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Über uns:
Ingenieurtechnische Berechnungen und Simulationen verändern die Welt der Gebäudeplanung, machen sie kreativer, innovativer, sicherer und schneller.
Wir unterstützen Unternehmen in den unterschiedlichsten Phasen der Gebäudeplanung dabei, Schwachstellen frühzeitig zu erkennen und zu optimieren.
Ob es dabei um die Klimatisierung von Räumen, das gleichmäßige Kühlen von Kühlhallen oder ganzen Logistikzentren, den Einfluss der Sonneneinstrahlung, das Verhalten von TGA Anlagen im Falle eines Erdbebens, das Ausbreiten von Keimen in OP-Räumen oder die Analyse des Brandverhaltens in Tiefgaragen, der Entrauchung von Schweißhallen oder der Ausbreitung von Explosionen geht, mit all diesen Themen sind wir bestens vertraut.
Hierfür führen wir Strukturanalysen mithilfe FEM (Finite Elemente Methode) durch oder analysieren das Strömungsverhalten mit Hilfe der Strömungsmechanik CFD (Computational Fluid Dynamic), entwickeln sinnvolle Methoden zur Analyse, nutzen KI zur beständigen Optimierung und teilen nicht nur wertvolles Know-how, sondern sind über Kooperationen und Förderprojekte auch bestrebt, unser Wissen kontinuierlich zu erweitern.
Hochspezialisierte Mitarbeiter arbeiten in interdisziplinären Teams an drei Standorten am Erfolg unserer Kunden, die in den unterschiedlichsten Branchen zuhause sind.
Wenn Sie sich für Merkle CAE Solutions GmbH entscheiden, dann entscheiden Sie sich für einen der Technologieführer der Branche, für höchste Expertise und lösungsorientierte Zusammenarbeit.
Klimatisierung Innenraum
In Innenräumen berechnen wir für Sie die Strömungsverhältnissen, Wärmeverteilung und Stofftransportprozesse , wie zum Beispiel die Ausbreitung von Schadstoffen und die CO₂-Konzentration. Die Simulationen können entweder stationär (gleichbleibend) oder instationär (zeitlich veränderlich) durchgeführt werden, je nach den Anforderungen.
Bewertet werden thermischer Komfort, Luftqualität, Schadstoffkonzentrationen, Luftfeuchtigkeit und das Zusammenspiel der Komponenten zur Klimatisierung des Raumes. Besonders untersucht werden Heiz- und Kühlungskonzepte, Frisch- und Mischluftsysteme sowie das Verhalten der Luft im Brandfall (Entrauchung).
Die Modelle umfassen 3D-Darstellungen des Raumes, inklusive Zu- und Abluftkanälen, Luftschlitzen, Möblierung und Personen. Volumenströme, Wärmequellen wie Heizungen und Wärmesenken wie Kühlplatten werden dabei berücksichtigt. Auch die Wärmeabgabe von Personen und die Sonneneinstrahlung können als Wärmequellen einbezogen werden, wobei Schattenbildung und die Reflexion der Scheiben detailliert modelliert werden können.
Strömung im Business-Club des 1. FC Heidenheim
Video: Strömung im Business-Club des 1. FC Heidenheim
Raumluftqualität und Hygiene
CFD-Simulationen ermöglichen die Analyse der Verbreitung von Bakterien, Viren, Schadstoffen und Staub in der Raumluft, um gesundheitliche Risiken einzuschätzen. Diese Simulationen sind besonders hilfreich, um die Effektivität von Lüftungsanlagen und mobilen Luftreinigern zu optimieren, indem das Luft- und Partikelverhalten präzise nachgestellt wird. Zudem können veränderte Rahmenbedingungen wie Positionierungen oder Luftströme im virtuellen Raum getestet und mögliche Probleme im Voraus erkannt werden. CFD-Simulationen liefern nicht nur anschauliche Visualisierungen, sondern auch verlässliche Daten für Anwendungen in der Luftreinigung, Klimatisierung und Entrauchung. Sie ermöglichen die Optimierung der Luftführung und Schallemissionen bereits vor der Prototypenphase und sind als finaler Test in vielen Bereichen anerkannt, was Herstellern wirtschaftliche Vorteile bietet.
Wirksamkeit von Luftreinigungsgeräten
Natürliche Lüftung
Immer häufiger wird bei Neubauten die natürliche Lüftung z.B. durch die automatische Öffnung von Fenstern angedacht. Hierbei ist z.B. die Frage, wie lange ein Fenster geöffnet werden muss, dass der CO2-Gehalt im Raum auf einen zulässigen Wert sinkt und wie hoch der Wärmeverlust dabei ist.
Dies kann ebenfalls simuliert werden und ist im folgenden Video dargestellt.
Video: Simulation des Luftaustausches durch das Öffnen eines Fensters.
OP-Saal
In Operationssälen muss unbedingt vermieden werden, dass auf die offene Wunde des Patienten Staubpartikel oder Keime gelangen. Dies wird dadurch erreicht, dass gefilterte Luft gezielt von der Decke nach unten strömt. Es zeigt sich jedoch in Versuch und Simulation, dass die Strömungsverhältnisse nicht konstant sind, sondern zeitlichen Schwankungen unterworfen sind. Auch haben Einbauten und Personen einen Einfluss auf das Strömungsfeld. Merkle CAE besitzt einschlägige Erfahrung bei der Simulation der TAV-Strömung in einem Operationssaal im direkten Vergleich der Simulation mit Messergebnissen.
Realistische Modellierung eines OP-Szenarios.
Simulation der Strömung in einem Operationssaal
Stromlinien im OP
Vergleichsmessungen im Versuchs-OP
Transiente Strömung in einer Ebene
Reinraum
Merkle CAE besitzt bei der Auslegung von Reinräumen mit Hilfe der Simulation umfangreiches und einzigartiges Know-How. Wir sind hier ein verlässlicher und kompetenter Partner u.a. in der Luft- und Raumfahrt.
Der Reinraum und die Belegung der Filterwand wurde vorab mit Simulationen untersucht und optimiert. Der komplette Umbau der Halle zum ISO-5 Reinraum wurde in einem Firmenkonsortium innerhalb von 5 Tagen realisiert!
Reinraumaufbau Satellit Plato
Plato im Reinraum
Strömungssimulation im Reinraum mit Datellit und Filterwand
Kühlhallen
Bei der Klimatisierung von Kühlhallen kann die Anzahl der Aggregate, die Position und die Strahlrichtung anhand von CFD-Simulationen bewertet und optimiert werden. Insbesondere kann auch die Temperaturverteilung unter Berücksichtigung des Wärmedurchgangs mit betrachtet werden.
Brandschutz
Die Ausbreitung von Bränden und die entstehenden Temperaturen bis hin zur Heißbemessung können wir anhand von Simulationen abbilden.
Unter Heißbemessung bei Bränden versteht man die ingenieurmäßige Berechnung und Auslegung von Bauteilen oder Strukturen unter Berücksichtigung von Brandbelastungen, insbesondere hohen Temperaturen. Dabei wird das Verhalten von Materialien und Bauteilen unter den extremen thermischen Bedingungen eines Brandes untersucht, um ihre Tragfähigkeit und Stabilität sicherzustellen.
Im Gegensatz zur herkömmlichen Bemessung, die in der Regel auf standardisierten Brandkurven (z. B. der ISO 834-Normkurve) basiert, berücksichtigt die Heißbemessung die tatsächlichen thermischen und mechanischen Einflüsse während eines Brandes, was zu einer realistischeren und oft effizienteren Auslegung führen kann. Die Heißbemessung ist also speziell für die Ermittlung der Sicherheit von Bauteilen im Brandfall zuständig.
Wie kann die Simulation hier beitragen?
Simulationen spielen bei der Heißbemessung eine entscheidende Rolle, weil sie helfen, das komplexe Verhalten von Bauteilen und Baustoffen unter thermischer Belastung realistisch abzubilden. Folgende Aspekte werden durch Simulationen unterstützt:
- Temperaturverteilung: Mit Hilfe numerischer Simulationen (z. B. durch finite Elemente) kann die Temperaturverteilung in Bauteilen während eines Brandes berechnet werden. Dies ermöglicht, die genaue Hitzeeinwirkung an verschiedenen Stellen einer Struktur zu erfassen.
- Mechanische Belastung: Die thermische Belastung führt zu Spannungen und Verformungen in Bauteilen. Simulationen helfen, diese Verformungen und das Versagen von Materialien unter hohen Temperaturen vorherzusagen.
- Materialverhalten: Viele Baustoffe verändern ihre physikalischen Eigenschaften (z. B. Festigkeit, Dehnung) bei hohen Temperaturen. Simulationsmodelle berücksichtigen diese Veränderungen und ermöglichen eine genauere Analyse der Tragfähigkeit von Bauteilen unter Brandbedingungen.
- Optimierung von Brandschutzmaßnahmen: Durch Simulationen können gezielte Brandschutzmaßnahmen geplant und optimiert werden, indem verschiedene Szenarien durchgespielt werden, wie z. B. die Verwendung von Brandschutzbeschichtungen oder die Anpassung der Konstruktion.
- Szenarienentwicklung: Unterschiedliche Brandverläufe und deren Auswirkungen können simuliert werden. Dabei wird berücksichtigt, wie sich die Temperaturentwicklung im Raum oder an bestimmten Stellen der Konstruktion verhält, und wie lange bestimmte Bauteile unter der Last eines Feuers stabil bleiben.
Insgesamt ermöglichen Simulationen im Rahmen der Heißbemessung eine präzisere und ökonomischere Gestaltung von Bauwerken, die eine höhere Sicherheit im Brandfall gewährleisten.
Das nachfolgende Beispiel zeigt die Ausbreitung eines Brandes in einem Gebäude beim Öffnen eines Fensters.
Gebäude
Brandszenario beim Öffnen eines Fensters
Video: Transientes Verhalten des Brandes beim Öffnen eines Fensters
Brand und Explosionen in Prüfkammern
In Prüfkammern zum Test von Bränden müssen die Gebäude und die TGA so ausgelegt sein, dass sie den zu erwartenden Temperaturen und ggf. auch Explosionen standhalten können.
Diese Szenarien können über die Simulation betrachtet werden und zur Dimensionierung von Gebäuden und Anlagen herangezogen werden.
Wasserstoffexplosion in einer Prüfhalle
Komponenten
Mit etwas anderen Ansätzen lässt sich auch das akustische Verhalten von Ventilatoren und Gebläsen im Raum über Simulationen bewerten.
Ebenso lassen sich Detailkomponenten wie Wärmetauscher, Wärmespeicher, Eisspeicher, Brenner usw. berechnen und optimieren.
Weitere Themen
Darüber hinaus ist Merkle CAE-Solutions ein leistungsfähiger Partner, wenn es die Themen Schall, Schallausbreitung, Akustik und Schalldämmung geht.
Ebenso decken wir die Felder Gebäudeumströmung und Ausbreitung von Abgasfahnen durch Kamine ab.
Strömungsverhältnisse in einer Stadt bei bestimmten Windeverhältnissen
Temperatur in der Umgebung einer Gasfackel