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 13.10.2016 V6 Seite 1
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
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
Validierung Seite 4
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
CFD Modell des Prüfstandversuches Seite 6
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
Stellt sich die Drall-Strömung ein? Luftgeschwindigkeit in m/s Seite 8
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
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
Ergebnisse: N 2 O-Hintergrundkonzentration Vertikaler Schnitt der N 2 O-Konzentration. Die Hintergrundkonzentration beträgt etwa 0,01 mg/m³. Seite 11
Anatomiesaal Seite 12
CFD-Modell des Anatomiesaals Seite 13
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
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
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
Schnittebenen der Strömungsgeschwindigkeit längs und quer zum Tisch Luftgeschwindigkeit Luftgeschwindigkeit Maximal 0,3 m/s Seite 17
Schnittebenen der Strömungsgeschwindigkeit längs und quer zum Tisch Luftgeschwindigkeit Detail: Auftrieb am warmen Fenster Luftgeschwindigkeit Maximal 0,3 m/s Seite 18
Schnittebenen der Strömungsgeschwindigkeit längs und quer zum Tisch Detail: Strömung im Bereich der Wand Luftgeschwindigkeit Luftgeschwindigkeit Seite 19
Schnittebenen der Temperatur längs und quer zum Tisch 17 C über dem Tisch Seite 20
Auswertung der CH 2 O-Konzentration an den Personen 40 41 42 43 88 89 90 91 136 137 138 139 Schematische Darstellung der CH 2 O Messpositionen 39 38 37 48 47 46 44 45 87 86 85 96 95 94 92 93 135 134 144 133 143 142 140 141 28 29 30 31 76 77 78 79 124 125 126 127 27 26 25 36 35 34 32 33 75 74 73 84 83 82 80 81 123 122 132 121 131 130 128 129 16 17 18 19 20 64 65 66 67 68 112 113 114 115 Präparationstisch 15 14 13 24 23 22 21 63 62 72 61 71 70 69 111 110 109 120 118 119 116 117 3 2 4 5 6 7 12 1 11 10 8 9 51 50 52 53 54 55 60 49 59 58 56 57 99 98 100 101 102 103 97 108 106 107 104 105 Seite 21
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
CH 2 O-Konzentration an Personen 40 41 42 43 88 89 90 91 136 137 138 139 P50 P84 39 38 37 48 47 46 44 45 87 86 85 96 95 94 92 93 135 134 144 133 143 142 140 141 P49 P60 P74 P85 27 26 28 29 30 31 25 36 35 34 32 33 75 74 76 77 78 79 73 84 83 82 80 81 123 122 124 125 126 127 132 121 131 130 128 129 P24 P51 15 14 20 21 13 24 23 22 63 62 68 69 61 72 71 70 111 110 112 113 114 115 109 120 118 119 116 117 3 2 4 5 6 7 12 1 11 10 8 9 51 50 52 53 54 55 60 49 59 58 56 57 99 98 100 101 102 103 97 108 106 107 104 105 Seite 23
Schnittebenen der CH 2 O-Konzentration längs und quer zum Tisch Sehr geringe CH 2 O- Hintergrundkonzentration Seite 24
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
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