EOLIOS sprawdził i ulepszył symulacją CFD projekt układu regulacji termicznej zakładu w Kanadzie, którego innowacyjny proces łączy kilka pieców wysokotemperaturowych.
Celem tej analizy jest sprawdzenie i ulepszenie projektu układu regulacji termicznej zakładu w Kanadzie za pomocą modelowania numerycznego CFD. Chodzi o zrozumienie i opanowanie szczególnych zjawisk cieplno-przepływowych wywołanych kolejnymi etapami wytwarzania w innowacyjnym procesie łączącym piece wysokotemperaturowe.
Analiza opiera się na czterech osiach:optymalizacji nawiewu powietrza zewnętrznego, zrozumieniu rozkładu temperatury w zależności od pory roku, ocenie komfortu cieplnego operatorów oraz analizie odprowadzania zanieczyszczeń, wszystko skupione na hali produkcyjnej.
Symulacje wykonano metodą CFD (Computational Fluid Dynamics), która pozwala analizować i przewidywać ruch płynów, na przykład powietrza. To podejście wirtualne pozwala symulować zjawiska cieplno-przepływowe w zakładzie z uwzględnieniem oddziaływań między powierzchniami, źródłami ciepła i strumieniami powietrza. Dzięki CFD można szczegółowo zobrazować i przeanalizować przepływy oraz temperatury, co daje lepsze zrozumienie procesów oraz optymalizację wydajności i bezpieczeństwa instalacji.
Modelowanie geometryczne to etap kluczowy: wiernie odwzorowuje geometrię budynku i definiuje warunki brzegowe (przegrody, otwory na zewnątrz, wewnętrzne zyski ciepła), upraszczając jednocześnie model, aby łatwiej interpretować wyniki. W modelu 3D zakładu odwzorowano wszystkie kubatury powietrza i przegrody stykające się z otoczeniem, a także pomieszczenia sąsiednie — aby uwzględnić wymianę ciepła między pomieszczeniami oraz mostki termiczne związane z materiałami.
Linia produkcyjna i jej procesy zostały odwzorowane — w szczególności piece — podobnie jak układy nawiewu klimatyzacji hali (wentylatory nawiewne i wyciągowe pod stropem). Trzy żaluzje umieszczone wysoko na elewacji zachodniej, okanałowane na całej wysokości ściany, wprowadzają powietrze zewnętrzne dolną częścią. Wprowadzono temperatury, moce i wydatki maszyn; ponieważ system wentylacji zależy od warunków zewnętrznych (od −23 °C zimą do 32 °C latem), analiza objęła obie te pory roku.
Pierwsze symulacje przeprowadzono dla pracy w warunkach letnich — przypadku najbardziej krytycznego z powodu wysokich temperatur — ze wszystkimi źródłami ciepła w temperaturze maksymalnej, temperaturą zewnętrzną 32 °C i uwzględnionymi zyskami słonecznymi.
Symulacja pokazuje, że temperatury są ogólnie prawidłowe a układ HVAC jest raczej dobrze dobrany: ruch powietrza wywołany dyszami daje przepływ około 0,5 m/s w całej przestrzeni, także między liniami produkcyjnymi, co daje równomierne temperatury. Temperatura w hali wynosi od 36 °C do 42 °C w zależności od wysokości (różnica około 10 °C względem powietrza nawiewanego). Natomiast pod dachem część powietrza obciążonego ciepłem trudno odprowadzić i temperatura może osiągnąć 50 °C: dysze w części północnej znajdują się w osi okapów wyciągowych, tworząc obieg obejściowy; w części centralnej okapy zbyt blisko pieców mają zakłócony odciąg, a ich powierzchnie są za małe wobec rozmiaru smug termicznych.
Po pierwszej symulacji EOLIOS zalecił przesunięcie przewodów nawiewnych ze ściany północnej tak, aby nawiewać w kierunkach bardziej strategicznych i nie zakłócać miejscowego odciągu okapów, oraz usunięcie dysz na ostatnich 2 metrach przewodów (zimne powietrze nawiewane na tej wysokości jest od razu zasysane przez wyciągi, tworząc obieg obejściowy nieprzydatny dla chłodzenia dolnej strefy).
Zespoły przepracowały również powierzchnie odciągu okapów — aby usunąć przerwy między okapami — oraz, gdzie to możliwe, przegrodzenie wylotu pieców i okapów (zwłaszcza po stronie północnej i południowej). Przegrodzenie nie musi być całkowicie szczelne: chodzi o ukierunkowanie smug termicznych wychodzących z pieców.
Czy Przegrodzenie nie dopuszcza, by ciepło wyrzucane na końcach linii rozpraszało się w hali; przesunięcie przewodów na północ oraz obniżenie dysz lepiej rozprowadzają świeże powietrze w strefach istotnych; zwiększenie powierzchni odciągu w części centralnej lepiej wychwytuje smugi z pieców głównych. Wynik: temperatura w hali 35 °C do 40 °C na poziomie linii, 41 °C do 45 °C pod dachem (szczyty 50 °C w części centralnej) — czyli około 2 °C mniej niż w układzie istniejącym w każdym punkcie.
W warunkach zimowych temperatura zewnętrzna jest najniższa, a wewnętrzne zyski ciepła przyjęto na poziomie minimalnym. Mimo wyłączenia obu układów nawiewu powietrze pozostaje w ruchu w każdym punkcie — brak problematycznych stref martwych. Temperatura wynosi od 15 °C przy podłodze do 20 °C na najwyższym poziomie linii oraz od 20 °C do 25 °C pod dachem (szczyty ~30 °C w części centralnej i północnej, z powodu zmniejszenia wydatku odciągu okapów zimą).
Jednak przy żaluzjach występują bardzo niskie temperatury: jedna z nich nawiewa powietrze o temperaturze poniżej 0 °C, silnie wychładzając pomieszczenie i powodując dyskomfort operatorów w pobliżu. Zaleciliśmy zamykanie tej żaluzji przy dużym mrozie. W pozostałym zakresie zimowa regulacja termiczna jest dobrze dopasowana: równomierna temperatura i nawiew docierający do wszystkich istotnych stref.
Analizę rozprzestrzeniania zanieczyszczeń przeprowadzono dla sytuacji letniej. Pokazuje ona, że okapy nad wannami z kwasem na początku linii wychwytują całość emisji, natomiast część emisji z wanien przed- i poługowania jest odprowadzana słabiej i może zalegać pod dachem, w strefie małej prędkości pod wentylatorami części północnej.
Trzeci scenariusz, obejmujący zamknięcie jednej żaluzji uznanej za przeciwskuteczną, pokazał, że takie zamknięcie sprzyja uwarstwieniu ciepłego powietrza, poprawiając ciąg termiczny oraz odprowadzanie powietrza obciążonego ciepłem. Potwierdza to znaczenie właściwego rozmieszczenia wyciągów i otworów wentylacyjnych: zalecenia obejmują dodanie wywietrzników w wybranych miejscach i zamknięcie części otworów, aby zoptymalizować uwarstwienie.
Kompetencje: wentylacja przemysłowa, wychwyt ciepła i jakość powietrza
Analiza dotyczy układu regulacji termicznej zakładu procesów wysokotemperaturowych, sprawdzonego i zoptymalizowanego symulacją CFD. Oparta na czterech osiach — nawiew powietrza zewnętrznego, rozkład temperatury w porach roku, komfort operatorów i odprowadzanie zanieczyszczeń — doprowadziła EOLIOS do zaproponowania nowego układu (okapy, przewody nawiewne i dysze), który zapewnia lepsze odprowadzanie ciepła latem oraz lepsze rozprowadzenie świeżego powietrza w strefach istotnych.
Najprościej po prostu o tym porozmawiać. Nasi inżynierowie odpowiedzą i przedstawią pierwszą ocenę techniczną.
