Wanneer wel, wanneer geen CFD? ervaring van Peutz met controle en validatie van numerieke modellen met metingen

Transcriptie

1 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

2 Inhoud Peutz B.V. Datacenters Beneluxtunnel Parkeergarages Klimaatkamerproef plafondeilanden Luchtkwaliteit Windklimaat in de gebouwde omgeving Glasfabrieken Conclusies

3 Peutz B.V. Onafhankelijk adviesbureau, Opgericht 1954 Momenteel ca. 220 medewerkers 10 vestigingen in 5 landen Lid ONRI, ISO-9001 gecertificeerd. 19 mei

4 Vakgebieden bouw en industrie Bouwfysica Bouwakoestiek Brandveiligheid Windtunnelstudies duurzaam bouwen 19 mei 2010 Zaalakoestiek lawaaibeheersing trillingtechniek milieutechnologie ruimtelijke ordening 4

5 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

6 Datacenters Koude gangen tegenwoordig voorzien van dak Steeds vaker vervalt plenum zoals bij AktiefKoeldak Proeven met koude rook Metingen aan drukval Metingen aan luchtgordijn

7 Datacenters CFD model AktiefKoeldak Metingen met thermokoppels en InfraRood op locatie bij SmartDC te Rotterdam Gelijkmatige temperatuurverdeling mogelijk Goed te simuleren met CFD

8 Datacenters CFD model AktiefKoeldak Metingen met thermokoppels en InfraRood op locatie bij SmartDC te Rotterdam Gelijkmatige temperatuurverdeling mogelijk Goed te simuleren met CFD

9 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 % ceiling CFD model Mineral wool 9 cm

10 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

11 Praktijkproef Beneluxtunnel In opdracht van Rijkswaterstaat Meten en rekenen aan effect langsventilatie bij brand Verschillende branden met vloeistofbakken en pallets

12 Praktijkproef Beneluxtunnel Metingen luchtsnelheid op meerdere locaties en hoogten Idem luchttemperatuur, stralingsintensiteit en optische dichtheid rook

13 Praktijkproef Beneluxtunnel Vergelijking gemeten en berekende rooklaagtemperatuur Natuurlijke ventilatie -200 m -100 m -50 m -20 m -10 m +10 m Height [m] Temperature [øc]

14 Praktijkproef Beneluxtunnel Vergelijking gemeten en berekende rooklaagtemperatuur Mechanische ventilatie -200 m -100 m -50 m -20 m -10 m +10 m Height [m] Temperature [øc]

15 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

16 Van Heek garage Enschede Proeven met koude rook of met echte autobrand Geeft meer inzicht, maar ook meer vervuiling, mogelijke schade en hogere kosten

17 Van Heek garage Enschede Twee ondergrondse bouwlagen Oppervlakte ca m2 per laag Mechanisch geventileerd toe- en afvoer, stuwdrukventilatoren aangestuurd door CO/LPG detectie en door plaatsafhankelijk branddetectiesysteem 17

18 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 18

19 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... 19

20 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

21 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

22 Submodellen: brandproef SP Best zijn 6-flux model FDS windtunnelonderzoek Wanneer wel, wanneer geen CFD? 22

23 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

24 Luchtkwaliteit Werkelijkheid CFD turbulentiemodel Windhinder Wanneer wel, wanneer geen CFD? onderzoek m.b.v 24

25 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

26 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 26

27 CFD en windtunnel WTC Almere Kwalitatief en kwantitatief goede overeenkomst Minder geschikt voor details als schermen en luifels 27

28 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?

29 Praktijkmetingen glasfabriek CFD berekeningen luchttemperatuur Huidige situatie met deuren geopend Variant met extra dakkappen en geluidgedempte gevelroosters Hybride ventilatie met mechanische toevoer bordes

30 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