Моделирование нагрузок на Дебаркадер

Моделирование нагрузок на Дебаркадер от проезжающих железнодорожных составов

В процессе проектирования Дебаркадера инженеры столкнулись с необычной задачей. Возникла необходимость оценить величину нагрузок на конструкции от потоков воздуха создаваемых проезжающими на большой скорости железнодорожными составами.

Для решения этой задачи использовался относительно не дорогой и быстрый метод численного моделирования.

В рамках моделирования была построена модель самой конструкции Дебаркадера, а также проезжающих железнодорожных составов. В программном продукте для CFD моделирования построена расчетная сетка и задан перечень необходимых параметров.

В результате были получены динамически изменяющиеся нагрузки на конструкции Дебаркадера, которые в дальнейшем использовались при расчете конструкции на прочность.

Аэродинамический расчет вентиляционных коробов

Аэродинамический расчет вентиляционных коробов системы вентиляции автоматизированного телевизионного производственного комплекса

С учетом участившихся в последние годы в Москве ураганов требовалось уточнить ветровую нагрузку на наружную сеть воздуховодов, расположенных на кровле здания с учётом существующей вокруг застройки. Расчет показал существенное (почти в 2 раза) превышение расчетной нагрузки для наиболее ураганоопасного направления ветра, вызванное близкорасположенным высотным зданием.

Ветровые нагрузки на отражатель

Аэродинамический расчёт радиолокационного отражателя. Определение средних ветровых нагрузок

По своему виду радиолокационный отражатель представляет собой сложную неразъемную конструкцию из стальных листов различной формы, расположенную на опоре. поэтому учесть ветровую нагрузку на нее стандартными методами невозмжно.

CFD ЦОД: камера смешения

Моделирование воздушных потоков ЦОД: камера смешения

Одно из решений по охлаждению ЦОД – использование в холодный и переходные периоды года потенциала наружного воздуха для подачи непосредственно в машинный зал или на рекуператор. В этом случае для получения требуемых температур воздуха применяют камеры смешения.

Методами моделирования воздушных потоков для ЦОД (CFD ЦОД) была рассмотрена задача смешения рециркуляционного и наружного воздуха в камере смешения.

Проектным решением предполагалось, что рециркуляционный «горячий» воздух, попадет в камеру смешения, перемешается с поступающим туда холодным наружным воздухом и далее поступает в объем ЦОД.

Однако проведенное моделирование воздушных потоков ЦОД показало, что температура воздуха на выходе из камеры смешения кардинально отличается от рассчитываемой при проектировании по алгебраической формуле. Более того, температура смешения имела отрицательные значения!

Как показало CFD ЦОД, отрицательные температуры на выходе из камеры смешения получились вследствие того, что теплый воздух вместо того, чтобы развернуться на рециркуляцию, практически весь уходил на улицу. Соответственно, чтобы сохранить общий расход, на вентиляторы поступал большой объем уличного воздуха с отрицательной температурой.

Хорошо, что это было обнаружено на этапе проектирования, а не строительства. В итоговом решении были добавлены перегородки внутри камеры смешения. Проведение моделирования воздушных потоков ЦОД для модифицированной геометрии камеры смешения показало, что предложенное конструктивное изменение камеры привело к хорошему смешению рециркуляционного и наружного воздуха, в результате в объем ЦОД стал поступать воздух с равномерной заданной проектом положительной температурой.

Таким образом, проведенное CFD ЦОД работы камеры смешения позволило вовремя увидеть недостатки ее функционирования, своевременно внести изменения в ее конструкцию.

CFD ЦОД CFD ЦОД
CFD ЦОД CFD ЦОД
Моделирование воздушных потоков ЦОД Моделирование воздушных потоков ЦОД

Расчет энергоэффективности здания Кафе в Сколково

Расчет энергоэффективности здания Кафе в Сколково для зеленой сертификации LEED

Для всех объектов на территории инновационного центра Сколково проводится энергоэффективное проектирование. В рамках энергоэффективного проектирования проводится расчет энергоэффективности здания для зеленой сертификации LEED. В процессе проектирования здания Кафе был проведен расчет эксплуатационных расходов. Был применен ряд мероприятий, позволивших добиться снижения эксплуатационных расходов.

Общая площадь моделируемого объекта составляет примерно 1 000 м2.
Режим работы: 7 дней в неделю с 10 до 21 часа.
Расчет эксплуатационных расходов показал годовую стоимость энергоресурсов проектного варианта равную $47 000

Расчет энергоэффективности здания проводился в рамках зеленой сертификации по международной системе LEED CS 2009.

Особенностью архитектуры рассматриваемого объекта была его необычная форма, включающая навесную кровлю сложной геометрии.

В проекте был применен ряд решений для снижения эксплуатационных расходов:
1. Улучшены тепловые характеристики ограждающих конструкций.
2. Выбран тип окна с низким коэффициентом пропускания солнечной радиации SHGC=0.25.
3. Предусмотрена рекуперация тепла с эффективностью50%.
4. Установлены энергоэффективные светильники.
5Установлена энергетически эффективная система холодоснабжения.

Расчет энергоэффективности здания показал эффективность по энергии 35%, стоимостную эффективность 24%. Кафе претендует на получение 9 баллов по зеленой сертификации LEED раздел EAc1.

Расчет энергоэффективности здания проводился при помощи методов энергетического моделирования.

Это стандартная практика энергоэффективного проектирования. Для моделирования применялся лицензионный пакетIES Virtual Environment Pro 2015компании Integrated Environmental Solutions Ltd. В программу вводились архитектурные и инженерные решения, а также функциональные особенности и географическое положение объекта.

Расчет эксплуатационных расходов выявил, что основные затраты идут на работу кухонного оборудования, на втором месте прочее технологическое оборудование кафе.

Снижение эксплуатационных расходов на энергоресурсы составляет ≈$15 000 в год по сравнению с базовым вариантом.

Достигнута экономия на работе вентиляции по сравнению с базовым вариантом. Получена благодаря использованию систем с подачей минимального нормируемого количества наружного воздуха, применения радиаторного отопления и выбора вентиляторов с низким SFP.

Снижение эксплуатационных расходов на охлаждение достигается за счет использования энергоэффективных стеклопакетов, применением эффективной холодильной машины и особенностями затенения светопрозрачных ограждений архитектурными конструкциями здания.

Снижение эксплуатационных расходов на отоплении достигнута благодаря улучшенным ограждающим конструкциям и использованию эффективных рекуператоров в системах вентиляции.

Расчет энергоэффективности здания Кафе Сколково Расчет энергоэффективности здания Кафе Сколково
Снижение эксплуатационных расходов Кафе Сколково Снижение эксплуатационных расходов Кафе Сколково
Результаты расчета эксплуатационных расходов Кафе Сколково Результаты расчета эксплуатационных расходов Кафе Сколково
Контуры геометрии Кафе Сколково Контуры геометрии Кафе Сколково

Анализ энергоэффективности Центра досуга в Сколково

Анализ энергоэффективности зданий и сооружений Центра досуга в Сколково

Под стандартизацию по зеленому строительству (green building) попадают все объекты на территории инновационного центра Сколково. В рамках данной концепции проводится анализ энергоэффективности зданий и сооружений и оценка эксплуатационных расходов с учетом использования энергоэффективных мероприятий.

Общая площадь моделируемого Центра досуга составляет примерно 1 200 м2.
Режим работы объекта: 7 дней в неделю с 8 до 22 часов.
Годовые эксплуатационные расходы на энергоресурсы проектного варианта составили ≈ $18 000

Расчет и анализ энергоэффективности здания и сооружений Центра досуга проводилось в рамках сертификации по международной системе LEED CS 2009. Данная система является одной из ведущих в мире по направлению Green building.

Особенностью конструкции рассматриваемого здания была сложная криволинейная геометрия навесной кровли, наличие световых фонарей, существенные эффекты затенения и самозатенения. Особенностью режима функционирования здания Центра досуга и соответственно работы всех инженерных систем являлось наличие зон с отличающимися режимами работы, нагрузками и поддерживаемыми параметрами микроклимата:
– зал для физкультурно-оздоровительных занятий;
– салон красоты;
– буфет с обеденным и банкетным залом;
– детский клуб;
– помещения администрации;
– служебно-бытовые помещения.

В проекте был применен ряд энергоэффективных мероприятий:
1. Улучшены тепловые характеристики ограждающих конструкций.
2. Выбран тип окна с низким коэффициентом пропускания солнечной радиации SHGC=0.25.
3. Установлены энергоэффективные светильники.

Анализ энергоэффективности показал, что энергоэффективность зданий и сооружений Центра досуга составляет 8,2%, стоимостная эффективность 28,1%. Объект претендует на получение 11 баллов по разделу EAc1 системы LEED (Green building).

Анализ энергоэффективности зданий и сооружений Центра досуга проводился методами энергомоделирования. Для этого использовался лицензионный пакет “IES Virtual Environment Pro 2015” компании Integrated Environmental Solutions Ltd. В программу закладывались архитектурные и инженерные решения с учетом энергоэффективных мероприятий, а также функциональные особенности и географическое положение объекта.

Экономия эксплуатационных расходов на энергоресурсы составляет ≈$7 000 в год по сравнению с базовым вариантом здания. Эта экономия достигнута благодаря проработке и анализу ряда энергоэффективных мероприятий.
Основные затраты идут на работу технологического оборудования, второе место занимают затраты на работу вентиляторов, а на третьем отопление.

Экономия эксплуатационных расходов на работу вентиляции по сравнению с базовым вариантом достигается путем использования систем с подачей минимального количества наружного воздуха по нормам, применения радиаторного отопления и выбором вентиляторов с низким SFP.

Отсутствие рекуперации тепла в системах вентиляции привело к тому, что энергии на отопление в проектируемом варианте нужно в 1,5 раза больше чем в базовом.

Контуры геометрии Центра досуга Сколково Контуры геометрии Центра досуга Сколково
Геометрия Центра досуга Сколково Геометрия Центра досуга Сколково
Анализ энергоэффективных мероприятий для ограждающих конструкций Анализ энергоэффективных мероприятий для ограждающих конструкций
Анализ энергоэффективности систем холодоснабжения Анализ энергоэффективности систем холодоснабжения
Анализ энергоэффективности Центра досуга Сколково Анализ энергоэффективности Центра досуга Сколково
Анализ энергоэффективности Центра досуга Сколково Анализ энергоэффективности Центра досуга Сколково
Повышение энергоэффективности здания супермаркета по потреблению тепла Повышение энергоэффективности здания супермаркета по потреблению тепла

Математическое моделирование офиса

Математическое моделирование офиса

Комфорт в офисе напрямую влияет на работоспособность сотрудников. Всем известны «войны» за пульт от кондиционера, когда одним «жарко», а другим «дует». Такие моменты вносят в ряды сотрудников раскол, снижают производительность труда, а, следовательно, уменьшают доходы фирмы. Визуализация течений и температур еще на стадии проекта позволяет скорректировать последний и добиться комфорта. Подобное возможно при помощи математического моделирования офиса.

Стоимость математического моделирования офисов сама по себе не большая. Учтем недополученную прибыль в случае отсутствия комфорта в работе сотрудников или вынужденного нерационального использования офисного пространства. Получим что стоимость математического моделирования офиса при проектировании не просто нулевая, а еще и приносит дополнительную прибыль на стадии эксплуатации комфортного рабочего пространства.

Цель настоящей работы – анализ проектного решения по системам вентиляции и кондиционирования воздуха (В и КВ) реконструируемого офиса, его корректировка в случае необходимости, а также выдача рекомендаций по монтажу и эксплуатации данных систем. Моделирование офисного помещения проводилось с учётом работы систем В и КВ смежных помещений, наличия людей, офисного оборудования и освещения. При моделировании солнечного излучения учитывались расположение офисного помещения и его ориентация по сторонам света. Были опасения, что неудачный подбор типов воздухораспределителей и мест их установки негативно скажется на параметрах воздуха в помещении.

В процессе моделирования офисного помещения были получены наглядные визуализации течений. Анализ результатов позволил выявить, что установленные на одной из стен, воздухораспределительные решетки будут вызывать дискомфорт на рабочих местах у дальней стены помещения. Это связано с тем, что струи будут достигать рабочей зоны с недопустимо большой скоростью. Были изменены тип и место расположения воздухораспределительных устройств и проведено повторное моделирование офисного помещения с визуализацией течений. В результате ситуацию удалось исправить таким образом, что температура и скорость воздуха в рабочей зоне стали соответствовать комфортным условиям. Так температура находится в диапазоне 24-25°С, а подвижность не превышает 0,2 м/с.

В результате стоимость математического моделирования офиса оказалась заметно ниже, чем возможные потери от исправления уже смонтированной системы.

 

Математическое моделирование офисного помещения Математическое моделирование офисного помещения
Визуализация нагрузки от солнца Визуализация нагрузки от солнца
Результаты математического моделирования офиса Результаты математического моделирования офиса
Математическое моделирование офисного помещения Математическое моделирование офисного помещения
Результаты математического моделирования офисного помещения Результаты математического моделирования офисного помещения
Результаты моделирования офисного помещения Результаты моделирования офисного помещения
Визуализация течений в офисе Визуализация течений в офисе

Аэродинамическое моделирование распространения дымовых газов

Моделирование воздействия ветра на распространение выбросов дымовых газов

Источники загрязнения атмосферы можно разделить на природные и антропогенные. К природным источникам загрязнения можно отнести вулканические и биологические процессы, вызванную воздействиями ветра почвенную эрозию, лесные пожары и т.д. Антропогенные включают транспорт и промышленность, сельское хозяйство, а также бытовое загрязнение.

Автомобильный транспорт в наше время стоит на первом месте по объемам выбросов дымовых газов из всех других видов транспорта. Наиболее значимыми промышленными загрязнителями являются металлургические предприятия, химическое производство и теплоэнергетика.

В России тепловая энергетика, работающая на продуктах нефтепереработки, вносит наибольший вклад в общий объем загрязняющих атмосферу веществ. В процессе их сжигания образуются видимые невооруженным взглядом твердые частицы сажи и оксиды металлов, а также газообразные – углекислый газ, оксиды азота и серы. Т.к. КПД существующих тепловых энергетических установок не превышает 50%, то очевидно, что более половины получаемой от сжигания энергии преобразуется в тепловую – еще один значимый вид загрязнения.

Предприятия металлургического и химического комплексов в результате воздействия ветра привносят в окружающий воздух большое количество пыли и разнообразных твердых и газообразных химических веществ. Различные по своей структуре и массе эти вещества могут оседать как вблизи предприятий, так и за сотни и тысячи километров от них.

Известные аналитические методики позволяют с хорошей степенью точности определить расстояния, на которых значения ПДК по исследуемым веществам уже не превышают норму. Однако, точность данных расчетов сильно снижается если рассматривать источник загрязнения в плотной застройке. Т.е. при наличии нескольких труб в ограниченном городском пространстве суммарное влияние выбросов дымовых газов на ПДК данными методами невозможно определить.

В этом случае на помощь приходят методы компьютерного аэродинамического моделирования, при помощи которых можно определить скорость рассеивания и оседания вредных веществ от любого количества источников загрязнения. Т.е. определить зоны, в которых есть превышение предельно допустимых концентраций загрязнителей.

В данной работе проведено математическое моделирование распространения дымовых газов от нескольких источников, расположенных на территории промышленного предприятия при различных скоростях и направлениях ветра.

Кроме того, проведен расчет воздействия ветра и определены аэродинамические коэффициенты ветровой нагрузки на находящиеся на территории объекта две градирни для 8 направлений ветра, согласно СП 20.13330.2011. При проведении моделирования обтекания ветром на входе в расчетную область задавался логарифмический профиль скорости, соответствующий изменению ветрового давления с высотой.

При расчёте распространения дымовых газов учитывались роза ветров и средняя скорость ветра в месте нахождения предприятия, а также окружающая застройка.

В результате компьютерного аэродинамического моделирования были визуализированы линии тока распространения вредных веществ. Определены расстояния, на которых концентрации исследуемых веществ уже не превышают ПДК. Построены поля рассеивания выбросов дымовых газов в пределах территории предприятия и окружающего его пространства.

Получены поля давлений на конструкциях градирен, аэродинамические коэффициенты ветровой нагрузки, а также силы, действующие на них на различных высотных отметках. Отмечено взаимное влияние зданий на периодическое изменение нагрузок в связи с вихреобразованием на их кромках. Особенно это влияние велико в случае обтекания одной из гардирен спутным следом от другой. Данную особенность, полученную при моделировании обтекания ветром, следует учитывать при проектировании усиления конструкции.

Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки
Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки
Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки
Моделирование обтекания ветром Моделирование обтекания ветром
Воздействия ветра на конструкции Воздействия ветра на конструкции
Выбросы дымовых газов Выбросы дымовых газов
Моделирование обтекания ветром Моделирование обтекания ветром
Коэффициент ветровой нагрузки Коэффициент ветровой нагрузки

Математическое моделирование бассейна

Математическое моделирование плавательного бассейна

Современные технологии проектирования с применением методов численного математического моделирования позволяют еще до начала монтажа убедиться в правильности проектных решений. В случае выявления недочетов или ошибок есть возможность своевременно их исправить.

Распространенная проблема в бассейнахэто конденсация влаги на конструкциях (в т.ч. запотевание окон), образование ржавчины, гниение или появление грибка. В данном случае рассматривался большой спортивный бассейн на 1500 зрителей. Дополнительная сложность при проектировании спортивных бассейнов с трибунами состоит в том, что комфортные параметры для зрителей не являются таковыми для спортсменов. В данной работе использовались современные технологии проектирования. При помощи методов численного математического моделирования рассмотрена совместная работа систем ОВ и КВ, показаны температурные, скоростные, влажностные поля и поля углекислого газа в объеме большого плавательного бассейна.

Моделирование бассейна позволило выявить следующие проблемы:

1.      Повышенная скорость у поверхности воды
2.      Запотевание части окон

Моделирование бассейна показало, что проблема повышенной скорости воздуха у поверхности воды была вызвана неправильным подбором параметров приточного воздуха в зону зрителей. В результате часть «отработанного» воздуха вместо того, чтобы уйти вверх на вытяжку вместе с конвективным потоком от людей «падает» вниз, к бассейну.

Повышенная скорость около воды повлечёт серьезное увеличение влаговыделений с водной поверхности приводя к работе систем осушения в нерасчетном режиме. Кроме того, повышенные скорости воздуха воспринимаются мокрыми людьми существенно хуже, чем, например, людьми в обычном офисе. А уж спортсменами тем более. Численное математическое моделирование скоростей позволило своевременно обнаружить проблему и скорректировать проектное решение.

Моделирование бассейна также показало, что «разрывы» в цепочке радиаторов под окнами приведут к тому, что на окнах над местами «разрывов» образуется конденсат. Этому способствует и общее циркуляционное течение, направленное от зрителей через бассейн к окнам. Верхние окна на торце здания запотеют даже несмотря на то, что в данной области «разрывов» в радиаторах не было. Мощности свободно-конвективного потока не хватит, чтобы теплый воздух поднялся к потолку. Встретившись с ниспадающим холодным воздухом от верхнего окна этот поток отклонится в сторону.

Выявленные в результате моделирования бассейна проблемы, а, в первую очередь, найденные причины их появления, позволили разработать рекомендации по изменению проектного решения для предотвращения подобных негативных явлений при эксплуатации объекта. Современные технологии проектирования позволяют поднять качество проектов на новый уровень.

Современные технологии проектирования Современные технологии проектирования
Численное математическое моделирование бассейнов Численное математическое моделирование бассейнов
Численное математическое моделирование бассейнов Численное математическое моделирование бассейнов
Численное математическое моделирование бассейнов Численное математическое моделирование бассейнов
Численное математическое моделирование бассейнов Численное математическое моделирование бассейнов
Численное математическое моделирование бассейнов Численное математическое моделирование бассейнов

Математическое моделирование театра

Математическое моделирование театра

Задача математического моделирования театра сводится к тому, чтобы на сколько комфортно будет зрителям. В случае обнаружения проблем разработать корректировки к проектным решениям. Для этого строится математическая модель и проводится расчет воздушного потока, моделируются картины температур, влажности и содержания СО2. Все эти параметры в совокупности влияют на чувство комфорта человека и подлежат анализу.

В данной задаче рассматривался 3-х ярусный театральный зал на 1700 зрителей. Одной из особенностей функционирования театра является значительные тепловыделения в области сцены. Часто конвективные потоки от сцены влияют на общую циркуляцию в объеме театрального зала и меняют портят воздухораспределение, задуманное в проекте. Зрители, плотно сидящие на местах так же оказывают заметное влияние на течения в объеме. В результате расчета воздушных потоков порой получаются совершенно не предсказуемые течения и картины температур.

В процессе моделирования театра строится математическая модель, детализированная достаточно, чтобы выявить все эффекты, влияющие на течения и картины температур в объеме. В результате расчета воздушного потока можно наглядно увидеть все циркуляционные течения, образующиеся в исследуемом объеме. Картины температур позволяют оценить, как ситуацию в зрительном зале, так и выявить причину непредвиденных циркуляционных течений.

Математическая модель рассматриваемого театрального зала учитывает все теплопритоков от зрителей, постановочного освещения и оборудования сцены и зала.

В результате математического моделирования театра получено, что в большей части зала параметры формирующейся воздушной среды комфортны как для зрителей, так и для актеров. На картине температур видно, что воздух на сцене несколько холоднее чем в зрительном зале, что является правильным, так как интенсивность метаболизма работающих актеров заметно выше чем у зрителей. Также из картин температур и концентраций СО2 видно, что на амфитеатрах ввиду геометрических особенностей зала скапливается тёплый воздух, а также повышено содержание углекислого газа. Таким образом, несмотря на то, что воздух подается непосредственно в зону людей (вытеснением), часть из них будет ощущать дискомфорт.

По результатам моделирования театра исходный проект был скорректирован. На амфитеатрах были добавлены вытяжные решетки, не позволяющие «отработанному» теплому воздуху застаиваться под их потолком. Проверочный расчет воздушных потоков подтвердил эффективность принятых корректировок.

Расчт воздушных потоков Расчт воздушных потоков
Математическое моделирование театра Математическое моделирование театра
Математическое моделирование театра Математическое моделирование театра
Математическое моделирование театра Математическое моделирование театра
Математическое моделирование театра Математическое моделирование театра
Результаты моделирования театра Результаты моделирования театра
Результаты моделирования театра Результаты моделирования театра
Результаты моделирования театра Результаты моделирования театра
Математическое моделирование театра Математическое моделирование театра