Η SimTec υλοποίησε προσομοιώσεις Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (CFD) για λογαριασμό της “INSTA Σύμβουλοι Μηχανικοί” για την εκτίμηση του ροϊκού και θερμοκρασιακού πεδίου μέσα και γύρω από τον “Πύργο του Πειραιά” (Εμποροναυτιλιακό Κέντρο Πειραιά), το δεύτερο υψηλότερο κτήριο στην Ελλάδα μετά τον “Πύργο Αθηνών”. Πρόκειται για κτίριο ύψους 88 μέτρων και 24 ορόφων (δύο υπόγεια), με συνολική δομημένη επιφάνεια 34.600 τετραγωνικών μέτρων. Οι ατμοσφαιρικές συνθήκες αντιστοιχούσαν σε μία θερμή καλοκαιρινή ημέρα με υψηλή εξωτερική θερμοκρασία 38 [oC].
Όλος ο μηχανολογικός εξοπλισμός κάθε ορόφου βρίσκεται συγκεντρωμένος σε μηχανοστάσιο που βρίσκονται στη βόρεια όψη του κτιρίου. Ο στόχος της μελέτης ήταν η διασφάλιση ότι ο θερμός αέρας που απορρίπτεται από την έξοδο των Αντλιών Θερμότητας (ΑΘ) σε κάθε όροφο (στους 55 [oC]), να μην εισρέει στις εισαγωγές νωπού αέρα στα μηχανοστάσια υπερκείμενων ορόφων, όπως επίσης και ο αέρας εισόδου των ΑΘ να διαθέτει επαρκώς χαμηλή θερμοκρασία.
Η σύνθετη αρχιτεκτονική μορφή της πρόσοψης του κτηρίου, η οποία αποτελείται από διακοσμητικά οριζόντια και κατακόρυφα πτερύγια, πανέλα περσίδων και πλέγματος, όπως και η πολύπλοκη γεωμετρική μορφολογία των μηχανοστασίων με τον Η/Μ εξοπλισμό (μηχανήματα και αεραγωγοί), κατέστησαν απαραίτητη τη χρήση της προσομοίωσης για τον υπολογισμό, αφενός των ανωστικών δυνάμεων που οφείλονται στην έντονη θερμοκρασιακή διαφορά μέσα και έξω από τα μηχανοστάσια, αφετέρου της αλληλεπίδρασης της υπερπίεσης λόγω ανεμόπτωσης και υποπίεσης στις σχάρες αναπνοής των ΑΘ και στα στόμια αναρρόφησης νωπού αέρα.
Για την μοντελοποίση των σχαρών αναπνοής των αντλιών θερμότητας αλλά και του διακοσμητικού πλέγματος χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο του πορώδους άλματος (porous jump), ενώ για τα πανέλα περσίδων χρησιμοποιήθηκε η τεχνική του πορώδους μέσου (porous medium). Τα μοντέλα αυτά είναι διαθέσιμα στο Ansys Fluent και χρησιμοποιούνται για τον ακριβή καθορισμό της πτώσης πίεσης και της διεύθυνσης της ροής, χωρίς την ανάγκη διακριτοποίησης της πραγματικής γεωμετρίας, η οποία θα απαιτούσε τεράστιο αριθμό υπολογιστικών στοιχείων (computational cells).
Οι ανησυχίες των μελετητών της INSTA επιβεβαιώθηκαν με την προσομοίωση της διάταξης σχεδιασμού, με τις θερμοκρασίες στις εισόδους των ΑΘ και των στομίων εισαγωγής νωπού αέρα να ξεπερνούν σημαντικά τις προδιαγραφές αποδοτικής λειτουργίας. Η ανάλυση των CFD αποτελεσμάτων και η από κοινού συζήτηση μεταξύ SimTec και INSTA οδήγησε σε μία αλληλουχία βημάτων αλλαγών και βελτιώσεων των εξής παραμέτρων: (α) αριθμός και ισχύς ΑΘ, (β) χωροθέτηση ΑΘ, στομίων και σχετικών αεραγωγών στα μηχανοστάσια, (γ) εσωτερική σφράγιση ποσοστού πανέλων περσίδων, με στόχο την καθοδήγηση του θερμού αέρα μακριά από θέσεις εισαγωγής, τόσο στον ίδιο όροφο όσο και στους γειτονικούς (κυρίως άνωθεν). Κάθε αλλαγή συνοδεύτηκε από νέα επίλυση CFD έως ότου η θερμοκρασία στα στόμια εισαγωγής νωπού αέρα και στις σχάρες αναπνοής των ΑΘ πληρούσε τις προδιαγραφές για διάφορα σενάρια έλλειψης ή ασθενούς ανεμόπτωσης.
Με τη χρήση του Ansys Fluent οι έμπειροι αναλυτές της SimTec βοήθησαν καταλυτικά τους μελετητές της INSTA στη λύση ενός πολυπαραμετρικού και δύσκολου τεχνικού γρίφου σε ένα σύνθετο κτιριακό έργο. Το κυριότερο όφελος είναι ότι η λύση δόθηκε έγκαιρα στη φάση του σχεδιασμού, όπου υπάρχει μεγάλη ευελιξία επιλογών και όχι μετά την κατασκευή, όπου το περιθώριο ελιγμών είναι περιορισμένο και το κόστος των αλλαγών πολλαπλάσιο.
Εργαλεία ANSYS: ANSYS FLUENT
