vXft" 1992 г. в ^ часов на заседании Специализированного Совета Д.033.10.01 при Научно-исследовательскоы институте строительной физики Минархстроя России по адресу: 127238, Москва, Локомотивный проезд, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института НШСФ.

Автореферат разослан " " 1992 г>> де_

Ученый секретарь Специализированного Совета

В.К.Савин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в (ашей стране для обеспечения работы систем теплоснабжения и венти-[П'дш зданий расходуется около 35% всего добываемого твердого и •аэообразного топлива.

В условиях растущего дефицита и удорожания энергии повышает-¡я роль энергосберегающих мероприятий, к числу которых относится :овершенствование систем отопления, вентиляция и кондиционировали воздуха (ОВК).

Одним из эффективных средств совращения расхода энергии сис-

л

'ешшя ОВК промышленных зданий является устройство пшберуших юздушннх завес.

Шиберуппше воздушные (ВЗ) и воздушно-тепловые (ВТЗ) завесы редставлявт собой устройства локализующей вентиляции, позволяйте сокращать перетекание воздушных потоков через проемы в ограя-¡ениях здания и технологическом оборудовании с помощью струйной сдачи воздуха в область открытого проема.

Применение воздушных завес позволяет: улучшать условия труда а рабочих местах вблизи открытых проемов; совращать расход тепло-ы (холода) и электроэнергии на отопление (охлаждение) зданий и ехнологическях установок на 5—30%; уменьшать теплопотери здания утеа использования в завесах перегретого воздуха из верхней зоны омещения; сопревать потери полезной цроизводственной площади ожо-о ворот.

Наиболее распространенным типом пшборуших воздушных завес, р пленяемых в напей стране, являются боковые двусторонние одно-лойные ВТЗ на внутреннем воздухе.

Основным недостатком таких конструкций БЗ являются значитель ные затраты тепловой энергии и ограниченная область применения. Основным резервом повышения экономичности ВТЗ является сокращение затрат теплоты.

Существенного сокращения затрат тепловой энергии достигают применением воздушных завес, подающих полностью или частично не-подогретый воздух, которые назовем энергоэкономичными (ЭВЗ).

Существующие методы расчета параметров ВЗ не пригодны для расчета воздушных завес перспективных схемных решений и не позволяют рассчитывать ВЗ с минимальными приведенными затратами на системы ОВК здания в цецоы.

В этой связи задача разработки новых перспективных типов энергозконоыичных воздушных и воздушно-тепловых завес является актуальной и представляет научный и практический интерес.

Цель и задачи исследований. Целью диссертации является разработка научно-обоснованных схемных и технических решений энергоэкономичных воздушных завес и метода расчет! их оптимальных параметров.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи: выявлены перспективные схемные решения воздушных завес; введено понятие коэффициента динамической эффективности действия воздушной завесы, отражающего степень использования начального импульса струй ВЗ при создании противодавления в проеме ворот; получены зависимости для расчета величины коэффициента динамической эффективности ВЗ перспективных схемных решений; подучены зависимости для расчета длины участка сближения струй двуслойных; В< исследованы закономерности циркуляционных зон, индуцируемых в прс еме ворот струями ВЗ; разработаны методы автоматизированного

ючета оптимальных параметров ЭВЗ, а также инженерные методики »счета ЭВЗ.

Методика моделирования базировалась на «лизе имеющихся теоретических; и экспериментальных работ, посвя-знных исследованию воздушных завес на специальных опытных уста-)вках с учетом положений теории подобия и с црименением методов гатистической обработки полученных данных.

Научная новизна работы. Предложен способ ючета аэродинамики воздушных завес на основе коэффициента дина-таеской эффективности; получены аналитические зависимости для »счета средней температуры части струи воздушной завесы; опреде-эны условия возникновения и характеристики локальных циркуляци-«ых зон, индуцируемых в проеме ворот струями НВЗ; предложен юсоб расчета'ВЗ в условиях возникновения локальных одркуляци-зных зон; получены зависимости для расчета длины участка сбли-зния струй двуслойных ВЗ.

Практическая ценность. Разработаны: мето-а автоматизированного оптимизационного расчета и подбора (из лела типовых) и инженерные методики расчета для воздушных завес радиционных и перспективных решений; схемные и технические реше-ля энергоэкономичных ВЗ и ВТЗ на наружном или внутреннем воздухе, том числе комбинированных ВТЗ.

Внедрение результатов работы. На ос-эвании проведенных исследований совместно с институтом СантехШИ-эоект (1990 г.) выполнены рабочие чертежи четырех вариантов кон-грукции комбинированных ВТЗ для раздвижных и распашых ворот проявленных зданий. Инженерная методика расчета комбинированных ВТЗ

включена в новую редакцию "Справочника проектировщика". Разработан (совместно с Гипрохиымаш), принят в промышленную эксплуатацию и сдан в ЫОФАП (1990 г.) программный комплекс "ЗАВЕСА". Разработан и эксплуатируется экспериментальный агрегат шиберующей воздуи ной завесы без подогрева воздуха. Технические решения комбинцровг ных завес и завес без подогрева воздуха црименены при проектиравг нии локализующей вентиляции для цеха № 3 и производственного здания УПТК Экспериментального котельно-строительного комбината (г.Электросталь). Ориентировочные сроки внедрения 1992-1993 гг.

На защиту выносятся:

1) способ аэродинамического расчета ВЗ с помощью коэффициента динамической эффективности действия ВЗ и полученные с его использованием зависимости для расчета скорости выпуска воздуха в завесах на неподогретом наружном воздухе и в комбинированных двуслойных ВЗ на внутреннем воздухе;

2) зависимости, описывающие распределение температур в поперечник сечениях струи воздушной завесы;

3) зависимости для расчета длины участка сближения струй двуслойных воздушных завес;

4) зависимости для расчета необходимой начальной температур] воздуха в однослойных и двуслойных воздушно-тепловых завесах и температуры смеси воздуха, проходящего в проем ворот при работе ВЗ без подогрева воздуха;

5) метод расчета теплообмена через локальную циркуляционную зону, возникающую цри работе односторонних ВЗ на наружном воздух)

6) инженерные методики расчета однослойных воздушных завес на внутреннем подогретом воздухе, однослойных воздушных завес на внутреннем неподогретом воздухе, двуслойных комбинированных воз-

утиных завес на внутреннем воздухе, однослойных воздушных завес 1 наружном неподогретом воздухе, однослойных воздушных завес на гружном воздухе для охлаждаемых помещений;

7) оптимизационная методика автоматизированного расчета эздушных завес.

Апробация работы. Материалы диссертации доклеивались и обсуждались на: 71 научно-практической конференции мо-эдых специалистов ЦНШШЗ, г .Москва, 1988 г.; зональном семинаре ЦНТП, г.Пенза, 1988 г.; научно-техническом семинаре ШСИ им. •В.Куйбшева, 1990 г.; НТС ЦНШШЗ, 1991 г.

Публикации. Основное содержание работы опубликова-о в 9 статьях.

Структура и объем работы. Диссертация остоит из введения, 5 глав, основных выводов по работе, списка итературы из 121 наименования, в том числе 31 зарубежного, и приложений. Объем основной части работы - 253 стр., в том адсле 4 стр. с рисунками.

ВВЕДЕНИЕ

Во введении обоснована актуальность работы, приве-ена классификация воздушных завес для ворот промышленных зданий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проанализирован отечественный и арубежный опыт конструирования и расчета воздушных завес.

Наиболее распространенным типом ВТЗ для ворот промышленных даний, применяемым в нашей стране, являются агрегатированные ТЗ с радиальными вентиляторами (по рабочим чертежам типовых кон-

струкций серий 1.494-Е, 5.904-7) и с осевыми вентиляторами (СГД--729, ЗТ.В2).

Основными недостатками этих ВТЗ являются значительные затра ты тепловой энергии (до 80% от приведенных затрат на устройство БТЗ) и ограниченная область применения (для бесфонарных зданий в I и П ветровых районах с расчетной наружной температурой до минус 40° С).

В настоящее время из названных завес серийно изготавливайте только завесы ЗГ.В2-25.01.УЗ и ЗТ.В2-28.01.УЗ для ворог с размерами 3x3 и 3,6x3,6 ы.

Существенного сокращения затрат тепловой энергии достигают применением завес с полным или частичным использованием неподогр того воздуха.

За рубежом нашли применение ВЗ, подающие неподогретый наруж ный (фирмы Флэкт, Текадор, Термозон и др.) и внутренний воздух (фирма Бако и др.), которые применяются для защиты ворот отапливаемых помешений. Для ворот охлаждаемых помещений также применяются ВЗ с наружным воздухозабороы (фирма Хютотехника и др.). В в шей стране названные типы завес практически не применяются в свя зи с недостаточной изученностью вопроса.

Расширить область применения и снизить затраты теплоты позволяют комбинированные завесы, подающие воздух струями с различной начальной температурой.

Анализ отечественного и зарубежного опыта конструирования К и ВТЗ позволил сформулировать требования к новым разработкам воз' душных завес и выделить два перспективных направления разработки ЭВЗ: однослойные ВЗ на неподогретом наружном и внутреннем воздухе и комбинированные двуслойные ВТЗ на внутреннем воздухе.

Первые работы, посвященные приближенным расчетам воздушных: авес, были выполнены В.В.Батуриным, И.А.Шепелевым и Г.Н.Абрамовичем. Для нахождения формы оси струи ВЗ использовался кинемати-:еский метод геометрического сложения осредненной скорости струи :о скоростью набегающего потока. Позднее И.А.Шепелев использовал ;етод сложения линий тока для определения условий полного шиберо-ания проема ворот. Кинематические методы для расчета ВЗ исполь-овали в своих работах В.Д.Сголер, Е.В.Стефанов, А.Б.Федоров, !.Кёлер, Г.Грун, Л.Чарльс, П.Герндон и др.

С.Е.Бутаков применил динамический метод для расчета траекто-;ии струи ВЗ, использовав закон сохранения импульса для струи. 1налогичный подход использовался позднее в работах Л.Ф.Мотта, [.О.Даниэльсона, К.Фекте, А.Г.Аничхина и др. для расчета ВЗ на знутреннем воздухе и Г.Лайошем, Л.Преслером для расчета ВЗ на ¡аружном воздухе.

В.М.Эльтерман показал качественное и количественное расхож-;ение результатов расчетов по кинематическому методу с опытными ;анными. Использовав закон сохранения импульсов для контура, вклю-тюшего наружные ограждения и результаты модельных экспериментов, )н разработал широко применяемый в настоящее время метод расчета гепло- и воздухопроизводительности однослойных ВЗ на внутреннем воздухе.

В.П.Титов, применив принцип суперпозиции, получил закон распределения температур в струе ВЗ, на основе которого с использованием подхода С.Е.Бутакова предложил свой метод расчета тепло-а воздухопроизводительносги однослойных ВЗ.

Анализ известных методов расчета ВЗ показал, что они имеют эграниченную область применения и непригодны для расчета новых схем ЭВЗ.

Вторая глава посвящена аналитическому исследовани аэродинамики и теплообмена воздушных завес.

Предложен новый подход к расчету воздушных завес, заключающийся в том, что деление расхода воздуха в струе воздушной завесы ыежду помещением и наружной атмосферой определяется на основе интегрального динамического метода, а средние температуры поделившихся частей струй одределяются из распределения скоростей и температур в струе завесы.

Для аналитического описания аэродинамики использована теорем; сохранения количества движения для замкнутого контура, аналогично В.М.Эльтерману. Рассмотрена двумерная задача в горизонтальной плоскости.

Уравнения количества движения в проекции на ось У для одно и двусторонних ВЗ имеют вид:

1„ + 7еХ-/>/ --к РРпр -/Ц (1)

I» S¡nJL

Введено понятие коэффициента динамической эффективности дейсч вия ВЗ как отношение импульса сил аэростатических давлений, действующих в пределах цроема ворот, к удвоенному начальному импульсу струй ВЗ:

Е:АРРп,/( 21/). (3)

Из (3) получена формула для расчета необходимой скорости выпуска воздуха:

Ц.=[т№лЕ)]* (4)

Зависимость для коэффициента £ определяется аэродинамической схемой воздушной завесы. Значение Е для завес на внутреннем воздухе определено на основе данных метода В.М.Эльтермана через величину коэффициента расхода воздуха через ворота />•>*> :

Е--(^тГ^):' ™

При этом для двуслойных ВЗ величины С^ и / определены че-ез аналогичные величины наружных ^н ,/« и внутренних , тояков:

; /я, (б)

рИ УСЛОВИИ! 6/еч г ¿/ее Хо« *

(7)

Для рациональной схемы воздушной завесы на наружном неподогре-эм воздухе (НВЗ) функциональная зависимость для £ получена из I), (3) и имеет вид:

Г = 0,5 (-Ы'йЛ, (8)

не & = [I* ^ у - - ?п>) ] /1в.

Коэффициенты в функциональной зависимости для величины Я? тределены экспериментально.

Для двуслойных ВЗ предпосылкой теплового расчета служит рас-зт длины участка сближения наружных и внутренних струй, определимый условной точкой пересечения их осей.

Длина участка сближения найдена в предпосылке, что струи издаются под действием постоянных перепадов давлений, соответст-знно равных:

А&'АР+ЛРа; АР.в&Рл. (9)

Здесь - перепад давлений, вызванный эжектируюпшм действи-4 струй, для которого получена зависимость вида:

&Рл'а(Т„*и)/(ЬмЙп)/ (Ю)

1е - опытный коэффициент; />* - расстояние между насадками нужных и внутренних воздухораздающих коробов; П - количество ;орон подачи воздуха, Н = 1-2.

Из системы уравнений количества движения в проекции на оси/

V , записанных для наружной и внутренней струй, получены урав-

;ния их траекторий:

V 2 , 11о«С<ч<кш_ I/ у» ЦтЬяЛо* у

ь + а>7 Ун м—¿р-—Х=о, (п)

vг zJetCos.u& у v1 гъ» Sinket у ¿IcaCaiJ't i i 3

T» ~ ~~&к r& * ~jk hn-ht.-o, (I2)

Из совместного решения (II) и (12) с использованием (10) за висимость для расчета длины участка сближения наружной и внутрен ней струй КВТЗ получена в виде:

Хп-эе1>х, (13)

где зг-ф (А р, Ьн, lonjlte, Jm, <Ц я)-

Цель теплового расчета воздушных завес - найти зависимости, связывающие средние начальные температуры подаваемых струй ВЗ со средней нормируемой температурой части шиберующего воздушного по тока входящей в проем ворот.

Для однослойных завес рассматривалась схема течения, при ко торой к плоской струе завесы с начальной температурой со сто роны помещения и наружной атмосферы присоединяются воздушные мае сы со средними температурами соответственно ins и in* » Все выкладки выполнены в избыточных температурах, вычисленных относител

НО ¿14 .

Избыточная температура в любой точке поперечного сечения струи ВЗ определена как средне-взвешенная между избыточными темп ратурами V- и (1*' +1hs):

(ü'f (14)

где ^ и V' - закон изменения избыточных температур в струе Вс распространяющейся в среде с постоянной температурой, соответственно i-ли к in» (закон изменения скорости ^ и температур

•tf' в струе ВЗ задавался в соответствии с формулами И.А.Шепеле: для свободной струи, полученными на основе профиля Гертлера); к коэффициент долевого участия, характеризующий влияние присоедин! емых из помещения воздушных масс в точке с координатами Я , у

Зависимость для величины >С подобрана из условия сохранения текущего теплосодержания струи ВЗ и имеет вид:

Ь^ЛТ^- (15)

Интегрирование (15) приводит к виду:

I :(>.?({ *Огк) (16)

При подстановке (16) в.(14) получено: б-- (Д^'о,Г(<-и*г){1'(17)

где /К ).

Необходимая начальная температура струи Л получена из уравнения для нормируемой средней по расходу температуры входящей в помещение части струи ВЗ:

* Л'

I\н-$ЩПЩ (18)

_ оо —«Э

Здесь Ц* - ордината точки деления расхода струи между помещением и наружной атмосферой.

Зависимость для Ц» получена из уравнения неразрывности для цроема ворот и имеет вид:

у*-, сх, ЯЛЬЪч, (19)

где Ъь - 9 £ , % у, I); -- <Р и, <)

Из совместного решения (18) и (19) при условии = ; 1^«= 0 получено выражение для однослойной ВЗ на внутреннем воздухе:

\>о - тУсм * (г>0)

где коэффициенты т, являются функциями тех же параметров,

что и ^а .

Аналогичным образом получены выражения для расчета однослойных завес для охлаждаемых помещений.

Показано, что НВЗ целесообразно устраивать при полном шиберо-

вании проема и при наличии естественной циркуляционной зоны с внутренней стороны струи, локализованной в цроеме ворог.

Секундное количество теплоты, поступающее из помещения в циркуляционную зону, определено по формуле:

Qy-.Fr/ir еР(Ъ-1и)/Х, (21)

где Аг - коэффициент турбулентного обмена; Яг - площадь границы турбулентного обмена, Рг = (В + 2К )Н; Я - глубина циркуляционной зоны.

Для /1т с использованием теории подобия получена следующая зависимость: ,

Ат - Ст н^Кр»» Рп»), (22)

где Ст - экспериментальная константа.

Из совместного решения системы уравнений тепловых балансов струи и циркуляционной зоны была получена формула для расчета температуры смеси воздуха, входящего в проем ворот при работе НВЗ:

а,--и __ (23)

где ^ и Ч - функции параметров: / , Л , Ч , V ,Я -Я/в.

Для двуслойных комбинированных ВТЗ на внутреннем воздухе (КВТЗ) рассматривалась принятая на основе опытных данных схема течения, при которой ближние к цроеыу (наружные) струи подавались с температурой ^в , дальние от проема (внутренние) струи подавались с повышенной температурой , при этом в каналы между наружными и внутренними воздухораздающими коробами эжектировался воздух из помещения с температурой ^Л . Наружные и внутренние струи сливались на входе в проем ворот, а теплота внутренних струй не терялась в наружную атмосферу.

Из уравнений воздушного и теплового баланса струй КВТЗ с использованием уравнения Бернулли и формулы (10) для расчета расхода воздуха, эжектцруемого в ыежструйное пространство, и формул вида

(18), (19) для расчета количества теплоты, теряемой наружными струями КВТЗ, получена следующая зависимость для необходимой начальной температуры воздуха внутренних струй КВТЗ:

17,Ц*(24) где П, , _ функции параметров: й> Жон^о^

Ч /Р, км/в.

В третьей главе описаны экспериментальные исследования воздушных завес.

Экспериментальные исследования включали в себя: интерферомет-рические исследования течения одиночной и двух однонаправленных струй; модельные исследования на экспериментальном стенде; натурные испытания опытного образца ВЗ.

Интерферомегрические исследования проводились с целью проверки аналитической зависимости (17) и изучения особенностей стационарного процесса динамического и теплового взаимодействия двух однонаправленных слабонеизотермических плоских струй.

Опыты проводились с соблюдением положений теории подобия { ; А0>00{ ^/} г-1р),

Исследования проводились на интерферометре Маха-Цендера типа ИЗК-454 с диаметром рабочего шля 225+5 мм.

Экспериментальная установка состояла из двух коробов равномерной раздачи воздуха, снабженных плоскими воздуховыпускными насадками длиной 500 мм и шириной соответственно = 20 мы = 5 мм, через которые подавались снизу вверх подогретые до разных температур плоские струи, и конвектора, предназначенного для создания слабоскоростного равномерного конвективного штока с одной стороны узкой струи. Полученные в полосах конечной и бесконечной ширины интерферограммы расшифровывались по методике В.В.Малоземова и

И.А.Гурчина. В ходе опытов угол и расстояние между насадками варьировались в пределах соответственно 0*15°, 20*145 мм; соотношение начальных импульсов струй Joi /loi составляло 1,5*36.

Проведенные интерферометричесние исследования подтвердили справедливость зависимости (17) и выявили особенности течения двух однонаправленных струй.

Модельные исследования на экспериментальном стенде цроводились с целью выявления зависимостей для введенных параметров ( F, R ), определения значений введенных экспериментальных коэффициентов ( <Я , Л- ), проверки полученных аналитических зависимостей и правомерности цринятых цри их выводе предпосылок.

Опыты проводились на моделях ВЗ, подававших слабонеизотермические турбулентные струи.

Экспериментальный стенд состоял из камеры статического давления с размерами в плане 1650x1750 и высотой 2200 мм, оборудованной вытяжной механической вентиляцией и заменяемыми моделями воздушных завес со своей независимой цриточной системой. Модели воздушных завес шиберовали проем размерами 400x400 мм. Конструкция моделей позволяла варьировать ширину (от О до 20 мм), угол наклона (от О до 45°) наружных и внутренних воздуховыпускных насадков к плоскости цроема, а также вынос наружных воздуховыпускных насадков относительно плоскости цроема h» (от 0 до 400 мм).

В ходе постановочных опытов были определены тепловые и аэродинамические характеристики стенда.

Исследования аэродинамики НВЗ проводились на модели односторонней боковой завесы, в изотермическом режиме цри полном шиберова-нии проема. В ходе опытов варьировались параметры Л (от 0 до 45°), J (от 0 до 40), h» = L /В (от 0 до 0,5), U» (от 10 до 50 м/с),

над проемом с наружной стороны камеры устанавливался горизонтальный козырек.

При проведении опытов было обнаружено явление локальной циркуляции воздуха и выявлены условия размыкания циркуляционной зоны на объем камеры.

Величина коэффициента динамической эффективности определялась путем прямого ( £ ; (Лу - Я) ) (- Гир); А \ р ) и косвенного с 1а = I. - и ) измерения входящих в нее величин. Величины импульсов воздушных потоков определялись по поперечному распределению скоростей в трех уровнях с помощью пневмометрической трубки, соединенной с микроманометром ММН-240.

Величина ( М* - Р* ) (- ?т> ) определялась с помощью специально сконструированного плоского интегрального отборника давлений, соединенного с ММН-240, располагавшегося на наружной стороне камеры у ее проема. Угол определялся по отклонению шелковинок.

Полученные данные были аппроксимированы следующей зависимостью: Г-- це^ОГ + Г, 3 ¿и * 1*1. (25)

В ходе тепловых исследований НВЗ варьировалась также начальная температура струи. При этом регистрировалась средняя температура воздуха ¿а^ в плоскости проема и в параллельных ей плоскостях внутри и снаружи камеры. Измерение проводились с помощью двенадцати параллельно соединенных с КСП-4 хромель-копелевых термопар, рабочие спаи которых размещались равномерно по площади проема. Также записывалась температура воздуха снаружи и внутри камеры, температура удаляемого из камеры воздуха; измерялся расход воздуха, удаляемого из камеры и поданного в завесу.

По полученным данным были определены: средние размеры локальной циркуляционной зоны = 1,25В; величина коэффициента турбулент-

ного обмена, составлявшая в опытах Ат = 0,025-0,1; значение опытной константы h = 0,12.

В результате проведенных исследований КВТЗ бнли получены удовлетворительные сходимости опытов и аналитических зависимостей для величины коэффициента динамической эффективности F , длины участка сближения Хл и теплопотерь КВТЗ. Для величины Q была получена следующая аппроксимационная зависимость:

Q = 0,065 (I -М*> ) (26)

где ft** - коэффициент расхода воздуха в канале между наружными и внутренними воздухораздаюшими коробами.

С целью проверки в натурных условиях разработанного метода расчета были проведены испытания опытного агрегата ВЗ для ворот 3,6х хЗ,6 м. Агрегатом ВЗ подавался неподогретый внутренний воздух.

Средняя температура воздуха, входящего в защищаемое помещение, определялась на основе обработки замеров распределений скоростей и температур струи завесы в трех уровнях.

Получено хорошее совпадение опытных и теоретических данных, показана высокая эффективность работы данного типа воздушных завес для рекомендуемой области применения.

В четвертой главе приведены рекомендации по выбору типа воздушных завес; зависимости для ориентировочного определения расчетного перепада давлений с учетом действия ветра и негерметичности здания; инженерные методики расчета параметров ЭВЗ. Методики содержат расчетные графики и поясняющие примеры. Последние служат одновременно целям сравнительной оценки экономической и санитарно-гигиенической эффективности рассмотренных типов воздушных завес.

Пятая глава посвящена вопросу оптимизации параметров воздушных завес. Полученные расчетные зависимости были использованы

при разработке оптимизационного метода автоматизированного расчета и подбора воздушных завес. В качестве целевой функции были выбраны приведенные затраты на устройство ВЗ с учетом дополнительных затрат на системы ОВК зданий. На основе анализа целевой функции были выбраны ее независимые определяемые параметры (,, /в / {н ), области допустимых значений определяемых параметров, способ поиска минимума целевой функции, способ увязки расчета параметров воздушных завес с расчетом воздушного режима здания. Разработана программа расчета, позволяющая для заданных параметров микроклимата в районе открытых ворот рассчитывать или подбирать из ряда типовых воздушные завесы с минимальными приведенными затратами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В разработке энергоэкономичных воздушных завес можно выделить два перспективных направления: воздушные завесы на неподогре-том наружном или внутреннем воздухе и двуслойные комбинированные воздушные завесы на внутреннем воздухе.

2. Существующие методы расчета воздушных завес имеют ограниченную область применения и не позволяют рассчитывать воздушные завесы перспективных направлений.

3. Расчет воздушных завес традиционных и перспективных схемных решений может проводиться на единой методической основе с использованием коэффициента динамической эффективности и законов распределения скоростей и температур в поперечных сечениях струй воздушных завес.

4. Расчет односторонних боковых воздушных завес на наружном воздухе следует проводить с учетом влияния локальной циркуляционной зоны, образующейся с внутренней стороны струи при определенных сочетаниях угла наклона к плоскости проема ворот, относительной

ширины и относительного выноса воздуховылускного насадка; размер циркуляционной зоны определяется пщриной проема ворот.

При возникновении локальной циркуляционной зоны снижаются конвективные теплопогери помещения через проем ворот и уменьшаются размеры дискомфортной зоны внутри помещения.

5. Для снижения теплопотерь двуслойных комбинированных завес и уменьшения размера дискомфортной зоны следует обеспечивать доступ воздуха помещения в канал между наружными и внутренними возду-хораздаюпщми коробами и выдерживать определенные соотношения между такими геометрическими параметрами завес, как относительное расстояние между наружными и внутренними воэдуховыпускными насадками, относительные размеры воздуховыпускных насадков, углы их наклона

к плоскости ворот, форма поперечного сечения воздухораздаюлшх коробов.

6. Оптимальные параметры воздушных завес следует определять по минимуму приведенных затрат на устройство ВЗ с учетом их влияния на воздушный режим здания. При этом для ВЗ, подающих только неподогретый воздух, приведенные затраты должны также включать дополнительные затраты на системы ОВК здания.

7. Проведенные исследования позволили разработать схемные и технические решения и методы расчета оптимальных параметров энергоэкономичных воздушных завес. Разработанные технические решения позволяют снизить затраты на устройство ЭВЗ от 30 до 6С

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1, Стронгин A.C., Никулин М.В. Воздушные завесы с использованием наружного воздуха // Отопление и вентиляция цромышленных зданий: Сб. научн. тр. - Ы.: ЦНШпромзданий, 1987. - С. 72-78.

2. Никулин М.В. Алгоритм автоматизированного расчета воздуш-

но-тепловых завес // Научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов ЦНШпромзданий: Сб. тезисов докладов. - М.: ЦНШпромзданий, 1988. - С. 37.

3. Никулин М.В. Комбинированные воздушно-тепловые завесы для ворот промышленных зданий // Использование природных ресурсов и новые решения в проектировании, монтаже и эксплуатации систем вентиляции и пневмотранспорта: Сб. тр. - Пенза: ДЦНШ, 1988. - С. 13.

4. Никулин М.В. Теплообмен струи воздушной завесы // Гидромеханика отопительно-вентиляционных устройств: Межвуз. сб. - Казань; КИСИ, 1989. - С. 27-33.

5. Никулин М.В. Повышение энергетической экономичности водущ-ных завес путем оптимизации расчетных параметров // Научные исследования в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: Сб. научн. тр. - U.: ЦНШпромзданий, 1989. - С. 60-64.

6. Стронгин A.C., Никулин Ы.В. Новый подход к расчету воздушно-тепловых завес // Строительство и архитектура: Сер. Изв. Вузов. - 1991. - № I. - С. 84-87.

7. Никулин М.В., Савин В.К., Стронгин A.C. Экспериментальные исследования теплообмена струй воздушных завес // Гидромеханика отопительно-вентиляционных устройств: Межвуз. сб. - Казань: КИСИ, 1991. - С. 14-21.

8. Никулин М.В., Стронгин A.C. Метод расчета воздушных завес на наружном воздухе // Научные исследования в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: Сб. научн. тр. - Ы.: ЦНШпромзданий, 1992 (в печати).

9. Никулин М.В. Воздушно-тепловой режим зоны ворот, защищенных воздушной завесой // Научные исследования в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: Сб. научн. тр. - Ы.: ЦНШпромзданий, 1992 (в печати).

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

о

А - коэффициент обмена, м/с; В, Н - ширина и высота проема ворот, м; с - опытная константа; £ - площадь, м^; / - относительная площадь Еоздуховыпускных щелей, / = /л» //-. ; <9 - кассо вый расход, кг/с; I - имдульс воздушного потока, Н; М - реактивное давление, Па; Р - давление, Па; ДР - перепад аэростатических давлений в проеме ворот, Па; 0 - секундное количество теплоты, Вт; - относительный расход воздуха в ВЗ, Ц. = С0 ¡Спр Я - глубина циркуляционной зоны, м; И - скорость, м/с; X , У X , у - оси прямоугольных систем координат, связанных соответственно с цроемоы ворот и со струей ВЗ; М - угол между осевой скоростью струи ВЗ и плоскостью цроема, град.; р - угол между плоскостью проема и скоростью входящего в проем воздуха, град.; р' -- коэффициент Буссинеска; 0 , ^ - избыточные температуры, °С; р - массовая плотность, кг/м3; У , У - поцравочные множители соответственно на импульс и на неизотермичность струи; А* , Р* , Не. - числа подобия Архимеда, Прандтля, Рейнольдса.

ИНДЕКСЫ

в - внутренний, вх - входящий, д - дополнительный, к - комбинированный, кр - критический, н - наружный, п - присоединенный, пр - цроема, см - смеси, т - турбулентный, о - на выходе из возду-ховыпускного насадка, тт - минимальный,/"^ -максимальный.