В современном мире инженеры и архитекторы все чаще прибегают к инженерному анализу, чтобы при проектировании мест общественного пользования достичь нужных показателей в области безопасности, энергоэффективности и экологичности и соблюсти сроки проекта.

Программное обеспечение для моделирования используется при создании виртуального прототипа и расчете характеристик отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК) здания или пространства. Такой подход к виртуальному проектированию здания стимулирует:

• Быстрое исследование альтернативных решений;
• Более глубокое понимание элементов конструкций, которые могут повысить производительность;
• Поиск инновационного технического решения.

Моделирование систем ОВК стало особенно важным за последний год, поскольку глобальная пандемия затронула людей и компании по всему миру.

По мере распространения COVID-19 ужесточались мероприятия по сдерживанию инфекции. Как известно, коронавирус передается тремя путями:

• Частицами в воздухе;
• Капельками от кашля или чихания;
• Прикосновением к поверхности, инфицированной частицами.

Для того, чтобы мы могли вернуться к повседневным делам, в местах общего пользования необходимо учитывать различные стратегии по снижению распространения заболеваний, передаваемых воздушно-капельным путем.

Ansys предлагает различные решения, такие как Ansys Discovery и Ansys Fluent, для решения задач ОВК, в зависимости от уровня точности, необходимого для соблюдения руководств по проектированию и стандартов ОВК.

Решения Ansys для моделирования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: предварительные исследования в области проектирования

Ansys Discovery можно использовать для тестирования множества различных конструкторских и инженерных решений, прежде чем достичь окончательного, оптимизированного варианта конструкции или создать физические прототипы. У Discovery есть три ключевые возможности:

• Подготовка геометрии;
• Исследование конструкции;
• Проверка конструкции.

Подготовка геометрии в Ansys Discovery позволяет быстро создать модель для расчетов или варианты конструкции для изучения. Одним щелчком мыши можно перейти к исследованию конструкции и быстро изучить несколько концепций с помощью интерактивного моделирования в реальном времени. После сокращения количества вариантов концепций дизайна можно перейти в режим уточнения для проверки дизайна.

Все границы, материалы и прочие условия, которые были назначены в режиме исследования, сохраняются и переносятся. Сетка будет автоматически сгенерирована и позволит доработать всю сетку или даже добавить локальное уточнение для интересующих областей. Когда вы будете готовы принять решение, в режиме уточнения будет использоваться Ansys Fluent для получения более точных результатов.

Когда для моделирования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха требуются дополнительные возможности, перенос файла расчета во Fluent осуществляется одним щелчком мыши. На ленте есть кнопка передачи, которая отправляет модель, сетку и условия непосредственно во Fluent для дальнейшей верификации и оптимизации.

Верификация и оптимизация конструкции

Fluent может выполнять моделирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования с высокой точностью для всей системы и компонентов. Это снижает необходимость внесения изменений в конструкцию в полевых условиях. Независимо от моделируемого внутреннего пространства, передовые функции Fluent помогут вам оптимизировать следующие условия:

• Поведение потока;
• Застойные области;
• Расположение элементов вентиляции;
• Снижение распространения патогенов.

В примерах ниже показано, как Fluent использовался для оценки альтернативных вариантов конструкции системы ОВК и оптимизации вентиляции помещения с отрицательным давлением для сдерживания патогенов в одной комнате с инфицированным пациентом.

В помещении с отрицательным давлением поддерживается более низкое давление, чем в соседних помещениях. Это достигается за счет использования системы вентиляции, которая выпускает больше воздуха, чем подается в помещение. Разница в расходах компенсируется комбинацией запланированных и/или незапланированных утечек в зависимости от герметичности помещения.

Улавливание патогенов внутри изоляционного блока

Хотя персонал в помещениях с отрицательным давлением носит средства индивидуальной защиты (СИЗ), необходимо спроектировать систему вентиляции так, чтобы минимизировать степень смешивания и циркуляции патогенов от пациента. Чтобы определить, какая конструкция лучше всего улавливает патогены пациента через вытяжку, были рассмотрены три варианта конструкции с различным расположением приточных отверстий.

• Приточное отверстие над дверью;
• Приточное отверстие на уровне кровати;
• Приточное отверстие над дверью и на уровне кровати.

Кратность воздухообмена равнялась 12, что соответствовало рекомендациям и стандартам. Результаты, полученные во Fluent, показывают, что расположение приточного отверстия на одной линии с кроватью создает эффективное вытеснение загрязняющих веществ пациента в вытяжную систему.

Проектирование помещения с отрицательным давлением

Fluent также можно использовать для оценки общего дизайна помещения с отрицательным давлением, чтобы показать средний возраст воздуха – показатель свежести воздуха, который может быть связан с эффективностью вентиляции. Он также может использоваться для определения застойных областей или областей рециркуляции воздуха в вентилируемом помещении.

Были изучены два расчетных случая с одинаковыми размерами помещения и условиями, чтобы найти оптимальную ориентацию жалюзи и характеристики воздушного потока. В первом случае жалюзи направляли воздух прямо вниз, а во втором случае – к кровати пациента.

Результаты показывают, что первый вариант является более предпочтительным. Два рисунка ниже показывают линии движения потока и объемную визуализацию, где красным обозначены области с более высоким временем пребывания патогенов в воздухе.

Fluent использовался во множестве других расчетов ОВК, чтобы помочь проанализировать миграцию патогенов, включая рестораны, розничные магазины, офисные здания и кабины самолетов.

Вы можете узнать больше о моделировании безопасных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на наших онлайн-курсах по Ansys Fluent (https://elearning.digitaltwin.ru/service-on-demand/). Напишите нам через форму обратной связи, и мы обязательно подберем курс, который подходит именно вам!

Оригинал статьи: https://www.ansys.com/blog/how-hvac-simulation-can-improve-safety