EOLIOS heeft met CFD-simulatie het ontwerp van de thermische regeling van een fabriek in Canada geverifieerd en verbeterd; het innovatieve procedé combineert er meerdere hogetemperatuurovens.
Het doel van deze studie is het ontwerp van de thermische regeling van een fabriek in Canada te verifiëren en te verbeteren met behulp van numerieke CFD-modellering. Het komt erop aan de bijzondere thermo-aeraulische fenomenen te begrijpen en te beheersen die de opeenvolgende fabricagestappen van een innovatief procedé met hogetemperatuurovens.
veroorzaken. De studie rust op vier assen: de optimalisatie van de verdeling van de buitenlucht, het begrip van de temperatuurverdeling per seizoen, de de beoordeling van het thermisch comfort van de operatoren en de de studie van de afvoer van verontreiniging, alles toegespitst op de productiehal.
De simulaties zijn uitgevoerd met de methode CFD (Computational Fluid Dynamics), waarmee het mogelijk is de beweging van fluïda zoals lucht te analyseren en te voorspellen. Die virtuele aanpak maakt het mogelijk de thermo-aeraulische fenomenen in de fabriek te simuleren waarbij de interacties tussen de verschillende oppervlakken, de warmtebronnen en de luchtstromen worden meegenomen. Dankzij CFD wordt het mogelijk de stromingen en de temperaturen in detail te visualiseren en te analyseren, voor een beter begrip van de processen en een optimalisatie van de prestaties en de veiligheid van de installaties.
De geometrische modellering is een sleutelstap: ze geeft de geometrie van het gebouw getrouw weer en legt de randvoorwaarden vast (wanden, openingen naar buiten, interne warmtelasten), terwijl het model wordt vereenvoudigd om de interpretatie van de resultaten te vergemakkelijken. Voor het 3D-model van de fabriek zijn alle luchtvolumes en alle wanden die in contact staan met de buitenlucht overgenomen, net als de omliggende ruimtes — om rekening te houden met de warmteoverdracht tussen de ruimtes en met de koudebruggen die met de materialen samenhangen.
De productielijn en haar procedés zijn gemodelleerd — met name de ovens — net als de luchtverdeelsystemen van de klimatisering van de hal (toevoer- en afvoerventilatoren aan het plafond). Drie lamellenroosters hoog in de westgevel, over de volledige muurhoogte gekanaliseerd, laten de buitenlucht via het onderste deel binnen. De temperaturen, vermogens en debieten van de machines zijn ingevoerd; omdat het ventilatiesysteem afhangt van de buitenomstandigheden (van −23 °C in de winter tot 32 °C in de zomer), is de studie op die twee seizoenen gericht.
De eerste simulaties zijn uitgevoerd voor een zomerbedrijf — het meest kritieke geval door de hoge temperaturen — met alle warmtebronnen op hun maximumtemperatuur, een buitentemperatuur van 32 °C en met de zonnewarmte meegerekend.
De simulatie toont aan dat de temperaturen globaal correct zijn en dat het HVAC-systeem behoorlijk goed gedimensioneerd is: de luchtbeweging van de nozzles zorgt voor een circulatie van ongeveer 0,5 m/s in de hele ruimte, ook tussen de productielijnen, wat homogene temperaturen oplevert. De omgevingstemperaturen variëren van 36 °C tot 42 °C naargelang de hoogte (een delta van ongeveer 10 °C met de ingeblazen lucht). Daarentegen slaagt onder het dak een deel van de warme lucht er niet in te worden afgevoerd en kan de temperatuur 50 °C bereiken: de nozzles in het noordelijke deel liggen in de as van de afzuigkappen, wat een bypass veroorzaakt; in het midden worden de afzuigkappen, te dicht bij de ovens, in hun aanzuiging gestoord en zijn hun oppervlakken te klein voor de omvang van de thermische pluimen.
Na deze eerste simulatie heeft EOLIOS aanbevolen om de inblaaskanalen van de noordmuur te verplaatsen om in strategischer richtingen in te blazen en de plaatselijke aanzuiging van de afzuigkappen niet te storen, en om de nozzles op de laatste 2 meter te verwijderen van de kanalen (de koude lucht die op die hoogte wordt ingeblazen, wordt meteen door de afzuigingen opgenomen, wat een bypass vormt die niets bijdraagt aan de koeling van de onderste zone).
De teams hebben ook de aanzuigoppervlakken van de afzuigkappen herzien — om de ruimtes tussen twee kappen weg te werken — en, waar mogelijk, de uitgang van de ovens en de kappen afgeschermd (met name in het noorden en het zuiden). Die afscherming hoeft niet volkomen luchtdicht te zijn: het gaat erom de thermische pluimen te geleiden die uit de ovens komen.
De compartimentering voorkomt dat de warmte die aan de uiteinden van de lijn vrijkomt zich in de omgeving verspreidt; de verplaatsing van de kanalen naar het noorden en de verlaging van de hoogte van de nozzles verdelen de koele lucht beter over de belangrijke zones; de vergroting van de aanzuigoppervlakken in het midden vangt de pluimen van de hoofdovens beter op. Resultaat: omgevingstemperaturen van 35 °C tot 40 °C ter hoogte van de lijnen, 41 °C tot 45 °C onder het dak (pieken tot 50 °C in het midden) — dat is ongeveer 2 °C minder dan met het bestaande ontwerp op elk punt weer te geven.
In winteromstandigheden is de buitentemperatuur het laagst en zijn de interne warmtelasten op hun minimum genomen. Ondanks de stilstand van de twee inblaassystemen blijft de lucht op elk punt in beweging — geen problematische dode zone. De temperaturen variëren van 15 °C op de vloer tot 20 °C op de bovenste verdieping van de lijn, en van 20 °C tot 25 °C onder het dak (pieken van ~30 °C in het centrale en noordelijke deel, door het lagere afzuigdebiet van de kappen in de winter).
Toch worden er zeer lage temperaturen bereikt ter hoogte van de jaloezieën: één ervan blaast lucht in met een temperatuur onder 0 °C, wat de ruimte sterk afkoelt en hinder oplevert voor de operatoren in de buurt. Wij hebben aangeraden om die jaloezie bij strenge koude te sluiten. Voor het overige is de thermische regeling in de winter goed afgestemd: een homogene temperatuur en inblaaslucht die alle belangrijke zones bereikt.
Er is een studie van de verspreiding van verontreiniging uitgevoerd voor de zomersituatie. Ze toont aan dat de afzuigkappen boven de zuurbaden aan het begin van de lijn alle emissies afvangen, terwijl een deel van de emissies van de voor- en nawasbaden minder goed wordt afgevoerd en onder het dak dreigt te blijven hangen, in de zone met lage snelheid onder de ventilatoren van het noordelijke deel.
Een derde scenario, met de sluiting van een mechanische lamel die als contraproductief werd beschouwd, toonde aan dat die sluiting de stratificatie van de warme lucht bevordert, wat het schoorsteeneffect en de afvoer van de met warmte beladen lucht verbetert. Dat bevestigt hoe belangrijk de juiste plaatsing van de afzuigingen en de verluchtingsopeningen is: de aanbevelingen sporen aan om gerichte verluchters toe te voegen en bepaalde openingen te sluiten om de stratificatie te optimaliseren.
Expertise: industriële ventilatie, warmteafvang & luchtkwaliteit
De studie behandelt de thermische regeling van een fabriek met hogetemperatuurprocessen, geverifieerd en geoptimaliseerd met CFD-simulatie. Opgebouwd rond vier assen — verdeling van de buitenlucht, temperatuurverdeling per seizoen, comfort van de operatoren en afvoer van verontreiniging — bracht ze EOLIOS tot een nieuwe configuratie (afzuigkappen, inblaaskanalen en nozzles) die zorgt voor een betere warmteafvoer in de zomer en een betere verdeling van de koele lucht over de belangrijke zones.
Het eenvoudigst is om er samen over te praten. Onze ingenieurs antwoorden met een eerste technische analyse.
