Studio della ventilazione naturale – Acciaierie
Studio termo-aerodinamico di un sito di acciaieria
In un ambiente industriale soggetto a elevate emissioni di calore e sostanze inquinanti, la ventilazione naturale mostra i suoi limiti. Grazie a un’analisi che combina rilievi in loco e simulazioni CFD, EOLIOS ha studiato il comportamento effettivo dei flussi d’aria e ha proposto soluzioni concrete per ottimizzare la ventilazione, migliorare il comfort termico e la qualità dell’aria nelle aree di produzione.
Studio della ventilazione naturale - Acciaierie
Anno
2025
Cliente
NC
Posizione
Germania
Tipologia
Industria
Continua a navigare :
I nostri altri progetti :
Ultime notizie :
Scheda tecnica :
La nostra esperienza:
Hai bisogno del parere di un esperto?
I nostri ingegneri sono pronti ad ascoltare e ad affrontare qualsiasi sfida.
Una sfida industriale: controllare il flusso e la dissipazione del calore
Un sito industriale altamente vincolato
Nel cuore di un’acciaieria attiva 24 ore su 24, soggetta a temperature estreme e a massicce emissioni di fumi metallurgici. In questo gigantesco capannone industriale, il calore generato da convertitori, siviere di metallo fuso e colate continue richiede una gestione rigorosa dei flussi d’aria.
I processi di trasformazione della ghisa in acciaio generano anche significative emissioni di inquinanti atmosferici, tra cui monossido di carbonio (CO), polveri metalliche sottili, composti di manganese, cromo, zinco e silice cristallina. Questi fumi, spesso invisibili a occhio nudo, sono tanto più problematici in quanto possono concentrarsi localmente in assenza di un’estrazione efficace. Oltre ai rischi diesposizione cronica per gli operatori, questi inquinanti sono soggetti a severi limiti di esposizione professionale (OEL), che richiedono un monitoraggio rigoroso della qualità dell’aria. In questo contesto, la ventilazione svolge un ruolo cruciale nell’evacuazione rapida dei gas nocivi e nella diluizione delle particelle in sospensione, al fine di mantenere un ambiente di lavoro conforme ai requisiti sanitari e normativi.
Con temperature che sfiorano i 1.600°C e volumi d’aria che si muovono ad una velocità di diverse decine di migliaia di metri cubi all’ora, laventilazione dei siti si basa su un complesso equilibrio tra l’estrazione dei fumi e l’immissione di aria fresca. Qualsiasi interruzione di questo sistema può avere un impatto sulla qualità dell’aria, sulla sicurezza degli operatori e sull’efficienza energetica degli impianti.
Il processo di produzione dell'acciaio e il suo impatto sull'ambiente atmosferico
La produzione di acciaio si basa su una serie di processi industriali ad alta intensità energetica, che generano grandi volumi di calore, gas e particelle. Sebbene ogni acciaieria abbia le sue caratteristiche specifiche, il principio generale si basa sulle seguenti fasi:
-
I convertitori vengono caricati con una miscela di ghisa liquida (proveniente dall’altoforno) e rottami riciclati.
-
L’iniezione di ossigeno puro nel bagno di metallo permette di eliminare il carbonio in eccesso tramite ossidazione, una reazione che rilascia una grande quantità di calore e fumi metallurgici.
-
La metallurgia secondaria, che consiste nell’aggiustare la composizione chimica dell’acciaio aggiungendo elementi di lega (cromo, manganese, nichel, ecc.).
-
Colata continua, in cui l’acciaio liquido viene versato in stampi e raffreddato gradualmente con acqua per formare lastre solide.
-
Taglio e finitura, eventualmente al plasma o al laser, secondo le specifiche finali.
Video - Cappa di aspirazione per acciaierie
Ogni fase contribuisce a una produzione localizzata di calore e di sostanze inquinanti, spesso concentrata intorno ai convertitori, alle aree di trasferimento delle siviere, alle attrezzature di colata continua o di dissabbiatura. Le temperature di lavoro possono superare i 1.600°C, generando flussi d’aria calda ascensionali, emanazioni di gas (CO, CO₂), particelle fini e polveri metalliche. Questi fenomeni hanno un impatto diretto sulla stratificazione termica, sul comportamento del flusso d’aria e sulla dispersione degli inquinanti.
La comprensione di questi meccanismi è essenziale per progettare un sistema di ventilazione adeguato in grado di rinnovare l’aria in modo efficiente, rimuovere il calore in eccesso e limitare l’esposizione dell’operatore.
Qualità dell'aria e ambiente di lavoro
La produzione genera inquinanti complessi
Il processo di produzione dell’acciaio genera un’ampia varietà di inquinanti atmosferici, come risultato diretto delle alte temperature e delle reazioni chimiche che avvengono nei convertitori e durante i trattamenti metallurgici. I principali composti emessi sono :
-
Monossido di carbonio (CO), prodotto dall’ossidazione del carbonio contenuto nella ghisa,
-
Polveri metalliche fini e ultrafini, composte da ferro, cromo, manganese o zinco,
-
Fumi opachi derivanti dalle operazioni di desquamazione, ossidazione delle lastre e colata,
-
Gas caldi a temperature molto elevate, che alterano la dinamica dell’aria.
Queste sostanze, a volte invisibili a occhio nudo, possono accumularsi in volumi elevati o disperdersi lentamente se non viene messo in atto un meccanismo di estrazione efficace.
Soglie normative rigorose: VLEPs
Le normative impongono limiti di esposizione professionale (OEL ) per controllare l’esposizione a sostanze pericolose. Queste soglie, espresse in mg/m³ o ppm, sono pensate per limitare gli effetti a breve e lungo termine sulla salute (problemi respiratori, avvelenamento, malattie croniche, ecc.).
I composti presenti nel fumo, come il CO e le particelle metalliche, sono strettamente regolamentati. Se queste soglie vengono superate, è necessario adottare misure correttive immediate, come la cattura della fonte, la ventilazione localizzata o l’uso di adeguati dispositivi di protezione individuale (DPI).
Impatto diretto sulla salute degli operatori
L’esposizione cronica a concentrazioni troppo elevate di inquinanti può portare a patologie respiratorie, disturbi neurologici ed effetti sistemici. Tra i rischi riconosciuti nell’industria siderurgica:
-
Bronchite cronica e irritazione polmonare legate alla polvere,
-
L ‘avvelenamento da CO è spesso insidioso,
-
Gli effetti neurotossici dell’inalazione di manganese a lungo termine.
Il controllo della qualità dell’aria interna è quindi un problema di salute pubblica e una responsabilità per l’operatore.
Strumenti di misurazione e valutazione: un approccio combinato
Durante l’audit sono state effettuate misurazioni a campione per identificare gli inquinanti, in particolare le particelle fini. Tuttavia, alcune aree, come quelle sotto il tetto o vicino alle attrezzature, rimangono inaccessibili.
Per completare il quadro, EOLIOS ha implementato la modellazione CFD scalare, riproducendo virtualmente :
-
Dispersione di inquinanti gassosi e particolati,
-
Gli effetti della ventilazione sulla loro diluizione ed estrazione,
-
La posizione delle zone di concentrazione critiche, a seconda del tipo di emissioni e delle condizioni operative.
Questo approccio permette diindividuare le aree a rischio che richiedono un’azione correttiva mirata.
Un valido supporto per la compliance e la strategia di ventilazione
Tutti i dati raccolti, arricchiti dalla simulazione CFD, costituiscono una solida base per supportare le procedure normative, in particolare:
-
Redazione o aggiornamento del file ICPE,
-
Adattare il sito ai requisiti della direttiva CMR,
-
La definizione di un piano di prevenzione per gli operatori esposti,
-
Dimensionare i sistemi di ventilazione, siano essi naturali, meccanici o ibridi.
Fornendo risultati misurabili e comparabili, questo approccio consente di prendere decisioni informate, in linea con le normative e i vincoli operativi industriali.
La ventilazione naturale: una sfida continua
A differenza di altri ambienti industriali in cui i sistemi di ventilazione meccanica controllata garantiscono il ricambio dell’aria, questo sito si affida principalmente alla ventilazione naturale. Questo tipo di ventilazione si basa su due principi fisici fondamentali: la differenza di temperatura tra l’interno e l’esterno (che crea una corrente termica verticale) e la pressione del vento sulle facciate dell’edificio.
L’aria più calda e leggera tende naturalmente a salire e a fuoriuscire attraverso le bocchette del tetto, mentre l’aria più fredda entra dalle aperture inferiori. Questo approccio passivo, senza sistemi motorizzati, sfrutta al meglio le condizioni naturali per garantire il ricambio dell’aria.
Sebbene questa modalità di funzionamento sia robusta ed economica, solleva una serie di problemi importanti in un contesto industriale intensivo:
-
Disagio termico per gli operatori: quando i flussi d’aria sono insufficienti, il calore si accumula sotto il tetto e si irradia nelle aree di lavoro. Al contrario, in presenza di forti venti, la velocità dell’aria locale può diventare eccessiva, creando stress termico per il personale esposto.
-
Mancanza di controllo e complessità della progettazione: a differenza della ventilazione meccanica, la ventilazione naturale non consente una regolazione precisa della portata d’aria. La sua progettazione deve prevedere il comportamento del flusso d’aria in base alle stagioni, ai venti prevalenti, alla morfologia dell’edificio e alle fonti interne di calore.
-
Scarico di sostanze inquinanti: i fumi del decapaggio, la polvere di metallo e i gas del processo richiedono un’estrazione efficace. Senza un flusso strutturato, questi inquinanti possono ristagnare o essere ridistribuiti in aree sensibili.
-
Influenza delle condizioni atmosferiche: le prestazioni della ventilazione naturale dipendono fortemente dall’ambiente esterno: direzione e velocità del vento, irraggiamento solare, temperature ambientali, ecc.
In questo contesto, l’obiettivo è chiaro: capire come circola l’aria nello stabilimento e individuare le leve di miglioramento per ottimizzare la ventilazione, ridurre l’esposizione ai fumi e garantire un ambiente di lavoro più sicuro.
Ventilazione meccanica aggiuntiva per catturare l'aria alla fonte
Sebbene la ventilazione naturale fornisca parte del ricambio d’aria generale, non può da sola garantire l’evacuazione rapida e localizzata degli inquinanti generati nelle postazioni di produzione.
Per questo motivo il sito si affida anche a un sistema di ventilazione meccanica mirato, progettato per estrarre le emissioni critiche nel loro punto di origine.
Questo principio si basa sull’utilizzo di cappe di aspirazione, sensori o dispositivi di raccolta posizionati il più vicino possibile alle fonti di emissione: convertitori, forni, siviere solide, colata continua, aree di desolforazione, ecc. Questi sistemi catturano fumi, gas o particelle prima che si disperdano nell’ambiente di lavoro, limitando la loro diffusione in tutto il capannone.
La ventilazione meccanica svolge un ruolo complementare essenziale, soprattutto nelle aree con le più alte concentrazioni di inquinanti. Ha senso anche dal punto di vista normativo, in quanto consente di mantenere le concentrazioni al di sotto delle soglie VLEP (Valori Limite di Esposizione Professionale).
Tuttavia, questo tipo di installazione comporta una serie di vincoli tecnici:
-
Richiede un dimensionamento preciso dei tassi di estrazione in base all’intensità delle emissioni,
-
La sua efficacia dipende molto dalla configurazione dell’apparecchiatura e dalla vicinanza dei sensori,
-
Il consumo di energia è considerevole, per questo è importantecombinarlo in modo intelligente con la ventilazione naturale per progettare un sistema ibrido equilibrato che sia efficiente ed economico.
Lo studio condotto da EOLIOS tiene conto di questo duplice approccio – naturale e meccanico – per proporre ottimizzazioni globali che rispettino i vincoli industriali, energetici e sanitari del sito.
Uno studio sulle prestazioni del flusso d'aria
Per affrontare queste sfide, EOLIOS ha realizzato uno studio termo-aerodinamico completo, combinando rilievi in loco e simulazioni digitali CFD. Questa analisi ha permesso di :
-
Mappare i flussi d’aria all’interno del padiglione per capire il movimento delle masse d’aria calda e degli inquinanti,
-
Individua i punti di ingresso e di uscita dell’aria e le aree in cui il fumo ristagna,
-
Valutare l’efficacia degli aeratori statici e delle griglie per garantire un ricambio d’aria ottimale.
Grazie a questo approccio, EOLIOS è in grado di offrire soluzioni concrete per migliorare la ventilazione naturale del sito, sfruttando la potenza delle simulazioni numeriche e la sua esperienza nell’ingegneria aeraulica.
Immersione in loco: la verifica del flusso d'aria in condizioni reali
Capire i flussi d'aria per un controllo migliore
Prima di prendere in considerazione qualsiasi ottimizzazione, è fondamentale capire con precisione come circola l’aria all’interno del sito. Per raggiungere questo obiettivo, EOLIOS ha utilizzato una rigorosa metodologia di audit aeraulico, che combina rilievi in loco e modellazione digitale. Per diversi giorni, gli ingegneri hanno analizzato il comportamento delle masse d’aria e le interazioni tra la ventilazione naturale e le emissioni industriali.
L’obiettivo dell’audit è quello di ottenere una visione completa e dettagliata dei movimenti d’aria, al fine diindividuare le aree di miglioramento della ventilazione e del ricambio d’aria.
Metodologia di analisi: identificare, testare, osservare
Lettura della temperatura e della velocità dell'aria
Il team di EOLIOS ha effettuato una campagna di misurazione dettagliata in diversi punti strategici del sito. Utilizzando un anemometro calibrato, sono state misurate le velocità dell’aria nei punti di ingresso e di uscita dell’edificio e nei capannoni di produzione. Questi dati sono stati utilizzati per quantificare i flussi aeraulici e valutare l’intensità del ricambio naturale dell’aria.
Allo stesso tempo, sono state effettuate misurazioni della temperatura dell’aria a diverse altezze. Queste misurazioni hanno rivelato una marcata stratificazione termica, tipica degli ambienti ad alta produzione di calore: l’aria calda si accumula ai livelli più alti, mentre l’aria più fredda rimane al suolo. Questi gradienti verticali riflettono il lento movimento delle masse d’aria calda, che salgono naturalmente ma a volte rimangono intrappolate sotto il tetto in assenza di un’efficace corrente d’aria.
Questa analisi dettagliata ci ha permesso diindividuare le aree di disagio termico e i settori poco ventilati, dove l’estrazione naturale è insufficiente.
Test del fumo: visualizzare l'invisibile
Uno degli strumenti più significativi è l’uso dei test del fumo, che consentono di visualizzare in tempo reale la direzione e la velocità dei flussi d’aria.
EOLIOS ha utilizzato una macchina del fumo freddo adattata agli ambienti industriali. Diffondendo un fumo sottile e leggero in diverse aree, è stato possibile tracciare il percorso del flusso d’aria, individuare le zone di ristagno o di ricircolo e identificare le correnti prevalenti.
I risultati hanno rivelato una serie di fenomeni degni di nota:
-
Circolazione molto dinamica intorno ai convertitori, alle siviere piene e alle zone di colata, dove il tiraggio termico è potente,
-
Accumuli di fumo sotto il tetto, che indicano ventilatori sottodimensionati o mal distribuiti,
-
Forte influenza delle condizioni esterne, in particolare della direzione e dell’intensità del vento.
Video - Test sul fumo in acciaieria
Queste osservazioni visive hanno fornito una base preziosa per la modellazione CFD, consentendo di convalidare le ipotesi e diregolare i parametri di simulazione.
Analisi degli scambi di calore tramite immagini a infrarossi
Lo studio termico non si limita a misurazioni puntuali: per una visione complessiva dell’equilibrio termico, EOLIOS ha utilizzato l’imaging a infrarossi.
Utilizzando una telecamera termica ad alta risoluzione, gli ingegneri hanno analizzato le superfici delle attrezzature e delle infrastrutture che interagivano direttamente con l’aria. Questo approccio ha permesso di identificare :
-
Le principali fonti di calore (convertitori, siviere metalliche, colate),
-
Zone di dissipazione naturale del calore,
-
Superfici ad alta inerzia termica, dove il calore rimane intrappolato.
Queste misurazioni sono state fondamentali per definire le condizioni al contorno del modello CFD. Le temperature superficiali sono state utilizzate per calibrare i flussi di calore, garantendo una simulazione fedele al comportamento reale del sito.
I risultati hanno confermato la necessità di una ventilazione ottimizzata, in grado dirimuovere il calore in eccesso e di garantire un ricambio d’aria sufficiente per un ambiente di lavoro confortevole e sicuro.
Foto e immagine termica della zona di formazione delle lastre della colata continua
Osservazioni iniziali: flussi d'aria da ottimizzare
Identificare e misurare le aperture di ventilazione
L’audit aeraulico ha identificato e caratterizzato tutte le aperture del sito: porte di servizio, bocchette laterali, ventilatori statici sul tetto e cappe di aspirazione. Ogni apertura è stata georeferenziata e misurata per quantificare il suo contributo al ricambio d’aria complessivo.
Sono state effettuate misurazioni della velocità dell’aria agli ingressi e alle uscite di queste aperture, per determinare i flussi effettivamente scambiati. Questa caratterizzazione ha rivelato notevoli disparità: alcuni ingressi sono molto utilizzati, mentre altri sono poco attivi, a causa della loro posizione o della mancanza di un differenziale di pressione.
In particolare, le porte esposte al vento prevalente presentavano un’elevata velocità dell’aria, generando correnti d’aria localmente fastidiose per gli operatori. Queste osservazioni sottolineano la necessità di una distribuzione più uniforme delle aperture, ma anche di una regolazione più precisa per limitare gli effetti indesiderati sul comfort termico della postazione di lavoro.
Mappatura delle correnti d'aria e delle zone di ristagno del fumo
Le indagini e i test sul fumo hanno permesso di tracciare una mappa dettagliata dei flussi d’aria nei capannoni di produzione. Questo ha rivelato una serie di zone di ristagno, dove l’aria cambia più lentamente e il fumo tende ad accumularsi.
Un’area particolarmente preoccupante è lo spazio sotto il tetto, dove si concentrano il calore e i fumi dei processi industriali senza essere evacuati in modo efficiente. Questo fenomeno è aggravato dalla stratificazione termica, che impedisce all’aria fresca di raggiungere le aree più calde.
Video - Test sul fumo in acciaieria
Analisi delle interazioni tra il processo industriale e i flussi d'aria
Lo studio ha confermato ilgrande impatto dei processi produttivi sulle dinamiche dei flussi d’aria. I trasferimenti di metallo fuso, le sequenze di deslagging e le operazioni di colata continua generano elevate emissioni di calore e fumo, modificando profondamente i flussi d’aria.
Questi fenomeni devono essere presi in considerazione nella progettazione di sistemi di ventilazione naturale, per facilitare l’evacuazione dei fumi e ridurre l’esposizione degli operatori agli agenti inquinanti.
Comprensione e modellazione: Il potere delle simulazioni CFD
Dall'osservazione al modello: riprodurre fedelmente la realtà industriale
L’audit aeraulico ci ha permesso di raccogliere una grande quantità di dati sui movimenti dell’aria, sulle temperature e sulle aree di ristagno del fumo. Per trasformare queste osservazioni in raccomandazioni concrete, EOLIOS si affida a uno strumento fondamentale: la simulazione CFD (Computational Fluid Dynamics). Questo approccio consente di riprodurre numericamente il comportamento dell’aria e del calore, con una precisione senza pari negli ambienti industriali.
La prima fase ha previsto la modellazione 3D dell’intero sito. Gli ingegneri di EOLIOS hanno utilizzato i rilievi del terreno, le planimetrie dei clienti e leimmagini satellitari per ricostruire un modello geometrico completo, compresi i capannoni di produzione e le loro immediate vicinanze.
Questo modello è stato progettato per preservare la complessità aeraulica del sito: tutte le strutture che influenzano i flussi d’aria (pareti, aperture, strutture, attrezzature, ventilatori, ecc.) sono state integrate fedelmente, mentre gli elementi secondari sono stati semplificati per ottimizzare la potenza di calcolo.
Anche le fonti di calore interne sono state modellate con cura. Ogni apparecchiatura con un elevato apporto di calore (convertitori, tasche, lastre, essiccatori, ecc.) è stata parametrizzata sulla base delle temperature superficiali misurate in loco. Questo lavoro di precisione ci permette di riprodurre gli effetti del tiraggio termico e le dinamiche di risalita dell’aria calda, che sono essenziali nella ventilazione naturale.
Infine, i sistemi di ventilazione esistenti (griglie, ventilatori, cappe) sono stati incorporati come condizioni al contorno, con portate o velocità ricavate dalla verifica. Questo modello può essere utilizzato non solo pervalutare le prestazioni attuali del sistema, ma anche per testare virtualmente diverse configurazioni per orientare le scelte progettuali.
Simulazione dei flussi per prevedere, confrontare e ottimizzare
Una volta costruito il modello 3D, può iniziare la fase di simulazione. EOLIOS utilizza un approccio numerico basato sul metodo degli elementi finiti per risolvere le equazioni che regolano il movimento dell’aria e lo scambio di calore nel volume simulato. Per questo studio è stata generata una maglia ibrida 3D molto fine, con un affinamento specifico intorno alle aree di calore intenso e alle aperture.
Una prima serie di calcoli è stata effettuata in condizioni di stato stazionario, modellando le condizioni operative nominali osservate durante l’audit. Questo scenario è stato utilizzato per convalidare le prestazioni del sistema di ventilazione naturale esistente e peridentificare le aree critiche da migliorare.
Le simulazioni hanno evidenziato diversi fenomeni importanti:
-
Rapida ascesa di masse d’aria calda all’altezza dei convertitori e degli essiccatori, con elevate velocità verticali,
-
Aree di ristagno termico sotto il tetto, in particolare intorno alle apparecchiature che sono state spente,
-
L’estrazione dei fumi è insufficiente in alcune aree, a causa di un cattivo tiraggio termico o di una disposizione inadeguata delle aperture.
Questi risultati hanno permesso di tracciare una mappa dettagliata dei flussi d’aria, evidenziando gli squilibri di rinnovo tra i settori.
Video - Temperatura isosuperficiale - Colata continua (interno)
Uno dei grandi vantaggi della simulazione è che permette di accedere a dati inaccessibili attraverso la misurazione diretta, in particolare :
-
Flussi attraverso le bocchette del tetto, che non possono essere strumentate in modo sicuro,
-
Le velocità dell’aria sopra le apparecchiature a oltre 1.200°C sono molto complesse da strumentare in loco.
Queste informazioni sono fondamentali per convalidare il bilancio aeraulico, perfezionare le raccomandazioni e garantire un’analisi completa del comportamento del flusso d’aria in tutto il sito.
Oltre ai calcoli stazionari, alcune zone critiche sono state sottoposte ad analisi dinamica in condizioni transitorie, per comprendere meglio l ‘evoluzione dei flussi e la dispersione degli inquinanti nel tempo. Questo approccio permette di visualizzare il percorso effettivo seguito dall’aria e dagli inquinanti, a seconda delle attività industriali, delle aperture disponibili e delle condizioni meteorologiche. Utilizzando traccianti scalari o linee di emissività (LÉS), queste visualizzazioni permettono diprevedere i picchi di esposizione, i tempi di permanenza dei fumi e le aree di ricircolo prolungato.
Video - Acciaierie isosuperficiali a temperatura
Esplorare gli scenari per orientare le scelte progettuali
Al di là dell’osservazione iniziale, uno dei principali vantaggi della simulazione CFD è che permette di esplorare rapidamente gli scenari di miglioramento, testando virtualmente diverse modifiche al sistema di ventilazione senza interrompere il funzionamento effettivo.
Per questo motivo, EOLIOS ha simulato diverse configurazioni alternative, utilizzando :
-
Apertura o chiusura di bocchette esistenti,
-
L’aggiunta di aeratori supplementari,
-
Modificando il loro posizionamento o orientamento.
Per garantire la solidità delle soluzioni testate, le simulazioni non si sono limitate alle condizioni meteorologiche osservate durante l’audit, ma hanno incluso diversi scenari estremi:
-
Una situazione estiva critica, con un basso gradiente termico e alte temperature esterne,
-
Uno scenario invernale sfavorevole, con un vento freddo che si oppone al tiraggio naturale, ha un impatto notevole sull’evacuazione dei fumi.
Sono stati presi in considerazione anche i carichi termici e inquinanti variabili:
-
Una situazione nominale, con una distribuzione standard delle emissioni,
-
Una situazione massimamente sfavorevole, in cui tutti i processi emissivi sono attivi contemporaneamente, creando un accumulo critico di calore e inquinanti.
Video - Isosuperficie di temperatura senza vento / con vento
Queste simulazioni ci hanno permesso diidentificare le configurazioni di ventilazione più efficienti, evidenziando le principali leve di ottimizzazione.
Le soluzioni efficaci includono :
-
Riaprire le bocchette sulle facciate esposte al vento prevalente, per consentire l’ingresso di aria fresca,
-
L’aggiunta mirata di ventilatori statici sul tetto, in particolare nelle aree di ristagno termico,
-
Migliore distribuzione delle aperture tra i padiglioni, per una ventilazione più uniforme senza sovrappressioni localizzate.
Grazie a questi test, è stato possibile quantificare con precisione i benefici previsti:
-
Aumento dei tassi di estrazione,
-
Temperature ambientali ridotte,
-
Migliora il comfort termico,
-
Riduzione del tempo di permanenza degli inquinanti.
I risultati possono essere utilizzati sotto forma di mappe di temperatura, velocità dell’aria, linee di flusso o bilanci comparativi. Forniscono la giustificazione tecnica per le scelte progettuali, garantendo al contempo prestazioni ottimizzate in tutte le condizioni operative.
Uno strumento decisionale e una leva per l'efficienza energetica
L’uso della simulazione CFD in questo contesto industriale permette non solo di comprendere il funzionamento attuale dell’impianto, ma anche di prevederne lo sviluppo e il potenziale di miglioramento. Si tratta di un prezioso strumento decisionale per gli operatori, gli uffici di progettazione e i responsabili della sicurezza.
Identificando con precisione le zone critiche, i malfunzionamenti del flusso d’aria e le opportunità di ottimizzazione, la CFD permette di :
-
Migliorano la sicurezza degli operatori garantendo un rapido ricambio d’aria nelle aree ad alta emissione di inquinanti,
-
Migliorano il comfort termico riducendo le differenze di temperatura e limitando il surriscaldamento,
-
Ridurre l’impronta energetica del sito ottimizzando la ventilazione naturale per evitare la necessità di costosi sistemi meccanici.
L’approccio di EOLIOS, basato su precisi rilievi sul campo, una modellazione rigorosa e un’interpretazione esperta dei risultati, ci permette di proporre soluzioni concrete adatte a ogni configurazione del sito. Questa sinergia tra esperienza sul campo e simulazione digitale è il punto di forza degli studi aeraulici condotti da EOLIOS in ambienti industriali complessi.
Verso una ventilazione ad alte prestazioni adatta alle sfide industriali
Una mappa completa per capire e agire
Uno dei principali vantaggi della simulazione CFD è la capacità di visualizzare con precisione i movimenti dell’aria in un ambiente industriale complesso. Grazie ai calcoli effettuati, EOLIOS è stata in grado di elaborare una mappa dettagliata dei flussi d’aria, delle linee di flusso, delle zone di ristagno e delle velocità di flusso attraverso l’intero volume studiato.
Le aree ad alta corrente d’aria, vicino ai convertitori, alle tasche piene o alle solette calde, provocano un rapido aumento dell’aria calda, che viene parzialmente incanalata verso le bocchette del tetto. Tuttavia, sono state individuate diverse aree critiche:
-
Stratificazione termica sotto il tetto, particolarmente accentuata nei padiglioni poco ventilati, dove l’aria calda si accumula senza essere efficacemente evacuata,
-
Zone di ricircolo, in particolare negli angoli o nelle aree lontane dal flusso principale, dove l‘aria viziata può ristagnare,
-
C’è uno squilibrio nella ventilazione tra i padiglioni: alcuni beneficiano di un’elevata portata d’aria, mentre altri non ricevono aria fresca.
Queste osservazioni hanno permesso di individuare i malfunzionamenti del sistema attuale e di misurarne l’impatto sulla qualità dell’aria e sul comfort termico.
Studi di scenario: carico massimo, condizioni estreme
Per garantire la solidità delle soluzioni previste, le simulazioni sono state ampliate con lo studio di diversi scenari sfavorevoli, andando oltre le condizioni nominali osservate durante l’audit:
-
Scenari climatici estremi, con venti molto deboli in estate, che limitano il tiraggio naturale, o venti violenti in inverno, che possono generare squilibri di pressione nell’edificio,
-
Scenari di massimo carico termico e inquinante, che modellano una situazione in cui tutti i processi emissivi (colata, convertitori, siviere piene, ecc.) sono attivi simultaneamente, generando un accumulo critico di calore e inquinanti.
Anche se si tratta di situazioni isolate, ci permettono di testare la resistenza del sistema di ventilazione e di dimensionare le aperture in modo da garantire un ricambio d’aria minimo in ogni circostanza.
Ottimizzare i sistemi di ventilazione: soluzioni pratiche
Sulla base di queste analisi, EOLIOS ha testato e confrontato diversi scenari di ottimizzazione, regolando virtualmente i sistemi di ventilazione:
-
Riaprire le lamelle inattive o poco utilizzate sulle facciate esposte al vento prevalente,
-
Aggiunta di aeratori statici nelle zone di ristagno,
-
Distribuzione più uniforme delle aperture tra i diversi padiglioni,
-
Ricalibrazione di alcune estrazioni meccaniche o sistemi di cattura delle sorgenti.
Uno degli scenari più efficaci è stato quello di aumentare l’area di aspirazione dell’aria sulle facciate esposte al vento e di installare nuove bocchette sul tetto. Questa configurazione ha permesso di :
-
Un aumento significativo dei flussi d’aria estratti nelle zone chiave,
-
Un calo significativo delle temperature ambientali nelle aree di lavoro,
-
Una netta riduzione del tempo trascorso dagli inquinanti negli spazi interni.
Questi risultati dimostrano che un’azione mirata sulle aperture può trasformare il comportamento aeraulico di un sito, senza investimenti ingenti o grandi interruzioni della produzione.
Qualità dell'aria e controllo degli inquinanti: un problema di salute
Lo studio ha anche permesso di caratterizzare la qualità dell’aria interna e diprevedere l’esposizione degli operatori ai vari inquinanti generati dal processo di produzione dell’acciaio. Questi includono:
-
Monossido di carbonio (CO),
-
Polveri metalliche fini e ultrafini (manganese, cromo, zinco),
-
Fumi derivanti da desquamazione,ossidazione delle lastre e metallurgia secondaria.
Questi inquinanti sono regolati da valori limite di esposizione professionale (OELV), che impongono severe soglie di concentrazione nell’aria. La simulazione ha incluso studi scalari CFD, riproducendo la dispersione degli inquinanti in base a diversi scenari di ventilazione.
I risultati hanno evidenziato :
-
Aree ad alta concentrazione sotto i tetti e in prossimità di processi attivi,
-
Dispersione lenta degli inquinanti se la ventilazione naturale è inadeguata,
-
Rischio di esposizione localizzata per gli operatori vicini alle fonti.
Queste analisi sono state incrociate con i risultati dell’audit e con i riferimenti normativi, al fine di determinare la necessità di protezione individuale (DPI), la necessità di catturare le fonti e di rafforzare la ventilazione in alcune aree.
Questi elementi forniscono anche un prezioso supporto per un’installazione ICPE o per un dossier di conformità, se necessario.
Verso una strategia di ventilazione industriale controllata
Combinando dati sul campo, simulazioni numeriche e requisiti di sicurezza, EOLIOS è stata in grado di proporre una strategia di ventilazione globale che si adatta perfettamente alle caratteristiche specifiche del sito:
-
Un’architettura ottimizzata per la ventilazione naturale, che sfrutta gli spifferi termici e i venti prevalenti,
-
Un riequilibrio dei flussi d’aria tra le diverse zone di produzione,
-
Una riduzione misurabile delle temperature e delle concentrazioni di inquinanti,
-
Migliore protezione per gli operatori, in conformità con il VLEP e gli standard attuali.
Questa strategia può essere implementata gradualmente, attraverso azioni semplici e pragmatiche, per costruire un sistema di ventilazione robusto, sostenibile e compatibile con lo sviluppo futuro del sito.
Video riassuntivo dello studio
Sintesi dello studio
Lo studio condotto da EOLIOS riguarda il dimensionamento e l’implementazione di torri di raffreddamento sui tetti degli uffici ICPE. Le ART sono sistemi di raffreddamento che utilizzano l’aria esterna per dissipare il calore, offrendo un’alternativa più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al condizionamento tradizionale. Lo studio utilizza la simulazione CFD per modellare e analizzare i flussi di fluidi in entrata e in uscita dalle CCR.
I risultati dello studio evidenziano l’influenza del vento sulle correnti d’aria intorno all’edificio e mostrano il fenomeno del TAR looping, che influenza la temperatura e l’umidità dell’aria aspirata.
Questi risultati permettono di ottimizzare il dimensionamento e la posizione dei CCR per garantire un raffreddamento efficiente degli uffici.
Video riassuntivo della missione
Scopri altri progetti
Studio della ventilazione naturale – Acciaierie
Migliorare la qualità dell’aria – Impianto
Dimensionamento – Camini – Laboratorio
Impianto di processo ad alta temperatura
Ventilazione naturale – Metallurgia
Vetreria – Cognac
Ventilazione naturale – Alluminio Dunkerque
Sistema di trattamento dei fumi – CO2
Miglioramento del processo di trattamento dei COV
Dimensionamento di un camino industriale – Fornace
Migliorare il comfort termico – Acciaierie
Officina industriale – Messico
Fabbrica – Turbina eolica
Gruppi elettrogeni – GE1
Fabbrica – produzione di guanti
Stratificazione di un serbatoio di accumulo termico
Lavorazione del vetro – Hauts De France
Dimensionamento delle cappe aspiranti a tiraggio naturale
