Kurtyny powietrzne to urządzenia odgradzające środowisko wewnętrzne od zewnętrznego. Struga powietrza o dużym impulsie tworzy barierę pomiędzy strefami o różnych wartościach temperatury, blokując wymianę masy między nimi.

Szronienie w magazynach chłodniczych: a) kabina wejściowa do magazynu chłodniczego, b) ściana magazynu chłodniczego 

Rolą kurtyny powietrznej jest stworzenie bariery ciśnieniowej zdolnej do skutecznego zabezpieczenia chronionego pomieszczenia przed wdzieraniem się powietrza z zewnątrz, ewentualnie wydostawaniem się powietrza na zewnątrz, co minimalizuje straty ciepła/chłodu wewnątrz tego pomieszczenia.

Rys. 1. Zachowanie pędu na granicy stref

Zasada działania

Otwarcie drzwi powoduje powstawanie niekontrolowanej infiltracji, czyli napływu i wypływu powietrza z pomieszczenia, co oznacza duże straty energii w budynku (jeśli powietrze to podlegało procesom termodynamicznym). Chcąc zminimalizować wymianę masy, a tym samym stratę energii, należy uniezależnić obie strefy od siebie za pomocą bariery. Skuteczną barierą jest kurtyna powietrzna o prawidłowo dobranych parametrach (prędkości wylotowej powietrza z kurtyny oraz strumienia masowego tego powietrza).

Zasada doboru

Istotą działania kurtyny powietrznej jest wytworzenie siły zdolnej przeciwstawić się sile wdzierającego się powietrza zewnętrznego. Ponieważ do pomieszczenia wdziera się tyle samo powietrza, co się z niego wydostaje, kurtyna może również przeciwdziałać wydostawaniu powietrza z chronionego pomieszczenia.

Aby skutecznie zostało zahamowane napływające powietrze, pęd powietrza napływającego musi być równy pędowi powietrza odgradzającego (zgodnie z zasadą zachowania pędu).

Pęd jest wielkością wektorową; kierunek i zwrot pędu jest zgodny z kierunkiem i zwrotem prędkości. Pęd jest równy iloczynowi masy m i prędkości w punkcie.

Jest to zależność liniowa, dlatego zwiększając masę i zmniejszając prędkość można zachować wartość pędu. W praktyce oznacza to, że aby poprawić skuteczność działania kurtyny powietrznej, wystarczy zwiększyć albo prędkość strumienia powietrza, albo jego masę lub oba te czynniki jednocześnie.

Ważnym elementem jest długość kurtyny. Szerokość wylotu strumienia powietrza z kurtyny powinna być większa od otworu drzwiowego, jaki ma za zadanie skutecznie zabezpieczyć.

By prawidłowo dobrać kurtynę, należy zwrócić uwagę na wiele czynników zewnętrznych, takich jak:

• wielkość otworu drzwi,
• liczba drzwi w budynku i ich rozmieszczenie względem siebie,
• konstrukcja budynku oraz usytuowanie względem stron świata,
• zakładana różnica temperatury powietrza zewnętrznego i wewnętrznego,
• wysokość oraz szczelność budynku,
• współpraca z systemem grzewczo-wnetylacyjnym w budynku.

Rys. 2. Klasyfikacja kurtyn powietrznych

Podział kurtyn

Podział kurtyn powietrznych w zależności od zastosowania, przeznaczenia budynku lub dostępnych mediów, pokazano na rysunku 2.

Pierwsze kurtyny powietrzne stosowane były dla odgrodzenia pomieszczeń chłodniczych. Wdzierające się powietrze zewnętrzne do chłodni powoduje szronienie się magazynowanych opakowań. Istotą jest zatem zabezpieczenie tego pomieszczenia przed wnikaniem powietrza wilgotnego, a nie, jak by się wydawało, tylko ochrona przed utratą chłodu (energii).

Później zauważono również, że hale produkcyjne oraz budynki użyteczności publicznej – biurowce, centra handlowe z powodu częstego otwierania drzwi i bram tracą dużą część energii wraz z powietrzem kalorycznie obrobionym (ogrzanym lub schłodzonym). Zaczęto więc stosować w tych budynkach ciepłe kurtyny powietrzne, które prócz wytwarzania lokalnego ciśnienia dynamicznego, również ogrzewają powietrze poprawiając lokalne warunki komfortu termicznego.

Montowano je poziomo nad drzwiami/bramą. Montaż poziomy jest najskuteczniejszym montażem pod względem aerodynamicznym. Struga powietrza nawiewanego skutecznie przeciwdziała wydostawaniu się powietrza ciepłego z pomieszczenia, a tym samym wnikaniem powietrza zimnego do środka.

Zgodnie z zasadą, do pomieszczenia napłynie tyle powietrza, ile się z niego wydostanie. Z niekontrolowaną infiltracją można skutecznie walczyć, przeciwdziałając wydostawaniu się powietrza poprzez uszczelnienie budynku.

Wymagania dotyczące architektury zewnętrznej i wewnętrznej wciąż rosną, a więc i wymagania wobec wyglądu i miejsca mocowania kurtyn powietrza. Na rynku pojawiły się zatem również kurtyny pionowe, mimo iż ich skuteczność aerodynamiczna jest dużo mniejsza niż kurtyn poziomych.

Ze względu na konieczny znaczny strumień powietrza nawiewanego, moc grzewcza kurtyn powietrznych musi być duża. Dlatego stosowanie wody kotłowej jako medium grzewczego jest najwłaściwsze. W ostateczności można stosować kurtyny elektryczne.

Rys. 4. Przeciwdziałanie wydostawaniu się ciepłego powietrza z budynku [1]

Skuteczność odgrodzenia

(...)

Oszczędność energii

(...)

Wnioski

Wciąż rosnące ceny energii i rosnące wymagania dotyczące energooszczędności budynków wymuszają stosowanie rozwiązań techniczno-inżynieryjnych minimalizujących te straty. Jednym ze sposobów przeciwdziałania niekontrolowanemu wypływowi ciepłego powierza z pomieszczenia jest stosowanie kurtyn powietrznych. Ich wielkość oraz miejsce montażu zależy od uwarunkowań architektonicznych. Zasadność ich stosowania jest bezsprzeczna, jednak skuteczność urządzenia zależy od właściwego wymiarowania i doboru parametrów pracy.

dr inż. Maciej Danielak
Kierownik Działu Sprzedaży Kampmann

Więcej na ten temat przeczytają Państwo w Chłodnictwie i Klimatyzacji nr 10/2013