Optimierung des thermischen Komforts der Bediener und der Energieeffizienz der Fabrik Verallia Cognac, im Kontext des Übergangs von einem Gasofen zu einem Elektroofen.
Das Hauptziel der Studie ist es, Lösungen umzusetzen, um den thermischen Komfort der Bediener an ihrem Arbeitsplatz zu optimieren, sowohl im kalten als auch im warmen Ende der Fabrik. Dies umfasst auch die Optimierung des Energieverbrauchs im Zusammenhang mit dem klimatischen Management der Fabrik. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Auslegung spezifischer Lufteinlässe für den Ersatz eines Gasofens durch einen Elektroofen.
Ein sekundäres Ziel ist es, die Wirkungen von Luftzügen in den sensiblen Prozesszonen zu begrenzen, die einen negativen Einfluss auf die Produktionsabläufe haben und wiederkehrende Fehler verursachen können.
Die Komplexität der thermo-aeraulischen Phänomene in der Dimensionierung ergibt sich aus zahlreichen Faktoren wie den Strahlungstemperaturen der Wände, dem thermischen Auftrieb, dem Winddruck, dem internen Widerstand gegen die vertikale Luftströmung, den Eigenschaften der Öffnungen der Gebäudehülle, dem örtlichen Gelände oder auch dem Windschutz. In dieser Umgebung, in der das Gebäude nicht thermisch reguliert ist, erfolgt die Kontrolle der Atmosphären hauptsächlich durch die Zufuhr frischer Luft im Naturzug zu den statischen Belüftern im Dach und durch erzwungene Belüftung (Absaugung oder Einblasen).
Das Wesentliche. EOLIOS optimiert den thermischen Komfort der Bediener und die Energieeffizienz der Glashütte Verallia Cognac, im Kontext des Übergangs von einem Gasofen zu einem Elektroofen. Ein Audit vor Ort (Rauchversuche, Wärmebildkamera) und ein 3D-CFD-Modell zeigten, dass die Abschaltung des Gasofens den statischen Belüfter in einen Lufteinlass umkehrt. Die Regelung der Lamellen und die Abtrennung von warmem und kaltem Ende stellen den Komfort im Winter wieder her und senken die Energierechnung.
Um die Luftbewegungen zu bewerten, wurden Rauchversuche durchgeführt, um die Luftbahnen zu visualisieren und eventuelle Zonen der Stagnation oder schlechten Belüftung zu identifizieren, die zu einer schlechten Luftqualität in diesen Zonen führen können.
Der Rauchversuch setzt einen nicht verschmutzenden Markierungsrauch frei, um die tatsächlichen Luftbahnen sichtbar zu machen. Er offenbart die Stagnationszonen und die parasitären Zirkulationen zwischen den verschiedenen Zonen der Fabrik, die mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar sind.
Zudem wurden Wärmebildkameras eingesetzt, um die Wandtemperaturen zu visualisieren und um die Zonen starker Wärmegewinne oder -verluste zu identifizieren. Diese Informationen wurden verwendet, um die thermischen Phänomene zu quantifizieren sowie die Zonen mit Hotspots und Kältepunkten.
Das aeraulische Audit hat es ermöglicht, die Zonen aufzuzeigen, in denen Verbesserungen notwendig sind, um die Belüftung, die Temperatur und die Luftqualität in der Fabrik zu optimieren. Empfehlungen wurden formuliert, um die festgestellten Probleme zu beheben und so die Arbeitsbedingungen der Bediener und die Energieeffizienz der Anlagen zu verbessern.
Die klimatologischen Daten der meteorologischen Station von Cognac-Châteaubernard werden verwendet, um die für die Studie der Belüftungen der Fabrik notwendigen äußeren klimatischen Bedingungen zu definieren.
Die Geschwindigkeit und die Richtung der Winde sowie die durchschnittliche Mindesttemperatur im Winter und die durchschnittliche Höchsttemperatur im Sommer wurden erfasst, ebenso wie die extremsten erreichten Temperaturspitzen.
Diese Daten sind wesentlich, um die realen klimatischen Bedingungen zu bestimmen und die Strategien der Belüftung und Klimatisierung anzupassen, um den Komfort der Bediener in der Fabrik das ganze Jahr über zu gewährleisten.
Die numerische Strömungsmechanik (oder CFD) umfasst die Gesamtheit der numerischen Methoden, die verwendet werden, um die Fluidströmungen in einer gegebenen Umgebung zu untersuchen. Da die diese Strömungen regelnden Gleichungen nicht analytisch gelöst werden können, ermöglicht die Methode der finiten Elemente, sie numerisch zu lösen.
Im Bereich des Bauwesens kann eine CFD-Studie den Konstrukteuren präzise Informationen über die Luftgeschwindigkeiten, die Drücke und die Temperaturen liefern, die sich im Inneren und rund um die untersuchten Systeme einstellen. Diese Art von Studie ist insbesondere besonders nützlich, um die Auslegung der Belüftungs- und Klimatisierungssysteme in großen Räumen zu untersuchen. Sie ermöglicht es, den Innenkomfort zu optimieren, indem überprüft wird, dass die Luftein- und -auslässe eine angemessene Belüftung des Volumens gewährleisten, und so einen optimalen Komfort für die Nutzer sicherzustellen. Diese Simulationen sind wesentlich, um eine wirksame Auslegung zu gewährleisten, und tragen so dazu bei, die Energieeffizienz und das Wohlbefinden der Nutzer zu verbessern.
Im Rahmen der Studie wurde ein 3D-Modell aus den gelieferten Plänen und Schnitten erstellt, das die Geometrie des Standorts und seiner Umgebung in einem Umkreis von 300 Metern einbezieht. Für diese Studie werden die Wandarten, die nach außen offenen Flächen, die Einblaspunkte, die Rückluftpunkte und jedes System, das Kalorien in den Raum abgibt, das beim Audit identifiziert wurde, präzise modelliert und berücksichtigt.
Ein statischer Belüfter (oder Dachaufsatz) führt die warme Luft durch thermischen Auftrieb ab, ohne Motor. Seine Betriebsrichtung hängt vom Auftrieb ab: Bei ausgeschaltetem Ofen kann er sich in einen Lufteinlass umkehren. Sein Studium gehört zur Dimensionierung der statischen Belüfter.
Nach Überprüfung der Präzision und der Wirksamkeit des für die CFD-Studie verwendeten Simulationsmodells durch Vergleich der ersten Ergebnisse mit den beim Audit vor Ort durchgeführten Messungen werden Simulationen an der aktuellen Konfiguration der Fabrik in winterlicher Situation durchgeführt. Es zeigt sich, dass die Abschaltung des Gasofens den thermischen Auftrieb verringert und der statische Belüfter daher in den Lufteinlass übergeht und die frische Luft sowie die Schadstoffe hereinholt, zusätzlich zur Störung der Luftströme in der Fabrik.
Zudem haben unsere Studien auch gezeigt, dass die Hauptprobleme hinsichtlich des thermischen Komforts der Bediener zunächst vom Mangel an Regelung der Lamellen herrührten, die im Winter unerwünschte Lufteinlässe erzeugen. Eine weitere Ursache dieser Probleme ist die erhebliche Öffnung zwischen dem warmen Ende und dem kalten Ende, die bedeutende Luftbewegungen zwischen dem einen und dem anderen schafft, die die Luftströme der Heizsysteme des kalten Endes stark stören und tote Zonen erzeugen, was zu einer Unbehaglichkeitszone für die Bediener führt.
Eine neue winterliche Simulation wurde durchgeführt, die das Hinzufügen von Lösungen umfasst, um die Ausbreitung der durch die Lamellen eintretenden frischen Luft zu blockieren, sowie eine Abtrennung, die es ermöglicht, das warme Ende wirksamer vom kalten Ende zu trennen. Diese Simulation zeigt eine deutliche Verbesserung der Wirksamkeit der Heizsysteme in der Zone, in der die Bediener arbeiten, dank der vorgeschlagenen technischen Lösungen.
In einer Glashütte bezeichnet das warme Ende den Ofen und die Formung des schmelzflüssigen Glases; das kalte Ende die Kühlung, die Kontrolle und die Verpackung. Die Steuerung der Luftaustausche zwischen diesen beiden Zonen mit entgegengesetzten thermischen Anforderungen ist eine der Schlüsselherausforderungen der Studie.
Zudem hat eine weitere Simulation gezeigt, dass mit der Aktivierung des neuen Elektroofens der thermische Auftrieb ausreichend ist für den guten Betrieb des statischen Belüfters in der Luftabsaugung, was den zuvor in der Arbeitszone erzeugten parasitären Luftstrom beseitigt.
Die klimatologischen Daten der meteorologischen Station von Dünkirchen sind von größter Bedeutung, um die für die Studie der Belüftungen der Fabrik notwendigen äußeren klimatischen Bedingungen zu definieren. Die gesammelten Informationen umfassen die Geschwindigkeit und die Richtung der Winde sowie die durchschnittliche Mindesttemperatur im Winter und die durchschnittliche Höchsttemperatur im Sommer.
Zudem werden die extremsten aufgezeichneten Temperaturspitzen ebenfalls berücksichtigt. Diese Daten spielen eine entscheidende Rolle bei der Anpassung der Strategien der Belüftung und Klimatisierung, um den optimalen Komfort der Bediener der Fabrik das ganze Jahr über zu gewährleisten.
Diese Art von CFD-Studie der Thermo-Aeraulik des Gebäudes ermöglicht es, die Energieeffizienz erheblich zu verbessern, indem die Energieverluste minimiert und die Nutzung der erzeugten Wärme maximiert werden, was die globale Energieleistung des Produktionsprozesses verbessert. So bietet die energetische Optimierung eines Gebäudes vom Typ Glashütte zahlreiche Vorteile. Sie ermöglicht es in erster Linie, die Energiekosten zu senken, indem die Anlagen, die Heizprozesse und die Wärmeaustausche zwischen dem warmen Ende und dem kalten Ende optimiert werden, was zu Einsparungen bei der Energierechnung im Zusammenhang mit der Beheizung des kalten Endes führt.
Im Übrigen trägt die energetische Optimierung zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bei, indem sie den Energiebedarf senkt und die Emissionen von CO₂ und anderen Schadstoffen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe begrenzt. Schließlich ermöglicht die Verbesserung der ökologischen Nachhaltigkeit des Unternehmens dank Maßnahmen der energetischen Optimierung, den Erwartungen der Kunden und der Beteiligten in Bezug auf nachhaltige Praktiken zu entsprechen und so das Image des Unternehmens zu stärken. Die energetische Optimierung einer Glashütte bietet also bedeutende Vorteile sowohl auf wirtschaftlicher als auch auf ökologischer Ebene.
Zu beachten. In einer Glashütte verschiebt ein Ofenwechsel die aeraulischen Gleichgewichte: Es sind die Regelung der Lamellen und die Abtrennung zwischen warmem und kaltem Ende, mehr als die Zusatzheizung, die den Komfort der Bediener wiederherstellen und zugleich den Energieverbrauch senken.
Natürliche Belüftung, Wechsel Gas-/Elektroofen und thermischer Komfort in einer Glashütte.
Da das Gebäude nicht thermisch reguliert ist, sorgt die natürliche Belüftung durch Auftrieb zu den Dachbelüftern für den Großteil der Lufterneuerung, ergänzt durch erzwungene Belüftung dort, wo der Auftrieb allein nicht ausreicht. Ein ähnlicher Ansatz wurde bei unserem Projekt natürliche Belüftung eines Stahlwerks verfolgt.
Ein Gasofen gibt viel Wärme ab und unterhält einen starken thermischen Auftrieb. Bei Abschaltung kehrt sich der statische Belüfter in einen Lufteinlass um und holt frische Luft und Schadstoffe herein. Der Elektroofen stellt einen ausreichenden Auftrieb wieder her, damit der Belüfter zur Absaugung zurückkehrt.
Das warme Ende umfasst den Ofen und die Formung des schmelzflüssigen Glases; das kalte Ende die Kühlung, die Kontrolle und die Verpackung. Eine zu breite Öffnung zwischen beiden erzeugt Luftbewegungen, die die Beheizung des kalten Endes stören.
Die Studie empfiehlt, die Lamellen zu regeln, um unerwünschte Lufteinlässe im Winter zu blockieren, und das warme und das kalte Ende abzutrennen, was die Wirksamkeit der Heizsysteme in der Arbeitszone deutlich verbessert.
Indem sie die Wärmeverluste des kalten Endes begrenzt und die bereits erzeugte Wärme nutzt, verringert die optimierte Belüftung den Rückgriff auf Zusatzheizung und damit den Energieverbrauch und die damit verbundenen CO2-Emissionen.
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Die Studie zielt darauf ab, den thermischen Komfort der Bediener zu verbessern und zugleich die Energieeffizienz zu stärken. Der Übergang von einem Gasofen zu einem Elektroofen ist geplant, um die thermischen Bedingungen zu optimieren. Darauf zu achten, die Luftzüge in den sensiblen Zonen zu verringern, ist ein ergänzendes Ziel, um Produktionsstörungen zu vermeiden. Die gesamte Komplexität der thermo-aeraulischen Phänomene wird untersucht, unter Berücksichtigung von Elementen wie den Wandtemperaturen, dem thermischen Auftrieb und dem Winddruck. In diesem thermisch nicht regulierten Kontext sind die Zufuhr frischer Luft durch die Belüfter im Dach und die erzwungene Belüftung Schlüsselstrategien zur Regulierung der Umgebung.
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