В современном мире инженеры и архитекторы всё чаще используют компьютерное моделирование, чтобы в сжатые сроки создавать проекты общественных мест в соответствии с требованиями безопасности, энергоэффективности и экологичности.

При помощи программного обеспечения для моделирования можно создать виртуальный прототип и выполнить расчёт работы системы отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВиК) здания или помещения. Такой подход к виртуальному проектированию здания позволяет:

• быстро исследовать альтернативные проектные решения;
• выявить элементы, которые могут улучшить работу системы;
• найти более инновационное решение.

Сейчас в условиях глобальной пандемии, которая затронула людей и компании по всему миру, компьютерное моделирование систем ОВиК стало критически важным. В связи с ростом заболеваемости меры по борьбе с распространением COVID-19 ужесточались, и многие заведения, работа которых не является критически важной, были закрыты. Основные пути передачи вируса COVID-19:

• через мельчайшие частицы, которые задерживаются в воздухе;
• через капли, выделяемые при кашле или чихании;
• через заражённые поверхности.

Владельцы общественных учреждений должны принять все возможные меры борьбы с распространением респираторных заболеваний, чтобы мы могли вернуться к привычной жизни. Возможно, вы уже читали в одной из наших предыдущих статей (на английском языке) о том, как владельцу кроссфит-зала пришлось усовершенствовать систему вентиляции, чтобы обеспечить безопасность посетителей и снова открыться.

Ansys предлагает различные программные продукты, такие как Ansys Discovery и Ansys Fluent, для выполнения CFD-расчётов (CFD – computational fluid dynamics, вычислительная гидрогазодинамика) систем ОВиК, в зависимости от уровня детализации, необходимого для обеспечения соответствия нормам и стандартам проектирования.

Решения Ansys для моделирования систем ОВиК: опережающая оценка проектов

Программный продукт Ansys Discovery используют для проверки множества различных проектных решений на раннем этапе до получения окончательного оптимизированного проекта или создания физических прототипов. Три ключевые функциональные возможности Ansys Discovery:

• создание и подготовка геометрической модели;
• предварительная оценка проектных решений;
• проверочные расчёты.

Программный продукт Ansys Discovery помогает оценить и продемонстрировать эффективность новых перегородок для защиты людей от респираторных вирусов. Он позволяет учесть существующую систему вентиляции и расположение столов

Инструменты геометрического моделирования программного продукта Ansys Discovery позволяют быстро готовить модели для расчёта и создавать различные варианты проектных решений для исследования. Одним щелчком мыши вы можете перейти в режим исследования проекта, который позволяет быстро оценить несколько проектных решений с помощью интерактивного моделирования физических процессов, выполняемого в режиме реального времени. Определившись с вариантом проектного решения, вы, наконец, можете перейти к последней стадии – проверочному расчёту выбранного варианта.

Все материалы, граничные и другие условия, которые были заданы в режиме исследования, будут сохранены и переданы для дальнейших расчётов. Будет автоматически сгенерирована расчётная сетка, причём пользователь может уплотнить её как по всей модели, так и в выбранных локальных зонах. Далее расчёт готовой модели выполняется при помощи решателя Ansys Fluent, что позволяет получить более точные результаты.

Если для анализа вашей системы ОВиК требуется больше расчётных возможностей, нажав всего одну кнопку в меню, вы можете экспортировать файл с моделью, сеткой и граничными условиями в программный продукт Ansys Fluent для дальнейшей проверки и оптимизации.

Проверка и оптимизация проекта

Программный продукт Ansys Fluent позволяет выполнять высокоточные расчёты систем ОВиК и их компонентов, существенно уменьшая вероятность того, что потребуется вносить изменения в уже установленную систему. Независимо от объекта, который вы моделируете, при помощи передового функционала Ansys Fluent вы сможете:

• оптимизировать воздушные потоки;
• предотвратить образование зон застойного воздуха;
• оптимизировать расположение вентиляционных отверстий;
• снизить распространение патогенных организмов.

В двух приведённых ниже примерах показано, как Ansys Fluent использовался для оценки альтернативных проектных решений и оптимизации вентиляции помещения отрицательного давления. Эти помещения используются в больницах и медицинских центрах как способ изолирования для предотвращения перекрёстного загрязнения от комнаты к комнате.

В помещении создаётся и поддерживается более низкое давление, чем в соседних помещениях. Это достигается при помощи вентиляционной системы, которая выводит из помещения больше отработанного воздуха, чем подаётся в помещение. Разница в расходах компенсируется комбинацией запланированных и/или незапланированных утечек в зависимости от герметичности помещения.

Улавливание загрязнений внутри изолятора

Хотя специалисты, работающие в помещениях отрицательного давления, обязаны носить средства индивидуальной защиты, необходимо обеспечить систему вентиляции, которая бы минимизировала степень перекрёстного загрязнения от комнаты к комнате. Был выполнен сравнительный анализ трёх проектных решений с различным расположением впускных вентиляционных отверстий, чтобы определить, какой вариант позволяет лучше всего улавливать загрязняющие вещества через систему вытяжной вентиляции:

• впускное вентиляционное отверстие над дверью;
• впускное вентиляционное отверстие на одной линии с кроватью;
• впускное вентиляционное отверстие над дверью и на одной линии с кроватью.

Расход воздуха в вентиляционной системе был эквивалентен 12-кратному воздухообмену в час, что соответствует нормам и стандартам. Результаты, полученные в Ansys Fluent, показывают, что при расположении впускного вентиляционного отверстия на одной линии с кроватью загрязняющие вещества наиболее эффективно выводятся через систему вытяжной вентиляции.

Результаты расчёта показали, как загрязнённый воздух в помещении отрицательного давления засасывается в систему вытяжной вентиляции

Обеспечение проектирования помещения отрицательного давления

Ansys Fluent также можно использовать для оценки проекта помещения отрицательного давления с точки зрения такого параметра, как средний возраст воздуха (MAA – mean age of air). Это показатель свежести воздуха, который может быть использован в качестве одного из критериев эффективности вентиляции. Показатель MAA также может использоваться для определения зон застойного или рециркуляционного воздуха в вентилируемом помещении.

Чтобы определить оптимальную ориентацию вентиляционных отверстий и схему воздушного потока, было исследовано два случая при одинаковых условиях и размерах помещения. В первом случае воздух от вентиляционного отверстия подавался прямо вниз, а во втором случае воздушный поток подавался к кровати пациента.

Результаты показывают, что предпочтительным является первый вариант, когда воздушный поток подаётся прямо вниз. На рисунках ниже показаны линии тока воздуха и визуализация расчётного объёма, в котором красным цветом выделены области с более длительным временем пребывания воздуха.

Первый вариант (слева) является оптимальным вариантом вентиляции в отличие от второго варианта (справа). При подаче потока воздуха вниз уменьшается время пребывания воздуха (красным цветом показаны застойные зоны)

Ansys Fluent использовался для расчётов множества других систем ОВиК, помогая проанализировать перемещение опасных частиц в таких объектах, как рестораны, магазины, офисные здания и кабины самолётов. Если вы хотите больше узнать о решении этих задач и о том, как использовать Ansys Fluent для проектирования безопасных систем ОВиК, ознакомьтесь с материалами вебинара Simulating Safe HVAC Systems with Ansys Fluent (на английском языке).

Источник: ansys.com
Автор: Walter Schwarz