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02Nov
CAE News

Anwenderbericht: SOLIDWORKS Flow Simulation im Dienste des Brandschutzes

SOLIDWORKS Flow Simulation hilft, im anspruchsvollen Segment der Gebäudetechnik den Kunden optimierte Klima- und Entlüftungssysteme zu bieten.

Seit 1971 fertigt Wolter Maschinen und Apparatebau Ventilatoren und lüftungstechnische Geräte für den Weltmarkt. Wolter Maschinen- und Apparatebau aus Malsch im Schwarzwald bedient mit seinem Portfolio das weite Feld der industriellen Anwendung mit ihren teilweise erheblichen Anforderungen und die Gebäudetechnik, in der ein enormer Preisdruck besteht. Das Hauptprodukt sind Axialventilatoren.


Geschäftsführer Martin Kresse entwickelt Ventilatoren und lüftungstechnische Geräte für den Weltmarkt

Das Gespräch mit Geschäftsführer Martin Kresse und Berechnungsingenieur Dr.-Ing. Mohamed Zayani konzentriert sich auf Brandgas- beziehungsweise Entrauchungsventilatoren, dem Herzstück lebensrettender Systeme, denn sie helfen, im Brandfall die entstehenden Rauchgase schnell abzuführen und dadurch Fluchtwege weitgehend rauchfrei halten. Hierzu gibt es innerhalb, aber auch außerhalb Europas eng gefasste Vorschriften für Brandschutz und Entrauchung, die für öffentliche Gebäude, etwa Shopping Malls oder Hotelkomplexe, große Tiefgaragen oder Tunnel gelten.

„Die Simulation eines derartigen Systems ist anspruchsvoll“, meint Martin Kresse, „denn das Layout, etwa einer Tiefgarage, kann sehr komplex sein, einschließlich Auffahrrampen, diversen Stockwerke und Unterzüge (Träger an den Decken, die Last aufnehmen), so dass der Luftabtransport an vielen Stellen behindert werden kann.“ Oftmals besteht nicht die Möglichkeit, Ventilatoren mit großen Querschnitten zu platzieren, weil die Deckenhöhe zu gering ist. „Es müssen folglich durch die Ventilatoren sehr große Drücke aufgebaut werden“, erklärt der Geschäftsführer. Dies hat dazu geführt, dass seit gut fünfzehn Jahren sogenannte Jet-Ventilationssysteme (auch: Schubbelüftungssysteme) auf dem Markt sind. Sie beruhen auf dem aus der Tunnelbelüftung bekannten Prinzip der Impulsübertragung: Die mit hoher Geschwindigkeit austretenden Luftsäule aus dem Ventilator reißt die umgebende Luft mit, sodass acht bis zehnmal mehr Luftmenge gefördert werden kann als jene, die den Ventilator passiert. Diese Vorgänge untersuchen Kresse und Zayani im Detail mit SOLIDWORKS Flow Simulation.

Großes Kopfzerbrechen bereitet die 3D-Modellierung der Rampen, die in Tiefgaragen bekanntermaßen auch Wendeln sein können, um von einem Stockwerk ins nächste zu gelangen. Dies alles muss zuvor komplett neu im CAD-Modul von SOLIDWORKS aufgebaut werden, denn: „Der Kunde liefert uns lediglich Grundrisszeichnungen im DXF- oder DWG-Format“, sagt Zayani. Damit verbunden seien jede Menge Stoff für Diskussionen, weil einerseits nie die tatsächlichen As-built-Zeichnungen vorliegen, andererseits ausschließlich in 2D bereitgestellte Informationen grundsätzlich zu Mehrdeutigkeiten führen können.


Dr. Mohamed Zayani simuliert die Luftströme bei Wolter GmbH Maschinen- und Apparatebau KG


SOLIDWORKS Flow Simulation im Dienste des Brandschutzes in Tiefgaragen: Rot dargestellt sind die Quellen der Luftbewegung (Ventilatoren) mit 5 m/s Austrittsgeschwindigkeit. In der Mitte ist die Rampe zum nächsten Stockwerk der Tiefgarage erkennbar

Mit SOLIDWORKS Flow Simulation sehr zufrieden

SOLIDWORKS Flow Simulation ist bei Wolter seit 2012 im Einsatz. Die tiefe Integration von 3D-Modellierung und CFD-Simulation begeistert beide Anwender, auch heute noch, weil die Vorbereitung der Berechnung („Preprocessing“) im Handumdrehen erledigt ist. Zayani, der während seinem Studium am KIT in Karlsruhe nicht mit Solidworks in Berührung kam, findet Solidworks sehr selbsterklärend, zum Beispiel in Hinsicht auf die 3D-Modellierung. Doch auch Kresse hat sich den Umgang mit Solidworks selbst beigebracht.

Bei dem betreuenden SOLIDWORKS-Reseller DPS Software aus Echterdingen hat man da allerdings eine eigene Meinung. Einerseits ist Solidworks wirklich sehr selbsterklärend, wer aber wirklich produktiv täglich mit dem integrierten CAD/CAE/EDA-Tool arbeiten will, sollte auf das umfangreiche, sorgfältig didaktisch aufbereitete Schulungsangebot von DPS zurückgreifen. Auch kommt gut an, dass die typische CAE-Prozesskette Preprocessing, Solving und Postprocessing nicht über unterschiedlich zu bedienende Benutzeroberflächen führt.

Kompetenz in eigener Hand

Zuvor wurden CFD-Anwendungen außer Haus gegeben, jedoch will der Kunde dafür am liebsten gar nichts bezahlen und externe Berechnungsdienstleister nehmen gutes Geld. Es lag die Entscheidung zugunsten der integrierten Solidworks-Lösung nahe, zumal der 3D-Modellaufbau eh intern gemacht werden muss. Hinzu kommt die große Preisdifferenz zwischen einem Highend-CFD-Tool und Solidworks Flow Simulation“, sagt der Geschäftsführer. SOLIDWORKS Flow Simulation zeigt gerade dann seine Stärken, wenn es um die Simulation von Prozessen im freien Volumen geht, wie beim Anwendungsfall in der Tiefgarage.

Und obwohl man sich bei Wolter für anderes Highend-CFD-Tool in der Produktentwicklung entschieden hat, wird auch in diesem Metier Solidworks Flow Simulation eingesetzt, weil es deutlich einfacher zu bedienen ist und Trends schneller vorliegen. Beim Highend-CFD-Tool geht in etwa die doppelte Zeit ins Land, bis die Auswertung eines Designs vorliegt. Außerdem: Die Vernetzung von Solidworks Flow Simulation zeigt sich unbeeindruckt von kleinen Fehlern in der CAD-Modellierung, etwa, weil Patches nicht geschlossen sind.

Solide deutsche Ingenieurswertarbeit

Gemeinsam arbeiten der technische Geschäftsführer und der Berechnungsingenieur an der Optimierung, ganz im Dienste des Kunden. „Unser Ziel ist, eine valide Auslegung des Gesamtsystems zu erreichen, nicht nur schöne Auswertediagramme zu präsentieren“, sind sich beide einig. Ein bisschen geht es dabei auch um die Ingenieurehre. Im Durchschnitt dauert eine Analyse für die Brandentlüftung mit Solidworks eineinhalb bis zwei Wochen. Im Anschluss wird noch eine Berechnung der CO-Belüftung durchgeführt, die freilich keine problematischen Effekte zutage bringt, seitdem die Autos mit Katalysatoren ausgestattet sind. Das Preprocessing dauert zwischen zwei und drei Arbeitstagen – E-Mail-Verkehr mit dem Kunden wegen offener Fragen eingerechnet. (bv)

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