Optimalisatie van het thermische comfort van de operatoren en van de energie-efficiëntie van de fabriek Verallia Cognac, in het kader van een overgang van een gasoven naar een elektrische oven.
De hoofddoel van het onderzoek is oplossingen in te voeren om het thermische comfort van de operatoren rond hun werkplek te optimaliseren, zowel in het koude einde als in het hete einde van de fabriek. Daaronder valt ook de optimalisatie van het energieverbruik dat met de klimaatbeheersing van de fabriek samenhangt. Er gaat bijzondere aandacht naar het ontwerp van specifieke luchtinlaten voor een vervanging van een gasoven door een elektrische oven.
Een tweede doel is de effecten van luchtstromen in de gevoelige proceszones te beperken, die een negatieve invloed op de productieverrichtingen kunnen hebben en terugkerende defecten kunnen veroorzaken.
De complexiteit van de thermische en stromingsfenomenen in de dimensionering is te wijten aan talrijke factoren, zoals de stralingstemperaturen van de wanden, het schoorsteeneffect, de winddruk, de interne weerstand tegen de verticale luchtstroming, de kenmerken van de openingen in de gebouwomhulling, het plaatselijke terrein of nog de bescherming tegen de wind. In die omgeving, waar het gebouw thermisch niet wordt geregeld, gebeurt de beheersing van de binnenomstandigheden hoofdzakelijk door de toevoer van verse lucht via natuurlijke trek naar de statische dakventilatoren en door mechanische ventilatie (afzuiging of inblazing).
De kern. EOLIOS optimaliseert het thermische comfort van de operatoren en de energie-efficiëntie van de glasfabriek Verallia Cognac, in het kader van de overgang van een gasoven naar een elektrische oven. Een audit op locatie (rookproeven, warmtebeeldcamera) en een 3D-CFD-model toonden dat het stilleggen van de gasoven de statische dakventilator omkeert tot luchtinlaat. Regeling van de lamellenroosters en compartimentering tussen heet en koud einde herstellen het comfort in de winter en verlagen de energiefactuur.
Om de luchtbewegingen te beoordelen, zijn rookproeven uitgevoerd om de luchtbanen zichtbaar te maken en eventuele zones van stagnatie of slechte ventilatie aan te wijzen die een slechte luchtkwaliteit in die zones kunnen veroorzaken.
De rookproef laat een niet-vervuilende traceerrook vrij om de werkelijke luchtbanen zichtbaar te maken. Zij legt de stagnatiezones en de parasitaire circulaties tussen de verschillende zones van de fabriek bloot, die met het oog niet waarneembaar zijn.
Daarnaast zijn er warmtebeeldcamera's gebruikt om de wandtemperaturen te visualiseren en om de zones met sterke warmtetoevoer of warmteverlies aan te wijzen. Die informatie is gebruikt om de thermische fenomenen te kwantificeren en de zones met hotspots en koude punten.
De luchtstromingsaudit maakte het mogelijk de zones aan het licht te brengen waar verbeteringen nodig zijn om de ventilatie, de temperatuur en de luchtkwaliteit in de fabriek te optimaliseren. Er zijn aanbevelingen geformuleerd om de vastgestelde problemen te verhelpen en en zo de arbeidsomstandigheden van de operatoren te verbeteren en de energie-efficiëntie van de installaties.
De klimaatgegevens van het weerstation van Cognac-Châteaubernard worden gebruikt om de buitenklimaatcondities vast te leggen die nodig zijn voor het onderzoek van de ventilatie van de fabriek.
De windsnelheid en de windrichting, en ook de gemiddelde minimumtemperatuur in de winter en de gemiddelde maximumtemperatuur in de zomer zijn opgenomen, en ook de meest extreme geregistreerde temperatuurpieken.
Die gegevens zijn essentieel om de werkelijke klimaatomstandigheden te bepalen en de strategieën voor ventilatie en koeling aan te passen om het comfort van de operatoren in de fabriek het hele jaar door te waarborgen.
De numerieke stromingsmechanica (of CFD) omvat het geheel van de numerieke methoden om de stromingen van fluïda in een gegeven omgeving te onderzoeken. Omdat de vergelijkingen die die stromingen beheersen niet analytisch kunnen worden opgelost, maakt de eindige-elementenmethode het mogelijk ze numeriek op te lossen.
In de bouwsector kan een CFD-onderzoek de ontwerpers nauwkeurige informatie geven over de luchtsnelheden, de drukken en de temperaturen die binnen en rond de onderzochte systemen zullen optreden. Dat soort onderzoek is met name bijzonder nuttig om het ontwerp te onderzoeken van systemen voor ventilatie en koeling in grote ruimtes. Zij maken het mogelijk het binnencomfort te optimaliseren door te controleren of de lucht in- en uitlaten een passende ventilatie van het volume waarborgen, wat een optimaal comfort voor de gebruikers verzekert. Die simulaties zijn essentieel om een doeltreffend ontwerp te waarborgen, wat zo bijdraagt aan een betere energie-efficiëntie en een groter welzijn van de gebruikers.
In het kader van het onderzoek is een 3D-model opgesteld op basis van de geleverde plannen en doorsneden, met de geometrie van de site en van haar omgeving binnen een straal van 300 meter. Voor dit onderzoek zijn de types wanden, de naar buiten open oppervlakken, de inblaaspunten, de afzuigingen en elk systeem dat calorieën in de ruimte afgeeft, aangewezen bij de audit, nauwkeurig gemodelleerd en meegenomen.
Een statische dakventilator (of lichtstraat in het dak) voert de warme lucht af door het schoorsteeneffect, zonder motor. Zijn werkingsrichting hangt van de trek af: bij stilstaande oven kan hij omkeren tot luchtinlaat. Zijn onderzoek hoort bij de dimensionering van de statische dakventilatoren.
Na controle van de nauwkeurigheid en van de efficiëntie van het simulatiemodel dat voor het CFD-onderzoek is gebruikt, door de eerste resultaten te vergelijken met de metingen die bij de audit op locatie zijn uitgevoerd, zijn simulaties uitgevoerd op de huidige configuratie van de fabriek in wintersituatie. Daaruit blijkt dat het stilleggen van de gasoven de schoorsteeneffect en de statische dakventilator gaat dus over in luchtinlaat en brengt de verse lucht en de verontreinigingen binnen, naast een verstoring van de luchtstromen in de fabriek.
Bovendien toonden onze onderzoeken ook dat de belangrijkste problemen inzake het thermische comfort van de operatoren in eerste instantie voortkwamen uit het gebrek aan regeling op de lamellenroosters, wat in de winter ongewenste luchtinlaten veroorzaakt. Een andere oorzaak van die problemen is de aanzienlijke opening tussen het hete einde en de koude einde, die belangrijke luchtverplaatsingen tussen het ene en het andere veroorzaakt, wat sterk de luchtstromen van de verwarmingssystemen van het koude einde verstoort en dode zones veroorzaakt, met als gevolg een zone van discomfort voor de operatoren.
Er is een nieuwe wintersimulatie uitgevoerd, met de toevoeging van oplossingen om de voortgang van de verse lucht die via de lamellenroosters binnenkomt te blokkeren en met een compartimentering waarmee het hete einde doeltreffender van het koude einde kan worden gescheiden. Die simulatie toont een duidelijke verbetering van de efficiëntie van de verwarmingssystemen in de zone waar de operatoren werken, dankzij de voorgestelde technische oplossingen.
In een glasfabriek duidt het hete einde op de oven en het vormen van het glas in smeltvorm; het koude einde op het gloeien, de controle en de verpakking. Het beheer van de luchtwisseling tussen die twee zones met tegengestelde thermische behoeften is een van de sleutelvraagstukken van het onderzoek.
Daarnaast maakte een andere simulatie het ook mogelijk te tonen dat met de inschakeling van de nieuwe elektrische oven, de schoorsteeneffect volstaat voor de goede werking van de statische dakventilator in luchtafvoer, waarmee de parasitaire luchtstroom verdwijnt die eerder in de werkzone werd opgewekt.
De klimaatgegevens van het weerstation van Duinkerke zijn van cruciaal belang om de buitenklimaatcondities vast te leggen die nodig zijn voor het onderzoek van de ventilatie van de fabriek. De verzamelde informatie omvat de windsnelheid en de windrichting, en ook de gemiddelde minimumtemperatuur in de winter en de gemiddelde maximumtemperatuur in de zomer.
Daarnaast worden de meest extreme geregistreerde temperatuurpieken ook meegenomen. Die gegevens spelen een cruciale rol bij de aanpassing van de ventilatie- en koelstrategieën om het optimale comfort van de operatoren van de fabriek te waarborgen gedurende het hele jaar.
Dat soort CFD-onderzoek van de thermische en stromingsaspecten van het gebouw maakt het mogelijk de energie-efficiëntie sterk te verbeteren door de energieverliezen tot een minimum te beperken en door het gebruik van de gegenereerde warmte te maximaliseren, wat de globale energieprestatie van het productieproces verbetert. Zo biedt de energieoptimalisatie van een gebouw van het type glasfabriek talrijke voordelen. Zij maakt het in de eerste plaats mogelijk de energiekosten te verlagen door de installaties, de verwarmingsprocessen en de warmtewisseling tussen het hete en het koude einde te optimaliseren, wat leidt tot besparingen op de energiefactuur voor de verwarming van het koude einde.
Daarnaast draagt de energieoptimalisatie bij aan de vermindering van de uitstoot van broeikasgassen door de energievraag te verlagen en de uitstoot van CO2 en andere verontreinigingen uit de verbranding van fossiele brandstoffen te beperken. Tot slot maakt de verbetering van de milieuduurzaamheid van de onderneming, dankzij maatregelen van energieoptimalisatie, het mogelijk te antwoorden op de verwachtingen van de opdrachtgevers en de belanghebbenden inzake duurzame praktijken, wat het imago van de onderneming versterkt. De energieoptimalisatie van een glasfabriek biedt dus aanzienlijke baten, zowel op economisch als op milieuvlak.
Onthoud dit. In een glasfabriek verschuift een ovenwissel alle stromingsevenwichten: het zijn de regeling van de lamellenroosters en de compartimentering tussen heet en koud einde, meer dan bijkomende verwarming, die het comfort van de operatoren herstellen en tegelijk het energieverbruik verlagen.
Natuurlijke ventilatie, overgang gasoven/elektrische oven en thermisch comfort in een glasfabriek.
Omdat het gebouw thermisch niet wordt geregeld, verzorgt de natuurlijke ventilatie door trek naar de dakventilatoren het grootste deel van de luchtverversing, aangevuld met mechanische ventilatie daar waar de trek alleen niet volstaat. Een verwante aanpak is gevolgd in ons project natuurlijke ventilatie van een staalfabriek.
Een gasoven geeft veel warmte af en houdt een sterke natuurlijke trek in stand. Bij stilstand keert de statische dakventilator om tot luchtinlaat en brengt hij verse lucht en verontreinigingen binnen. De elektrische oven herstelt een voldoende trek zodat de dakventilator weer in afvoer gaat.
Het hete einde omvat de oven en het vormen van het glas in smeltvorm; het koude einde het gloeien, de controle en de verpakking. Een te ruime opening tussen beide veroorzaakt luchtverplaatsingen die de verwarming van het koude einde verstoren.
Het onderzoek beveelt aan de lamellenroosters te regelen om ongewenste luchtinlaten in de winter te blokkeren en het hete en het koude einde te compartimenteren, wat de efficiëntie van de verwarmingssystemen in de werkzone duidelijk verbetert.
Door de warmteverliezen van het koude einde te beperken en de al geproduceerde warmte te benutten, vermindert de geoptimaliseerde ventilatie het gebruik van bijkomende verwarming, en dus het energieverbruik en de bijbehorende CO2-uitstoot.
Verken onze expertise, projecten en technische dossiers om verder te komen dan deze vragenlijst.
Het onderzoek wil het thermische comfort van de operatoren verbeteren en tegelijk de energie-efficiëntie versterken. De overgang van een gasoven naar een elektrische oven is gepland om de thermische omstandigheden te optimaliseren. Erop toezien de luchtstromen in de gevoelige zones te beperken is een aanvullend doel om verstoringen van de productie te vermijden. De volledige complexiteit van de thermische en stromingsfenomenen wordt onderzocht, met inachtneming van elementen zoals de wandtemperaturen, de schoorsteeneffect en de winddruk. In die thermisch niet-geregelde context zijn de toevoer van verse lucht via de dakventilatoren en de mechanische ventilatie sleutelstrategieën om de omgeving te regelen.
CFD-expertise, opgeleverde projecten en technische dossiers: het hele vakgebied industrie op één plek.
Het eenvoudigst is om er samen over te praten. Onze ingenieurs antwoorden met een eerste technische analyse.
