空气幕的功用与构成-通风与空气调节

空气幕是利用条形空气分布器喷出一定速度和温度的幕状气流，借以封闭大门、门厅、通道、门洞、柜台等，减少或隔断外界气流的侵入，以维持室内或某一工作区的环境条件，同时还可以阻挡粉尘、有害气体及昆虫的进入。空气幕的隔断、隔冷、隔虫特性不仅可以维护室内环境而且还可以节约建筑能耗。空气幕可由空气处理设备、风机、风管系统及空气分布器组成。

1.1　空气幕的分类和原理

空气幕按照空气分布器的安装位置可以分为上送式、侧送式、下送式三种。

（1）上送式空气幕

上送式空气幕是把条缝形吹风口设在大门上方，气流由上而下，如图5.21所示，喷出气流的卫生条件较好，安装简便，占空间面积小，不影响建筑美观，适用于一般的公共建筑，如影剧院、会堂、商场、体育馆等，仪表、纺织、电子等工业厂房也常采用该种形式空气幕。尽管上送式空气幕阻挡室外冷风的效率不如下送式空气幕，但它仍然是目前最有发展前途的一种形式。

图5.21　上边的上送式空气幕

（2）侧送式空气幕

侧送式空气幕是把条缝形吹风口设在大门的侧面，设在一侧的称为单侧，在大门两侧设吹风口的称为双侧。如图5.22所示，单侧空气幕适用于宽度小于4 m的门洞和车辆通过门洞时间较短的工业厂房。双侧空气幕适用于门洞宽度大于4 m，或车辆通过门洞时间较长的场合。工业建筑的门洞较高时常采用侧送式空气幕，但由于它占据建筑面积使用时受到一定的限制。为了不阻挡气流，装有侧送式空气幕的大门严禁向内开启。

（3）下送式空气幕

气流由下部地下风道吹出，如图5.23所示，冬季阻挡室外冷风的效果最好，而且不受大门开启方向的影响。由于它采用下部送风，风口容易被脏物堵塞，送风射流会受到运输工具的阻挡，而且会把地面的灰尘吹起。因此，仅适用于运输工具通过时间较短，工作场地较为洁净的车间。

图5.22　侧送式空气幕

图5.23　下送式空气幕

空气幕按送出气流温度的不同，可分为热空气幕、等温空气幕和冷空气幕三种。

（1）热空气幕

在空气幕内设有加热器，以热水、蒸汽或电为热煤，将送出空气加热到一定温度。它适用于寒冷地区。

（2）等温空气幕

空气幕内不设加热（冷却）装置，送出空气不经处理，因而构造简单、体积小，适用范围更广，是目前非寒冷地区主要采用的形式。

（3）冷空气幕

空气幕内设有冷却装置，送出一定温度的冷风，主要用于炎热地区而且有空调要求的建筑物大门。

一般的大门空气幕其目的只是阻挡室外冷（热）空气，通常只设吹风口，不设回风口，让射流和地面接触后自由向室内外扩散，这种大门空气幕称为简易空气幕。

1.2　空气幕的设计计算

大门空气幕的计算方法较多，下面介绍一种理论的计算方法，它的计算结果和实验结果是相似的。下送式大门空气幕工作时，理论计算流入大门的空气量：

式中：Lw——射流的出口流速，m/s；

　　　B——大门宽度，m；

　　　H——大门高度，m；

　　　vw——无空气幕工作时，大门门洞上室外空气流速，m/s；

　　　v0——射流的出口流速，m/s；

　　　b0——吹风口宽度，m。

其中：

式中：a——吹风口的紊流系数；

　　　α——射流出口轴线与轴的夹角；

　　　th——双曲线正切函数。

而空气幕工作时的气流运动是室外气流和吹风口吹出的平面射流这两股气流合成，因而流入大门的空气量L就是吹风口吹出的空气量L0和空气幕工作时侵入大门的室外空气量之和。(www.xing528.com)

结合式（5-40）和（5-41），则：

当吹风口的紊流系数 a =0.2时，ψ值与α角的关系见表5.7中。

式中：η——空气幕效率，它表示空气幕所能阻挡的室外空气量大小。

表5.7 ψ值与α角

把公式（5.43）代入公式（5.42）中，则：

计算侧送式大门空气幕时，应把公式（5-44）中的H改为大门的宽度B。

空气幕设计时应注意以下问题。

①公共建筑宜采用上送式；生产厂房宜采用双侧送风，外门宽度小于4m时可采用单侧送风。受条件限制不能采用侧送风时，可用上送式。一般不宜采用下送式。

②出于经济上的考虑，空气幕效率η一般采用下列数值。

下送式空气幕 0.6～0.8

侧送式空气幕 0.8～1.0

③侧送时射流的喷射角α一般取45°下送时，为了避免射流偏向地面，取α=30°～40°。

④热空气幕的送风温度，应根据计算确定。对于公共建筑和生产厂房的外门，不宜高于50 ℃；对于高大的外门，不应高于70 ℃，同时保证空气幕射流与室外空气混合后的温度不宜过低，否则大门附近的工人会有吹冷风感。下送时，混合温度应不低于5 ℃；侧送时，混合温度应不低于10 ℃。

⑤空气幕出口风速应根据计算确定。对于民用及商业建筑其速度可采用4～9 m/s；对于工业建筑其速度可采用8～24 m/s，不宜大于25 m/s。

【例 5.5】某车间大门尺寸为3×3 m，当地室外计算温度tw = -12 ℃，室内空气温度tn = 15 ℃，室外风速vw= 2.5 m/s。因大门经常开启，设置侧送式大门空气幕。要求混合温度等于10 ℃，计算该空气幕吹风量及送风温度。

解：

因不考虑热压作用，只有室外风作用，空气幕不工作时流入室内的室外空气量Lw=HBvw=3×3×2.5 m3/s

设α =40°，紊流系数为0.2，由表4.7查的ψ=0.45

设空气幕的效率η=100%，吹风口宽度b0=0.2 m

根据公式（5.44），空气幕吹风量

出口流速

根据流体力学，对于空气幕的平面射流在射流末端的空气量为：

解得L1=24.9 m/s

假设周围卷入空气和空气幕吹出空气得到充分混合，在射流末端射流的平均温度（即混合温度）th=10 ℃时，空气幕送风温度t0 可根据下列热平衡方程式求出。

解上式求得 t0=27.3 ℃

空气幕加热器的加热量