Theophilus van Kannel miał obsesję na punkcie odizolowania się od świata zewnętrznego. W 1888 roku opatentował drzwi obrotowe, które zapobiegały przedostawaniu się do budynków „szkodliwych oparów” i „niszczycielskiej miazmy” za każdym razem, gdy listonosz zapukał do drzwi. Twierdził, że zrobiono to ze względów higienicznych. Według legendy po prostu nienawidził tego, że musiał przytrzymywać drzwi swojej żonie.
Ale na tym nie poprzestał.
W 1904 roku van Kannel opatentował kurtynę powietrzną. Już w 1916 roku taki system zainstalowano w pierwszym budynku. Zasada działania jest prosta: ciągły przepływ powietrza nadmuchuje od góry drzwi do dołu. Tworzy barierę. Ludzie przez to przechodzą. Jeżdżą po nim ciężarówki. Powietrze – nie.
Ta niewidoczna ściana zapobiega mieszaniu się klimatu po jednej stronie otworu z klimatem po drugiej stronie. Działa na zasadzie okien z podwójnymi szybami. Izolację termiczną zapewnia warstwa powietrza uwięziona pomiędzy szybami, a nie grubość samych szyb. Kurtyna powietrzna wykorzystuje tę samą zasadę. Izoluje. Dodatkowo odchyla powietrze zewnętrzne z powrotem na zewnątrz, wypychając zanieczyszczenia i owady z dala od wejścia.
Prawidłowo zainstalowany poprawia efektywność energetyczną. Nie wpuszcza owadów. Zastępuje ciężkie plastikowe zasłony w otwartych drzwiach.
Mechanika kurtyn powietrznych
Fizyka procesu opiera się na szybkości. Wentylator musi wytwarzać przepływ powietrza wystarczająco szybko, aby zrównoważyć różnicę ciśnień pomiędzy przestrzenią wewnętrzną i zewnętrzną. Jeżeli przepływ jest zbyt słaby, powietrze ulega wymieszaniu. Bariera nie działa.
Właściciele domów rzadko instalują takie systemy na obszarach mieszkalnych. Często spotykane są w przestrzeniach komercyjnych. Supermarkety używają ich nad otwartymi witrynami chłodniczymi. Magazyny umieszczają je nad dokami załadunkowymi. Cel jest ten sam: zmniejszyć obciążenie systemu ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC).
Blok montowany jest nad ościeżnicą drzwi. Zawiera wentylator i dyszę. Dysza generuje przepływ. Szeroka dysza tworzy płaską kurtynę. Wąsko skierowana dysza tworzy strumień. Wybór zależy od szerokości drzwi i warunków wiatrowych.
Instalacja wymaga precyzji. Blok musi być zainstalowany ściśle poziomo. Strumień powietrza powinien być skierowany prosto. Jeżeli przepływ jest nachylony, zasysa ciepłe lub zimne powietrze. W rezultacie następuje utrata energii.
Konserwacja jest łatwa. Wyczyść filtr ssący. Sprawdź napięcie paska. Sprawdź dyszę pod kątem zanieczyszczeń. Zatkana dysza zmienia wzór przepływu powietrza. Bariera słabnie.
Ta technologia jest starsza, niż wielu osobom się wydaje. Van Kannel dostrzegł problem. Stworzył rozwiązanie. Drzwi obrotowe rozwiązały problem zatorów komunikacyjnych. Kurtyna powietrzna rozwiązała problem różnic temperatur. Obydwa systemy opierają się na sterowaniu ruchem. Jeden kontroluje ludzi. Drugi kontroluje powietrze.
Nowoczesne urządzenia są cichsze. Używają silników bezszczotkowych. Zmieniają prędkość na podstawie danych z czujnika temperatury. Ale podstawowa zasada pozostaje niezmieniona. Prędkość uniemożliwia wymianę powietrza.
Instalacja i montaż
Masz dwie główne możliwości instalacji kurtyny powietrznej. Pierwsza opcja dotyczy otwartych drzwi. Jest to standardowa konfiguracja dla sklepów spożywczych lub dużych magazynów. Powietrze wieje w sposób ciągły. Prawdopodobnie czułeś już ten przepływ. Kiedy pchasz się przez drzwi, uderza cię w twarz.
Drugą opcją jest tryb awaryjny dla zamkniętych drzwi. W tym przypadku urządzenie znajduje się za drzwiami. Aktywuje się dopiero po otwarciu drzwi. Strumień powietrza nadmuchuje przez kilka sekund, a następnie zatrzymuje się po zamknięciu drzwi. To oszczędza energię. Nie marnujesz klimatyzowanego powietrza na puste drzwi.
Zamontuj urządzenie po klimatyzowanej stronie otworu. Oznacza to wnętrze ogrzewanej lub chłodzonej przestrzeni. Powinien rozciągać się na całą szerokość drzwi. Rura dolotowa zasysa czyste, kontrolowane powietrze, a następnie kieruje je w dół. Lub pod niewielkim kątem na zewnątrz. Przepływ ten stawia opór powietrzu zewnętrznemu, zapobiegając przedostawaniu się zanieczyszczeń do wnętrza.
„Siła strumienia powietrza wychodzącego z kurtyny musi być wystarczająca, aby pokonać i odzwierciedlić siłę powietrza napływającego z zewnątrz.”
Dodanie grzejnika elektrycznego zmienia sytuację. Wyobraź sobie, że wchodzisz do zamarzniętego budynku. Kurtyna powietrzna nadmuchuje na Ciebie ciepłe powietrze. To jak ciepłe powitanie. Ale grzejnik nie tylko zapewnia komfort. Gorące powietrze unosi się i gromadzi w pobliżu belek stropowych. Kurtyna powietrzna recyrkuluje uwięzione ciepło, zwracając je z powrotem do przestrzeni mieszkalnej.
Przepływ ten działa również jako bariera. Odstrasza latające owady. Blokuje kurz. Zatrzymuje zanieczyszczenia i zanieczyszczenia w powietrzu. Niektóre sterylne laboratoria używają ich z tego powodu. Dbają o czystość powietrza. Mogą nawet chronić otwarte piekarniki i zamrażarki.
Fizyka przepływu powietrza
Wyobraź sobie dwie kule toczące się ku sobie. Zderzają się. Kto wygra? To zależy od masy i prędkości. Wzór jest prosty: siła równa się masie razy prędkość do kwadratu. Mała piłka poruszająca się szybko może wyrzucić na manowce dużą, poruszającą się powoli.
Kurtyny powietrzne działają na tej samej zasadzie. Twój przepływ powietrza musi pokonać wiatr zewnętrzny. Jeśli masz gigantyczne drzwi w magazynie i dużo wiatru, potrzebujesz modelu o dużej wytrzymałości. Musi przemieszczać duże ilości powietrza z dużą prędkością.
Kierunek też ma znaczenie. Można by pomyśleć, że poziomy wiatr powinien zostać pokonany przez poziomy przepływ powietrza. To nieskuteczne. Wydmuchanie powietrza prosto przez drzwi marnuje energię potrzebną do pokonania dystansu. Powietrze traci pęd.
Zamiast tego skieruj strumień w dół, w stronę podłogi. Powietrze musi być wystarczająco szybkie, aby dotrzeć do dna. Musi być szybsze niż powietrze napływające z zewnątrz. Przepływ działa jak fizyczna ściana. Powietrze z zewnątrz uderza w niego i odbija się.
Spójrzmy na konkretny przykład. Jeśli wiatr wieje poziomo z prędkością 20 stóp na sekundę, potrzebujesz dużej mocy. Kurtyna powietrzna skierowana pod kątem 15 stopni powinna nadmuchać z prędkością 50 metrów na sekundę. To około 91 mil na godzinę. Potrzebujesz tej prędkości, aby przeciwstawić się presji.
Będziesz musiał dostosować ustawienia. Dostosuj głośność. Dostosuj prędkość. Dostosuj kąt. Celuj pod kątem od 10 do 20 stopni na zewnątrz. Znajdź optymalny punkt, w którym powietrze styka się z przepływem zewnętrznym, bez marnowania energii.
Analiza kosztów i zwrotu z inwestycji (ROI).
Ile to kosztuje? To się różni. Mały, niezatapialny model o szerokości 36 cali może kosztować około 200 dolarów. Wysokociśnieniowy, podgrzewany model do drzwi o wymiarach 9 na 14 stóp może kosztować 450 dolarów.
Nie przepłacaj. Najpierw zmierz swoje drzwi. Zdefiniuj swój cel. Zależy Ci na komforcie czy po prostu wydajności? Jeśli wydajność jest wszystkim, czego potrzebujesz, pomiń grzejnik. Jeśli chcesz zatrzymać zimno, wybierz model podgrzewany.
Ocenić obciążenie wiatrem. Ostra i wietrzna zima w Minnesocie wymaga więcej mocy niż łagodny, spokojny klimat. Nie płać za energię, której nie potrzebujesz.
Są też inne korzyści. Prawidłowo zainstalowane kurtyny powietrzne mogą pomóc Twojemu budynkowi w uzyskaniu punktów LEED. Należą do nich punkty w kategoriach Energia i atmosfera, Jakość powietrza w pomieszczeniach i Innowacje projektowe. Jest to „zielony” certyfikat.
Aby obliczyć rzeczywiste oszczędności, spójrz na lokalne prędkości wiatru i stawki za energię elektryczną. Dostawcy tacy jak Berner International i Mars Air Systems oferują kalkulatory online. Wprowadź swoje dane.
Oto przykład z życia wzięty. Drzwi powietrzne o wartości 3000 USD zainstalowane w otworze o wymiarach 8 x 6 stóp. Średnia temperatura na zewnątrz wynosi 50 stopni Fahrenheita. Prędkość wiatru wynosi 8 mil na godzinę. W tym scenariuszu urządzenie zwróci się już po niemal dokładnie roku.
Trochę historii
Wynalazcą kurtyny powietrznej był Theophilus van Kannel. Wynalazł także drzwi obrotowe.
Miał też inne pomysły. W 1907 roku zbudował Witching Waves na Coney Island. To była przejażdżka po parku rozrywki. Dziki. Niebezpieczny. Odpowiedni dla osoby, która bawiła się siłami natury.
Notatka autora
Kupiłem urządzenie do mojego garażu. To było tanie. Brak grzejnika. Wiatrowi w Chicago nie zależy na tym, żeby było tanie. Do środka wdarło się powietrze. Marnowałem ciepło. Marnowałem pieniądze. Zmieniłem model na podgrzewany i ze zmienną prędkością. Różnica była jak niebo i ziemia. Powietrze pozostało ciepłe. Owady pozostały na zewnątrz.
Ale o to chodzi. Trzeba nim odpowiednio pokierować. Pół dnia spędziłem na dostosowywaniu kąta. 15 stopni. Potem 18. Potem znowu 15. Wygląda to jak eksperyment naukowy. Tak właśnie jest. A jeśli popełnisz błąd, Twoje pieniądze po prostu pójdą w błoto. Dosłownie.
„Zasłona działa jak ściana, do której zbliża się powietrze z zewnątrz, a następnie odbija.”
Przeczytaj instrukcje. Zmierz wiatr. Dostosuj prędkość. Jeśli pominiesz te kroki, kupisz po prostu bardzo drogi wentylator.
