CFD-laskenta huoneolosuhteiden simuloinnissa

Abstract

Virtauslaskentaa on käytetty vuosikymmeniä fluidien liikesimulointiin. Virtauslaskentaa käytettiin alkuvaiheissa ilmailu- ja avaruusaloilla. Tietokoneiden laskentatehon kasvaessa sekä ohjelmien kehittyessä laskentaa on alettu käyttämään enemmän myös teollisuuden prosessien ja tieteen aloilla. Virtauslaskentaa on käytetty talotekniikka-alalla huoneolosuhteiden varmistamisessa, mutta laskennan käyttö ei ole vielä kovin yleistä.

Työn tavoite oli tutkia markkinoilla olevia virtaussimulointiohjelmia ja verrata niiden käytettävyyttä sekä tuloksia laitevalmistajien huonemallinnusohjelmiin ilman virtausnopeuden osalta. Lisäksi työssä tutkittiin virtaussimuloinnin mahdollisuuksia parempaan huoneolosuhteiden mallintamiseen. Työn tarve tuli laitevalmistajien kiinnostuksesta virtaussimulointiin, ja työ tehtiin MagiCAD Group Oy:n toimeksiannosta.

Vertailuosuudessa käytetyiksi ohjelmiksi valikoitui tutkimusten perusteella Simscale-virtaussimulointiohjelma sekä Swegon RUD -laitevalmistajan huoneolosuhteiden mitoitusohjelma. Laskentojen tulokset olivat lähellä toisiaan, mutta merkittäviä erojakin havaittiin. Virtaussimuloinnilla pystytään simuloimaan huoneolosuhteita huomattavasti laajemmin kuin mitoitusohjelmilla. Sen avulla voidaan simuloida sellaisiakin tapauksia, joihin laitevalmistajien ohjelmat eivät pysty.

Virtaussimuloinnissa on omat haasteensa saada tuloksista luotettavia sekä kokonaisprosessista tehokas. Virtaussimulointiohjelmien kehittyminen ja oikeaoppinen ohjelmien käyttö mahdollistavat prosessin tehokkaamman hyödyntämisen. Molemmille työkaluille on tilansa markkinoilla: mitoitusohjelmille nopeassa tarkastuksessa projektien alkuvaiheessa ja virtaussimuloinnille projektien loppuvaiheessa huoneolosuhteiden varmistamiseksi.

Computational fluid dynamics have been used for decades to simulate fluid movements. It was initially used in the aviation and space industries, and with the increasing computing power of computers and the development of software, it has become increasingly popular also in industrial processes and scientific fields. Flow simulation has been used in the construction industry to measure indoor air quality, but overall it is rarely used.

The purpose of the study was to investigate commercial computational fluid dynamics programs available in the market and compare their usability and results against room modeling programs of equipment manufacturers, specifically focusing on air flow speed. In addition, the study explored the possibilities of flow simulation in rooms of challenging shapes. The demand for the study came from equipment manufacturers' interest in flow simulation and was commissioned by MagiCAD Group Oy.

Simscale flow simulation and Swegon RUD room modeling programs were selected for comparing the results of the research. The results of the calculations were somewhat similar to one another, but significant differences were also observed in some areas of the research. With computational fluid dynamics, it is possible to simulate room conditions much more extensively than with room modeling programs, as well as handle situations which room modeling programs cannot cover.

Computational fluid dynamics has its challenges in terms of the reliability of the results and time spent. With the continued development of flow simulation programs and proper usage of them, time management challenges can certainly be overcome. Both tools have their place in the market, room modeling programs for quick inspections at the beginning and flow simulation in the end of projects to ensure room conditions.