Расчёт тепловой завесы: мощность для входной двери

Тепловая завеса решает узкую, но дорогую задачу: не дать холодному воздуху войти в помещение через открытую дверь. Каждый час работы магазина с открывающейся дверью — это десятки кубометров наружного воздуха, которые система отопления должна нагреть. Завеса перехватывает этот воздух у самого проёма и снижает нагрузку на отопление в несколько раз.

Ниже — как посчитать требуемую мощность, какой расход воздуха для этого нужен, как выбрать длину завесы и почему она не отменяет тамбур.

Как работает завеса и зачем она нужна

Завеса создаёт плоскую струю воздуха вдоль плоскости проёма. Струя не «запирает» дверь герметично: она подмешивает наружный воздух к себе, поднимает его температуру и направляет поток вверх, к перекрытию. Холодный воздух при этом не доходит до рабочей зоны.

Физически работают два механизма:

• динамический — струя имеет достаточную скорость и импульс, чтобы противостоять давлению, которое загоняет наружный воздух в проём;
• тепловой — воздух, который всё же прошёл внутрь, успевает нагреться в струе.

Из этого сразу следует главное ограничение: завеса не заменяет тамбур. Тамбур отсекает воздух механически, а завеса — потоком, и при сильном ветре поток проигрывает.

Что даёт завеса на практике:

• исчезает сквозняк по полу у входа, у кассы и на первых метрах торгового зала;
• наружный воздух не «стекает» в помещение, а разбавляется тёплой струёй;
• нагрузка на отопление снижается, потому что не нужно греть весь врывающийся объём;
• в холодное время дверь можно держать открытой для потока покупателей без потери температуры.

Типы завес

Для входной двери магазина или офиса обычно выбирают между электрической и водяной. Решающий аргумент — стоимость часа работы: при цене электроэнергии 7 ₽/кВт·ч электрическая завеса 11,2 кВт обходится в 78 ₽/ч, а водяная той же мощности — примерно в 25 ₽/ч, если тепло приходит от газовой котельной.

Как выбрать длину завесы

Длина завесы измеряется по корпусу, а не по ширине струи. Правило: корпус должен быть не короче проёма, лучше на 10–20 % длиннее. Для проёма 2,0 м это 2200–2400 мм.

Почему нельзя брать короче. По краям проёма образуются зоны, куда струя не доходит, и через них воздух идёт напрямую. Завеса 1,5 м на проёме 2,0 м оставляет по 25 см с каждой стороны — это готовый канал для сквозняка. Производители в паспортах указывают максимальную ширину проёма, которую перекрывает модель, и превышать её нельзя.

Расчёт мощности

Мощность завесы — это мощность на нагрев наружного воздуха, который врывается через проём:

Расход воздуха определяется давлением, которое действует на проём. Складывается оно из двух частей:

Через проём воздух идёт со скоростью w = μ · √(2 · Δp / ρн), где μ = 0,55–0,70 — коэффициент расхода, зависящий от конструкции двери. Умножив скорость на площадь проёма и на среднюю долю времени, когда дверь фактически открыта, получаем часовой расход.

Доля открытого времени — ключевой параметр, который отличает магазин от склада:

Значения получены из средней продолжительности открывания и числа проходов в час: распашная дверь в магазине открыта в сумме около 2 % времени, автоматическая — около 1,5 %, вращающаяся — менее 0,5 %. Коэффициенты типа помещения корректируют эти доли: для склада с воротами они выше, для офиса ниже.

Калькулятор считает подпор, скорость и расход врывающегося воздуха, мощность на его нагрев, подбирает длину завесы и определяет требуемый расход воздуха и скорость истечения струи. Для расчёта нужны размеры проёма, температура внутри и снаружи, тип двери, интенсивность движения и расчётная скорость ветра.

Расход воздуха и скорость струи

Второе условие подбора — аэродинамика. Завеса должна дать струю с достаточной скоростью на выходе, чтобы она дошла до пола и не «сорвалась» навстречу холодному потоку. Производительность по воздуху связана со скоростью через площадь выпускной щели:

Обратная величина — нагрев воздуха в калорифере: Δtк = 3600 · Q / (Lз · ρ · c). Если производительность слишком мала, вся мощность уходит на перегрев собственной струи: воздух выходит горячим, но его мало, и он не перекрывает проём. Если производительность велика — завеса греет слабо, но зато хорошо отсекает поток. Для бытовых моделей перепад температур в калорифере обычно не превышает 30–40 °С.

Ориентировочная мощность на метр проёма

Когда нет времени считать по формулам, пользуются удельными показателями:

Для проёма 2,0 м в магазине получается 10–12 кВт, что совпадает с расчётом по формулам (при ветре 3 м/с и −15 °С снаружи — 11,2 кВт). Если значения расходятся в два раза, проверьте исходные данные: чаще всего ошибка в доле открытого времени, в скорости ветра или в том, что проём фактически имеет тамбур.

Пример: проём 2,0×2,2 м в магазине

Дано: распашная дверь без тамбура, проём 2,0×2,2 м, внутри +18 °С, снаружи −15 °С, расчётная скорость ветра 3 м/с, средняя интенсивность движения.

1. Площадь проёма: F = 2,0 · 2,2 = 4,40 м².
2. Δt = 18 − (−15) = 33 °С.
3. Плотности: ρв = 1,293 · 273/291 = 1,213 кг/м³; ρн = 1,293 · 273/258 = 1,368 кг/м³.
4. Гравитационный подпор: 2,2 · 9,81 · (1,368 − 1,213) = 3,35 Па.
5. Ветровой подпор: 0,25 · 1,368 · 3² / 2 = 1,54 Па. Итого Δp = 4,89 Па.
6. Скорость врывающегося воздуха: w = 0,70 · √(2 · 4,89 / 1,368) = 1,87 м/с.
7. Доля открытого времени: 0,030 · 1,0 · 1,0 = 0,030.
8. Расход наружного воздуха: L = 3600 · 1,87 · 4,40 · 0,030 = 889 м³/ч.
9. Мощность: Q = 889 · 1,368 · 1,005 · 33 / 3600 = 11,2 кВт, то есть 5,6 кВт на метр проёма.
10. Длина завесы: 2,0 · 1,15 = 2,3 м.
11. Расход воздуха по условию струи: при высоте выпускной щели 20 мм и длине 2,3 м площадь щели 0,046 м², при рабочей скорости 7,5 м/с это 1242 м³/ч.
12. Нагрев воздуха в калорифере: 3600 · 11,2 / (1242 · 1,213 · 1,005) = 26,6 °С — укладывается в возможности одноступенчатой электрической завесы.

Такой результат попадает в верхнюю часть диапазона «магазин, распашная дверь». Если поставить автоматическую дверь, доля открытого времени падает до 0,022 и мощность уменьшается примерно на треть — до 7,6 кВт. Вращающаяся дверь снижает её в 4–5 раз, до 1,9–2,3 кВт, и именно поэтому в торговых центрах ставят револьверные двери и тамбуры, а не завесы максимальной мощности.

Почему завеса не заменяет тамбур и не греет вместо отопления

Завеса рассчитана на перепад давления в несколько паскалей. При ветре 8 м/с ветровой подпор достигает 10–11 Па, при 12 м/с — 25 Па. Струя, которую настроили на 3 Па, такой поток не удержит: холодный воздух пойдёт по низу, а завеса будет работать вхолостую. Тамбур уменьшает скорость ветра до нуля и снимает половину нагрузки.

Вторая ошибка — использовать завесу как отопительный прибор. Завеса греет воздух в узкой полосе у проёма, и её теплота не распределяется по помещению. Если отключить отопление и оставить только завесу, дальние углы зала останутся холодными, а расход электроэнергии вырастет: завеса 6 кВт при непрерывной работе — это 42 ₽/ч. Завеса дополняет отопление, а не заменяет его.

Частые ошибки

1. Завеса короче проёма. Экономия 10–20 % длины оставляет по краям каналы, через которые идёт основной поток холодного воздуха. Завеса работает, а сквозняк остаётся.
2. Расчёт по площади, без учёта доли открытого времени. Тип двери и интенсивность движения меняют требуемую мощность в 3–5 раз. Одна и та же дверь при потоке 20 и 200 человек в час требует разной мощности.
3. Игнорирование ветра. Расчёт при штиле даёт вдвое меньшую мощность, чем при ветре 8 м/с. Для входа, ориентированного на господствующий ветер, закладывайте надбавку.
4. Завеса вместо тамбура в холодном климате. При −30 °С и ветре никакая бытовая завеса не удержит проём без тамбура: воздух пойдёт по низу и вдоль стен.
5. Монтаж с большим зазором над дверью. Чем выше выпускная щель над полом, тем длиннее путь струи и тем сильнее она сносится. Завеса, поднятая на 4 м, работает хуже той же модели на высоте 2,2 м.
6. Электрическая завеса на большом проёме. Мощность 30 кВт требует отдельного ввода и обходится в 210 ₽/ч. Там, где есть теплоноситель, водяная завеса дешевле примерно в 3 раза.

Частые вопросы

Как рассчитать мощность тепловой завесы для входной двери?

Сначала оценивают расход наружного воздуха, врывающегося через проём: для проёма 2,0×2,2 м в магазине при 18 °С внутри, −15 °С снаружи и ветре 3 м/с он составляет около 890 м³/ч. Нагрев этого воздуха на 33 °С требует 11,2 кВт — это и есть требуемая мощность завесы, или 5,6 кВт на метр проёма.

Заменяет ли тепловая завеса тамбур?

Нет. Тамбур физически отсекает наружный воздух, а завеса только разбавляет его тёплой струёй. При ветре 8 м/с и более ветровой подпор достигает 10 Па, и завеса его не удерживает — нужен тамбур, а завеса работает как дополнение к нему.

Сколько киловатт нужно на метр входного проёма?

Для магазина или офиса с распашной дверью — 2–3 кВт на метр ширины, для склада и производственного цеха с высокими воротами — 3–5 кВт на метр, для проёма с тамбуром или вращающейся дверью достаточно 0,5–1,5 кВт на метр. Точное значение даёт расчёт по расходу врывающегося воздуха.

Можно ли использовать водяную завесу летом?

Да, если у неё отключается нагрев: остаётся вентиляторный режим, который создаёт воздушную струю и мешает пыли и насекомым попадать в помещение с улицы. Водяные завесы подключают к контуру отопления, поэтому летом теплоноситель отключён, а вентилятор продолжает работать.

На какой высоте устанавливают тепловую завесу?

Горизонтальную завесу монтируют непосредственно над проёмом, как можно ниже — чем меньше расстояние от выпускной щели до уровня пола, тем короче путь струи и тем устойчивее завеса. При высоте проёма более 2,5–3 м применяют две завесы или завесу с направляющими соплами.

Что делать дальше

Завеса — последний элемент в цепочке «тамбур → утепление входа → отопление → завеса». Если проём большой, а ветер сильный, начинайте с тамбура: он снимает большую часть нагрузки бесплатно, без расхода электроэнергии. И проверьте вентиляцию: завеса гонит воздух внутрь, и этот объём должен куда-то уходить, иначе помещение окажется под избыточным давлением.

• Расчёт вентиляции — куда девается воздух, который загоняет завеса.
• Приточная вентиляция и калорифер — как считать нагрев приточного воздуха.
• Расчёт тепловой пушки — быстрый нагрев помещений без постоянного отопления.
• Конвекторы — чем обогревать помещение у входа.