Integrierte 3DIntegrierte 3D-Strömungs-Simulation in der...

Integrierte 3DIntegrierte 3D StrömungsStrömungs SimulationSimulationIntegrierte 3DIntegrierte 3D--StrömungsStrömungs--SimulationSimulationin der Gebäudetechnik und im Brandschutzin der Gebäudetechnik und im Brandschutz

Dr. Peter R. Bailey und Erwin G. SchnellDr. Peter R. Bailey und Erwin G. SchnellGruner AG, Basel, Schweiz Gruner AG, Basel, Schweiz

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Das Unternehmen

1862 gegründet als "Ingenieurbüro Dr. H. E. Gruner & Sohn" von g g g

Heinrich Gruner mit dem Schwerpunkt Wasserversorgung in Basel.

1947 technischer Aufsatz «Reise durch den Gotthard-Basistunnel

im Jahr 2000» von Eduard Gruner über die visionäre Idee eines ca.

50 Kilometer langen Gotthard-Basistunnels von Amsteg nach g g

Biasca mit einer Station in Sedrun.

1970 Umwandlung in die Aktiengesellschaft Gruner AG.

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Das Unternehmen

Die Gruner AG heute:

führendes Ingenieur-Dienstleistungsunternehmen in den Bereichen

Konstruktion, Tiefbau, Gebäudetechnik + Energieanlagen, Umwelt

+ Sicherheit mit internationaler Ausrichtung.

eine Unternehmensgruppe aus 12 Einzelfirmen an 26 Standorten

mit knapp 600 Mitarbeitenden.

vereint in ganz bemerkenswerter Weise die fast 150jährigeTradition

eines klassischen Ingenieurbüros mit dem hohen Anspruch an eine

moderne, leistungsfähige und effiziente Unternehmensgruppe.

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CFD-Anwendungs-Schwerpunkte

Brand- und EntrauchungssimulationBrand und Entrauchungssimulation

GebäudeaerodynamikEnergietechnik

Wasserbau

Emissionsprognosen

Umweltaerodynamik Aeroakustik

Emissionsprognosen

BauteilsimulationStrahlventilatoren

CO2-Footprint

Verfahrenstechnische Prozesse

Thermische SimulationAeroelastik

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Software-Schwerpunkte

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Ausgangslage

Während numerische Verfahren und digitale Prototypen auf vielen

Gebieten der ingenieurwissenschaftlichen Anwendung zu einemGebieten der ingenieurwissenschaftlichen Anwendung zu einem

festen Bestandteil des Entwicklungsprozesses geworden ist, hat

das digitale Zeitalter im klassischen Ingenieurbau erst begonnen.

Das ist im wesentlichen auf folgende "Hürden" zurückzuführen:

Fehlende Durchgängigkeit in der 3D-CAD-Konstruktion und

Verfügbarkeit brauchbarer 3D-CAD-Modelle

Mangel an geeigneten CAD-CAE-Schnittstellen

Mangel an physikalischen und chemischen ModellenMangel an physikalischen und chemischen Modellen

Bereitstellung der erforderlichen Hardware-Ressourcen

Psychologisch - die Kosten lassen sich nicht auf Stückzahlen

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umlegen

Prozessvergleich

7 by courtesy of

Status Quo

Design und Geometrie:

die eingesetzten CAD-Tools sind vornehmlich auf die Anwendung im

Architektur- und Planungsbereich zugeschnitten.

di d li d G t i li h t ä hli h i Fdie zugrunde liegenden Geometrien liegen hauptsächlich in Form von

2D Plänen vor, 3D Modelle haben eine eher optisch/demonstrative

Funktion und sind nicht zwingend massstäblich.

die Geometrien sind vergleichsweise einfach und wenig detailliert.

Schnittstellen:

bislang nur STL- und dwg-Formate

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Geometrieimport

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Status Quo

Räumliche Diskretisierung:Räumliche Diskretisierung:

Automatisch generierte Trimmed Meshes bzw. vorzugsweise

Polyeder-Rechengitter mit 2 bis 5 Prism-Layers.

Trotz vergleichsweise wenig komplexer Geometrien werden schon

aufgrund der Dimensionen schnell Zellanzahlen in gut zweistelliger

Millionenhöhe erreicht.Millionenhöhe erreicht.

Gängiger Detailierungsgrad im Bereich 5 bis 10 cm (Treppenstufen,

Deckenfachwerke, Säulen und Stützen).

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Modellgrösse

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Status Quo

Simulation:

Brandszenarien sind von Natur aus chaotisch.

digitale Modelle sind aufwändig, anspruchsvoll und im Begriff

tä di W it t i klständiger Weiterentwicklung.

grundsätzlich transient nicht nur im physikalisch/chemischen Sinn

(Energie- und Rauchfreisetzung, Ventilatorenanlauf, Temperaturen)

sondern auch geometrisch (Brandausbreitung, Rauchschürzen,

Klappen, Nachströmöffnungen).

t hi dli h Z it k l j h B d i d S h t i lunterschiedliche Zeitskalen je nach Brandszenario und Schutzziel-

Vorgaben von 300 s bis 30 min.

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Typischer zeitlicher Ablauf einer Brandsimulation

Vol. 100000 m3/h

3200 kW

3600 kW

4000 kW

Entrauchungsleistung [m3/h] Heat Release (HE) [kW]Heat Release (NE) [kW]

Vol. 60000 m3/h

Vol. 80000 m3/h

1600 kW

2000 kW

2400 kW

2800 kW

Heat Release (NE) [kW] SPA (VDI6019 B1 - H = 6.5 m) SPA (VDI6019 B1 - H = 5.5 m) NA_Öffnung Beginn NA_Öffnung vollendet

Vol. 20000 m3/h

Vol. 40000 m3/h

400 kW

800 kW

1200 kW

1600 kW

Vol. 0 m3/h0 s 50 s 100 s 150 s 200 s 250 s 300 s

0 kW

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Vertikal-Applikation Fire & Smoke Wizard

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Vertikal-Applikation Fire & Smoke Wizard

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Vertikal-Applikation Fire & Smoke Wizard

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Field Functions

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Steckler Benchmark

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Steckler Benchmark Geschwindigkeit

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Steckler Benchmark Temperatur

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Aktuelle Anwendungen Geometrieimport

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Aktuelle Anwendungen Polymesh

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Aktuelle Anwendungen Trimmed Mesh

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Aktuelle Anwendungen Simulationsablauf

Extinction @ 15 s

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Aktuelle Anwendungen Simulationsablauf

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Aktuelle Anwendungen Extinction

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5D-Initiative der Bauindustrie

27 by courtesy of

5D-Initiative der Bauindustrie

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Topografie-Modellierung

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Digitaler Prototyp

Verschattung

Solarertrag

Gebäudeaerodynamik

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Verschattungssimulation

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Strahlventilator und Emissionsprognose

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Aeroelastik

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