SolidWorks Flow Simulation a optimalizace prostředí člověka
Základním kamenem pro provoz nových modulů je pochopitelně SolidWorks 2011 s instalovaným Flow Simulation. Nové moduly jsou důsledně integrovány do stávající funkčnosti, ovládání a osvojení nových funkcí je stejně tak jednoduché, jako je samotný SolidWorks a jeho simulace. I pro ty, kdo nejsou zrovna specialisté v daných oborech, je snadné definovat, spustit a vyhodnotit úlohu. Na druhou stranu, mistrům oboru se dostává mistrovský nástroj se spoustou možností nastavení úloh, provedení výpočtu i nepřeberné množství interpretace výsledků. Zde pomůže i jedna z novinek Simulation 2011 – současné zobrazení více výsledků i včetně např. přehrávání animace. Tedy model je možné současně nechat zobrazit např. ve dvou řezech a přitom ještě animovat trajektorie. To velmi pomůže pochopit, jaké procesy a jakým způsobem v návrhu probíhají.
HVAC aneb Heating, Ventilation and Air-Conditioning
Hlavním cílem konstruktéra či architekta je vytvořit prostředí, které je teplotně komfortní pro člověka, eliminací příliš vysokých či nízkých teplot. Pomocí modulu HVAC tedy hodnotí dopad kvality ovzduší a teploty především na člověka, ale samozřejmě lze hodnotit např. i předměty. Pomocí modulu lze analyzovat klima v dopravních prostředcích, klimatizační jednotky, chladicí systémy serverových místností, kanceláře, obytné místnosti, schopnost budovy odvést kouř či zápach a spoustu dalších možných situací. Zahrnutí stavebních materiálů do inženýrské databáze Flow umožňuje, aby se tepelné simulace budov a většina uzavřených zařízení počítaly jednodušeji a přesněji. I dřívější verze SolidWorks Flow Simulation byly schopny do určité úrovně řešit úlohy spojené s řešením ventilace či klimatizace. Nový modul HVAC jde však mnohem blíže skutečným potřebám konstruktérů. Zahrnuje funkčnosti, jako je pokročilé modelování záření (radiace), tělesa mohou být pro záření polopropustná, kdy radiace je v tělesech absorbována.
Je možné definovat přesnou závislost na vlnové délce, určit spektrum, zrcadlení povrchu a refrakční index pro všechny zdroje záření. Srdcem každé simulace je řešič. Modul HVAC těží z vyšší výkonnosti verze 2011, jak pro tvorbu sítě, tak následné dokončení úlohy.
Kritéria místního tepelného komfortu
Pro definici a hlavně interpretaci výsledků je v modulu HVAC důsledně využito normy ISO 7730 v její revizi z roku 2005. Ta popisuje ergonomii tepelného prostředí, tedy analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV a PPD. Ukazatel PMV (Predicted Mean Vote) předpovídá střední tepelný pocit. Hodnota PMV = 0 představuje tepelnou pohodu (neutrálně) a pro odchylku od těchto komfortních podmínek je použita šestistupňová stupnice: +3 horko, +2 teplo, +1 mírně teplo, –1 mírně chladno, –2 chladno, –3 zima. Každá osoba však hodnotí komfortní podmínky jinak, a tak i při PMV = 0 je předpokládaný počet nespokojených 5 %. Ukazatel PPD znamená Předpovídané procento nespokojených (Predicted Percent Dissatisfied). Jedním z hlavních cílů návrhu je tedy minimalizovat PPD, lépe řečeno dosáhnout hodnoty někde mezi 5 až 10 %.
PMV je možné stanovit výpočtem z energetického výdeje, tepelného odporu oděvu a ze změřených parametrů prostředí (např.: teplota vzduchu, střední radiační teplota, relativní vlhkost a rychlost proudění vzduchu). Parametry prostředí se stanovují experimentálně v již provozovaných prostorech nebo představují určitý předpoklad stavu budoucího stavu interiéru zjištěný například modelováním za určitých předpokládaných podmínek. Lépe řečeno, s Flow HVAC modulem je toto všechno podstatně jednodušší.
Kromě PMV a PPD norma zavádí další kritéria, např.:
- návrh optimální operativní teploty
- index rozptylu vzduchu (Air Diffusion Performance Index – ADPI)
- účinnost odstranění kontaminantů (Contaminant Removal Effectiveness – CRE)
- index místní kvality ovzduší (Local Air Quality Index – L-AQI)
Všechny tyto veličiny je možné s pomocí simulace Flow HVAC modulu vyjádřit.
Hodnocení úrovně vnitřního prostředí
Hodnocení úrovně vnitřního prostředí je rozděleno na subjektivní, objektivní a předpisové. Subjektivní hodnocení je založeno na pocitech subjektu (člověka). Používaná stupnice: 0 – pohoda, 1 – mírná nepohoda, 2 – nepohoda, 3 – značná nepohoda. Objektivní hodnocení je založeno na splnění fyzikálních zákonitostí. Používaná stupnice: optimální prostředí, únosné prostředí, neúnosné prostředí. Tyto ukazatele jsou kombinací subjektivního (PPD) a objektivního hodnocení (PMV).
Virtuální prototypy
Testování více alternativ klimatizace a ventilace je proces značně komplikovaný, tvorba reálných prototypů je velmi nákladná, ne-li nemožná. Proto tedy má tvorba virtuálních prototypů pro nalezení optimální varianty a zajištění tepelné pohody velký význam. Celé řešení je postaveno na ověřené technologii, tedy je možné se na výsledky plně spolehnout. S pomocí modulu HVAC je možné snadno odhalit typická obtížná místa návrhu, optimalizovat proudění vzduchu či rozložení teploty i s ohledem na účinky průvanu.
Hlavně v pohodě
Okřídlené úsloví dneška „je to v pohodě" používáme snad všichni. Ona ale pohoda, kromě pocitů naprosto subjektivních, má podobu i poněkud objektivnější. K tomu patří i pohoda tepelná, kterou vnímáme velmi silně, pokud není v pořádku. Tepelná pohoda je tedy důležitá pro každého z nás, ať už sedíme doma nebo v kanceláři anebo vydáváme energii při namáhavé práci nebo při sportu. Závěrem lze říci, že řešení tepelné pohody s pomocí SolidWorks Flow Simulation a modulem HVAC bude prostě v pohodě.
Autor pracuje v Dassault Systèmes SolidWorks Corp.