DGUV Fachgespräch. Rud. Otto Meyer Technik Ltd. & Co. KG. Berlin, den V6. Forschung und Entwicklung, Simulation, M.Eng.

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1 Rud. Otto Meyer Technik Ltd. & Co. KG DGUV Fachgespräch Konzeptentwicklung eines lufttechnisch aktiven Präpariertisches inkl. des Luftführungssystems für Präpariersäle zur Expositionsminderung (Teil 2 - Simulation) Forschung und Entwicklung, Simulation, M.Eng. Mike Dahncke Berlin, den V6 Seite 1

2 Warum wird simuliert? - Formaldehyd - Modellgröße - Aufwändige Skalierung - Thermische Randbedingungen Grenzen der Laborversuche Diese Grenzen können mittels der numerischen Strömungssimulation (CFD, computational fluid dynamics) überwunden werden. Seite 2

3 Vorgehensweise bei CFD-Rechnungen Physikalische Modelle (informativ) Turbulenz Strahlung Randbedingungen Oberflächentemperaturen Drücke Numerische Berechnung Ergebnisse: Temperaturen Strömungsgeschwindigkeiten CFD = Computational Fluid Dynamics = Numerische Strömungssimulation Seite 3

4 Validierung Seite 4

5 Wozu dient die Validierungsrechnung? Wie erfolgt die Validierung? Die Korrektheit der Simulationsberechnung wird durch Modellannahmen, notwendige geometrische Vereinfachungen und die Diskretisierung beeinflusst. Die Validierung erfolgt durch experimentelle Nachweise. Zur Validierung werden die experimentellen Ergebnisse des Prüfstandversuches des Systems ROM genutzt. Die Validierung erfolgt anhand von Temperatur- und Konzentrationsvergleichen. Seite 5

6 CFD Modell des Prüfstandversuches Seite 6

7 Berechnungsnetz des Prüfstandversuches 16 Mio. Volumenzellen (1 mm bis 10 cm) Hohe Netzauflösung im Bereich des Präparationstisches Transiente Berechnung N 2 O als Spezies in Luft Berechnet als inkompressibles ideales Gas kω-sst-turbulenzmodell Konstante Wandtemperaturen Simulierte Zeit im Modell: 8 h Seite 7

8 Stellt sich die Drall-Strömung ein? Luftgeschwindigkeit in m/s Seite 8

9 Validierung des vertikalen Temperaturprofils 22,5 22,0 Gute Übereinstimmung des vertikalen Temperaturprofils Ablufttemperatur Tisch entspricht der im Labor gemessenen Temperatur (19,9 C) Temperatur in C 21,5 21,0 20,5 20,0 19,5 Labor Simulation Randbedingungen: 25 C Oberflächentemperatur der Dummies (gemäß Wärmebildaufnahme) 20 C Boden- und Wandtemperatur 21 C Deckentemperatur 19,0 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 Höhe in m Seite 9

10 Validierung N 2 O-Konzentrationen Gute Übereinstimmung der Abluftkonzentration. Gute Übereinstimmung der Tagesmittelwerte der N 2 O- Konzentration an der Person. Ausreißer der Konzentration an der Person erzeugen Hintergrundkonzentration im Raum. Höhere Konzentration an den Personen nur innerhalb einer kurzen Zeitspanne. N 2 O-Labor: 0,132 kg/h CH 2 O: 0,0006 kg/h* Zur Info: Für N 2 O gilt nach TRGS 900: AGW (8h Mittelwert): 180 mg/m³ Spitzenbegrenzung (15min Mittelwert): 360 mg/m³ * Formaldehyd in der vorklinischen Ausbildung, Stockmann, Thullner, Hohenberger, 2015 Seite 10

11 Ergebnisse: N 2 O-Hintergrundkonzentration Vertikaler Schnitt der N 2 O-Konzentration. Die Hintergrundkonzentration beträgt etwa 0,01 mg/m³. Seite 11

12 Anatomiesaal Seite 12

13 CFD-Modell des Anatomiesaals Seite 13

14 CFD-Modell des Anatomiesaals Einblick in das CFD-Modell 3 Personen mit einer Körpergröße von 1,8 m 9 Personen mit einer Körpergröße von 1,7 m 130 Millionen Volumenzellen Seite 14

15 CFD Modell des Anatomiesaals Einblick in das CFD-Modell 3 Personen mit einer Körpergröße von 1,8 m 130 Millionen Volumenzellen 9 Personen mit einer Körpergröße von 1,7 m Zeitschrittweite: 5s Berechnungszeit pro Zeitschritt: 2 min 50 s 34 h Berechnungszeit für eine Modellstunde auf 95 Prozessoren Seite 15

16 Animierte Stromlinien der Raumströmung Komplexe Raumluftströmung Rot austretende Zuluft über das Zuluftdeckenfeld wird nahezu vollständig erfasst. Auftriebströmung am Fenster Transport der Luft in den Deckenbereich durch thermischen Auftrieb Kaltluftabfall an den Wänden Seite 16

17 Schnittebenen der Strömungsgeschwindigkeit längs und quer zum Tisch Luftgeschwindigkeit Luftgeschwindigkeit Maximal 0,3 m/s Seite 17

18 Schnittebenen der Strömungsgeschwindigkeit längs und quer zum Tisch Luftgeschwindigkeit Detail: Auftrieb am warmen Fenster Luftgeschwindigkeit Maximal 0,3 m/s Seite 18

19 Schnittebenen der Strömungsgeschwindigkeit längs und quer zum Tisch Detail: Strömung im Bereich der Wand Luftgeschwindigkeit Luftgeschwindigkeit Seite 19

20 Schnittebenen der Temperatur längs und quer zum Tisch 17 C über dem Tisch Seite 20

21 Auswertung der CH 2 O-Konzentration an den Personen Schematische Darstellung der CH 2 O Messpositionen Präparationstisch Seite 21

22 CH 2 O-Konzentration an Personen Der Kurzzeitwert wird eingehalten Das Projektziel wird deutlich erreicht Projektziel für CH 2 O: AGW (8h Mittelwert) <= 0,25 mg/m³ Spitzenbegrenzung (15min Mittelwert) <= 0,5 mg/m³ P74 P84 P60 Nach TRGS 900 gilt für CH 2 O: AGW (8h Mittelwert): 0,37 mg/m³ Spitzenbegrenzung (15min Mittelwert): 0,74 mg/m³ (bis 4 mal pro Schicht) Seite 22

23 CH 2 O-Konzentration an Personen P50 P P49 P60 P74 P P24 P Seite 23

24 Schnittebenen der CH 2 O-Konzentration längs und quer zum Tisch Sehr geringe CH 2 O- Hintergrundkonzentration Seite 24

25 Fazit und Anmerkungen Die CFD-Untersuchungen bestätigen die Funktion des Tischsystemkonzeptes auch im Anatomiesaal (Unter den vorgegebenen Randbedingungen) Die Anforderungen des AGW und des Kurzzeitwertes werden eingehalten. Die Hintergrundkonzentration im Raum ist sehr gering. Die Validierung der Ergebnisse unter Realbedingungen steht noch aus. Seite 25

26 Kontakt Rud. Otto Meyer Technik Ltd. & Co. KG Tilsiter Straße 162 F&E-Simulation Hamburg Mike Dahncke Telefon Copyright Rud. Otto Meyer Technik Ltd. & Co. KG, 2015 Inhalt und Struktur der Präsentation sind urheberrechtlich geschützt. Die Vervielfältigung sämtlicher Inhalte und Strukturelemente, insbesondere Texte, Textteile, Bildmaterial, Logos, Grafiken und Designelemente, soweit sie schutzfähig im Sinne des deutschen Urheberrechts sind, zu anderem als zum privaten oder sonstigen eigenen Gebrauch sowie deren Verbreitung und Veröffentlichung bedarf der vorherigen schriftlichen Zustimmung der Rud. Otto Meyer Technik Ltd. & Co. KG. Seite 26