Численная модель вентиляции для производственного цеха
Предварительные расчёты вентиляции с применением CFD‑моделирования критически важны для обеспечения безопасных и комфортных условий труда, эффективного удаления загрязнений, оптимизации энергозатрат и соблюдения нормативных требований. Анализ распределения воздушных потоков, температуры и концентрации вредных веществ позволяет выявлять проблемные зоны и разрабатывать решения для улучшения микроклимата в производственных помещениях.
В 2019 году компания «Нова‑Инжиниринг» реализовала инжиниринговый проект для крупной компании из ОАЭ: целью было выполнить компьютерное моделирование вентиляции в цеховых помещениях до начала строительства новой площадки. Основные задачи — улучшить экологичность и безопасность производства, снизить энергопотери, обеспечить нормативное качество воздуха в рабочих зонах. На этапе проектирования были проанализированы различные варианты компоновки вентиляционных и фильтрующих систем, а также конструкции пола — все эти факторы напрямую влияют на аэродинамику и безопасность рабочих мест.
ЗАДАЧА
- рассчитать воздушные потоки в цехе, выявить зоны с максимальными и минимальными скоростями воздуха;
- смоделировать отвод газов, загрязнённого воздуха и взвесей в систему вентиляции;
- проанализировать влияние расположения фильтров на концентрацию вредных веществ в рабочей зоне и определить оптимальную схему их размещения;
- оценить, как разные варианты конструкции пола влияют на аэродинамические потоки и безопасность рабочих зон;
- исследовать несколько альтернативных компоновок газоотводящих и фильтрующих систем для выбора наиболее эффективного решения;
- обеспечить соответствие проектных решений нормативным требованиям по качеству воздуха и безопасности труда;
- выдать обоснованные рекомендации по оптимальной конфигурации вентиляционной системы до начала строительства.
РЕШЕНИЕ
- выполнено CFD‑моделирование газодинамических процессов в цеховых помещениях — рассчитаны поля скоростей, давлений, температур и концентраций загрязняющих веществ;
- исследованы зоны максимальных и минимальных скоростей воздуха для выявления застойных участков и потенциально опасных сквозняков;
- смоделирован процесс отвода газов, загрязнённого воздуха и взвешенных частиц в систему вентиляции, оценена эффективность вытяжных устройств в разных конфигурациях;
- проведён анализ влияния расположения фильтров на концентрацию вредных веществ: подбор оптимальной схемы позволил снизить её на 20 %;
- оценены два варианта конструкции пола в рабочем помещении — учтено их воздействие на формирование аэродинамических потоков и распределение загрязнений;
- в общей сложности проанализировано 8 вариантов расположения газоотводящих и фильтрующих систем и 2 варианта конструкции пола;
- для каждого варианта выполнены расчёты и сравнительный анализ по критериям: эффективность удаления загрязнений, равномерность воздухораспределения, энергозатраты, безопасность рабочих зон.
РЕЗУЛЬТАТЫ
- получены детальные карты распределения воздушных потоков, скоростей и концентраций вредных веществ — это позволило выявить проблемные зоны ещё на этапе проектирования;
- за счёт оптимального расположения фильтров удалось снизить концентрацию вредных веществ в рабочей зоне на 20 % по сравнению с базовыми схемами;
- определены наиболее эффективные варианты компоновки газоотводящих и фильтрующих систем — выбран оптимальный из 8 рассмотренных вариантов;
- оценено влияние конструкции пола на аэродинамику помещения — выбран вариант, обеспечивающий безопасные и комфортные условия в рабочих зонах;
- выданы практические рекомендации по конфигурации вентиляционной системы, позволяющие минимизировать энергопотери и обеспечить нормативное качество воздуха;
- проект позволил избежать дорогостоящих корректировок на стадии строительства и эксплуатации за счёт раннего выявления и устранения потенциальных проблем;
- подтверждена эффективность CFD‑подхода для проектирования вентиляции промышленных объектов: моделирование даёт возможность количественно оценить влияние каждого элемента системы на микроклимат и безопасность;
- результаты могут быть использованы для масштабирования методологии на другие производственные площадки и типы помещений.
