Empfehlungen für eine optimale Belüftung und eine wirksame Dispersion der Schadstoffe eines Stahlwerks: Dimensionierung und Standortbestimmung eines neuen statischen Belüfters im Dach.
Das von EOLIOS für das Stahlwerk Aubert et Duval durchgeführte Projekt besteht in einer Studie zur Dimensionierung und Standortbestimmung eines neuen statischen Belüfters (Robertson) auf dem Dach. Das Hauptziel dieser Studie ist es, eine wirksame Belüftung des Stahlwerks zu gewährleisten, indem die optimalen Abmessungen des statischen Belüfters bestimmt werden.
Das Wesentliche. EOLIOS hat einen neuen statischen Belüfter (Robertson) auf dem Dach des Stahlwerks Aubert et Duval dimensioniert und positioniert. Aufnahmen der drei Hallen, Rauchversuche, Infrarot-Thermografie und zwölf Monate Wetterdaten speisten ein CFD-Modell: Das Hinzufügen eines Zimmermanns-Belüfters über dem Ofen 8 senkt die Temperatur unter dem Dach und beschleunigt die Rauchabfuhr, bei nahezu konstantem Absaugvolumenstrom.
EOLIOS führt ein Projekt für das Stahlwerk Aubert et Duval durch, das in einer Studie zur Dimensionierung und Standortbestimmung eines neuen statischen Belüfters auf dem Dach besteht. Das Hauptziel ist es, eine wirksame Belüftung des Stahlwerks zu gewährleisten, indem die optimalen Abmessungen des Belüfters bestimmt werden. Dies wird es ermöglichen, die Schadstoffemissionsnormen einzuhalten, den aeraulischen und thermischen Komfort zu optimieren und die Luftqualität zu verbessern.
Die Studie umfasst auch eine vertiefte Analyse der Luftbewegungen im Stahlwerk, um die Verteilung des durch die industriellen Operationen erzeugten Staubs und Rauchs besser zu verstehen. Diese Analyse wird es ermöglichen, die Auswirkung des Belüfters auf die Dispersion dieser Partikel zu bewerten und Maßnahmen zur Verhütung und Kontrolle der Verschmutzung vorzuschlagen.
Die Ergebnisse dieser Studie werden wesentlich sein, um die Abmessungen des Belüfters und seinen optimalen Standort auf dem Dach präzise zu definieren. Zudem werden sie es ermöglichen, Empfehlungen zur Begrenzung der Dispersion von Staub und Rauch zu formulieren und so eine bessere Luftqualität zu gewährleisten und die Verschmutzungsrisiken zu verringern.
Ein statischer Belüfter (oder Dachaufsatz, Typ Robertson) ist eine motorlose Dachabsaugvorrichtung: Er führt die warme Luft durch thermischen Auftrieb ab, wobei der Dichteunterschied zwischen der warmen Innenluft und der Außenluft die aufsteigende Bewegung erzeugt.
Es ist anzumerken, dass die Studie mehrere verschiedene Szenarien mit unterschiedlichen Konfigurationen und Luftvolumenströmen berücksichtigt. Die Ziele der Studie bestehen also darin, den Belüfter an jedes Szenario angepasst zu dimensionieren, unter Einhaltung der Emissionsnormen und unter Verbesserung der Luftqualität.
Im Laufe der für das Stahlwerk Aubert et Duval durchgeführten Studie wurden mehrere Aktivitäten durchgeführt, um die thermo-aeraulischen Phänomene des Standorts zu erfassen.
Ein globaler Rundgang durch die Fabrik ermöglichte es, die verschiedenen Prozesse zu visualisieren und die spezifischen Problematiken zu verstehen.
Aufnahmen wurden durchgeführt, um den Standort und die Abmessungen der Jalousien und der Öffnungen in den drei Hallen des Stahlwerks zu bestimmen.
Wärmebilder wurden aufgenommen, um die Temperatur der Wände zu messen, während Maßaufnahmen durchgeführt wurden, um 3D-Modellierungen der fehlenden Teile zu erstellen.
Die Rauchversuche sind zu einem unverzichtbaren Werkzeug geworden, um die thermo-aeraulischen Phänomene an den Industriestandorten zu bewerten. Diese Versuche ermöglichen es nämlich, die Luftströme zu visualisieren und etwaige Stagnationszonen zu identifizieren und bieten so eine präzise Analyse der Luftzirkulation in einer gegebenen Umgebung.
Der Rauchversuch besteht darin, einen nicht verschmutzenden Markierungsrauch auf Wasser- und Glykolbasis freizusetzen, um die Luftbahnen sichtbar zu machen. Er offenbart die Stagnationszonen und die tatsächlichen Zirkulationen, die mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar sind.
Diese Rauchversuche spielen eine Schlüsselrolle in der Analyse der thermo-aeraulischen Phänomene des Standorts. Sie ermöglichen es, die empfindlichen Punkte zu identifizieren und angepasste Lösungen vorzuschlagen, um die Luftzirkulation und die Qualität der thermischen Umgebung zu verbessern.
Kürzlich am Industriestandort durchgeführt, haben diese Versuche es ermöglicht, die verschiedenen Luftbahnen sichtbar zu machen, von der Wärmequelle bis zu den Belüftungsabzügen, über alle Elemente des Gebäudes. Dank dieser Beobachtungen konnten die Ingenieure die Hotspots sowie die schlecht belüfteten Zonen bestimmen.
Um diese Versuche durchzuführen, wurden spezielle Rauchgase verwendet. Diese wurden aus einer Flüssigkeit auf der Basis von Wasser und nicht verschmutzendem Glykol erzeugt und gewährleisteten so die Unbedenklichkeit für die Umwelt und die Gesundheit der am Standort anwesenden Personen.
Die erhaltenen Ergebnisse ermöglichten es, Zonen zu erkennen, in denen die Luft stagnierte, was die Bildung warmer Luftzüge und für die Arbeiter unangenehmer Mikroklimata begünstigte.
Dank dieser Informationen konnten Verbesserungen an der Belüftung des Standorts vorgenommen werden, was es ermöglichte, eine angenehmere und sicherere Arbeitsumgebung zu schaffen.
Anschließend wurden Wärmebilder verwendet, um die Hauptquellen der thermischen Phänomene und die verschiedenen mehr oder weniger wärmedichten Zonen aufzuzeigen.
Die gemessenen Temperaturen wurden mit den Ergebnissen der CFD-Simulationen verglichen, um ihre Kohärenz zu überprüfen. Es wurde die Emissivität der verschiedenen Oberflächen berücksichtigt, um die Temperaturen abzuschätzen.
Bei zwei Vor-Ort-Besuchen wurden die äußeren Witterungsbedingungen aufgenommen, die als Grundlage für die Basissimulationen dienen werden. Anschließend wurden die meteorologischen Daten der dem Standort nächstgelegenen Wetterstation über einen Zeitraum von 12 Monaten erhoben.
Diese präzisen Informationen über die Wetteraufnahmen werden es uns ermöglichen, die je nach den Zielen der Studie geeigneten klimatischen Bedingungen auszuwählen. Die beim zweiten Besuch aufgenommenen Bedingungen wurden für die erste Modellierung verwendet, um eine gute Umsetzung der Bedingungen im Modell zu bestätigen.
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 aufgezeichneten extremsten Temperaturspitzen ebenfalls berücksichtigt.
Diese Daten spielen eine entscheidende Rolle bei der Anpassung der Belüftungsstrategien, um den optimalen Komfort der Bediener der Fabrik das ganze Jahr über zu gewährleisten.
Die Simulation wurde mit der Methode der CFD (Computational Fluid Dynamics) durchgeführt, die es ermöglicht, die Bewegungen der Fluide wie Luft und Gase zu analysieren und vorherzusagen. Dieser virtuelle Ansatz ermöglicht es, die thermo-aeraulischen Phänomene im Stahlwerk zu simulieren, unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Oberflächen, den Wärmequellen und den Luftströmen. Dank der CFD ist es möglich, die Strömungen, die Temperaturen und die Gaskonzentrationen im Detail zu visualisieren und zu analysieren, was zu einem besseren Verständnis der Prozesse und zur Optimierung der Leistung und der Sicherheit der Anlagen beiträgt.
Die geometrische Modellierung ist ein Schlüsselschritt in den CFD-Simulationen. Sie ermöglicht es, die Geometrie des untersuchten Standorts oder Gebäudes getreu darzustellen und die Randbedingungen wie die Wände, die Öffnungen nach außen und die internen Wärmegewinne zu definieren. Die geometrische Modellierung ermöglicht es auch, das Modell durch Beseitigung der nicht relevanten Elemente zu vereinfachen und so die Interpretation der Ergebnisse zu erleichtern.
Die Simulation wurde mit der Methode der CFD durchgeführt, die es ermöglicht, die Bewegungen der Fluide wie Luft und Gase zu analysieren und vorherzusagen. Dieser virtuelle Ansatz ermöglicht es, die thermo-aeraulischen Phänomene im Stahlwerk zu simulieren, unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Oberflächen, den Wärmequellen und den Luftströmen.
Im Kontext der Gebäude ermöglicht die CFD es, die Luftgeschwindigkeiten, die Drücke und die Temperaturen im Inneren und rund um die Bauräume zu untersuchen. Dies ermöglicht es, die aeraulischen und thermischen Bedingungen besser zu verstehen, insbesondere für die Auslegung der Belüftungs- und Klimatisierungssysteme. Die CFD-Simulationen sind besonders nützlich, um den Innenkomfort durch Optimierung der Luftströme zu verbessern, was zu einer besseren Energieeffizienz und zum Wohlbefinden der Nutzer beiträgt.
Bei dieser Studie wurden zwei Konfigurationen untersucht, um die Wirksamkeit der Staubabsaugung im Fall des Ofens im Modus „offene Tür" zu bewerten. Die erste Konfiguration war die Basiskonfiguration, während die zweite Konfiguration das Hinzufügen statischer Belüfter und das Schließen der ungeeigneten Jalousie umfasste.
Die Ergebnisse zeigten, dass man in der zweiten Situation eine weit höhere Staubabsaugung beobachtete als bei der Basiskonfiguration, indem sie eine schnellere und der Emissionsquelle nähere Abfuhr ermöglichte. Dies trägt dazu bei, eine sauberere und sicherere Arbeitsumgebung zu gewährleisten.
Eine der Hauptherausforderungen dieser Studie ist es, zu verstehen, wie die Wärme im Inneren der Fabrik verteilt wird und wie sie die verschiedenen Arbeitszonen beeinflusst. Es ist notwendig, die Zonen zu identifizieren, in denen die Temperaturen übermäßig hoch sein können, und Maßnahmen zu ergreifen, um die Auswirkung der Wärme auf die Beschäftigten abzuschwächen.
Die Studie der ursprünglichen Konfiguration der Fabrik zeigte eine geringe Luftzirkulation in bestimmten Zonen, was zu hohen Temperaturen in diesen führte. Dies kann auf Faktoren wie den Standort der Wärmequellen, die Anordnung der Geräte oder die Luftzirkulation im Raum zurückzuführen sein. Das Hinzufügen statischer Belüfter in der zweiten Konfiguration ermöglichte es, dieses Problem zu beheben.
Diese Belüfter trugen dazu bei, die Luftzirkulation durch die Fabrik zu erhöhen, indem sie die Abfuhr der warmen Luft erleichterten und den Eintritt frischer Luft begünstigten. Dies hatte zwei vorteilhafte Wirkungen. Zunächst ermöglichte die Homogenisierung der Luftgeschwindigkeiten es, die Zonen geringer Zirkulation zu verringern, was zu einer besseren Verteilung der Wärme in der Fabrik beitrug. Dies führte zu einer Verringerung der Temperaturamplituden zwischen den verschiedenen Arbeitszonen und verbesserte so den thermischen Komfort der Beschäftigten. Zudem ermöglichte die Homogenisierung der Temperaturen es, die hohen Temperaturen zu verringern, insbesondere unter Sommerbedingungen, wo die Außentemperaturen höher sein können.
Die Studie der Verteilung der Stäube und Schadstoffe in der Fabrik hat die Wirksamkeit der Abfuhrsysteme wie der statischen Belüfter und der Abzugshauben aufgezeigt. Diese Vorrichtungen haben zum Ziel, die Präsenz von Stäuben und Schadstoffen in der Luft der Fabrik zu verringern. Die erste Konfiguration der Fabrik zeigte hohe Konzentrationen von Stäuben und Schadstoffen, die hauptsächlich in der Nähe der Öfen lagen. Im übrigen Teil der Fabrik waren die Staub- und Schadstoffkonzentrationen jedoch relativ gleichmäßig.
Die zweite Konfiguration ermöglichte es, die Dispersion der Luftbewegungen im unteren Teil der Fabrik zu verbessern und so die Zonen hoher Staub- und Schadstoffkonzentrationen zu verringern. Dies legt nahe, dass die Optimierung der Abfuhrsysteme zu einer besseren Verteilung der Partikel und Schadstoffe in der gesamten Fabrik beigetragen hat und so eine leichtere Abfuhr ermöglicht. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung einer angemessenen Auslegung der Abfuhr- und Belüftungssysteme in den Fabriken. Indem man die Hauptquellen der Stäube und Schadstoffe identifiziert, ist es möglich, wirksame Erfassungs- und Abfuhrvorrichtungen einzurichten, um ihre Dispersion in der Luft der Fabrik zu verringern.
Die neutrale Druckebene ist die Höhe in einem natürlich belüfteten Raum, in der der Innendruck dem Außendruck entspricht. Darunter tritt Luft ein; darüber tritt sie aus. Ihre Lage bestimmt die Platzierung der Luftein- und -austritte.
Die neutralen Druckebenen spielen eine entscheidende Rolle bei der Auslegung der Systeme der natürlichen Belüftung der Gebäude. Sie werden verwendet, um die strategischen Orte zu bestimmen, an denen die Lufteintritts- und -austrittsöffnungen platziert werden müssen, um die Luftzirkulation zu optimieren. Eine neutrale Druckebene ist eine imaginäre Oberfläche im Inneren des belüfteten Raums, an der der statische Druck ausgeglichen ist. Dies bedeutet, dass die von der ein- und austretenden Luft in dieser Zone ausgeübten Kräfte gleich sind. In den meisten Fällen werden die Lufteintrittsöffnungen unten im belüfteten Raum platziert, wo der Druck höher ist.
Der höhere Druck ist im Allgemeinen auf Temperaturunterschiede zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gebäudes sowie auf die Luftdichte zurückzuführen. Diese Eintrittsöffnungen ermöglichen es der frischen Luft, in den belüfteten Raum einzudringen. Andererseits werden die Luftaustrittsöffnungen oben platziert, wo der Druck niedriger ist. Dies wird dem Höhenunterschied zwischen den Eintritts- und Austrittsöffnungen sowie den durch externe Faktoren wie den Wind erzeugten Luftzügen zugeschrieben.
Indem man die Austrittsöffnungen oben im belüfteten Raum positioniert, wird die verbrauchte Luft wirksamer abgeführt und so eine bessere Innenluftqualität gewährleistet. Indem sie die neutralen Druckebenen beachten, können die Planer eine wirksame natürliche Belüftung und eine gleichmäßige Verteilung der frischen Luft im gesamten Raum sicherstellen.
Dieser Schritt gehört zur Dimensionierung der statischen Belüfter mittels CFD. Die durchgeführten Simulationen umfassten anschließend die Installation eines neuen Zimmermanns-Belüfters über dem Ofen 8. Die Ergebnisse der Simulationen zeigten, dass der neu hinzugefügte Zimmermanns-Belüfter eine signifikante Auswirkung auf die Luftströmungen hatte. Man beobachtet ein Verschwinden des gerichteten Stroms vom Ofen 8 zu den bereits vorhandenen kleinen Zimmermanns-Belüftern.
Was die Temperaturverteilung betrifft, zeigen die Ergebnisse eine ähnliche Verteilung wie bei den vorhergehenden Szenarien, jedoch mit einem deutlichen Temperaturrückgang unter dem Dach dank der Anwesenheit des Zimmermanns-Belüfters.
Die Temperatur unter dem Dach sinkt erheblich dank der schnellen Abfuhr der mit Kalorien beladenen warmen Luft durch den Zimmermanns-Belüfter. Die Ergebnisse unterstreichen auch, dass der gesamte Absaugvolumenstrom insgesamt konstant bleibt, mit einer leichten Erhöhung gegenüber der bestehenden Konfiguration. Diese Ergebnisse belegen die Wirksamkeit des über dem Ofen 8 hinzugefügten Zimmermanns-Belüfters, um die mit Kalorien beladene warme Luft schnell abzuführen. Diese Änderung trägt also dazu bei, die Luftströmungen und die thermischen Bedingungen im Gebäude zu verbessern.
Das Ziel der Studie war es, die neue statische Belüftungsvorrichtung auf dem Dach des Stahlwerks zu dimensionieren und zu positionieren. Sie strebte auch danach, die Luftbewegungen zu kartieren und die Verteilung der Temperatur im gesamten Stahlwerk darzustellen sowie die Verteilung des Staubs/Rauchs auf Höhe des Belüfters zu analysieren.
Die Geschwindigkeitsebenen auf Kopfhöhe zeigten eine relativ gleichmäßige Verteilung, unabhängig von den äußeren Bedingungen. Die konvektive Bewegung, hervorgerufen durch die warmen Elemente wie die Öfen, die Zwischenbarren, die Schlackebehälter und die Pfannen, ist der aeraulische Hauptmotor des Stahlwerks.
Auf Höhe des statischen Belüfters (Robertson) zeigten die Geschwindigkeitsmuster eine wirksame Abfuhr über seine gesamte Länge, mit einer relativ gleichmäßigen Verteilung.
Die Verteilung der Schadstoffe im Abschnitt des statischen Belüfters enthüllte eine Zone hoher Konzentration, leicht zum Ofen hin verschoben, während der Rest des Robertson eine gleichmäßige Verteilung zeigte, unabhängig von seiner Geometrie.
Die von EOLIOS durchgeführte Studie ermöglichte es, wertvolle Empfehlungen zur Dimensionierung und Optimierung der statischen Belüftungsvorrichtung des Stahlwerks zu erhalten. Diese Empfehlungen werden eine bessere Belüftung, eine wirksame Dispersion des Staubs/Rauchs und eine globale Verbesserung des Klimas in den Räumen gewährleisten. Dies wird dazu beitragen, den Komfort der Beschäftigten zu verbessern, die Anlagen in optimalen Bedingungen zu halten und die geltenden Umweltnormen einzuhalten.
Zu beachten. Die natürliche Belüftung eines Stahlwerks beruht auf dem konvektiven Motor der warmen Quellen (Öfen, Pfannen, Schlackebehälter). Gut dimensioniert und gut platziert, führt ein statischer Belüfter die warme Luft und den Rauch möglichst nah an ihrer Quelle ab, ohne Ventilator und ohne Energieverbrauch.
Statische Belüfter, Rauchversuche und die natürliche Belüftung metallurgischer Hallen.
Ja, wenn sie korrekt dimensioniert ist. Die starke Wärmeabgabe der Öfen erzeugt einen kräftigen thermischen Auftrieb, der, durch gut platzierte statische Belüfter kanalisiert, Rauch und warme Luft ohne Ventilator abführt. Ein ähnlicher Ansatz wurde bei unserem Projekt natürliche Belüftung eines Stahlwerks verfolgt.
Der Rauchversuch macht die tatsächlichen Luftbahnen mithilfe eines nicht verschmutzenden Markierungsrauchs auf Wasser- und Glykolbasis sichtbar. Er offenbart die Stagnationszonen und die parasitären Zirkulationen, die punktuelle Geschwindigkeits- oder Temperaturmessungen nicht erfassen können.
Die CFD erlaubt es, mehrere Belüfterkonfigurationen und Jahreszeiten virtuell zu testen, ohne schweren Eingriff in eine laufende Fabrik. Sie quantifiziert Luftgeschwindigkeiten, Temperaturen und Schadstoffkonzentrationen im gesamten Volumen, wo Messungen lokal bleiben.
Der Belüfterquerschnitt ergibt sich aus dem abzuführenden Warmluftstrom, der unter dem Dach verfügbaren Höhe und der Lage der neutralen Druckebene. Die CFD stimmt diese Parameter ab, um die Wärme möglichst nah an der Quelle abzuführen, hier über dem Ofen 8.
Der gesamte Absaugvolumenstrom bleibt insgesamt konstant, mit einer leichten Erhöhung gegenüber der bestehenden Konfiguration. Der Hauptgewinn ist qualitativ: Die mit Kalorien beladene warme Luft wird schneller und näher am Ofen abgeführt, was die Temperatur unter dem Dach senkt.
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EOLIOS führt eine Studie zur Dimensionierung und Standortbestimmung eines neuen statischen Belüfters auf dem Dach des Stahlwerks Aubert et Duval durch. Das Ziel ist es, eine wirksame Belüftung des Stahlwerks zu gewährleisten, unter Einhaltung der Schadstoffemissionsnormen und unter Verbesserung der Luftqualität. Die Studie umfasst eine vertiefte Analyse der Luftbewegungen im Stahlwerk, um die Verteilung des durch die industriellen Operationen erzeugten Staubs und Rauchs zu verstehen. Rauchversuche und Wärmebilder werden verwendet, um die Luftzirkulation zu bewerten und die empfindlichen Punkte zu identifizieren. Die Ergebnisse der Studie werden es ermöglichen, die optimalen Abmessungen des Belüfters und seinen optimalen Standort auf dem Dach zu definieren sowie Empfehlungen zur Begrenzung der Dispersion des Staubs und Rauchs zu formulieren. CFD-Simulationen werden ebenfalls durchgeführt, um die Bewegungen der Fluide zu analysieren und die natürliche Belüftung zu optimieren.
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