3D-CFD-Strömungsberechnungen für Klimatisierung und Reinraum

Die Klimatisierung beschäftigt sich mit der Optimierung des klimatischen Komforts unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs. Die gesamte HLK-Anlage (Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen) muss konzipiert werden, um Luftzüge zu vermeiden, die Feuchtigkeit zu regulieren und die Effekte unerträglicher Hitze aufgrund von Sonneneinstrahlung zu vermeiden.

3D-CFD Strömungsberechnung

Die Klimatisierung oder die Dekontaminierung eines Raums oder eines Gebäudes sind wichtig genug, um schon am Anfang des Projekts dimensioniert zu werden. Es ist notwendig, Computersimulationen mit der Methode der Computational Fluid Dynamics zu machen; diese ermöglichen Aussagen über die Strömungsverhältnisse im ganzen Raum und liefern Erkenntnisse über die Kühlstromverteilung, das Druckgefälle und die Verbreitung der Verunreinigung. Die Ergebnisse veranschaulichen die Optimierungspotenziale. Um das optimale Design zu finden sind zusätzliche einzelne Berechnungen oder Parametervariationen mit CFD notwendig.
Die häufigsten Gründe für eine ungenaue Berechnung sind undichte Stellenim Raum sowie Bau- oder Betriebsabweichungen zwischen dem geplanten und dem gebauten Reinraum.

Freie Konvektion aufgrund von Wärmeverlusten

Elektrische Geräte haben Wärmeverlusten. Die erhöhten Temperaturen bewirken Dichteänderungen der Luft, welche eine sehr langsame Strömung bewirkt. Der Wärmetransport zwischen den Soliden und der Luft wird freie Konvektion genannt. Wir haben die Reinraum-Belüftung eines Mikroskopes mit 1700 kW Verlust ausgeschaltet; die berechnete Strömung um das Mikroskop beträgt 0,4 m/s und fließt nach oben. Die Geschwindigkeiten um das Mikroskop sollten 0,1 m/s nicht überschreiten. Die freie Konvektion behindert die laminare Strömung. Beide Strömungen sollten mit CFD gleichzeitig berechnet werden.

Ingenieurbüro für strömungsmechanische Optimierung

Wir sind ein Ingenieurbüro aus Berlin spezialisiert auf strömungsmechanische und thermische Optimierung mit Hilfe von 3D-CFD Strömungsberechnungen; im Bereich der Klimatisierung setzen wir die kommerzielle Software für kartesisches Gitter FloEFD für Solid Edge oder Solidworks Flow Simulation ein. Wir bieten eine kurze Analyse der Akustik, zwecks Vergleichs des Schalldruckpegels mit dem zulässigen Wert im betreffenden Raum.

Weniger Kontaminierung mit Reinräumen

Zur Vermeidung von Infektionen, mikrobiologischer oder bakterieller Kontaminierung und Umweltverschmutzung muss ein Reinraum eingerichtet werden. Die bewährte Methode ist Frischluft von der Decke zu blasen und am Boden oder in den unteren Bereichen der Wände abzusaugen. Diese Methode sollte immer bevorzugt werden, falls die Architektur zulässt. Die Simulation ermöglicht es, diesen sensiblen Bereich vor Verunreinigungen zu schützen oder / und die im Raum produzierten Verunreinigungen nach aussen abzuführen. Als letzter Schutz können Barrieren gegen die Kontaminierung um den Reinraumbereich errichtet werden.  

Der Luftdruck im Reinraum muss auf einen bestimmten Wert, zum Beispiel minus 50 Pa, gehalten werden. Dafür sind Regulierungsklappen erforderlich; diese müssen im Winter und im Sommer unterschiedlich geschlossen werden. Eine turbulente Strömung verursacht eine grössere Verbreitung als eine laminare Strömung. Beide Strömungsarten lassen sich gut mit CFD berechnen. Für die Operationssäle von Krankenhäusern wird immer einen laminaren Block mit Strömungsgeschwindigkeiten über dem Bett von 0,3 – 0,5 m/s eingesetzt. Nur CFD-Berechnungen erlauben die Einhaltung der Kontaminationsklassen schon vor dem Bau des Reinraums.

Visualisierung einer turbulenten Strömung

Lärmreduktion

Quelle des größten Schalldruckpegels ist in der Regel der Lüfter. Die Schalldruckschwankungen werden mit dem Luftstrom über die Luftkanäle transportiert und treten durch die Zuluftgitter in die Räume ein. An den Zuluftgittern entstehen Verwirbelungen, die Zusatzgeräusche generieren und dadurch eine Pegelvergrößerung verursachen. Der Lüfter-Quellpegel wird in der Regel vom Hersteller messtechnisch ermittelt. Normalerweise sind Angaben des mittleren Schalldruckpegels auf einem so genannten 1m-Abstandsgitter und/oder die Schall-Leistung üblich. Stellt sich beim Nachrechnen der Belüftungsanlage heraus, dass die zulässigen Grenzpegel in den Räumen überschritten werden, dann lassen sich in den meisten Fällen an geeigneter Stelle Schalldämpfer installieren. Die Auswahl eines Schalldämpfers basiert auf Messungen, Datenblättern und auf Erfahrung.

 
Geschwindigkeitsvektoren in einem OP Saal