Verbesserung des thermischen Komforts – Stahlwerk
In wenigen Worten
EOLIOS führte ein thermo-lufttechnisches Audit am Standort Höganäs Belgium durch.
Verbesserung des thermischen Komforts - Stahlwerk
Jahr
2023
Kunde
Höganäs Belgium
Lokalisierung
Ath - Belgien
Typologie
Stahlwerk
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Beschreibung des Projekts
EOLIOS führte ein thermo-lufttechnisches Audit am Standort 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 und die Wärmeableitung zu verbessern, mit besonderem Schwerpunkt auf der Schmelzhalle, in der sich die beiden Öfen befinden. Ziel dieser Initiative war es, den Komfort der Bediener während des gesamten Produktionsprozesses zu erhöhen. Die zentrale Herausforderung des Projekts bestand darin, die spezifischen thermo-lufttechnischen Phänomene zu beherrschen, die mit den verschiedenen Herstellungsschritten bei extrem hohen Temperaturen verbunden sind.
Prüfung auf der Website durchgeführt
Lokalisierung von Lufteintrittspunkten.
Bei diesem Audit werden die Belüftung und die Öffnungen untersucht, um erste Verbesserungsmöglichkeiten zu ermitteln.
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 in der Fabrik fungieren als Lufteinlässe und verursachen, wenn sie geöffnet sind, ein erhebliches Eindringen von Frischluft, was im Winter zu Unbehagen führen kann.
Lufteinlässe gibt es auch im oberen Stockwerk des Gebäudes. Um den Komfort der Techniker, die in der Nähe der Öfen arbeiten, zu erhöhen, wurden im ersten Stock mehrere Ventilatoren installiert.
Öfen erzeugen eine große Menge an Wärme, die zum Dach hin aufsteigt. Um die Temperatur in der Etage des Gebäudes zu senken, werden Ventilatoren auf dem Dach angebracht, die die Wärme leichter nach außen leiten.
Das Dach ist mit verschiedenen Vorrichtungen zur natürlichen Luftabsaugung ausgestattet.
Lokalisierung von Lufteintrittspunkten.
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 von Ventilatoren wird die warme Luft nach unten geklappt, was eine Homogenisierung der Temperatur bewirkt, obwohl es in den unteren Bereichen zu einem Anstieg der Wärme kommt. Ventilatoren in der Nähe von Öfen erzeugen Luftbewegungen, fördern aber keine bessere Wärmeabfuhr. In einigen Bereichen kommt es zu einer Biflow-Strömung, bei der warme Luft zu den Abluftschleifen aufsteigt und kältere Luft zu den Öfen strömt. Es kommt auch zu thermischen Schichtungsphänomenen, die Zonen mit warmer und kalter Luft voneinander trennen.
Studie Wärmebildkamera des Standorts
In diesem Abschnitt sollen die Hauptquellen thermischer Phänomene und die Bereiche mit mehr oder weniger Wärmedichte hervorgehoben werden. Analysen mit der Wärmebildkamera dienen dazu, eine Darstellung der heißen und kalten Bereiche zu erstellen, um numerische Studien zu unterstützen.
CFD-Simulationen
Beschreibung des Projekts
Die numerische Strömungsmechanik (NFM), oder auf Englisch 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 Bauräume. Bei dieser Methode werden partielle Differentialgleichungen verwendet, um die Phänomene numerisch zu lösen, wobei Randbedingungen wie die lufttechnischen Effekte des Gebäudes, interne Wärmegewinne und Klimaanlagen berücksichtigt werden. CFD-Simulationen sind entscheidend, um die Belüftung und Klimatisierung großer Räume zu optimieren und so 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) sowie die Eigenschaften der nach außen exponierten Oberflächen (Strömungsrichtung, Geschwindigkeit, Druck, Temperatur, Oberflächenkoeffizienten) definiert werden. Bei der Festlegung dieser Bedingungen ist es entscheidend, die Stabilität der Berechnung zu gewährleisten, da die Lösung der Gleichungen iterativ erfolgt, um sich der Lösung anzunähern.
Der Solver des verwendeten Codes löst die Gleichungen an jedem Knoten des Netzes näherungsweise auf und beachtet dabei die Grundprinzipien der Physik (Erhaltung von Masse und Energie). 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 eingesetzt. Bei thermoaeraulischen Studien werden die Auswirkungen des Strahlungsaustauschs zwischen den Wänden, der Wärmeleitung, des Wärmezugs und der 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. Ziel ist es, eine genaue Darstellung der komplexen Luftbewegungen zu erhalten, die für diese Räume typisch sind.
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. Ziel ist es, eine genaue Darstellung der komplexen Luftbewegungen zu erhalten, die für diese Räume typisch sind.
Ergebnisse der Simulation
Die Studien wurden durchgeführt, um die am Standort vorhandenen thermischen Phänomene zu analysieren. Es wurden zwei verschiedene Szenarien verwendet: ein Basisszenario, das den Bedingungen des Audits ähnelt, und ein Szenario zur Optimierung des Kalorienentzugs. Die Prüfung des Standorts ergab, dass es im Erdgeschoss keinen Wärmeanstieg gibt, anders als im ersten Stock, wo die von den Öfen abgegebene Wärme die Umgebungsluft und das Dach erwärmt. Die Temperatur auf dem Dach kann bis zu 50 °C betragen und wird nicht durch Sonneneinstrahlung, sondern durch die Öfen und das Vorwärmen der Formen verursacht. Es gibt auch einen Mangel an Abluft unter dem Dach, sodass die mit Wärme beladene Luft gefangen bleibt. Es wurde eine Studie durchgeführt, um die Dicke der Isolierung zu dimensionieren. Das erste Szenario, das dem Audit ähnlich war, bestätigte die dort gemachten Beobachtungen, insbesondere in Bezug auf die Temperaturverteilung.
