Способ ограничения передачи тепла сквозь проем в стене здания и система для создания воздушной завесы перед указанным проемом
Изобретение относится к воздушным завесам и может быть использовано для ограничения передачи тепла сквозь имеющийся в стене проем. В способе ограничения передачи тепла сквозь проем в стене, например дверной проем, с помощью которого на первом краю проема формируют проходящий через воздуходувное сопло приточный поток воздуха, а на втором краю проема формируют проходящий через всасывающее отверстие всасывающий поток воздуха, создавая между первым и вторым краями проема воздушную завесу, состоящую из текущей из воздуходувного сопла во всасывающее отверстие воздушной струи и образуемых с обеих сторон воздушной струи индуцированных воздушных потоков, образуемый одновременно с воздушной струей индуцированный воздушный поток разворачивают в направлении, противоположном направлению воздушной струи для образования встречного обратного потока. Изобретение также относится к системе для создания воздушной завесы, содержащей дефлектор для разворота индуцированного воздушного потока. Благодаря уменьшению разницы температур количество передаваемого через проем тепла снижается. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к способу ограничения передачи тепла сквозь проем в стене, например дверной, с помощью которого на первом краю проема формируют проходящий через воздуходувное сопло приточный поток воздуха, а на втором краю проема формируют проходящий через всасывающее отверстие всасывающий поток воздуха, создавая между первым и вторым краями проема воздушную завесу, состоящую из текущей из воздуходувного сопла во всасывающее отверстие воздушной струи и образуемых с обеих сторон воздушной струи индуцированных воздушных потоков. Настоящее изобретение относится также к системе для создания воздушной завесы перед проемом в стене здания.
Производственные и складские здания, промышленные ангары, мастерские, гаражи и подобные им здания обычно имеют большие по размерам двери, позволяющие транспортным средствам проехать через них внутрь здания. Во время отопительного сезона открывание этих дверей вызывает воздушные потоки, в которых теплый внутренний воздух перемещается из здания наружу через верхнюю часть дверного проема, и, одновременно, холодный воздух перемещается внутрь здания через нижнюю часть дверного проема. Вследствие проходящих через дверной проем воздушных потоков значительно возрастает потребление тепловой энергии в этих помещениях. Кроме этого воздушные потоки вызывают сквозняк, а также нестабильность и неравномерность температурных условий во внутренних помещениях, что отрицательно влияет на условия труда.
Для уменьшения проходящих через дверные проемы воздушных потоков разработаны способы, с помощью которых перед проемом в его плоскости формируют управляемый воздушный поток, так называемую воздушную завесу, которая предотвращает или по крайней мере ограничивает прохождение воздуха через дверной проем. Такую воздушную завесу получают, разместив на одном краю проема приточный канал с проходящим вдоль края проема воздуходувным соплом, через который в проем нагнетают воздух. На другом краю проема размещают вытяжной канал с проходящим вдоль края проема всасывающим отверстием для всасывания воздуха. Приточный и вытяжной каналы соединяют между собой соединительным каналом, в котором размещают вентилятор, обеспечивающий нагнетание в приточном канале и всасывание в вытяжном канале. В соединительном канале при необходимости можно разместить нагреватель для нагрева воздуха. Направление воздушной завесы можно регулировать с помощью размещенных на воздуходувном сопле дефлекторов для предотвращения смещений воздушной завесы, вызываемых флуктуациями давления, например ветром. Такое решение воздушной завесы, в котором воздуходувное сопло размещено на верхнем краю проема, а всасывающее отверстие размещено на нижнем краю проема, описано в патенте Финляндии №35080. Воздуходувное сопло и всасывающее отверстие можно разместить, поменяв их местами, или же на противоположных вертикальных краях проема.
Хотя известными воздушными завесами достигают ощутимой экономии энергии и улучшения рабочего комфорта, очевидно, что желательно непрерывное улучшение их характеристик.
Целью настоящего изобретения является создание улучшенных способа ограничения передачи тепла сквозь проем в стене и системы для создания воздушной завесы в указанном проеме, обеспечивающих улучшение и усовершенствование положительных свойств вышеуказанной воздушной завесы.
Цели настоящего изобретения достигаются способом и системой воздушной завесы с признаками, изложенными в независимых пунктах формулы изобретения. Некоторые предпочтительные случаи осуществления настоящего изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Объектом настоящего изобретения являются способ и система для создания воздушной завесы для ограничения передачи тепла сквозь проем в стене. Соответствующий настоящему изобретению способ подходит для использования, например, на объектах с большой по размерам наружной дверью, которую приходится часто открывать, например для прохождения внутрь или наружу транспортного средства. С помощью соответствующего настоящему изобретению способа перед дверным проемом, когда закрывающая дверной проем дверь находится в открытом положении, формируют ограничивающую передачу тепла воздушную завесу. При этом на первом краю проема формируют проходящий через воздуходувное сопло приточный поток воздуха, а на втором краю проема формируют проходящий через всасывающее отверстие всасывающий поток воздуха. Таким образом перед дверным проемом возникает воздушная струя, протекающая из воздуходувного сопла во всасывающее отверстие. Воздушная струя также вовлекает в движение в том же направлении находящуюся в непосредственной близости воздушную массу; при этом с обеих сторон воздушной струи возникают индуцированные воздушные потоки. Воздушная струя и индуцированные воздушные потоки вместе образуют воздушную завесу. Основная мысль соответствующего настоящему изобретению способа в том, что возникающий одновременно с воздушной струей индуцированный воздушный поток разворачивают в противоположном воздушной струе направлении для образования обратного потока. Индуцированный воздушный поток и обратный поток образуют одновременно с воздушной струей круговой воздушный поток, в котором температура воздушной массы выше наружной температуры, при этом разница температур с разных сторон воздушной струи уменьшается. Благодаря уменьшению разницы температур снижается и количество передаваемого через проем тепла.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления соответствующего настоящему изобретению способа индуцированный воздушный поток разворачивают в обратном направлении, разместив на втором краю проема дефлектор, меняющий направление индуцированного воздушного потока.
В другом предпочтительном варианте осуществления соответствующего настоящему изобретению способа приточный воздушный поток формируют на нижнем краю проема, а всасывающий поток - на верхнем краю проема.
В третьем из других предпочтительных вариантов осуществления соответствующего настоящему изобретению способа движение воздуха между воздушной струей и вертикальными краями проема ограничивают с помощью боковых стенок.
Соответствующая настоящему изобретению система для создания воздушной завесы состоит из размещенного на первом краю проема приточного канала с воздуходувным соплом для подачи воздуха и из размещенного на втором краю проема, противоположном первому краю проема, вытяжного канала со всасывающим отверстием для всасывания воздуха внутрь. Приточный и вытяжной каналы соединены между собой соединительным каналом, в котором размещен вентилятор, обеспечивающий нагнетание в приточном канале и всасывание в вытяжном канале и образование воздушной струи между воздуходувным соплом и всасывающим отверстием. Система содержит также размещенный на другом краю проема дефлектор для разворота индуцированного воздушного потока, образуемого одновременно с воздушной струей, в противоположную сторону. Предпочтительно приточный канал размещен на нижнем краю проема, а вытяжной канал и дефлектор - на верхнем краю проема.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления соответствующей настоящему изобретению системы длина воздуходувного сопла и длина всасывающего отверстия приблизительно равны ширине проема.
В другом предпочтительном варианте осуществления соответствующей настоящему изобретению системы положение воздуходувного сопла приточного канала регулируется для направления воздушной струи в нужном направлении.
Третий из других предпочтительных вариантов осуществления соответствующей настоящему изобретению системы содержит дополнительно устройство управления для регулирования положения воздуходувного сопла, управления работой вентилятора и регулирования скорости вентилятора. Предпочтительно воздушная завеса содержит также боковые стенки, параллельные вертикальным краям проема.
Преимущество настоящего изобретения в том, что оно предотвращает передачу тепла сквозь проем лучше, чем известные решения систем для создания воздушных завес. Вследствие этого уменьшаются колебания температуры внутри здания и чувство сквозняка, что повышает удобство и рабочий комфорт во всем производственном помещении и особенно вблизи проема. Благодаря уменьшению утечек тепла также достигается экономия расходов на отопление здания.
Ниже следует подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1a изображает вид спереди варианта соответствующей настоящему изобретению системы для создания воздушной завесы;
фиг.1b изображает поперечный разрез системы, показанной на фиг.1a.
Фиг.1a и 1b изображают вариант из соответствующей настоящему изобретению системы, в которой использован соответствующий настоящему изобретению способ. Соответствующую настоящему изобретению систему для создания воздушной завесы располагают перед дверным проемом 120 в стене здания 100. С внутренней стороны дверного проема расположены подъемные ворота 140.
Согласно настоящему изобретению система для создания воздушной завесы содержит размещенный на нижнем краю проема приточный канал 10 в углублении 22 перед дверным проемом. Открытая верхняя часть углубления закрыта решеткой 24, которая позволяет беспрепятственно проезжать и проходить через углубление. Конструкция решетки подобрана таким образом, что она не препятствует прохождению через нее воздуха. На открытом вверх краю приточного канала расположено воздуходувное сопло 12 длиной, приблизительно равной всей ширине дверного проема.
На верхнем краю дверного проема вдоль верхнего края дверного проема расположен вытяжной канал 14, на открытом вниз краю которого имеется всасывающее отверстие 16 длиной, приблизительно равной всей ширине дверного проема. Вблизи одного из вертикальных краев дверного проема расположен вертикальный соединительный канал 18, который соединен с одной стороны с оголовком приточного канала, а с другой - с оголовком вытяжного канала. В соединительном канале помещен электрический вентилятор 20, который, работая, создает всасывающий воздушный поток в вытяжном канале и нагнетающий воздушный поток в приточном канале. Работой вентилятора управляют с помощью автоматического устройства 26 управления.
Согласно настоящему изобретению система имеет также защитный козырек 28 с вертикальной передней стенкой, размещенный в верхней части дверного проема, шириной, приблизительно равной ширине дверного проема. Нижняя поверхность защитного козырька образует дефлектор 30. Дефлектор - это фасонная, расположенная вдоль верхнего края проема желобчатая деталь, первый край которой расположен вблизи плоскости, проходящей через внешний край приточного канала и внешний край вытяжного канала, а второй край расположен вблизи вертикальной передней стенки защитного козырька. Предпочтительно высота дефлектора в поперечном разрезе 100-1000 мм, а ширина 500-2000 мм. С другого края дефлектора имеется по существу вертикальная краевая область шириной предпочтительно 50-500 мм. Края дефлектора располагаются приблизительно на одной высоте с нижней поверхностью вытяжного канала. По обоим вертикальным краям дверного проема имеются также выступающие из стены приблизительно под прямым углом боковые стенки 32. Боковые стенки проходят от поверхности земли до защитного козырька и выступают от наружной поверхности стены предпочтительно на 500-1500 мм. Длина дефлектора приблизительно равна расстоянию от стенки на первом краю дверного проема до стенки на втором краю дверного проема.
Создание вышеописанной системой воздушной завесы осуществляется следующим образом.
С запуском вентилятора 20 воздух начинает поступать из приточного канала 10 через воздуходувное сопло 12 в дверной проем 120. Таким образом перед дверным проемом образуется поддерживаемая вентилятором направленная воздушная струя 40. Одновременно воздух всасывается через всасывающее отверстие 16 в вытяжной канал 14. Воздушную струю 40 из воздуходувного сопла стремятся направить как можно точнее на всасывающее отверстие. Направление воздушной струи можно регулировать по необходимости, поворачивая воздуходувное сопло к стене 100 или от нее. Скорость воздушной струи также можно регулировать, меняя производительность вентилятора. Регулируя направление и скорость воздушной струи, можно всегда направить воздушную струю точно во всасывающее отверстие, хотя разница давлений с разных сторон дверного проема меняется. С помощью боковых стенок 32 препятствуют прохождению воздуха сквозь дверной проем между вертикальными краями дверного проема и воздушной струей.
Воздушная струя из воздуходувного сопла вовлекает окружающую ее массу воздуха в движение в том же направлении, при этом одновременно с воздушной струей с обеих ее сторон возникают индуцированные воздушные потоки. Индуцированный с внутренней стороны воздушный поток 42 формируется из внутренней воздушной массы здания, т.е. внутреннего воздуха, а индуцированный с наружной стороны воздушный поток 44 формируется из наружной воздушной массы здания, т.е. наружного воздуха. Очевидно, что между индуцированными потоками и воздушной струей происходит также частичное смешение воздушных масс, при котором тепло более теплой воздушной массы передается более холодной. В зимних условиях это означает, что тепло внутреннего воздуха передается от внутреннего индуцированного воздушного потока 42 воздушной струе 40 и далее наружному индуцированному воздушному потоку 44. Имеющие то же направление, что и воздушная струя, индуцированные воздушные потоки создают локальное разрежение давления у нижнего края дверного проема с обеих сторон воздушной струи. Это разрежение вызывает направленные к дверному проему горизонтальные внутренние потоки А и наружные потоки В.
В созданной системой согласно настоящему изобретению воздушной завесе соседний с воздушной струей наружный индуцированный воздушный поток 44 направляется в расположенный у всасывающего отверстия 16 дефлектор 30. Индуцированный воздушный поток попадает на первый край дефлектора, обтекает изогнутое, желобчатое дно дефлектора и выходит из дефлектора со второго его края. На втором краю дефлектора имеется по существу вертикальная краевая область, которая направляет выходящий из дефлектора воздушный поток вертикально, что характерно, вниз. То есть дефлектор разворачивает текущий вверх индуцированный воздушный поток по направлению вниз в обратный поток 46. Воздушная масса обратного потока течет вниз до поверхности земли, где она соединяется с горизонтальным потоком В и далее через него вновь с индуцированным воздушным потоком. В данной воздушной завесе одновременно с создаваемой воздуходувным соплом воздушной струей 40 образуется круговой воздушный поток, который остается в пространстве, ограниченном дефлектором и боковыми стенками 32. Поскольку в наружный индуцированный воздушный поток постоянно передается тепло от внутреннего воздуха здания, температура обратного потока выше температуры наружного воздуха. Таким образом, с помощью изобретения повышают температуру воздушной массы в непосредственной близости к дверному проему с наружной стороны.
Действием вышеописанной воздушной завесы управляют с помощью автоматического устройства 26 управления, которое автоматически регулирует направление и скорость воздушной струи в соответствии с преобладающими окружающими условиями. Устройство управления автоматически запускает вентилятор 20 воздушной завесы, когда датчики устройства управления (не показанные на фигуре) сообщают о нахождении двери 140 дверного проема в открытом положении. Соответственно при закрытии двери устройство управления автоматически отключает вентилятор.
Соответствующие настоящему изобретению способ и система для создания воздушной завесы особенно хорошо подходят для использования в холодном климате, где они позволяют значительно снизить потери тепла через открытый дверной проем. Однако их можно использовать в определенной степени и в теплых условиях, когда температура наружного воздуха выше, чем внутри здания, и можно снизить передачу тепла сквозь дверной проем внутрь здания, что сократит затраты энергии на охлаждение внутреннего воздуха.
Видимые части конструкции соответствующей настоящему изобретению системы для создания воздушной завесы, такие как защитный козырек 28, соединительный канал 18 и боковые стенки 32, могут быть выполнены различным образом в соответствии с требованиями конкретного объекта. Защитный козырек и боковые стенки могут быть, например, частью фронтона здания. Конструкцию можно также разместить внутри дверного проема, ее можно использовать во внутренних помещениях, в проемах перегородок между помещениями.
Выше описаны некоторые предпочтительные случаи осуществления соответствующих настоящему изобретению способа и системы для создания воздушной завесы. Настоящее изобретение не ограничено описанными случаями, инновационный подход можно реализовать разным образом в рамках формулы изобретения.
1. Способ ограничения передачи тепла сквозь проем в стене, как например дверной проем, с помощью которого на первом краю проема формируют проходящий через воздуходувное сопло приточный поток воздуха, а на втором краю проема формируют проходящий через всасывающее отверстие всасывающий поток воздуха, создавая между первым и вторым краями проема воздушную завесу, состоящую из текущей из воздуходувного сопла во всасывающее отверстие воздушной струи и образуемых с обеих сторон воздушной струи индуцированных воздушных потоков, при этом образуемый одновременно с воздушной струей индуцированный воздушный поток разворачивают в направлении, противоположном направлению воздушной струи для образования встречного обратного потока.
2. Способ по п.1, в котором индуцированный воздушный поток разворачивают в обратный поток посредством размещения на втором краю проема дефлектора, меняющего направления индуцированного воздушного потока.
3. Способ по п.1, в котором приточный воздушный поток формируют на нижнем краю проема, а всасывающий воздушный поток формируют на верхнем краю проема.
4. Способ по п.1, в котором прохождение воздуха между вертикальными краями проема и воздушной струей ограничивают боковыми стенками.
5. Система для создания воздушной завесы перед проемом в стене здания, например дверным проемом, содержащая размещенный на первом краю проема приточный канал с воздуходувным соплом для подачи воздуха, размещенный на втором краю проема, противоположном первому краю проема, вытяжной канал с всасывающим отверстием для всасывания воздуха внутрь, соединяющий приточный и вытяжной каналы, соединительный канал, расположенный в соединительном канале вентилятор для образования воздушной струи между воздуходувным соплом и всасывающим отверстием, и размещенный на втором краю проема дефлектор для разворота образуемого одновременно с воздушной струей индуцированного воздушного потока в противоположном направлении.
6. Система по п.5, в которой приточный канал расположен на нижнем краю проема, а вытяжной канал и дефлектор расположены на верхнем краю проема.
7. Система по п.5, в которой длина воздуходувного сопла приточного канала и длина всасывающего отверстия вытяжного канала приблизительно равны ширине проема.
8. Система по п.5, которая выполнена с возможностью регулирования положения воздуходувного сопла приточного канала для направления воздушной струи в нужном направлении.
9. Система по п.5, которая дополнительно содержит боковые стенки, параллельные вертикальным краям проема.
10. Система по п.5, которая дополнительно содержит устройство управления для регулирования положения воздуходувного сопла, управления работой вентилятора и регулирования скорости вентилятора.
