Gemeinsam mit Siemens Solution Partner ACAM schuf der Österreichische Kachelofenverband einen konfigurierbaren digitalen Zwilling des Kachelofens. Damit lassen sich Temperaturverläufe im Kachelofen untersuchen, ohne den Ofen zuerst physisch aufzubauen.
Foto: KOV
Der digitale Zwilling des Kachelofens
Die thermodynamischen Vorgänge im Inneren von Kachelöfen sind hochkomplex. Um das thermische Verhalten in und um Kachelöfen besser vorhersehen zu können, schuf der Österreichische Kachelofenverband (KOV) ein Computermodell für die numerische Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD). Dabei ging es einerseits um die Strömungsverläufe im Inneren des Ofens und deren Auswirkung auf die gleichmäßige Wärmeabgabe, andererseits aber auch um die Wärmeverteilung im Raum und die brandschutzrelevante Erwärmung von Wänden.
Den passenden Projektpartner für das Simulationsprojekt fand der KOV in ACAM Engineering im nahe gelegenen Wiener Neudorf (NÖ). Deren Mutterfirma ACAM Systemautomation in Niklasdorf stellte dazu Softwareprodukte aus dem Simcenter-Portfolio von Siemens Digital Industries Software zur Verfügung. Über alle Engineering-Disziplinen hinweg ermöglichen diese den Aufbau vollständiger digitaler Zwillinge und deren Untersuchung.
Neben den Vorgängen innerhalb des Kachelofens erfolgte auch die Betrachtung der thermischen Behaglichkeit im Aufstellraum durch Analyse des Einflusses des Wandaufbaues. Auch die Erfüllung der aktuellen Anforderungen an den Brandschutz durch die passende Aufstellung des Ofens wurde im Simulationsmodell überprüft.
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Johannes Mantler, Projektleiter Forschung, Österreichischer Kachelofenverband: „Mit dem digitalen Zwilling können wir Temperaturverläufe im Kachelofen, an seiner Oberfläche und im umgebenden Raum untersuchen, ohne den Ofen zuerst physisch aufzubauen“
Zur Überprüfung der Simulationsergebnisse wurden in der vereinseigenen Versuchs- und Forschungsanstalt der Hafner zwei Kachelöfen mit Thermoelementen ausgestattet und die Temperaturverteilung an der Oberfläche mittels Wärmebildkamera erfasst. Die gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Realität bestätigt die Gültigkeit des digitalen Zwillings. „Der Temperaturverlauf im Kachelofen, an seiner Oberfläche und im umgebenden Raum lassen sich für verschiedene Bauarten und Geometrien sehr exakt vorhersagen“, bestätigt Johannes Mantler, Projektleiter der Forschung am KOV. „So können wir beispielsweise den Einfluss neuer Geometrien oder Oberflächen untersuchen, ohne den Ofen in der VFH physisch aufbauen zu müssen.“
Der KOV plant, die Simulation zukünftig auch zur Betrachtung der Interaktionen von Kachelöfen in Wohnräumen oder ganzen Gebäudeeinheiten zu betrachten sowie Wetterbedingungen und -prognosen zu berücksichtigen.
