Ottimizzazione del comfort termico degli operatori e dell'efficienza energetica dello stabilimento Verallia Cognac, nel contesto del passaggio da un forno a gas a un forno elettrico.
L'obiettivo principale dello studio è predisporre soluzioni per ottimizzare il comfort termico degli operatori attorno alla loro postazione di lavoro, sia nell'estremità fredda sia nell'estremità calda dello stabilimento. Questo include anche l'ottimizzazione dei consumi di energia legati alla gestione climatica dello stabilimento. Un'attenzione particolare è dedicata alla progettazione degli ingressi d'aria specifici per la sostituzione di un forno a gas con un forno elettrico.
Un obiettivo secondario è limitare gli effetti delle correnti d'aria nelle zone di processo sensibili, che possono avere un impatto negativo sulle operazioni di produzione e causare difetti ricorrenti.
La complessità dei fenomeni termo-aeraulici nel dimensionamento è dovuta a numerosi fattori come le temperature radianti delle pareti, il tiraggio termico, la pressione del vento, la resistenza interna al flusso d'aria verticale, le caratteristiche delle aperture dell'involucro dell'edificio, il terreno locale o ancora la protezione dal vento. In questo ambiente in cui l'edificio non è regolato termicamente, il controllo degli ambienti avviene principalmente tramite l'apporto d'aria fresca per tiraggio naturale verso gli aeratori statici in copertura e tramite ventilazione forzata (estrazione o immissione).
L'essenziale. EOLIOS ottimizza il comfort termico degli operatori e l'efficienza energetica della vetreria Verallia Cognac, nel contesto del passaggio da un forno a gas a un forno elettrico. Un audit sul sito (prove fumogene, termocamera) e un modello CFD 3D hanno mostrato che l'arresto del forno a gas inverte l'aeratore statico in ingresso d'aria. La regolazione delle alette e il tramezzamento tra estremità calda e fredda ripristinano il comfort in inverno e riducono la bolletta energetica.
Per valutare i movimenti dell'aria, sono state effettuate prove fumogene per visualizzare le traiettorie dell'aria e individuare eventuali zone di stagnazione o di cattiva ventilazione che possono generare una cattiva qualità dell'aria in queste zone.
La prova fumogena libera un fumo tracciante non inquinante per rendere visibili le traiettorie reali dell'aria. Rivela le zone di stagnazione e le circolazioni parassite tra le diverse zone dello stabilimento, impercettibili a occhio nudo.
Inoltre, sono state utilizzate termocamere per visualizzare le temperature delle pareti e per individuare le zone di forti apporti o dispersioni termiche. Queste informazioni sono state utilizzate per quantificare i fenomeni termici e le zone che presentano punti caldi e punti freddi.
L'audit aeraulico ha permesso di mettere in evidenza le zone in cui sono necessari miglioramenti per ottimizzare la ventilazione, la temperatura e la qualità dell'aria nello stabilimento. Sono state formulate raccomandazioni per rimediare ai problemi rilevati e migliorare così le condizioni di lavoro degli operatori e l'efficienza energetica degli impianti.
I dati climatologici della stazione meteorologica di Cognac-Châteaubernard sono utilizzati per definire le condizioni climatiche esterne necessarie allo studio delle ventilazioni dello stabilimento.
La velocità e la direzione dei venti nonché la temperatura minima media in inverno e la temperatura massima media in estate sono state rilevate, così come i picchi di temperatura più estremi raggiunti.
Questi dati sono essenziali per determinare le condizioni climatiche reali e adattare le strategie di ventilazione e climatizzazione al fine di garantire il comfort degli operatori nello stabilimento durante tutto l'anno.
La meccanica dei fluidi numerica (o CFD) raggruppa l'insieme dei metodi numerici utilizzati per studiare i flussi di fluido in un ambiente dato. Poiché le equazioni che governano questi flussi non possono essere risolte analiticamente, il metodo degli elementi finiti permette di risolverle numericamente.
Nel settore dell'edilizia, uno studio CFD può fornire ai progettisti informazioni precise sulle velocità dell'aria, le pressioni e le temperature che si verificheranno all'interno e attorno ai sistemi studiati. Questo tipo di studio è in particolare particolarmente utile per studiare la progettazione dei sistemi di ventilazione e climatizzazione nei grandi spazi. Permettono di ottimizzare il comfort interno verificando che gli ingressi e le uscite d'aria assicurino una ventilazione adeguata del volume, garantendo così un comfort ottimale per gli occupanti. Queste simulazioni sono essenziali per assicurare una progettazione efficace, contribuendo così a migliorare l'efficienza energetica e il benessere degli utenti.
Nell'ambito dello studio, un modello 3D è stato creato a partire dalle piante e dalle sezioni fornite, includendo la geometria del sito e del suo ambiente in un raggio di 300 metri. Per questo studio, i tipi di pareti, le superfici aperte verso l'esterno, i punti di immissione, le riprese e ogni sistema che rilascia calore nello spazio, individuati durante l'audit, sono modellati e presi in considerazione in modo preciso.
Un aeratore statico (o lucernario in copertura) evacua l'aria calda per tiraggio termico, senza motore. Il suo verso di funzionamento dipende dal tiraggio: a forno spento, può invertirsi in ingresso d'aria. Il suo studio rientra nel dimensionamento degli aeratori statici.
Dopo la verifica della precisione e dell'efficacia del modello di simulazione utilizzato per lo studio CFD confrontando i primi risultati con le misure realizzate sul posto durante l'audit, vengono realizzate simulazioni sulla configurazione attuale dello stabilimento in situazione invernale. Risulta che l'arresto del forno a gas riduce il tiraggio termico e l'aeratore statico diventa quindi ingresso d'aria e porta l'aria fresca nonché gli inquinanti, oltre a perturbare i flussi d'aria nello stabilimento.
Inoltre, i nostri studi hanno anche mostrato che i principali problemi rispetto al comfort termico degli operatori derivavano in un primo momento dalla mancanza di regolazione sulle alette, generando in inverno ingressi d'aria indesiderati. Un'altra causa di questi problemi è l'apertura considerevole tra l'estremità calda e l'estremità fredda, creando importanti movimenti d'aria tra l'una e l'altra che perturbano notevolmente i flussi d'aria dei sistemi di riscaldamento dell'estremità fredda, generando zone morte, con conseguente zona di discomfort per gli operatori.
Una nuova simulazione invernale è stata realizzata prevedendo l'aggiunta di soluzioni per bloccare la propagazione dell'aria fresca in ingresso dalle alette nonché un tramezzamento che permette di separare più efficacemente l'estremità calda dall'estremità fredda. Questa simulazione dimostra un netto miglioramento dell'efficacia dei sistemi di riscaldamento nella zona in cui lavorano gli operatori grazie alle soluzioni tecniche proposte.
In una vetreria, l'estremità calda designa il forno e la formatura del vetro fuso; l'estremità fredda la ricottura, il controllo e l'imballaggio. Gestire gli scambi d'aria tra queste due zone dalle esigenze termiche opposte è una delle sfide chiave dello studio.
Inoltre, un'altra simulazione ha anche permesso di mostrare che con l'attivazione del nuovo forno elettrico, il tiraggio termico è sufficiente per il corretto funzionamento dell'aeratore statico in estrazione d'aria, eliminando il flusso d'aria parassita generato in precedenza nella zona di lavoro.
I dati climatologici della stazione meteorologica di Dunkerque sono di importanza capitale per definire le condizioni climatiche esterne necessarie allo studio delle ventilazioni dello stabilimento. Le informazioni raccolte comprendono la velocità e la direzione dei venti, nonché la temperatura minima media in inverno e la temperatura massima media in estate.
Inoltre, sono presi in considerazione anche i picchi di temperatura più estremi registrati. Questi dati svolgono un ruolo cruciale nell'adattamento delle strategie di ventilazione e climatizzazione per garantire il comfort ottimale degli operatori dello stabilimento durante tutto l'anno.
Questo tipo di studio CFD sulla termo-aeraulica dell'edificio permette di migliorare notevolmente l'efficienza energetica minimizzando le perdite di energia e massimizzando l'utilizzo del calore generato, il che migliora la prestazione energetica globale del processo di produzione. Pertanto, l'ottimizzazione energetica di un edificio tipo vetreria presenta numerosi vantaggi. Permette innanzitutto di ridurre i costi energetici ottimizzando gli impianti, i processi di riscaldamento e gli scambi termici tra l'estremità calda e l'estremità fredda, generando così risparmi sulla bolletta energetica legata al riscaldamento dell'estremità fredda.
Inoltre, l'ottimizzazione energetica contribuisce alla riduzione delle emissioni di gas serra diminuendo la domanda di energia e limitando le emissioni di CO2 e di altri inquinanti provenienti dalla combustione dei combustibili fossili. Infine, il miglioramento della sostenibilità ambientale dell'azienda grazie a misure di ottimizzazione energetica permette di rispondere alle aspettative dei clienti e delle parti interessate in materia di pratiche sostenibili, rafforzando così l'immagine dell'azienda. L'ottimizzazione energetica di una vetreria offre quindi benefici significativi sia sul piano economico sia sul piano ambientale.
Da ricordare. In una vetreria, cambiare forno rimescola gli equilibri aeraulici: sono la regolazione delle alette e il tramezzamento tra estremità calda e fredda, più del riscaldamento ausiliario, a ripristinare il comfort degli operatori riducendo al contempo il consumo di energia.
Ventilazione naturale, transizione forno gas/elettrico e comfort termico in vetreria.
Poiché l'edificio non è regolato termicamente, la ventilazione naturale per tiraggio verso gli aeratori in copertura assicura gran parte del rinnovo d'aria, completata da una ventilazione forzata dove il solo tiraggio non basta. Un approccio analogo è stato adottato nel nostro progetto ventilazione naturale di un'acciaieria.
Un forno a gas sprigiona molto calore e mantiene un forte tiraggio termico. All'arresto, l'aeratore statico si inverte in ingresso d'aria e porta aria fresca e inquinanti. Il forno elettrico ripristina un tiraggio sufficiente perché l'aeratore torni in estrazione.
L'estremità calda comprende il forno e la formatura del vetro fuso; l'estremità fredda la ricottura, il controllo e l'imballaggio. Un'apertura troppo ampia tra le due crea movimenti d'aria che perturbano il riscaldamento dell'estremità fredda.
Lo studio raccomanda di regolare le alette per bloccare gli ingressi d'aria indesiderati in inverno e di tramezzare l'estremità calda e l'estremità fredda, il che migliora nettamente l'efficacia dei sistemi di riscaldamento nella zona di lavoro.
Limitando le perdite di calore dell'estremità fredda e sfruttando il calore già prodotto, la ventilazione ottimizzata riduce il ricorso al riscaldamento ausiliario, e quindi il consumo di energia e le emissioni di CO2 associate.
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Lo studio mira a migliorare il comfort termico degli operatori rafforzando al contempo l'efficienza energetica. La transizione da un forno a gas a un forno elettrico è pianificata per ottimizzare le condizioni termiche. Provvedere a ridurre le correnti d'aria nelle zone sensibili è un obiettivo complementare per evitare le perturbazioni della produzione. Tutta la complessità dei fenomeni termo-aeraulici è studiata, tenendo conto di elementi come le temperature delle pareti, il tiraggio termico e la pressione del vento. In questo contesto non regolato termicamente, l'apporto d'aria fresca tramite gli aeratori in copertura e la ventilazione forzata sono strategie chiave per regolare l'ambiente.
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