Accueil » الصناعات » التهوية الطبيعية الصناعية » دراسة التهوية الطبيعية – مصانع الصلب
دراسة التهوية الطبيعية – مصانع الصلب
دراسة الديناميكية الهوائية الحرارية الهوائية لموقع مصنع للصلب
في بيئة صناعية معرضة لانبعاثات عالية من الحرارة والملوثات، تظهر التهوية الطبيعية حدودها. وبفضل تحليل يجمع بين عمليات المسح في الموقع ومحاكاة CFD، درست EOLIOS السلوك الفعلي لتدفقات الهواء واقترحت حلولاً ملموسة لتحسين التهوية وتحسين الراحة الحرارية وتعزيز جودة الهواء في مناطق الإنتاج.
دراسة التهوية الطبيعية - مصانع الصلب
السنة
2025
العميل
نورث كارولاينا
الموقع
ألمانيا
التصنيف
الصناعة
مواصلة التصفح :
مشاريعنا الأخرى :
آخر الأخبار :
الملف الفني :
خبراتنا
تحدٍ صناعي: التحكم في تدفق الحرارة وتبديدها
موقع صناعي مقيد للغاية
في قلب مصنع للصلب يعمل على مدار 24 ساعة في اليوم، ويتعرض لدرجات حرارة قصوى وانبعاثات هائلة من الأبخرة المعدنية. في هذه القاعة الصناعية العملاقة، تتطلب الحرارة الناتجة عن المحولات ومغارف المعدن المنصهر والصب المستمر إدارة صارمة لتدفقات الهواء.
كما تولد العمليات التي ينطوي عليها تحويل الحديد المصبوب إلى صلب انبعاثات كبيرة من الملوثات الجوية، بما في ذلك أول أكسيد الكربون (CO)، والغبار المعدني الناعم، وكذلك مركبات المنجنيز والكروم والزنك والسيليكا البلورية. هذه الأبخرة، التي غالباً ما تكون غير مرئية للعين المجردة، هي الأكثر إشكالية من حيث أنها يمكن أن تتركز محلياً في غياب الاستخراج الفعال. وبالإضافة إلى مخاطرالتعرض المزمن للمشغلين، تخضع هذه الملوثات لحدود التعرض المهني الصارمة (OELs) ، مما يتطلب مراقبة صارمة لجودة الهواء. وفي هذا السياق، تلعب التهوية دورًا حاسمًا في الإخلاء السريع للغازات الضارة وتخفيف الجسيمات العالقة، من أجل الحفاظ على بيئة عمل تتوافق مع المتطلبات الصحية والتنظيمية.
مع درجات حرارة تقترب من 1,600 درجة مئوية وأحجام هواء تتحرك بمعدل عدة عشرات الآلاف من الأمتار المكعبة في الساعة، تعتمدتهوية الموقع على توازن معقد بين استخراج الدخان وإمدادات الهواء النقي. يمكن أن يكون لأي خلل في هذا النظام تأثير على جودة الهواء وسلامة المشغلينوكفاءة الطاقة في المنشآت.
عملية تصنيع الفولاذ وتأثيرها على البيئة الهوائية
يعتمد إنتاج الصلب على سلسلة من العمليات الصناعية كثيفة الاستهلاك للطاقة، مما يولد كميات كبيرة من الحرارة والغازات والجسيمات. وعلى الرغم من أن كل مصنع من مصانع الصلب له خصائصه الخاصة، إلا أن المبدأ العام يعتمد على المراحل التالية:
-
يتم شحن المحولات بمزيج من الحديد الزهر السائل (من الفرن العالي) والخردة المعاد تدويرها.
-
حقن الأكسجين النقي في الحمام المعدني، مما يسمح بالتخلص من الكربون الزائد عن طريق الأكسدة، وهو تفاعل يطلق كمية كبيرة من الحرارة والأبخرة المعدنية.
-
المعادن الثانوية، وتتكون من تعديل التركيب الكيميائي للصلب بإضافة عناصر السبائك (الكروم والمنغنيز والنيكل والنيكل وغيرها).
-
الصب المستمر، حيث يتم صب الفولاذ السائل في قوالب وتبريده تدريجياً بالماء لتشكيل ألواح صلبة.
-
القطع والتشطيب، ربما بالبلازما أو الليزر، وفقًا للمواصفات النهائية.
فيديو - شفاط السحب لمصانع الصلب
تساهم كل مرحلة في إنتاج موضعي للحرارة والملوثات، وغالبًا ما تتركز حول المحولات، ومناطق نقل المغرفة، ومعدات الصب المستمر أو معدات إزالة التغليف. ويمكن أن تتجاوز درجات حرارة العمل 1,600 درجة مئوية، مما يولد تدفقات هواء ساخن متصاعدة، وانبعاثات غازية (ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون)، وجسيمات دقيقة وغبار معدني. ولهذه الظواهر تأثير مباشر على التقسيم الطبقي الحراري وسلوك تدفق الهواء وتشتت الملوثات.
إن فهم هذه الآليات أمر ضروري لتصميم نظام تهوية مناسب قادر على تجديد الهواء بكفاءة، وإزالة الحرارة الزائدة والحد من تعرض المشغلين.
جودة الهواء وبيئة العمل
الإنتاج يولد ملوثات معقدة
تولد عملية صناعة الصلب مجموعة واسعة من الملوثات في الغلاف الجوي، كنتيجة مباشرة لدرجات الحرارة العالية والتفاعلات الكيميائية التي تحدث في المحولات وأثناء المعالجات المعدنية. والمركبات الرئيسية المنبعثة هي :
-
أول أكسيد الكربون (CO)، الناتج عن أكسدة الكربون الموجود في الحديد الزهر,
-
الغبار المعدني الدقيق وفائق الدقة، المكون من الحديد أو الكروم أو المنجنيز أو الزنك,
-
الأدخنة المعتمة الناتجة عن عمليات إزالة الترسبات وأكسدة الألواح وعمليات الصب,
-
غازات ساخنة في درجات حرارة عالية جدًا، مما يعطل ديناميكيات الهواء.
يمكن أن تتراكم هذه المواد، التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة في بعض الأحيان، بكميات كبيرة أو تتفرق ببطء إذا لم يتم وضع آلية استخلاص فعالة.
عتبات تنظيمية صارمة: نقاط البيع بالتجزئة
تفرض اللوائح حدود التعرض المهني (OELs ) للتحكم فيالتعرض للمواد الخطرة. وهذه العتبات التي يتم التعبير عنها بوحدة ملغم/م³ أو جزء من المليون مصممة للحد من الآثار قصيرة وطويلة الأجل على الصحة (مشاكل في الجهاز التنفسي، والتسمم، والأمراض المزمنة، وما إلى ذلك).
يتم تنظيم المركبات الموجودة في الدخان، مثل أول أكسيد الكربون والجسيمات المعدنية، بشكل صارم. إذا تم تجاوز هذه العتبات، يجب اتخاذ تدابير تصحيحية فورية، مثل احتجاز المصدر أو التهوية الموضعية أو ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة.
التأثير المباشر على صحة المشغلين
يمكن أن يؤدي التعرض المزمن لتركيزات عالية للغاية من الملوثات إلى أمراض الجهاز التنفسي والاضطرابات العصبية والآثار الجهازية. ومن بين المخاطر المعترف بها في صناعة الصلب:
-
التهاب الشعب الهوائية المزمن والتهيج الرئوي المرتبط بالغبار,
-
غالبًا ما يكون التسمم بأول أكسيد الكربون خبيثًا,
-
التأثيرات السمية العصبية لاستنشاق المنجنيز على المدى الطويل.
وبالتالي، فإن التحكم في جودة الهواء الداخلي هو قضية صحة عامة ومسؤولية تقع على عاتق المشغل في آن واحد.
أدوات القياس والتقييم: نهج مشترك
أثناء عملية التدقيق، تم أخذ قياسات موضعية لتحديد الملوثات، وخاصة الجسيمات الدقيقة. ومع ذلك، لا يزال يتعذر الوصول إلى بعض المناطق، مثل تلك الموجودة تحت السقف أو بالقرب من المعدات.
ولإكمال الصورة، قامت EOLIOS بتنفيذ نمذجة CFD القياسية، مما أدى إلى إعادة إنتاج :
-
تشتت الملوثات الغازية والجسيمية,
-
تأثيرات التهوية على تخفيفها واستخراجها,
-
موقع مناطق التركيز الحرجة، اعتمادًا على نوع الانبعاثات وظروف التشغيل.
هذا النهج يجعل من الممكنتحديد المجالات المعرضة للخطر التي تتطلب إجراءات تصحيحية مستهدفة.
دعم قيم لاستراتيجية الامتثال والتهوية
وتشكل جميع البيانات التي تم جمعها، المعززة بمحاكاة CFD، أساسًا متينًا لدعم الإجراءات التنظيمية، على وجه الخصوص:
-
صياغة أو تحديث ملف ICPE,
-
تكييف الموقع مع متطلبات توجيه CMR,
-
تعريف خطة الوقاية للمشغلين المكشوفين,
-
تحديد حجم أنظمة التهوية، سواء كانت طبيعية أو ميكانيكية أو هجينة.
من خلال توفير نتائج قابلة للقياس والمقارنة، يتيح هذا النهج اتخاذ قرارات مستنيرة تتماشى مع اللوائح وقيود التشغيل الصناعي.
التهوية الطبيعية: تحدٍ مستمر
على عكس البيئات الصناعية الأخرى حيث تضمن أنظمة التهوية الميكانيكية الخاضعة للتحكم تجديد الهواء، يعتمد هذا الموقع بشكل أساسي على التهوية الطبيعية. ويعتمد هذا النوع من التهوية على مبدأين فيزيائيين أساسيين: الفرق في درجة الحرارة بين الداخل والخارج (مما يخلق تياراً حرارياً عمودياً) وضغط الرياح على واجهات المبنى.
يميلالهواء الأكثر دفئاً والأخف وزناً بشكل طبيعي إلى الارتفاع والخروج من خلال فتحات السقف، بينما يدخلالهواء الأكثر برودة من خلال الفتحات السفلية. هذا النهج السلبي، مع عدم وجود أنظمة تعمل بمحركات، يحقق أقصى استفادة من الظروف الطبيعية لضمان تجديد الهواء.
على الرغم من أن طريقة التشغيل هذه قوية واقتصادية، إلا أنها تثير عددًا من المشكلات الرئيسية في سياق صناعي مكثف:
-
عدم الراحة الحرارية للمشغلين: عندما تكون تدفقات الهواء غير كافية، تتراكم الحرارة تحت السقف وتشع في مناطق العمل. وعلى العكس من ذلك، في حالة الرياح القوية، يمكن أن تصبح سرعة الهواء المحلي مفرطة، مما يؤدي إلى إجهاد حراري للموظفين المكشوفين.
-
عدم وجود تحكم وتعقيد في التصميم: على عكس التهوية الميكانيكية، لا تسمح التهوية الطبيعية بتعديل دقيق لمعدلات تدفق الهواء. يجب أن يتوقع تصميمها سلوك تدفق الهواء وفقًا للفصول والرياح السائدة ومورفولوجية المبنى ومصادر الحرارة الداخلية.
-
تصريف الملوثات: تتطلب أبخرة التخليل، والغبار المعدني والغازات الناتجة عن العملية استخلاصًا فعالاً. وبدون التدفق المنظم، يمكن لهذه الملوثات أن تركد أو يعاد توزيعها إلى مناطق حساسة.
-
تأثير الظروف الجوية: يعتمد أداء التهوية الطبيعية اعتمادًا كبيرًا علىالبيئة الخارجية: اتجاه الرياح وسرعتها، وأشعة الشمس، ودرجات الحرارة المحيطة، وما إلى ذلك.
وفي هذا السياق، يكون الهدف واضحًا: فهم كيفية دوران الهواء في المصنع وتحديد أدوات التحسين لتحسين التهوية وتقليل التعرض للأبخرة وضمان بيئة عمل أكثر أمانًا.
تهوية ميكانيكية إضافية لالتقاط الهواء من المصدر
على الرغم من أن التهوية الطبيعية توفر جزءًا من التجديد العام للهواء، إلا أنها لا تستطيع بمفردها ضمانالإخلاء السريع والموضعي للملوثات المتولدة في محطات العمل الإنتاجية.
ولهذا السبب يعتمد الموقع أيضاً على نظام تهوية ميكانيكي مستهدف، مصمم لاستخراج الانبعاثات الحرجة من نقطة انطلاقها.
ويستند هذا المبدأ على استخدام شفاطات الاستخراج أو أجهزة الاستشعار أو أجهزة التجميع الموضوعة في أقرب مكان ممكن من مصادر الانبعاثات: المحولات، والأفران، والمغارف الصلبة، والصب المستمر، ومناطق إزالة التخلف، إلخ. تلتقط هذه الأنظمة الأبخرة أو الغازات أو الجسيمات قبل أن تنتشر في بيئة العمل، مما يحد من انتشارها في جميع أنحاء القاعة.
وتلعب التهوية الميكانيكية دورًا تكميليًا أساسيًا هنا، لا سيما في المناطق التي تحتوي على أعلى تركيزات للملوثات. كما أنها منطقية من وجهة نظر تنظيمية، حيث إنها تتيح إبقاء التركيزات أقل من عتبات VLEP (القيم الحدية للتعرض المهني).
ومع ذلك، ينطوي هذا النوع من التركيب على عدد من القيود التقنية:
-
يتطلب تحديد أبعاد دقيقة لمعدلات الاستخراج وفقًا لكثافة الانبعاثات,
-
تعتمد فعاليته بشكل كبير على تكوين المعدات وقرب أجهزة الاستشعار,
-
فهي تستهلك كمية كبيرة من الطاقة، ولهذا السبب من المهمالجمع بينهابذكاء مع التهوية الطبيعية لتصميم نظام هجين متوازن يتسم بالكفاءة والاقتصاد في الوقت نفسه.
تأخذ الدراسة التي أجرتها EOLIOS في الاعتبار هذا النهج المزدوج – الطبيعي والميكانيكي – لاقتراح تحسينات عالمية تحترم القيود الصناعية والطاقة والصحة في الموقع.
دراسة أداء تدفق الهواء
ولمواجهة هذه التحديات، أجرت EOLIOS دراسة ديناميكية هوائية حرارية كاملة تجمع بين المسوحات في الموقع وعمليات المحاكاة الرقمية لتوزيع الغازات. وقد مكّن هذا التحليل من :
-
رسم خريطة لتدفق الهواء داخل القاعة لفهم حركة الكتل الهوائية الدافئة والملوثات,
-
حدد نقاط دخول الهواء وخروجه، والمناطق التي يركد فيها الدخان,
-
تقييم فعالية أجهزة التهوية الساكنة والفتحات لضمان التجديد الأمثل للهواء.
وبفضل هذا النهج، فإن EOLIOS قادرة على تقديم حلول ملموسة لتحسين التهوية الطبيعية للموقع، بالاعتماد على قوة المحاكاة العددية وخبرتها في الهندسة الهوائية.
الغمر في الموقع: تدقيق تدفق الهواء في ظل ظروف حقيقية
فهم تدفقات الهواء من أجل تحكم أفضل
قبل التفكير في أي تحسينات، من الضروري فهم كيفية دوران الهواء بدقة داخل الموقع. ولتحقيق ذلك، استخدمت EOLIOS منهجية صارمة للتدقيق الهوائي تجمع بين المسوحات في الموقع والنمذجة الرقمية. لعدة أيام، قام المهندسون بتحليل سلوك الكتل الهوائية والتفاعلات بين التهوية الطبيعية والانبعاثات الصناعية.
الهدف من التدقيق هو الحصول على رؤية كاملة ومفصلة لحركات الهواء، من أجلتحديد مجالات التحسين في التهوية وتجديد الهواء.
منهجية التحليل: التحديد والاختبار والملاحظة
قراءات درجة الحرارة وسرعة الهواء
أجرى فريق EOLIOS حملة قياس مفصلة في نقاط استراتيجية مختلفة في الموقع. وباستخدام مقياس شدة الريح المعاير، تم قياس سرعة الهواء عند نقاط الدخول والخروج من المبنى، وكذلك في قاعات الإنتاج. واستُخدمت هذه البيانات لقياس التدفقات الهوائية وتقييم كثافة تجدد الهواء الطبيعي.
وفي الوقت نفسه، تم أخذ قياسات درجة حرارة الهواء على ارتفاعات مختلفة. كشفت هذه القياسات عن وجود تدرج طبقي حراري ملحوظ، وهو أمر نموذجي في البيئات ذات الإنتاج الحراري المرتفع: يتراكم الهواء الدافئ في المستويات الأعلى بينما يبقى الهواء البارد على الأرض. وتعكس هذه التدرجات الرأسية الحركة البطيئة لكتل الهواء الدافئ التي ترتفع بشكل طبيعي ولكنها تبقى أحياناً محصورة تحت السقف في غياب تيار هواء فعال.
وقد مكننا هذا التحليل المفصل منتحديد المناطق التي تعاني من عدم الراحة الحرارية والقطاعات سيئة التهوية، حيث يكون الاستخراج الطبيعي غير كافٍ.
اختبارات الدخان: تصور ما هو غير مرئي
من أكثر الأدوات دلالة على ذلكاستخدام اختبارات الدخان، والتي تسمح بتصوير اتجاه وسرعة تدفق الهواء في الوقت الفعلي.
استخدمت EOLIOS آلة دخان بارد تتكيف مع البيئات الصناعية. من خلال نشر دخان خفيف وخفيف في مناطق مختلفة، كان من الممكن تتبع مسار تدفق الهواء، وتحديد مناطق الركود أو إعادة الدوران وتحديد التيارات السائدة.
كشفت النتائج عن عدد من الظواهر الجديرة بالملاحظة:
-
دوران ديناميكي للغاية حول المحولات، والمغارف الكاملة ومناطق الصب، حيث يكون التيار الحراري قويًا,
-
تراكمات من الدخان تحت السقف، مما يشير إلى وجود مراوح تهوية صغيرة الحجم أو سيئة التوزيع,
-
التأثير القوي للظروف الخارجية، وخاصة اتجاه الرياح وشدتها.
فيديو - اختبارات الدخان في مصانع الصلب
وقد وفرت هذه الملاحظات البصرية أساسًا قيّمًا لنمذجة CFD، مما أتاح التحقق من صحة الافتراضاتوتعديل معلمات المحاكاة.
تحليل التبادل الحراري باستخدام التصوير بالأشعة تحت الحمراء
لا تقتصر الدراسة الحرارية على القياسات الموضعية: للحصول على رؤية شاملة للتوازن الحراري، استخدمت EOLIOSالتصوير بالأشعة تحت الحمراء.
وباستخدام كاميرا حرارية عالية الدقة، قام المهندسون بتحليل أسطح المعدات والبنية التحتية التي تتفاعل مباشرة مع الهواء. مكّن هذا النهج من تحديد :
-
المصادر الرئيسية للحرارة (المحولات، المغارف المعدنية، الصب),
-
مناطق تبديد الحرارة الطبيعية,
-
الأسطح ذات القصور الحراري العالي، حيث تظل الحرارة محصورة.
كانت هذه القياسات ضرورية لتحديد الشروط الحدية لنموذج محاكاة الديناميكا الحرارية المغناطيسية. استُخدمت درجات الحرارة السطحية لمعايرة التدفقات الحرارية، مما يضمن محاكاة مطابقة للسلوك الفعلي للموقع.
أكدت النتائج الحاجة إلى تهوية محسّنة قادرة علىالتخلص من الحرارة الزائدة مع ضمان تجديد الهواء بشكل كافٍ لتوفير بيئة عمل مريحة وآمنة.
الصورة والصورة الحرارية لمنطقة تشكيل البلاطة في العجلة المستمرة
الملاحظات الأولية: تدفقات الهواء التي يجب تحسينها
تحديد وقياس فتحات التهوية وقياسها
حددت عملية التدقيق الهوائي جميع الفتحات في الموقع وخصائصها: أبواب الخدمة، وفتحات التهوية الجانبية، وفتحات التهوية الثابتة على السقف، وأغطية شفط الغبار. تم تحديد مرجع جغرافي لكل فتحة وقياسها من أجل تحديد مساهمتها في تجديد الهواء بشكل عام.
تم أخذ قياسات سرعة الهواء عند مداخل ومخارج هذه الفتحات، لتحديد التدفقات المتبادلة فعليًا. كشف هذا التوصيف عن وجود تفاوتات كبيرة: بعض المداخل مستخدمة بكثافة، في حين أن البعض الآخر غير نشط للغاية، بسبب موقعها أو عدم وجود فرق في الضغط.
على وجه الخصوص، أظهرت الأبواب المكشوفة للرياح السائدة سرعات هواء عالية، مما أدى إلى توليد تيارات هوائية غير مريحة محليًا للمشغلين. تؤكد هذه الملاحظات على الحاجة إلى توزيع الفتحات بشكل متساوٍ أكثر، ولكن أيضًا إلى تنظيم أدق للحد من الآثار غير المرغوب فيها على الراحة الحرارية في محطة العمل.
رسم خرائط التيارات الهوائية ومناطق ركود الدخان
مكنت عمليات المسح واختبارات الدخان من رسم خرائط مفصلة لتدفقات الهواء في قاعات الإنتاج. وكشف ذلك عن عدد من مناطق الركود، حيث يتغير الهواء ببطء أكبر ويميل الدخان إلى التراكم.
أحد المجالات المثيرة للقلق بشكل خاص هو المساحة تحت السقف، حيث تتركز الحرارة والدخان الناتج عن العمليات الصناعية دون أن يتم إخلاؤها بكفاءة. وتتفاقم هذه الظاهرة بسبب التقسيم الطبقي الحراري الذي يمنع وصولالهواء النقي إلى المناطق الأكثر سخونة.
فيديو - اختبارات الدخان في مصانع الصلب
تحليل التفاعلات بين العملية الصناعية وتدفقات الهواء
أكدت الدراسةالتأثير الكبير لعمليات التصنيع على ديناميكيات تدفق الهواء. تولد عمليات نقل المعدن المنصهر وتسلسلات إزالة الترسبات وعمليات الصب المستمرة انبعاثات عالية من الحرارة والدخان، مما يعدل تدفقات الهواء بشكل عميق.
يجب أخذ هذه الظواهر في الاعتبار عند تصميم أنظمة التهوية الطبيعية، من أجل تسهيل إخلاء الأبخرة وتقليل تعرض المشغلين للملوثات.
الفهم والنمذجة : قوة محاكاة CFD
من الملاحظة إلى النموذج: إعادة إنتاج الواقع الصناعي بأمانة
مكنتناالمراجعة الجوية من جمع كمية كبيرة من البيانات عن حركة الهواء ودرجات الحرارة ومناطق ركود الدخان. لتحويل هذه الملاحظات إلى توصيات ملموسة، تعتمد EOLIOS على أداة رئيسية: محاكاة ديناميكيات السوائل الحاسوبية ( CFD ). يتيح هذا النهج إعادة إنتاج سلوك الهواء والحرارة عددياً، بدقة لا مثيل لها في البيئات الصناعية.
تضمنت المرحلة الأولى نمذجة ثلاثية الأبعاد للموقع بأكمله. استخدم مهندسو EOLIOS المسح الأرضي ومخططات العملاءوصور الأقمار الصناعية لإعادة بناء نموذج هندسي كامل، بما في ذلك قاعات الإنتاج ومحيطها المباشر.
تم تصميم هذا النموذج للحفاظ على التعقيد الهوائي للموقع: تم دمج جميع الهياكل التي تؤثر على تدفقات الهواء (الجدران والفتحات والأطر والمعدات وأجهزة التهوية، إلخ) بأمانة، بينما تم تبسيط العناصر الثانوية لتحسين القدرة الحاسوبية.
تم أيضًا نمذجة مصادر الحرارة الداخلية بعناية. تم تحديد بارامترات كل قطعة من المعدات ذات المدخلات الحرارية العالية (المحولات، والجيوب، والألواح، والمجففات، وما إلى ذلك) على أساس درجات حرارة السطح المقاسة في الموقع. يمكّننا هذا العمل الدقيق من إعادة إنتاج تأثيرات السحب الحراري وديناميكيات ارتفاع الهواء الساخن، والتي تعتبر ضرورية في التهوية الطبيعية.
وأخيرًا، تم دمج أنظمة التهوية الحالية (فتحات التهوية، وأجهزة التهوية، وأغطية المحرك) كشروط حدودية مع معدلات التدفق أو السرعات المأخوذة من التدقيق. يمكن استخدام هذا النموذج ليس فقطلتقييم الأداء الحالي للنظام، ولكن أيضًا للاختبار الافتراضي لتكوينات مختلفة لتوجيه خيارات التصميم.
محاكاة التدفقات للتنبؤ والمقارنة والتحسين
بمجرد بناء النموذج ثلاثي الأبعاد، يمكن أن تبدأ مرحلة المحاكاة. تستخدم EOLIOS نهجًا عدديًا يعتمد على طريقة العناصر المحدودة لحل المعادلات التي تحكم حركة الهواء والتبادل الحراري في حجم المحاكاة. بالنسبة لهذه الدراسة، تم إنشاء شبكة هجينة ثلاثية الأبعاد دقيقة للغاية، مع تنقيح محدد حول مناطق الحرارة الشديدة والفتحات.
تم إجراء سلسلة أولية من الحسابات في ظل ظروف الحالة المستقرة، ونمذجة ظروف التشغيل الاسمية كما لوحظ أثناء المراجعة. استُخدم هذا السيناريو للتحقق من صحة أداء نظام التهوية الطبيعية الحاليوتحديد المجالات الحرجة للتحسين.
أبرزت المحاكاة عدة ظواهر رئيسية:
-
صعود سريع لكتل الهواء الساخن على مستوى المحولات والمجففات بسرعات رأسية عالية,
-
مناطق الركود الحراري تحت السقف، خاصةً حول المعدات التي تم إيقاف تشغيلها,
-
عدم كفاية شفط الدخان في بعض المناطق، بسبب سوء التهوية الحرارية أو التصميم غير المناسب للفتحات.
وقد مكنت هذه النتائج من رسم خريطة مفصلة لتدفقات الهواء، مع تسليط الضوء على الاختلالات في التجديد بين القطاعات.
فيديو - درجة حرارة السطح المتساوية - الصب المستمر (داخلي)
تتمثل إحدى المزايا العظيمة للمحاكاة في أنها تتيح الوصول إلى البيانات التي لا يمكن الوصول إليها من خلال القياس المباشر، ولا سيما :
-
تدفقات من خلال فتحات السقف، والتي لا يمكن قياسها بأمان,
-
سرعات الهواء فوق المعدات عند درجة حرارة تزيد عن 1,200 درجة مئوية معقدة للغاية في الموقع.
هذه المعلومات ضرورية للتحقق من صحة التوازن الهوائي وتنقيح التوصيات وضمان تحليل كامل لسلوك تدفق الهواء في جميع أنحاء الموقع.
وبالإضافة إلى الحسابات الثابتة، تم إخضاع بعض المناطق الحرجة لتحليل ديناميكي في ظل ظروف عابرة، من أجل الحصول على فهم أفضل لتطور التدفقات وتشتت الملوثات بمرور الوقت. هذا النهج يجعل من الممكن تصور المسار الفعلي الذي يسلكه الهواء والملوثات، اعتمادًا على الأنشطة الصناعية والفتحات المتاحة وظروف الأرصاد الجوية. وباستخدام المتتبعات القياسية أو خطوط الانبعاثات (LÉS)، تتيح هذه التصورات إمكانيةتوقع ذروة التعرض وأوقات بقاء الدخان ومناطق إعادة الدوران لفترات طويلة.
فيديو - أعمال الصلب المتساوي السطح المتساوي الحرارة
استكشاف السيناريوهات لتوجيه خيارات التصميم
وبالإضافة إلى الملاحظة الأولية، فإن إحدى المزايا الرئيسية لمحاكاة CFD هي أنها تسمح بالاستكشاف السريع لسيناريوهات التحسين، من خلال الاختبار الافتراضي للتعديلات المختلفة على نظام التهوية دون تعطيل التشغيل الفعلي.
مع وضع ذلك في الاعتبار، قامت EOLIOS بمحاكاة عدة تكوينات بديلة، باستخدام :
-
فتح الفتحات الموجودةأو إغلاقها,
-
إضافة مهويات إضافية,
-
تغيير موضعها أو اتجاهها.
ولضمان متانة الحلول التي تم اختبارها، لم تقتصر عمليات المحاكاة على الظروف الجوية التي تمت ملاحظتها أثناء التدقيق، بل شملت العديد من السيناريوهات المتطرفة:
-
وضع صيفي حرج، مع انخفاض التدرج الحراري وارتفاع درجات الحرارة الخارجية,
-
سيناريو شتاء غير مواتٍ، مع وجود رياح باردة معاكسة للتيار الهوائي الطبيعي، مما يؤثر بشكل كبير على إخلاء الدخان.
كما تم أخذ الأحمال الحرارية والملوثات المتغيرة في الاعتبار:
-
حالة اسمية، مع توزيع قياسي للانبعاثات,
-
حالة غير مواتية إلى أقصى حد، حيث تنشط جميع العمليات الانبعاثية في وقت واحد، مما يؤدي إلى تراكم حرج للحرارة والملوثات.
فيديو - درجة الحرارة المتساوية السطح بدون رياح/مع رياح
وقد مكنتنا عمليات المحاكاة هذه منتحديد تكوينات التهوية الأكثر كفاءة، مع تسليط الضوء على عوامل التحسين الرئيسية.
تشمل الحلول الفعالة ما يلي :
-
إعادة فتح الفتحات على الواجهات المعرضة للرياح السائدة للسماح بدخول الهواء النقي,
-
الإضافة المستهدفة لمراوح السقف الثابتة، خاصة في مناطق الركود الحراري,
-
توزيع أفضل للفتحات بين القاعات، من أجل تهوية أكثر تكافؤاً دون ضغط زائد موضعي.
وبفضل هذه الاختبارات، أصبح من الممكن تحديد الفوائد المتوقعة بدقة:
-
زيادة معدلات الاستخراج,
-
انخفاض درجات الحرارة المحيطة المنخفضة,
-
راحة حرارية محسّنة,
-
تقليل زمن بقاء الملوثات.
يمكن استخدام النتائج في شكل خرائط درجات الحرارة أو سرعات الهواء أو خطوط انسيابية أو موازين مقارنة. وهي توفر المبررات الفنية لخيارات التصميم، مع ضمان الأداء الأمثل في جميع ظروف التشغيل.
أداة لصنع القرار ورافعة لكفاءة الطاقة
إن استخدام محاكاة CFD في هذا السياق الصناعي يجعل من الممكن ليس فقط فهم التشغيل الحالي للمنشأة، ولكن أيضًا توقع تطورها وإمكانية تحسينها. إنها أداة قيمة لصنع القرار للمشغلين ومكاتب التصميم ومديري السلامة.
من خلال التحديد الدقيق للمناطق الحرجة وأعطال تدفق الهواء وفرص التحسينات، يتيح نظام CFD إمكانية :
-
تحسين سلامة المشغلين من خلال ضمان التجديد السريع للهواء في المناطق ذات الانبعاثات الملوثة العالية,
-
تحسين الراحة الحرارية من خلال تقليل الفروق في درجات الحرارة والحد من ارتفاع درجة الحرارة,
-
تقليل بصمة الطاقة في الموقع من خلال تحسين التهوية الطبيعية لتجنب الحاجة إلى أنظمة ميكانيكية مكلفة.
يمكّننا نهج EOLIOS، القائم على المسوحات الميدانية الدقيقة والنمذجة الدقيقة وتفسير الخبراء للنتائج، من اقتراح حلول ملموسة تتكيف مع كل تكوين موقع. إن هذا التآزر بين الخبرة الميدانية والمحاكاة الرقمية هو نقطة قوة الدراسات الهوائية التي تجريها EOLIOS في البيئات الصناعية المعقدة.
نحو تهوية عالية الأداء مصممة خصيصًا لمواجهة التحديات الصناعية
خريطة كاملة للفهم والتصرف
تكمن إحدى الفوائد الرئيسية لمحاكاة CFD في قدرتها على تصور حركات الهواء بدقة داخل بيئة صناعية معقدة. وبفضل الحسابات التي تم إجراؤها، تمكنت EOLIOS من رسم خريطة مفصلة لتدفقات الهواء وخطوط الانسياب ومناطق الركود ومعدلات التدفق عبر الحجم المدروس بأكمله.
تؤدي المناطق ذات السحب الحراري العالي، بالقرب من المحولات، أو الجيوب الكاملة أو الألواح الساخنة، إلى ارتفاع سريع في الهواء الساخن، والذي يتم توجيهه جزئيًا إلى فتحات السقف. ومع ذلك، تم تحديد العديد من المناطق الحرجة:
-
التقسيم الطبقي الحراري تحت السقف، ويتضح ذلك بشكل خاص في القاعات سيئة التهوية، حيث يتراكم الهواء الدافئ دون أن يتم إخلاؤه بشكل فعال,
-
مناطق إعادة التدوير، خاصةً في الزوايا أو المناطق البعيدة عن التدفق الرئيسي، حيثيمكن أن يتجمد الهواء الفاسد,
-
هناك عدم توازن في التهوية بين القاعات، حيث تستفيد بعض القاعات من معدلات تدفق هواء عالية بينما تظل قاعات أخرى غير مزودة بالهواء النقي.
وقد مكنت هذه الملاحظات من تحديد الأعطال في النظام الحالي وقياس تأثيرها على جودة الهواء والراحة الحرارية.
دراسات السيناريو: الحمل الأقصى، والظروف القاسية
ولضمان متانة الحلول المتوخاة، تم توسيع نطاق المحاكاة من خلال دراسة عدة سيناريوهات غير مواتية، بما يتجاوز الظروف الاسمية التي تمت ملاحظتها أثناء التدقيق:
-
سيناريوهات مناخية متطرفة، مع وجود رياح ضعيفة جداً في الصيف، مما يحد من الجفاف الطبيعي، أو رياح عنيفة في الشتاء، والتي يمكن أن تولد اختلالات في الضغط في المبنى,
-
سيناريوهات الحمولة القصوى للحرارة والملوثات، ونمذجة حالة تنشط فيها جميع العمليات المسببة للانبعاثات (الصب، المحولات، المغارف الكاملة، إلخ) في وقت واحد، مما يولد تراكمًا حرجًا للحرارة والملوثات.
على الرغم من أن هذه الحالات تحدث لمرة واحدة، إلا أنها تسمح لنا باختبار مرونة نظام التهوية وحجم الفتحات لضمان الحد الأدنى من تجديد الهواء في جميع الظروف.
تحسين أنظمة التهوية: حلول عملية
واستناداً إلى هذه التحليلات، اختبرت EOLIOS وقارنت العديد من سيناريوهات التحسين من خلال تعديل أنظمة التهوية فعلياً:
-
إعادة فتح فتح فتحات التهوية غير النشطة أو المستخدمة بشكل خفيف على الواجهات المعرضة للرياح السائدة,
-
إضافة مهويات ساكنة في مناطق الركود,
-
توزيع أكثر تكافؤاً للفتحات بين القاعات المختلفة,
-
إعادة معايرة بعض عمليات الاستخراج الميكانيكية أو أنظمة التقاط المصدر.
كان أحد أكثر السيناريوهات فعالية هو زيادة مساحة سحب الهواء على الواجهات المواجهة للرياح وتركيب فتحات سقف جديدة. وقد أتاح هذا التكوين إمكانية :
-
زيادة كبيرة في تدفقات الهواء المستخرج في المناطق الرئيسية,
-
انخفاض كبير في درجات الحرارة المحيطة في مناطق العمل,
-
انخفاض ملحوظ في الوقت الذي تقضيه الملوثات في الأماكن المغلقة.
تُظهر هذه النتائج أن العمل المستهدف على الفتحات يمكن أن يحول السلوك الهوائي للموقع، دون استثمار كبير أو تعطيل كبير للإنتاج.
جودة الهواء والتحكم في الملوثات: مشكلة صحية
مكنت الدراسة أيضًا من توصيف جودة الهواء الداخليوتوقع تعرض المشغلين لم ختلف الملوثات الناتجة عن عملية صناعة الصلب. وشملت هذه :
-
أول أكسيد الكربون (CO),
-
الغبار المعدني الدقيق وفائق الدقة (المنجنيز والكروم والزنك),
-
الأبخرة الناجمة عن إزالة الترسباتوأكسدة الألواح والتعدين الثانوي.
تخضع هذه الملوثات للقيم الحدية للتعرض المهني (OELVs)، والتي تفرض عتبات تركيز صارمة في الهواء. وتضمنت المحاكاة دراسات قياسية باستخدام تقنية CFD، حيث أعادت إنتاج تشتت الملوثات وفقًا لعدة سيناريوهات للتهوية.
أبرزت النتائج :
-
مناطق التركيز العالي تحت الأسطح وبالقرب من العمليات النشطة,
-
بطء تشتت الملوثات إذا كانت التهوية الطبيعية غير كافية,
-
خطر التعرض الموضعي للمشغلين القريبين من المصادر.
تمت مضاهاة هذه التحليلات مع نتائج التدقيق والمراجع التنظيمية، من أجل تحديد الحاجة إلى الحماية الفردية (معدات الوقاية الشخصية)، والحاجة إلى التقاط المصدر، وتعزيزات التهوية المستهدفة في مناطق معينة.
توفر هذه العناصر أيضًا دعمًا لا يُقدر بثمن لتثبيت ICPE أو ملف الامتثال، إذا لزم الأمر.
نحو استراتيجية للتهوية الصناعية الخاضعة للرقابة
من خلال الجمع بين البيانات الميدانية وعمليات المحاكاة العددية ومتطلبات السلامة، تمكنت EOLIOS من اقتراح استراتيجية تهوية عالمية تتكيف تمامًا مع الخصائص المحددة للموقع:
-
بنية محسنة للتهوية الطبيعية، تستغل التيارات الحرارية والرياح السائدة,
-
إعادة توازن تدفقات الهواء بين مناطق الإنتاج المختلفة,
-
انخفاض ملموس في درجات الحرارة وتركيزات الملوثات,
-
حماية أفضل للمشغلين، بما يتوافق مع VLEP والمعايير الحالية.
يمكن تنفيذ هذه الاستراتيجية تدريجيًا، من خلال إجراءات بسيطة وعملية، لبناء نظام تهوية قوي ومستدام ومتوافق مع التطوير المستقبلي للموقع.
فيديو ملخص الدراسة
ملخص الدراسة
وتتعلق الدراسة التي أجرتها EOLIOS بتحديد حجم أبراج التبريد وتنفيذها على أسطح مكاتب المركز الدولي للهندسة الكهربائية. أبراج التبريد المساعدة هي أنظمة تبريد تستخدم الهواء الخارجي لتبديد الحرارة، مما يوفر بديلاً أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من تكييف الهواء التقليدي. وتستخدم الدراسة محاكاة CFD لنمذجة وتحليل تدفقات السوائل الداخلة والخارجة من مراكز الاستقبال والتبريد.
تسلط نتائج الدراسة الضوء على تأثير الرياح على تيارات الهواء حول المبنى وتظهر ظاهرة دوران الهواء حول المبنى، مما يؤثر على درجة حرارة ورطوبة الهواء المسحوب.
وتتيح هذه النتائج إمكانية تحسين حجم وموقع مراكز تكييف الهواء لضمان كفاءة تبريد المكاتب.
ملخص فيديو للمهمة
اكتشف مشاريع أخرى
دراسة التهوية الطبيعية – مصانع الصلب
تحسين جودة الهواء – المصنع
التحجيم – المداخن – المختبر
محطة المعالجة ذات درجة الحرارة العالية
التهوية الطبيعية – علم المعادن
الأواني الزجاجية – كونياك
تهوية طبيعية – ألومنيوم دونكيرك
الورشة الصناعية – المكسيك
تحجيم المدخنة الصناعية – الفرن
مصنع – توربينات الرياح
نظام معالجة الدخان – CO2
تحسين الراحة الحرارية – مصنع الصلب
معالجة المركبات العضوية المتطايرة لتحسين العملية
مصنع – إنتاج القفازات
صناعة الزجاج – Hauts De France
تحجيم شفاطات الشفاط في السحب الطبيعي
تصفيح خزان التخزين الحراري
مجموعات المولدات – GE1