EOLIOS führte ein thermo-lufttechnisches Audit auf dem Gelände von Höganäs Belgium durch, einem Unternehmen, das sich auf die Metallurgie von hochlegierten Pulvern spezialisiert hat. Das Hauptziel dieser Studie war es,die Temperaturen zu senken unddieWärmeableitung zuverbessern, mit besonderem Schwerpunkt auf der Schmelzhalle, in der sich beide Öfen befinden.

Diese Initiative zielte darauf ab, den Komfort der Arbeiter während des gesamten Produktionsprozesses zu erhöhen. Die zentrale Herausforderung des Projekts bestand darin, die spezifischen thermo-lufttechnischen Phänomene zu beherrschen, die mit den verschiedenen Phasen der Herstellung bei extrem hohen Temperaturen verbunden sind.

Prüfung auf der Website durchgeführt

Lokalisierung von Lufteintrittspunkten.

Bei dieser Prüfung werden die Belüftung und die Öffnungen untersucht, um erste Verbesserungsmöglichkeiten zu identifizieren.

Zwei große Türen an jedem Ende des Gebäudes bleiben im Erdgeschoss normalerweise offen, sodass Luft eindringen kann. Eine weitere Tür, die zur Lagerhalle führt, ist oft offen, sodass die Luft aus dem Untersuchungsgebiet entweichen kann. Alle Türen der Fabrik fungieren als Lufteinlässe, wodurch viel frische Luft eindringt, wenn sie geöffnet sind, was im Winter zuUnbehagen führen kann.

Um den Komfort der Techniker, die in der Nähe der Öfen arbeiten, zu verbessern, wurden mehrere Ventilatoren im ersten Stockwerk installiert.

Öfen erzeugen eine große Menge an Wärme, die zum Dach hin aufsteigt. Um die Temperatur im Obergeschoss des Gebäudes zu senken, werden Ventilatoren auf dem Dach platziert, die die Wärmeabfuhr nach außen erleichtern .

Das Dach ist mit verschiedenen Vorrichtungen zur natürlichen Luftabsaugung ausgestattet.

Rauchversuche durchgeführt

Ein Rauchtest in einem Industriegebäude ist eine Methode, um den thermischen Komfort und die Luftqualität im Gebäude zu bewerten.

Zur Bewertung der thermischen Behaglichkeit wird Rauch verwendet, um die Luftbewegung und die Luftströme im Inneren des Gebäudes sichtbar zu machen.
Dadurch können Bereiche mit übermäßigen Luftströmungen oder Problemen bei der Luftzirkulation erkannt werden, was zu unangenehmen Temperaturbereichen führen kann.

Rauchversuch um einen Ofen

In Bezug auf die Luftqualität kann der Rauchtest die Wege der Luft innerhalb des Gebäudes aufzeigen.
Er kann unerwünschte Luftinfiltrationen, Lecks in der Gebäudehülle, Undichtigkeiten und Belüftungsprobleme aufzeigen.
Durch die Darstellung der Bewegung des Rauchgases können Bereiche identifiziert werden, in denen die Luft stagniert, sich Schadstoffe ansammeln können und die Belüftung unzureichend ist.

Diese Tests ermöglichen es den EOLIOS Ingenieuren, potentielle Probleme mit dem thermischen Komfort und der Luftqualität zu identifizieren und Maßnahmen zur Verbesserung der Bedingungen im Inneren des Gebäudes zu ergreifen.
Dies kann Anpassungen des Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystems, Reparaturen zur Verbesserung der Gebäudedichtheit oder Änderungen der Innenraumgestaltung zur Optimierung der Luftzirkulation umfassen.

Rauchversuch in der Nähe eines Lufteinlasses

Rauchversuche zeigen verschiedene Muster der Luftzirkulation im Gebäude. Im Obergeschoss strömt die Luft durch die offenen Fenster nach außen, während ein Teil zum Dach hinaufsteigt. In der Nähe der Ventilatoren wird die warme Luft nach unten gedrückt, was zu einer Homogenisierung der Temperatur führt, obwohl die Wärme in den unteren Bereichen zunimmt.

Ventilatoren in der Nähe der Öfen sorgen für Luftbewegung, aber nicht für eine bessere Wärmeableitung. In einigen Bereichen kommt es zu einer Biflow-Strömung, bei der warme Luft zu den Abluftschleifen und kältere Luft zu den Öfen strömt. Es kommt auch zu thermischen Schichtungsphänomenen, die Warm- und Kaltluftzonen trennen.

Studie Wärmebildkamera des Standorts

Dieser Abschnitt soll die Hauptquellen thermischer Phänomene und die Bereiche mit höherer oder geringerer Wärmedichte aufzeigen. Die Analysen mit der Wärmebildkamera dienen dazu, eine Darstellung der heißen und kalten Bereiche zu erstellen, um numerische Studien zu unterstützen.

Wärmebildkamera um einen 5 Tonnen schweren Ofen herum

Wärmebildkamera eines Schmelzofens

CFD-Simulationen

Was ist CFD-Simulation?

Die numerische Strömungsmechanik (NFM), oder Computational Fluid Dynamics (CFD), ist ein numerischer Ansatz zur Analyse von Flüssigkeitsströmungen in einer gegebenen Umgebung, insbesondere bei der Planung von Gebäuden. Sie liefert Informationen über Luftgeschwindigkeiten, Druck und Temperaturen in und um Gebäude. Diese Methode verwendet partielle Differentialgleichungen, um die Phänomene numerisch zu lösen, wobei Randbedingungen wie die lufttechnischen Effekte des Gebäudes, interne Wärmegewinne und Klimatisierungssysteme berücksichtigt werden. CFD-Simulationen sind für die Optimierung der Belüftung und Klimatisierung von großen Räumen unerlässlich, um einen optimalen Komfort zu gewährleisten.

Partielle Differentialgleichungen benötigen Randbedingungen, um gelöst werden zu können. Diese werden auf der Grundlage von Messdaten vor Ort und Informationen des Bauherrn erstellt. Für eine stationäre Studie in einem nach außen offenen Raum müssen die Eigenschaften der Wände (Material, physikalische Eigenschaften, Viskosität, Temperatur) und die der nach außen exponierten Oberflächen (Strömungsrichtung, Geschwindigkeit, Druck, Temperatur, Oberflächenkoeffizienten) definiert werden. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Stabilität der Berechnung bei der Definition dieser Bedingungen gewährleistet ist, da die Lösung der Gleichungen iterativ erfolgt, um sich der Lösung zu nähern.

Der Solver des verwendeten Codes löst die Gleichungen an jedem Knoten des Netzes näherungsweise auf, wobei die grundlegenden Prinzipien der Physik (Erhaltung von Masse und Energie) beachtet werden. Er verwendet das Standard-k-epsilon-Turbulenzmodell, das für zwei Variablen löst: die turbulente kinetische Energie und die Dissipationsrate der kinetischen Energie. Dieses Modell wird aufgrund der guten Konvergenzgeschwindigkeit und der akzeptablen Speicheranforderungen häufig in Industrie- und HLK-Anwendungen verwendet. Bei thermoaeraulischen Studien werden die Auswirkungen des Strahlungsaustauschs zwischen den Wänden, die Wärmeleitung, der Wärmezug und die Schwerkraft berücksichtigt. Die Studien werden für das gesamte Gebäude durchgeführt, ohne einen Symmetrieschnitt zu erstellen.

3D-Modell des Standorts

Im Rahmen der CFD-Studie wurde das gesamte Gebäude modelliert, um die verschiedenen Luftmasken zu berücksichtigen, die von den verschiedenen Modulen der Anlage erzeugt werden.

Die Öfen und die innere Konfiguration des Schmelzgebäudes wurden anhand von Standortdaten modelliert, ebenso wie die Ventilatoren und Öffnungen, die sich auf die Luftbewegungen auswirken. Das Ziel ist es, eine genaue Darstellung der komplexen Luftbewegungen zu erhalten, die für diese Räume typisch sind.

Ergebnisse der Simulation

Ziel der Studien war es, die thermischen Phänomene am Standort anhand von zwei verschiedenen Szenarien aufzuzeigen: ein Basisszenario mit ähnlichen Bedingungen wie bei der Prüfung und ein weiteres Szenario mit Bedingungen, die eine Optimierung des Wärmeentzugs ermöglichen.

Die Prüfung ergab, dass es im Erdgeschoss keine Wärmeabfuhr gibt, im Gegensatz zum ersten Stock, wo die Öfen und das Vorwärmen der Formen hohe Temperaturen erzeugen.
Es wurde auch festgestellt , dass es unter dem Dach keinen Luftabzug gibt, was eine effektive Wärmeabfuhr verhindert.

Es wurde eine Isolierungsstudie durchgeführt, die eine angemessene Dicke der Isolierung empfahl.
Die Innentemperatur hängt jedoch mehr von der Luftbewegung und den Wärmequellen als von der Isolierung ab.

Das erste Szenario zeigte Ähnlichkeiten mit dem Audit und ergab getrennte Luftmassen aufgrund einer unzureichenden Dachabsaugung.

Das zweite Szenario implementierte neue Dachabsaugsysteme und schaltete die Ventilatoren aus, was die Wärmeabfuhr deutlich verbesserte, die Wärmeausbreitung reduzierte und die Luftqualität verbesserte.
Allerdings gibt es immer noch wärmere Zonen um die Wärmequellen herum, was darauf hindeutet, dass die Anzahl der Abluftsysteme erhöht werden könnte.