Analiza CFD panowania nad klimatem w skrajnych warunkach w fabryce turbin wiatrowych: komfort, jakość powietrza i kontrola wilgotności.
Inżynierowie EOLIOS wykonali analizy CFD fabryki turbin wiatrowych (hala produkcji łopat) w Danii, aby zapewnić panowanie nad klimatem w skrajnych warunkach.
Układ rozdziału powietrza decyduje o powodzeniu instalacji: wpływa na odbiór komfortu (ciepło lub chłód) oraz na jakość powietrza wewnętrznego (usuwanie zanieczyszczeń). Jest też jednym z głównych źródeł zużycia energii. Rozdział powietrza i komfort cieplny reguluje norma ISO 7730.
Cel: obliczeniowo odtworzyć zachowanie cieplno-przepływowe zjawisk w przyszłym centrum projektowania turbin wiatrowych, ograniczając prędkości powietrza w strefach przebywania ludzi do wartości poniżej 0,2 m/s.
Najważniejsze. Analiza CFD panowania nad klimatem w fabryce łopat turbin wiatrowych w Danii, w skrajnych warunkach. EOLIOS symuluje zachowanie cieplno-przepływowe hali, aby utrzymać komfort rozdziału powietrza w rozumieniu ISO 7730 (prędkości powietrza poniżej 0,2 m/s pod wysokością 4 m), i opracowuje własną metodykę dla parowania oraz utrzymania wilgotności względnej wymaganej przez proces.
Łopata turbiny wiatrowej to element kompozytowy o bardzo dużej długości, formowany przez infuzję żywicy na wzmocnieniach z włókna szklanego lub węglowego. Jakość ułożenia warstw oraz polimeryzacja żywicy zależą wprost od temperatury i wilgotności w hali: odchylenie o kilka stopni lub kilka punktów wilgotności zmienia lepkość żywicy, czas żelowania, a w efekcie właściwości mechaniczne łopaty.
Do wymagań procesu dochodzą wymagania zdrowotne (emisje lotnych związków organicznych przy infuzji, pył ze szlifowania), wymagania bezpieczeństwa i przede wszystkim gabaryt: hala łopat ma zwykle kilkadziesiąt metrów długości i wysokości. Taka kubatura czyni warunki bardzo wrażliwymi na rozwarstwienie termiczne i przeciągi, które precyzyjnie przewidzieć pozwalają jedynie narzędzia takie jak CFD.
Formowanie podciśnieniowe, w którym ciekła żywica przesącza suchy układ włókien. Powodzenie zależy od opanowanej lepkości i czasu żelowania, a więc od stabilnej temperatury i wilgotności w hali.
Reakcja chemiczna, która utwardza żywicę i utrwala właściwości mechaniczne wyrobu. Jej kinetyka zależy od temperatury: nieopanowane warunki pogarszają jednorodność i powtarzalność produkcji.
Do zapamiętania. Okno przetwarzania żywicy jest wąskie. Utrzymanie temperatury i wilgotności w całej hali, mimo jej wysokości, wprost decyduje o jakości wytwarzanych łopat.
Aby spełnić wymagania dotyczące jakości powietrza, komfortu cieplnego, efektywność energetyczną oraz kontroli wilgotności, trzeba rozumieć mechanizmy kształtujące strukturę przepływu i opanować zjawiska fizyczne odpowiedzialne za przenoszenie ciepła i wilgoci.
CFD daje numeryczne rozwiązanie równań opisujących fizykę przepływu, badając zachowanie płynów oraz przenoszenie ciepła i wilgoci. Komfort rozdziału powietrza w strefie przebywania ludzi oznacza brak silnego rozwarstwienia temperatury, dobrą jakość powietrza wewnętrznego i brak przeciągów (cel: < 0,2 m/s poniżej 4 m). Unoszenie ciepłego powietrza w takich kubaturach wynika z efektu ciągu termicznego.
Norma międzynarodowa regulująca komfort cieplny w środowiskach umiarkowanych. Wiąże temperaturę, wilgotność, prędkość powietrza i aktywność ze wskaźnikami komfortu (PMV/PPD) i wyznacza progi, w tym granicę przeciągu w strefie przebywania ludzi.
Układy rozdziału powietrza (mieszacze, nawiewy) są w CFD odwzorowane w sposób uproszczony, aby wiernie włączyć je do modelu hali, a następnie symulacja odtwarza warunków klimatycznych w hali produkcyjnej.
Uproszczone odwzorowanie urządzenia (mieszacza, nawiewnika) przez jego oddziaływanie na przepływ, a nie przez szczegółową geometrię. Wiernie włącza rozdział powietrza do modelu całości, nie obciążając obliczeń.
Modelowanie hali tej wielkości wymaga rygorystycznej metody: każde założenie (strumienie, temperatury nawiewu, zyski wewnętrzne) jest udokumentowane i sprawdzone przed wykorzystaniem wyników. Symulacja nie zastępuje pomiarów na obiekcie, lecz je przedłuża, badając scenariusze niemożliwe do sprawdzenia w naturalnej skali.
Podział kubatury powietrza na komórki obliczeniowe. Gęsta siatka lepiej odwzorowuje gradienty przy nawiewnikach i przegrodach, kosztem dłuższych obliczeń; cała sztuka polega na zagęszczaniu jej tam, gdzie to potrzebne.
Wartości narzucone na granicach modelu (strumienie, temperatury, ciśnienia, strumienie ciepła). Odzwierciedlają rzeczywistą pracę instalacji i wprost decydują o wierności wyników.
Utrzymanie zadanej wilgotności względnej jest niezbędne w procesie produkcji turbin wiatrowych. EOLIOS opracował własną metodykę, opartą na obliczeniach cieplnych (zyski i straty) z wykorzystaniem symulowanych wartości projektu.
Założenia: brak innych źródeł wilgoci niż instalacje; zerowy gradient wilgotności bezwzględnej (powierzchnie nieprzepuszczalne); przegrody nieprzepuszczalne dla pary; granica para–ciecz w równowadze termodynamicznej (zmiana fazy przy nasyceniu, 100 % RH). Wilgotność względną obliczono na podstawie temperatury, ciśnienia i wilgotności bezwzględnej.
Stosunek zawartej w powietrzu pary wodnej do największej ilości, jaką powietrze może zawierać w danej temperaturze. Zbyt niska szkodzi procesowi, zbyt wysoka sprzyja kondensacji. Jej utrzymanie jest kluczowym celem analizy.
Symulacje CFD pomogły zoptymalizować projekt hali produkcji łopat, przewidując warunki klimatyczne dla różnych scenariuszy inżynierskich. Pozwoliły poprawić ogólną sprawność procesów i obniżyć koszty, obrazując dynamikę płynów w hali oraz symulując wentylację, chłodzenie i usuwanie zanieczyszczeń.
Do zapamiętania. W dużej kubaturze przemysłowej utrzymanie komfortu rozdziału powietrza (< 0,2 m/s) przy jednoczesnej kontroli wilgotności względnej procesu wymaga kompromisów. CFD sprawdza scenariusze rozdziału powietrza przed robotami, aby pogodzić komfort, jakość powietrza i energię.
Ogrzewanie, nawilżanie i mieszanie bardzo dużej kubatury kosztuje. Rzecz nie tylko w utrzymaniu nastaw, ale w utrzymaniu ich przy strumieniu i nakładzie energii ściśle niezbędnych. CFD w połączeniu z obliczeniami cieplnymi pozwala porównać dostępne rozwiązania i uniknąć zarówno przewentylowania, jak i zbyt małej wydajności.
Przełamanie rozwarstwienia termicznego dużej kubatury, aby sprowadzić w dół ciepłe powietrze zgromadzone pod dachem. Wyrównuje temperaturę i zmniejsza zapotrzebowanie na ogrzewanie w strefie przebywania ludzi.
Chłodzenie powietrzem zewnętrznym, gdy jest chłodniejsze od wnętrza, bez udziału źródła chłodu. W klimacie nordyckim obejmuje znaczną część roku i mocno obniża rachunki za energię.
Do zapamiętania. W hali łopat komfort rozdziału powietrza, kontrola wilgotności i oszczędność energii rozstrzygają się razem. Zobiektywizowanie przepływów w symulacji pozwala wybierać bez przewymiarowania.
Komfort rozdziału powietrza, wilgotność i efektywność energetyczna: odpowiedzi na pytania, które zakłady i inwestorzy zadają sobie przed analizą CFD.
W hali tej wielkości powietrze się rozwarstwia, a przeciągi trudno przewidzieć. CFD symuluje prędkości, temperatury i wilgotność w każdym punkcie, aby utrzymać komfort i jakość powietrza, jak w naszym projekcie magazynu wyrobów medycznych.
Reguluje komfort cieplny w środowiskach umiarkowanych, wiążąc temperaturę, wilgotność, prędkość powietrza i aktywność ze wskaźnikami PMV/PPD. Wyznacza w szczególności granicę przeciągu w strefie przebywania ludzi, tu przyjętą jako mniej niż 0,2 m/s poniżej 4 metrów.
EOLIOS opracował własną metodykę, która łączy obliczenia cieplne (zyski i straty) z wartościami symulowanymi, przy zmianie fazy w warunkach nasycenia. Wilgotność względną wyznacza się z temperatury, ciśnienia i wilgotności bezwzględnej, aby utrzymać poziom wymagany przez proces.
To uproszczone odwzorowanie mieszaczy i nawiewników przez ich oddziaływanie na przepływ, a nie przez szczegółową geometrię. Wiernie włącza rozdział powietrza do modelu całości, zachowując rozsądny czas obliczeń.
Mapy prędkości, temperatur i wilgotności dla różnych scenariuszy inżynierskich, pozwalające zoptymalizować projekt hali, poprawić sprawność procesów i obniżyć koszty przed budową.
Poznaj nasze specjalizacje, projekty i opracowania techniczne, aby wyjść poza FAQ.
Analiza CFD panowania nad klimatem w skrajnych warunkach w fabryce łopat turbin wiatrowych: model układów rozdziału powietrza, metodyka parowania i wilgotności względnej oraz prognoza warunków klimatycznych dla różnych scenariuszy, w służbie komfortu (ISO 7730), jakości powietrza i efektywności energetycznej.
BasenCentrum wodne — Hauts-de-Seine
MagazynHVAC — magazyn wyrobów medycznych
HotelSharaan by Jean Nouvel
MuzeumGaleria Paleontologii — MNHN
BasenBasen — Montreuil
PrzemysłFabryka farmaceutyczna — HVAC
Wentylacja naturalnaPrototyp — komin wentylacji naturalnej
Komora chłodniczaKomora chłodnicza — Lipsk
Sport / ArenaHala Bercy w Paryżu
Komora chłodniczaKomora chłodnicza — wychładzanie
Atrium · 🔒Komfort pod przeszkleniem — atrium
Kompetencje CFD, zrealizowane projekty i opracowania techniczne: cała dziedzina wentylacji i klimatyzacji w jednym miejscu.
Najprościej po prostu porozmawiać. Nasi inżynierowie odpowiedzą i przedstawią pierwszą ocenę techniczną.