AKOESTIEK EN BOUWFYSICA LAWAAIBEHEERSING MILIEUTECHNOLOGIE BRANDVEILIGHEID
Wanneer wel, wanneer geen CFD? ervaring van Peutz met controle en validatie van numerieke modellen met metingen
Marcel van Uffelen
ZOETERMEER - MOOK - GRONINGEN - DÜSSELDORF - BONN - BERLIJN - PARIJS - LYON - LONDEN - LEUVEN
Inhoud • • • • • • • • •
Peutz B.V. Datacenters Beneluxtunnel Parkeergarages Klimaatkamerproef plafondeilanden Luchtkwaliteit Windklimaat in de gebouwde omgeving Glasfabrieken Conclusies
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Peutz B.V. • • • • •
Onafhankelijk adviesbureau, Opgericht 1954 Momenteel ca. 220 medewerkers 10 vestigingen in 5 landen Lid ONRI, ISO-9001 gecertificeerd.
19 mei 2010
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
3
Vakgebieden bouw en industrie • • • • •
Bouwfysica Bouwakoestiek Brandveiligheid Windtunnelstudies duurzaam bouwen
19 mei 2010
Zaalakoestiek lawaaibeheersing trillingtechniek milieutechnologie ruimtelijke ordening
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
4
Datacenters • Luchtbewegingen, straling en temperaturen in datacenter zijn goed te berekenen • Zowel in servers, in serverracks, plenum en gangen • Bij nieuwe ontwikkelingen ter voorbereiding proefopstelling of voor extrapolatie metingen • Dedicated modellen specifieke problemen tests
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Datacenters • • • • •
Koude gangen tegenwoordig voorzien van dak Steeds vaker vervalt plenum zoals bij AktiefKoeldak Proeven met koude rook Metingen aan drukval Metingen aan luchtgordijn
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Datacenters • CFD model AktiefKoeldak • Metingen met thermokoppels en InfraRood op locatie bij SmartDC te Rotterdam • Gelijkmatige temperatuurverdeling mogelijk • Goed te simuleren met CFD
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Datacenters • CFD model AktiefKoeldak • Metingen met thermokoppels en InfraRood op locatie bij SmartDC te Rotterdam • Gelijkmatige temperatuurverdeling mogelijk • Goed te simuleren met CFD
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Validatie en metingen klimaatkamer • Validatie bij voorkeur aan hand van laboratoriummetingen onder goed bekende en stabiele condities • Voorbeeld validatie en metingen Peutz plafondeilanden onder geactiveerde betonvloer
% capacity
100 80 60 40 20 0 0
20
40
60 % ceiling
CFD model
Mineral wool 9 cm
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
80
100
Validatie en praktijkmetingen • Metingen vooraf aan ventilatieroosters, -spleten en plenums • Ten behoeve CFD studies aan Grote Zaal Concertgebouw en Muziekgebouw aan het IJ • Metingen achteraf ter controle
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Praktijkproef Beneluxtunnel • In opdracht van Rijkswaterstaat • Meten en rekenen aan effect langsventilatie bij brand • Verschillende branden met vloeistofbakken en pallets
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Praktijkproef Beneluxtunnel • Metingen luchtsnelheid op meerdere locaties en hoogten • Idem luchttemperatuur, stralingsintensiteit en optische dichtheid rook
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Praktijkproef Beneluxtunnel • Vergelijking gemeten en berekende rooklaagtemperatuur • Natuurlijke ventilatie -200 m
-100 m
-50 m
-20 m
-10 m
+10 m
5 4.5 4
Height [m]
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 400 300 200 100 400 300 200 100 400 300 200 100 400 300 200 100 400 300 200 100 Temperature [øC]
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
100 200 300 400
Praktijkproef Beneluxtunnel • Vergelijking gemeten en berekende rooklaagtemperatuur • Mechanische ventilatie -200 m
-100 m
-50 m
-20 m
-10 m
+10 m
5 4.5 4
Height [m]
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 400 300 200 100 400 300 200 100 400 300 200 100 400 300 200 100 400 300 200 100 Temperature [øC]
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
100 200 300 400
Praktijkproef Beneluxtunnel • Zelfs met eenvoudige submodellen is een redelijke vergelijking met de metingen mogelijk • De rooklaagdikte is met CFD overschat • Mechanische ventilatie makkelijker te simuleren dan natuurlijke ventilatie • De lengte van “backlayering” is onderschat • De metingen moeten eigenlijk exacter, vooral qua brandvermogen en rookproductie en overige randcondities
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Van Heek garage Enschede • Proeven met “koude rook” • of met echte autobrand • Geeft meer inzicht, maar ook meer vervuiling, mogelijke schade en hogere kosten
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Van Heek garage Enschede • Twee ondergrondse bouwlagen • Oppervlakte ca. 30.000 m2 per laag • Mechanisch geventileerd – toe- en afvoer, stuwdrukventilatoren – aangestuurd door CO/LPG detectie – en door plaatsafhankelijk branddetectiesysteem
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
17
Van Heek garage Enschede • Geëist is brandproef met 3 auto’s vormt risico voor garage verloop autobrand slecht voorspelbaar, dus voorproeven met brandstofbakken • Voorproeven bekend vermogen (nodig voor bepaling vermogen autobrandproef) controle werking installaties verificatie afbreekcriteria autobrandproef • Rekenkundige controle huidige inzichten
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
18
Van Heek garage Enschede • Aanvullende berekeningen tonen grotere rookverspreiding dan eerder verwacht • Oorzaak o.a. nieuwe inzichten rookproductie auto en minder warmteafgifte autobrand • Grotere rookverspreiding ook waargenomen bij voorproeven • Post-dictie berekeningen veel beter...
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
19
Submodellen: brandproef SP • Brandproef SP, Swedish National Testing and Research Institute • 1 m/s langsventilatie • Afzuigschacht boven op tunnel 2,7 m3/s • Kerosine in een pan; 1,51 g/s verbrandt • Regeling door temperatuur in pan te sturen
windtunnelonderzoek Wanneer wel, wanneer geen CFD?
20
Submodellen: brandproef SP • CFD Phoenics met combustion model, zonder stralingsmodel • Idem met radiosity model • Idem met 6-flux model (inclusief absorptie plafond) • Met Fire Dynamics Simulator (FDS)
windtunnelonderzoek Wanneer wel, wanneer geen CFD?
21
Submodellen: brandproef SP • Best zijn 6-flux model FDS
windtunnelonderzoek Wanneer wel, wanneer geen CFD?
22
Luchtkwaliteit • Berekeningen volgens Regeling beoordeling luchtkwaliteit (RBL) 2007 (VROM/I&M) • Toetsing aan grenswaarden Wet milieubeheer met name NO2 en PM10, PM2,5 • Standaard rekenmethoden voor standaard situaties • Windtunnelonderzoek (tracergas), voor complexe situaties, ministeriële goedkeuring ingevolge RBL
8 april 2009
Wind enwanneer zon in degeen CFD? Wanneer wel, bebouwde omgeving
23
Luchtkwaliteit
Werkelijkheid
CFD turbulentiemodel
24-5-2011
Windhinder Wanneer wel, wanneer geen CFD? onderzoek m.b.v
24
Luchtkwaliteit • Juist deze tijdafhankelijke grote wervels domineren het verspreidingsgedrag • Vermalen van alle turbulentie tot turbulentie model levert onjuist beeld op van verspreiding van emissies • Probleemzones voor toepassing CFD liggen dichtbij gebouwhoeken, tunnelmonden, geluidschermen
8 april 2009
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
25
CFD en windtunnel WTC Almere • CFD model dat automatisch 12 windrichtingen doorrekent op basis DWG 3D • Op 4 parallelle processoren op 3 PC's • Met “second order” discretisatieschema • Minimaal 2 miljoen cellen
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
26
CFD en windtunnel WTC Almere • Kwalitatief en kwantitatief goede overeenkomst • Minder geschikt voor details als schermen en luifels
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
27
Praktijkmetingen glasfabriek • Metingen vooraf van luchttemperatuur, – snelheid en oppervlaktetemperaturen (InfraRood) • Opleveringsmetingen achteraf • Goede overeenkomst met berekeningen
“Meten en rekenen aan wanneer datacenterkoeling -ventilatie” Wanneer wel, geenen CFD?
Praktijkmetingen glasfabriek • CFD berekeningen luchttemperatuur Huidige situatie met deuren geopend Variant met extra dakkappen en geluidgedempte gevelroosters Hybride ventilatie met mechanische toevoer bordes
Wanneer wel, wanneer geen CFD?
Conclusies • CFD berekeningen bij voorkeur baseren op metingen • Modellen vooraf goed valideren • Metingen achteraf wenselijk en leerzaam • Submodellen turbulentie, straling kunnen grote invloed hebben • Geschikt voor parkeergarages, atria, fabrieken, datacenters e.d. • Windklimaat in relatief eenvoudige geometrieën • Luchtkwaliteit en winddrukken op gebouwen zijn te nog te complex voor CFD vanwege grote variatie in lengteschalen en tijdschalen • Specifieke klimaatkamermetingen idem Wanneer wel, wanneer geen CFD?
