Rolą kurtyny powietrznej jest stworzenie bariery ciśnieniowej zdolnej do skutecznego zabezpieczenia chronionego pomieszczenia przed wdzieraniem się powietrza z zewnątrz. Ma to na celu zapobieżenie stratom energii cieplnej wewnątrz tego pomieszczenia. Dobierając kurtynę powietrzną należy wziąć pod uwagę szereg czynników związanych zarówno z architekturą i położeniem budynku, jak i cechami samej kurtyny. W katalogach kurtyn znajdziemy wszystkie ich parametry, jednak różni dostawcy nie są zgodni, który z parametrów odgrywa kluczową rolę dla efektywnego działania kurtyny.

Spróbujmy zatem przeanalizować zjawiska występujące podczas pracy kurtyny powietrznej, by przekonać się co tak faktycznie decyduje o skuteczności kurtyny.

Ochronne działanie kurtyny powietrznej polega na wytworzeniu siły zdolnej przeciwstawić się sile wdzierającego się powietrza zewnętrznego. Wykorzystując zasadę zachowania pędu można stwierdzić, że skierowany na zewnątrz pęd musi mieć co najmniej taką samą wartość jak skierowany do wewnątrz pęd powietrza zewnętrznego (rys. 1).

Rys. 1. Ochronne działanie kurtyny powietrznej

Pęd (wektor siły) skierowany na zewnątrz jest oczywiście wytwarzany przez kurtynę powietrzną. Jego wartość uzyskujemy mnożąc masę i prędkość strumienia powietrza.

P = m × v [kg·m/s]

wystarczy zwiększyć albo prędkość strumienia powietrza, albo jego masę lub obydwa te czynniki jednocześnie. Idąc dalej stwierdzamy, że redukując ilość powietrza o połowę i zwiększając dwukrotnie jego prędkość otrzymamy taką samą wartość wektora siły (pędu).

Do takiego też, pozornie oczywistego wniosku, doszła większość producentów kurtyn, tym bardziej, że znacznie ułatwia to konstrukcję kurtyny i daje oszczędności energii elektrycznej. Niektórzy z nich podkreślają to nawet jako szczególny atrybut swoich produktów.

Po baczniejszej analizie zjawiska zwrócimy jednakże uwagę, że jest to czysto teoretyczna obserwacja, w warunkach idealnych, nie uwzględniająca wpływu indukcji i termicznej siły wyporu.

Strumień powietrza wypływający z wylotu kurtyny, mając prędkość wyższą niż jego otoczenie, powoduje zawsze indukowanie powietrza wtórnego. Prowadzi to do powstania turbulencji w głównym strumieniu powietrza. Im turbulencje są wyższe, tym szybciej załamuje się strumień główny, zmniejsza jego prędkość i skraca zasięg.

Dla płaskich strumieni izotermicznych obowiązuje zależność pomiędzy początkową a końcową prędkością strumienia powietrza w odległości x.



gdzie:
h – szerokość szczeliny [m],
x0 – zasięg strumienia głównego [m],
x – odległość od wylotu powietrza z kurtyny [m],
v0 – prędkość początkowa powietrza [m/s],
vx – prędkość powietrza w odległości x [m/s],
m – współczynnik indukcji.

Jak wynika z powyższego wzoru, by uzyskać tę samą wartość prędkości powietrza w odległości x możemy podstawić odwrotnie proporcjonalne wartości prędkości początkowej i ilości powietrza. Przyjmując, że pęd wytwarzany przez kurtynę ma wartość co najmniej taką samą jak pęd usiłującego wtargnąć do środka budynku powietrza zewnętrznego, a w odległości x uzyskać chcemy założoną wartość prędkości strumienia powietrza:



przekonujemy się, że czynniki masowe mają decydujący wpływ na działanie kurtyny powietrznej. Przy identycznej prędkości końcowej w odległości x od kurtyny decydujący wpływ na wartość pędu będzie miała część masowa, czyli ilość powietrza. Przy mniejszej ilości powietrza wartość pędu wytwarzanego przez kurtynę zostanie wyraźnie osłabiona.

Tę teoretyczną zależność potwierdza przeprowadzona na rzeczywistych danych symulacja komputerowa przedstawiona na wizualizacjach na rysunku 2. Kurtyna powietrzna na lewym rysunku ma wyższą prędkość początkową powietrza i mniejszą wydajność niż kurtyna na rysunku prawym. Pozostałe warunki brzegowe są identyczne. (...)

Rys. 2. Symulacja komputerowa zależności prędkości i ilości powietrza na efektywność kurtyny