VGF szaklap

A gyorsabb nem mindig jobb, avagy a nyílások hatékony zárása levegővel

| |  1164 | |

A gyorsabb nem mindig jobb, avagy a nyílások hatékony zárása levegővel

Az építéstechnológia fejlődésével az új épületszerkezetek lehetővé teszik az energetikai szempontból kiváló épületek létrehozását. Egy bizonytalan pont marad, a funkcióból adódó nagy forgalmú nyílások hatékony zárása, ezért kiemelt figyelmet kap napjainkban a magas színvonalú légfüggönytechnika

A kapulégfüggönyök leginkább a közintézményekben és kereskedelmi üzletekben választják el a belső teret a külvilágtól. Az elválasztást úgy valósítják meg, hogy minimalizálják a természetes konvekciót, valamint felmelegítik a minimálisan beáramló hideg levegőt. A hagyományos légfüggönyök fűtési kapacitását télen gyakran úgy növelik, hogy emelik a befúvásia sebességet. Cikkünkben azt mutatjuk be, hogy ha több hőre van szükség, akkor előnyösebb, ha a levegőnyaláb szélességét növeljük a befúvási sebesség helyett.
Körvonalazódik a „konstans légsebesség” (CA – Constant Air velocity) technológia előnye, tekintettel az energiafelhasználásra és a komfortra.

A légfüggönyök működésének alapjai

Légfüggönyöket általában kereskedelmi üzletekben alkalmaznak abból a célból, hogy komfortos belteret biztosítsanak nyitott ajtók mellett. Tudvalévő, hogy a vásárlókat jobban vonzza a nyitott ajtó, és szívesebben mennek be egy nyitott üzletbe. Hogy jobban megérthessük a gondolatot, nézzük meg a fenti ábrát. Nyitott ajtó esetén a hőmérséklet-különbség légcserét gerjeszt, ahol a meleg levegő szökik az épületből, a hideg levegő pedig beáramlik az épületbe. Tapasztalhatunk más nyílászárón vagy szerkezeti elemen filtrációs áramlásokat és a szellőzésből, valamint az épület belső és külső nyomáskülönbségéből adódó áramlásokat. A légfüggöny alkalmazása kettős célt szolgál.

1. A meleg kiáramlásának csökkentése

A légfüggöny alkalmazásának első célja, hogy minimalizáljuk a meleg levegő kiáramlását. A légfüggöny visszahúzza azt a meleg levegőt, ami éppen szökni próbálna az ajtónyílás tetején, egy függőleges légsugarat képezve, így a levegő a padlószinten visszakerül az üzletbe. A hőveszteség csökkentésének mértékét – százalékban kifejezve – nevezzük a légfüggöny hatékonyságának. Ha a hőveszteséget Qk-nak nevezzük, a hatékonysági képlet a következő:

η=(1– Qk légfüggönnyel / Qk légfüggöny nélkül)×100%

Nagyobb hatékonyság érhető el, ha egyenirányítót alkalmazunk a befúvóegységben. Ez megakadályozza a turbulencia kialakulását a légáramban, ezáltal csökkenti a hőveszteséget. A szellőzéstechnikában kihasználjuk a jobb keveredés és gyors sebességleépülés érdekében a nagy indukciójú, turbulens befúvást, de itt a gyors hőátadás a célunk. A légfüggönyök esetében pont az ellenkezőjét szeretnénk – hőszigetelni akarunk. Ezért nem alkalmasak a szellőzéstechnikai rácsok erre a funkcióra.

2. A hideg szellőzőáramlás kondicionálása

A légfüggöny alkalmazásának második célja, hogy felmelegítse az ajtónál beáramló hideg levegőt. A légfüggöny nem tudja megakadályozni 100%-ban a hideg levegő beáramlását, de képes kondicionálni azt, például felmelegíti a levegőt egy-két fokkal, így nem érződik a huzat az épületben. Ez hőteljesítményt igényel (meleg vizes vagy elektromos fűtőelem).

Két ok van, ami miatt a légfüggöny szükséges hőteljesítménye lényegesen kisebb lehet, mint amennyit az épület központi fűtőegységének elő kellene állítania egy légfüggöny nélküli épület esetén. Először is a légfüggöny lényegesen csökkenti a hőveszteséget a kültér irányába. Másodszor a légfüggöny melegíti a beáramló levegőt közvetlenül a forrásnál (pl. ajtónyílás), így egy egyenletesebb hőmérséklet alakul ki az egész épületben, ami javítja a hőérzetet. Ez sokkal hatékonyabb energiafelhasználást eredményez, más szavakkal: a légfüggöny energiatakarékos.

Egy bizonyos szellőzőáramlást feltételezve, a légfüggönytől megkövetelt fűtési kapacitás elméletileg egyenlő a szellőzés során beáramló hideg levegő felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséggel. Minden többletkapacitás haszon a beltér részére, amit kiegészítő fűtésként lehet használni.

CA (állandó sebességű) technológia

Télen az alacsonyabb külső hőmérséklet több fűtőteljesítményt követel a beáramló hideg levegő fűtésére. A hagyományos légfüggönyök a teljesítmény növelését a befúvási sebesség növelésével érik el. Már jó ideje felmerült a gondolat, hogy jobb, ha a befúvási levegőnyaláb szélességét növeljük a légsebesség növelése helyett. Ezt a technológiát alkalmazzák a nagy hatékonysággal működő komfort légfüggönyökben.

A légnyaláb szélesítése – állandó nagy hatásfok

Ha nagy fűtőkapacitásra van igény, akkor a hagyományos légfüggöny esetében a befúvási sebességet növelik. Amennyiben a légsebességet növeljük, a légáram nekiütközik a padlónak, majd két részre oszlik, és az egyik fele kiszökik, így több hőveszteség keletkezik. Ez azt mutatja, hogy a nagy áramlási sebesség alacsonyabb hatásfokot eredményez. Látható, hogy a légáram örvénylése csökkenti a hatásfokot.

A légfüggöny leadott hőteljesítményének növelését meg lehet valósítani a befúvott levegőnyaláb szélesítésével – nagyobb légmennyiség mellett – egy terelőlap automatikus elforgatásával. Ez növeli a hőbevitelt, míg a befúvási sebesség változatlan marad. Ennek a megoldásnak az előnye, hogy a levegő kevésbé ütközik az aljzatnak, így a betáplált meleg levegő teljes mértékben hasznosul a beltér hideg levegőjének kondicionálására. Végeredményben ugyanazt a célt értük el, de kevesebb energiafelhasználással, mint a hagyományos légfüggöny esetén.

A hagyományos és a CA légfüggönyök összehasonlító tanulmányozását számítógépes szimulációs módszerrel a groningeni egyetemen végezték. Ez a kísérlet azonos körülmények mellett egy speciális ajtószituációt vizsgált (2,5 m magas, külső hőmérséklet 5 ºC, belső hőmérséklet 20 ºC, csekély túlnyomás a belső térben). A hőmérsékleti ábra mutatja, hogy nagyobb befúvási sebességnél a hőkapacitás egy része elszökik, míg a szélesebb levegőnyaláb által termelt hő a belső térben hasznosul. Az 5. ábrán a két különböző típusú légfüggöny hatásfoka látható növekvő befúvási sebesség függvényében, a hagyományos légfüggöny 10 cm széles befúvóráccsal, a vízszintes tengely mentén a befúvási sebességet növelve, a CA technológiájú légfüggöny 5 m/s befúvási sebességgel, a vízszintes tengely mentén a befúvási szélességet növelve.

Túl kicsi légmennyiség esetén a légfüggöny túl gyenge, a meleg levegő kinyomja a légáramot (úgynevezett „kihajlás”) a nyílás tetején. Az eredmény a hőveszteség-növekedés, ezt mutatja a negatív hatásfok. Ha a légfüggöny elég erős, akkor optimális hatásfokkal képes energiát megtakarítani.

Ha még tovább növeljük a légmennyiséget, a CA technológiát alkalmazó légfüggöny hatásfoka marad magas, míg a hagyományos légfüggönyé határozottan zuhan. Azért, hogy a hatásfok magas legyen, a hőkapacitás növelése a levegőnyaláb szélességének növelésével javasolt.
Magas komfort a belső térben

Mint már említettük, amellett, hogy a hő kiáramlását csökkenti, egy másik fontos jellemzője a légfüggönynek, hogy felmelegíti a beáramló hideg levegőt, így a légmozgást nem érezzük huzatnak. Ezért fontos kideríteni, hogy milyen hatással van a belső tér komfortjára a CA technológiájú légfüggöny.

A legkritikusabb a huzat kérdése, ami a padlószint fölött, bokamagasságban jelentkezik. Az ajtó mögötti térben a nagyobb huzathatás miatt nagyobb befúvási sebesség engedhető meg. Hogy meg tudjuk becsülni a komfort mértékét a nyitott ajtó mögött, egy a kísérletet vállaló személyekből álló csoportot kértek meg, hogy véleményezze a helyzetet adott légsebesség és hőmérséklet esetén (gyenge, megfelelő, jó).

A vizsgált területen a levegő sebességét és a levegő hőmérsékletét nyitott ajtónál mérték három különböző hőkapacitású légfüggöny esetében (1 m ajtószélességre 5, 7,5 és 10 kW). A befúvási szélességet a keskenyebbtől a szélesebb felé, míg a befúvási sebességet a gyorsabbtól a lassabb felé változtatták.

Komfortzónát használva, a komfortfokozatot a mért légsebesség és léghőmérséklet átlaga határozta meg. Jól látható, hogy nagyobb komfort tapasztalható, ha szélesebb és lassabb légáramot használunk, főleg azért, mert a mérsékelt befúvási sebesség nem okoz huzatot a belső tér padlószintjén.

A légsugár szélességének növelését (és a sebességének csökkentését) nem lehet túlzásba vinni, mivel egy bizonyos pont után a sebesség túl alacsony lesz és a légsugár már nem éri el a padlószintet, így nem valósul meg a hőmérséklet elválasztása.

Magas átjáró komfort

Egy további és bizonyosan nem elhanyagolható eredménye a CA technológiájú légfüggönynek a magas komfort az áthaladási zónában. Minthogy a befúvási sebesség alacsony marad, a levegőnyalábon való áthaladás minden beállításnál megfelelő. A légfüggönyön történő áthaladás szinte észrevehetetlen annak ellenére, hogy garantált a hőmérséklet megfelelő elválasztása a külső és belső tér között.
A befúvási hőmérséklet szabályozása

A légfüggönynek rendelkeznie kell a szükséges hőkapacitással, hogy a beáramló hideg levegőt komfortos szintre tudja melegíteni. Az ideális befúvási hőmérséklet 35 ºC, ami mellett a légáramot kellemesen melegnek érezzük.

Ha magasabb hőkapacitásra van szükség (alacsonyabb külső hőmérséklet vagy a készüléket kiegészítő fűtésként is használjuk a beltérben), akkor akár a légsugár szélességét, akár a befúvási levegő hőmérsékletét lehet növelni. Ökölszabályként alkalmazható, hogy a befúvási levegő hőmérséklete ne lépje túl a 40 ºC-t, mert a melegebb levegő már nem fogja elérni a padlószintet. Az ábrán látható, hogy a túl meleg levegő a nyílásnál kihajlik a külső tér irányába, hőveszteséget okozva (következésképpen negatív lesz a hatásfok). Ezért javasolt a légfüggöny installálása befúvási hőmérséklet-szabályozóval, a túl magas érték elkerülése céljából.

Összefoglalás

A hagyományos légfüggöny a hőkapacitás növelését a befúvott levegő sebességének növelésével éri el. A CA technológiát (légnyaláb-szélesítés) alkalmazó légfüggönynek számtalan előnye van a hagyományos készülékekkel szemben. Magasabb teljesítményfokozatban a CA technológiánál a hatásfok megmarad magasnak, a beltéri komfort magasabb és a légfüggönyön történő áthaladás is kellemesebb. Továbbá a befúvási hőmérséklet szabályzásával a légfüggöny hőnyereséget eredményez a belső tér klímájának javára.

EnergiamegtakarításLégcsatorna