Case - Temperaturfordeling i lagerhal

Der blev opnået godkendelse fra Lægemiddelstyrelsen baseret på CFD-simulationen af temperaturfordelingen i lagerhallen. CFD-modellen kan benyttes som et alternativ til at udføre dyre og tidskrævende on-site målinger. Kunden opnåede hurtigere idriftsættelse, da CFD-modelleringen erstattede 2. stadie af temperaturkortlægningen for den fyldte lagerhal.

Formål

Formålet med simuleringen er præcist at bestemme kolde og varme områder af lagerhallen, når den er fyldt med varer. CFD anvendes her som et værktøj til at bestemme forskellen i temperaturfordelingen i lagerhallen med og uden varer. Modellen giver mulighed for både økonomiske og tidsmæssige besparelser, idet temperaturer og luftfugtighed kan estimeres på en hurtigere og billigere måde end ved on-site målinger.

Simuleringsopsætning

Modeltilgangen er i overensstemmelse med den, som blev foreslået af Chen og Srebric (2002). For dette casestudie indebærer fremgangsmåden følgende skridt:

1.      Modellering af lagerhallens geometri.

2.      Implementering af grænsebetingelser.

3.      Meshing og tilhørende sensitivitetsstudie.

4.      Validering af CFD-modellen mod målinger foretaget i lagerhallen uden varer.

5.      Simulering af den fyldte lagerhal i overensstemmelse med casestudiets formål.

Figur 1a viser den tomme lagerhal, bestående af hovedlageret og en række tilstødende rum til yderligere opbevaring og køling af varer. Disse varer er dog ikke medtaget i den tomme lagerhal. Figur 1b viser den fyldte lagerhal, hvor varerne er medtaget. For både den tomme og den fyldte lagerhal er alle strukturer, som antages at have indflydelse på temperaturfordelingen, medtaget: transportbånd, større strukturer, plateauer, ventilationssystemet samt hylder til opbevaring af varer. Lagerhallens vægge, gulve og lofter er påført en no-slip betingelse og varmetransmissionskoefficienter, som simulerer varmetab til omgivelserne uden for lagerhallen. Lagerhallens temperatur styres af et HVAC (Heating, Ventilation, Air-conditioning, and Control) anlæg, som sikrer de korrekte forhold til opbevaring af varerne. Ventilationssystemet består af fire ventilationsposer placeret langs loftet og 11 kaloriferer placeret langs lagerhallens vægge, som tilfører varm luft og cirkulation til den nedre del af lagerhallen nær gulvet.

Temperaturfordeling i lagerhallen

Ved brug af den nyeste og mest avancerede software og hardware er det muligt at bestemme temperaturfordelingen i lagerhallen efter blot fem timers simulering. Figur 2 viser temperatur- og hastighedsfordelingen af luften på et vertikalt plan gennem den tomme lagerhals geometriske centrum. I det meste af lageret opnås en lille grad af luftcirkulation. De højeste hastigheder forefindes ved kalorifererne. Generelt ses en klar temperaturforskel mellem luften nær gulvet og loftet af lagerhallen med høje temperaturer i den øvre del og lave temperaturer i en nedre del. Denne temperaturforskel skyldes den begrænsede luftcirkulation, der naturligt medfører, at den kolde og varme luft henholdsvis indfinder sig nær gulvet og loftet.

Figur 3 sammenligner CFD-simulerede og målte temperaturer på udvalgte steder i den tomme lagerhal. De stiplede linjer markerer afvigelser på ±5% fra fuld overensstemmelse mellem målte og CFD-temperaturer. Generelt undervurderer CFD-modellen de absolutte temperaturer en smule. Ikke desto mindre ses det, at punkterne følger en lineær trend, hvilket tyder på, at fysikken bag både temperaturfordeling og luftcirkulationen er velbeskrevet af modellen. Samtidig ses det, at der er overensstemmelse mellem den målte og simulerede fordeling af varme og kolde områder i lagerhallen, hvilket yderligere underbygger valideringen af CFD-modellen.

Den samme CFD-model er blevet benyttet til at bestemme temperaturfordelingen i den fyldte lagerhal, som vist på Figur 4 på det samme vertikale plan som vist i Figur 2. Effekten af at tilføre varer til lagerhallen er markant, idet luftstrømmen fra visse af kalorifererne forhindres af varerne. Dette medfører en yderligere lagdeling i temperaturfordelingen, som er kvantificeret i Figur 5. Figur 5 sammenligner CFD-temperaturer for både den tomme og den fyldte lagerhal. Her ses det f.eks., at varerne medfører lavere temperaturer i den nedre del af lagerhallen, idet luftcirkulationen begrænses i forhold til den tomme lagerhal.

Temperaturfordelingen i en tom (uden varer) og fyldt (med varer) lagerhal er blevet simuleret af Aerotak. Den anvendte model og simuleringsteknik kan modificeres og anvendes på enhver type lagerhal eller opbevaringsrum, uafhængigt af geometri, størrelse og driftsforhold. Kvalitative og kvantitative bestemmelser af lufttemperatur, luftstrømshastighed, luftfugtighed og luftcirkulationshastighed baseret på CFD-modellen kan direkte benyttes til at udarbejde og evaluere nye og eksisterende layout af lagerhaller samt opbevaringsrum og således sikre forbedret ydeevne af anlægget.

For mere information kontakt:

Referencer

Chen, Q. og Srebric, J. 2002. “A procedure for verification, validation, and reporting of indoor environment CFD analyses”, HVAC&R Research, 8(2), 201-216.