Analiza cieplno-powietrzna w Höganäs Belgium: obniżyć temperatury i poprawić odprowadzanie ciepła, przede wszystkim w hali wytopu.
EOLIOS wykonał audyt cieplno-powietrzny obiektu Höganäs Belgium. EOLIOS przeprowadził audyt cieplno-powietrzny na obiekcie Höganäs Belgium, przedsiębiorstwa specjalizującego się w metalurgii proszków wysokostopowych. Głównym celem analizy było obniżenie temperatur i poprawa odprowadzania ciepła, ze szczególnym naciskiem na halę wytopu, w której znajdują się dwa piece.
Przedsięwzięcie to miało podnieść komfort operatorów na wszystkich etapach procesu produkcyjnego. Głównym wyzwaniem projektu było opanowanie szczególnych zjawisk cieplno-powietrznych związanych z poszczególnymi etapami wytwarzania przy skrajnie wysokich temperaturach.
Najważniejsze. EOLIOS zaudytował komfort cieplny stalowni Höganäs Belgium (Ath), specjalizującej się w metalurgii proszków. Rozpoznanie wlotów powietrza, próby dymowe i kamera termowizyjna zasiliły model CFD hali wytopu (piece 3T i 5T). Porównanie dwóch scenariuszy pokazuje, że nowe wyciągi dachowe przy wyłączonych wentylatorach odprowadzają ciepło znacznie lepiej i obniżają temperaturę pracy.
Audyt ten analizuje wentylację oraz otwory, aby wskazać pierwsze możliwe usprawnienia.
Audyt cieplno-powietrzny łączy inwentaryzację otworów, próby dymowe i termowizję, aby odwzorować na obiekcie przepływy powietrza i źródła ciepła przed jakimkolwiek modelowaniem. Dostarcza danych z audytu dymowego, które następnie zasilają symulację.
Dwie duże bramy na obu końcach budynku pozostają zwykle otwarte na parterze, wpuszczając powietrze. Kolejne drzwi, prowadzące do hali magazynowej, są często otwarte, pozwalając powietrzu wychodzić ze strefy analizy. Wszystkie drzwi zakładu działają jak wloty powietrza, wywołując znaczną infiltrację chłodnego powietrza przy otwarciu, co może powodować dyskomfort w zimie.
Wloty powietrza występują również na wyższej kondygnacji budynku, a aby poprawić komfort techników pracujących w pobliżu pieców, na pierwszym piętrze zamontowano kilka wentylatorów.
Piece wytwarzają znaczną ilość ciepła, które unosi się w stronę dachu. Aby obniżyć temperaturę na piętrze budynku, na dachu umieszczono wentylatory ułatwiające odprowadzanie ciepła na zewnątrz. Dach wyposażony jest w różne urządzenia naturalnego wyciągu powietrza.
Próba dymowa w budynku przemysłowym to metoda stosowana do oceny komfortu cieplnego i jakości powietrza wewnątrz budynku.
Do oceny komfortu cieplnego dym służy do obrazowania ruchu powietrza i przepływów wewnątrz budynku. Pozwala to wykryć strefy, w których występują nadmierne przeciągi lub zaburzenia obiegu powietrza, co może prowadzić do strefy temperatur odczuwanych jako nieprzyjemne.
W odniesieniu do jakości powietrza próba dymowa pozwala wykazać drogi powietrza wewnątrz budynku. Pozwala uwidocznić niepożądane infiltracje powietrza, nieszczelności w przegrodach budynku, wady szczelności oraz zaburzenia wentylacji. Obserwując przemieszczanie się dymu, można wskazać strefy, w których powietrze zastaje, w których zanieczyszczenia mogą się gromadzić i w których napowietrzanie jest niewystarczające.
Próby te pozwalają inżynierom EOLIOS wskazać możliwe problemy komfortu cieplnego i jakości powietrza oraz podjąć środki niezbędne, aby poprawić warunki wewnątrz budynku. Może to obejmować korekty w instalacji ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji, naprawy poprawiające szczelność budynku lub zmiany w układzie przestrzeni wewnętrznej, aby zoptymalizować obieg powietrza.
Próby dymowe ujawniają różne schematy obiegu powietrza w budynku. Na piętrze powietrze kieruje się na zewnątrz przez otwarte okna, a jego część unosi się w stronę dachu. W pobliżu wentylatorów gorące powietrze jest zawracane w dół, co daje wyrównanie temperatury, powodując jednak wzrost ciepła w dolnych częściach.
Wentylatory w pobliżu pieców wywołują ruch powietrza, ale nie sprzyjają lepszemu odprowadzaniu ciepła. W niektórych strefach powstaje przepływ dwukierunkowy, z gorącym powietrzem wznoszącym się do obiegów wyciągowych i chłodniejszym kierującym się do pieców. Występują również zjawiska uwarstwienia termicznego, rozdzielające strefy powietrza gorącego i zimnego.
Ta część ma na celu uwidocznienie głównych źródeł zjawisk cieplnych oraz strefy o większym i mniejszym nasyceniu ciepłem. Analizy kamerą termowizyjną służą do sporządzenia obrazu strefy gorących i zimnych w celu wsparcia analiz numerycznych.
Numeryczna mechanika płynów, po angielsku Computational Fluid Dynamics (CFD), to podejście numeryczne służące do analizowania przepływów płynów w danym środowisku, w szczególności przy projektowaniu budynków. Pozwala uzyskać informacje o prędkościach powietrza, ciśnieniach i temperaturach wewnątrz i wokół przestrzeni budynku. Metoda ta korzysta z równań różniczkowych cząstkowych, aby rozwiązać numerycznie te zjawiska, uwzględniając warunki brzegowe, takie jak efekty przepływowe budynku, zyski ciepła wewnętrzne oraz instalacje klimatyzacji. Symulacje CFD są niezbędne do optymalizacji wentylacji i klimatyzacji dużych przestrzeni, zapewniając optymalny komfort.
Równania różniczkowe cząstkowe wymagają warunków brzegowych, aby dały się rozwiązać. Ustala się je na podstawie danych pomiarowych z obiektu i informacji od nadzoru projektowego. Dla analizy w stanie ustalonym w przestrzeni otwartej na zewnątrz należy określić właściwości przegród (materiał, właściwości fizyczne, lepkość, temperatura) oraz powierzchni wystawionych na zewnątrz (kierunek przepływu, prędkość, ciśnienie, temperatura, współczynniki powierzchniowe). Rozstrzygające znaczenie ma zapewnienie stabilności obliczeń przy określaniu tych warunków, ponieważ rozwiązywanie równań odbywa się iteracyjnie, zbliżając się do rozwiązania.
Solver użytego kodu rozwiązuje w sposób przybliżony równania w każdym węźle siatki, zachowując podstawowe zasady fizyki (zachowanie masy i energii). Wykorzystuje model turbulencji k-epsilon standard, który rozwiązuje dwie zmienne: turbulentną energię kinetyczną i szybkość jej rozpraszania. Model ten jest szeroko stosowany w zastosowaniach przemysłowych i w HVAC z powodu dobrej szybkości zbieżności oraz dopuszczalnych wymagań pamięciowych. W analizach cieplno-powietrznych uwzględnia się wpływ wymiany radiacyjnej między przegrodami, przewodzenie ciepła, ciąg termiczny oraz grawitację. Analizy prowadzone są dla całego budynku, bez przyjmowania przekroju symetrii.
Model k-epsilon to model turbulencji o dwóch równaniach (turbulentna energia kinetyczna i szybkość jej rozpraszania). Szeroko stosowany w HVAC i w przemyśle, daje dobry kompromis między dokładnością, szybkością zbieżności i zapotrzebowaniem na pamięć.
W ramach analizy CFD zamodelowano cały budynek, aby uwzględnić poszczególne przesłony przepływowe tworzone przez poszczególne moduły obiektu.
Piece i wewnętrzny układ budynku wytopu zamodelowano na podstawie danych z obiektu, podobnie jak wentylatory i otwory wpływające na ruch powietrza. Celem jest uzyskanie dokładnego odwzorowania złożonego ruchu powietrza właściwego tym pomieszczeniom.
Celem analiz było uwidocznienie zjawisk cieplnych występujących na obiekcie przy użyciu dwóch odrębnych scenariuszy: scenariusza bazowego o warunkach podobnych do warunków audytu oraz drugiego scenariusza o warunkach pozwalających na optymalizację odprowadzania ciepła.
Audyt wykazał brak wznoszenia termicznego na parterze, w przeciwieństwie do pierwszego piętra, gdzie piece i podgrzewanie form wytwarzają wysokie temperatury. Uwidocznił również niedobór wyciągu powietrza pod dachem, uniemożliwiający skuteczne odprowadzanie ciepła.
Analiza izolacji została wykonana i zaleca odpowiednią grubość izolacji. Temperatura wewnętrzna zależy jednak bardziej od ruchu powietrza i źródeł ciepła niż od izolacji.
Pierwszy scenariusz wykazał podobieństwo do audytu, ujawniając rozdzielone masy powietrza z powodu niewystarczającego wyciągu dachowego.
Drugi scenariusz wprowadził nowe instalacje wyciągowe na dachu i wyłączył wentylatory, znacząco poprawiając odprowadzanie ciepła, ograniczając jego rozchodzenie się i poprawiając jakość powietrza. Utrzymują się jednak strefy cieplejsze wokół źródeł ciepła, co wskazuje na możliwe zwiększenie liczby instalacji wyciągowych.
Izopowierzchnia temperatury łączy wszystkie punkty przestrzeni o tej samej temperaturze (na przykład 40 °C). Obrazuje jednym spojrzeniem objętość zajmowaną przez gorące powietrze i jej zmniejszenie się między scenariuszem bazowym a zoptymalizowanym.
Do zapamiętania. W hali wytopu izolacja liczy się mniej niż opanowanie ruchu powietrza: to wyciąg gorącego powietrza w dachu, a nie grubość izolacji, obniża temperaturę odczuwaną przez operatorów.
Komfort cieplny, próby dymowe i odprowadzanie ciepła w hali wytopu.
Odprowadzając gorące powietrze jak najwyżej. Analiza pokazuje, że nowe wyciągi dachowe przy wyłączonych wentylatorach odprowadzają ciepło znacznie lepiej niż mieszanie powietrza. Pokrewne postępowanie przeprowadziliśmy w projekcie wentylacja naturalna huty stali.
Uwidacznia rzeczywiste tory powietrza za pomocą niezanieczyszczającego dymu znacznikowego. Ujawnia infiltracje przez drzwi, strefy zastoju i uwarstwienie termiczne, niemożliwe do zauważenia okiem.
Wentylatory umieszczone blisko pieców mieszają powietrze, nie odprowadzając go: zawracają gorące powietrze w dół i ogrzewają dolne części hali. Po ich wyłączeniu i otwarciu wyciągów dachowych ciepło opuszcza budynek ciągiem termicznym.
Nie. Analiza izolacji zaleca odpowiednią grubość, ale temperatura wewnętrzna zależy przede wszystkim od ruchu powietrza i źródeł ciepła. Bez skutecznego wyciągu sama izolacja nie wystarcza.
Kamera termowizyjna odwzorowuje rzeczywiste strefy gorące i zimne na obiekcie; odczyty te służą jako dane wejściowe i do dostrojenia modelu CFD, który następnie rozszerza analizę na całą kubaturę i na scenariusze niezrealizowane.
Poznaj nasze specjalizacje, projekty i opracowania techniczne, aby wyjść poza FAQ.
Analiza cieplno-powietrzna CFD stalowni (Höganäs Belgium, Ath) na potrzeby optymalizacji komfortu operatorów: audyt na obiekcie (rozpoznanie wlotów powietrza, próby dymowe, kamera termowizyjna), pełny model 3D hali wytopu (piece 3T i 5T) oraz symulacje CFD porównujące scenariusz bazowy ze scenariuszem zoptymalizowanego wyciągu dachowego dla odprowadzenia ciepła i poprawy jakości powietrza.
Specjalizacje CFD, wykonane projekty i opracowania techniczne: cała dziedzina Przemysł w jednym miejscu.
Najprościej jest po prostu porozmawiać. Nasi inżynierowie odpowiadają pierwszą analizą techniczną.
