title: Σχεδιασμός και μελέτη κυκλώματος αερισμού σε
υπόγεια εκμετάλλευση
title: Design and study of a ventilation circuit in underground mining
Creators: name: Καρακουλας Βασιλειος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει στη μελέτη των συστημάτων αερισμού, συνδυάζοντας τις κλασικές αρχές ρευστομηχανικής με σύγχρονες τεχνικές προσομοίωσης και ανάλυσης. Εστιάζει στον σχεδιασμό και τη μελέτη συστημάτων αερισμού σε υπόγεια εκμετάλλευση, με κύριο στόχο την αποτελεσματική διαχείριση της ροής και τη βελτιστοποίηση της ποιότητας του αέρα στους υπόγειους χώρους εργασίας. Η ανάγκη αυτή προκύπτει λόγω των προκλήσεων που αντιμετωπίζουν τα υπόγεια έργα, όπως η συσσώρευση ρύπων, οι απώλειες πίεσης και η θερμική φόρτιση, οι οποίες επηρεάζουν άμεσα την ασφάλεια και την απόδοση των εργαζομένων. Στο πλαίσιο αυτό, έγινε χρήση του λογισμικού προσομοίωσης κυκλωμάτων αερισμού VentSim. Μέσω των δυνατοτήτων προσομοίωσης του λογισμικού, εξετάστηκαν βασικά σενάρια λειτουργίας, όπως η βελτιστοποίηση της διανομής του αέρα, καθώς και οι επιπτώσεις μεταβολών στα σημεία εισόδου και εξόδου, καταλήγοντας σε κρίσιμα συμπεράσματα. Με βάση τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, παρατηρήθηκε η αύξηση της διαμέτρου της στοάς αερισμού θα οδηγούσε σε σημαντική βελτίωση της απόδοσης του συστήματος.
Επιπλέον, κρίθηκε ότι η προτεινόμενη αλλαγή όχι μόνο θα βελτίωνε τη διανομή του αέρα, αλλά θα συνεισέφερε και στη μείωση του λειτουργικού κόστους (-10.67%), επιτυγχάνοντας οικονομία πόρων και ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα το προτεινόμενο σύστημα (διάμετρος 3.5 m) παρουσιάζει σημαντική εξοικονόμηση κόστους ($136,288), κυρίως λόγω της μείωσης του κόστους κεφαλαίου του ανεμιστήρα (-76.14%) και της κατανάλωσης ενέργειας (-56.66%). Παρότι το κόστος εξόρυξης αυξάνεται κατά $157,967 αυτή η αύξηση αντισταθμίζεται πλήρως από τις μειώσεις στο κόστος ενέργειας και του κεφαλαιακού εξοπλισμού. Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκαν προσομοιώσεις ακραίων φαινομένων, όπως η ανάπτυξη θερμικών πηγών και η διάδοση καπνού σε περίπτωση πυρκαγιάς ή έκρηξης. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων ανέδειξαν τις περιοχές υψηλού κινδύνου και προσδιόρισαν τα κρίσιμα σημεία του κυκλώματος που απαιτούν ενίσχυση. Ειδικότερα, τα ευρήματα κατέδειξαν την ανάγκη ενσωμάτωσης ανεμιστήρων ενίσχυσης και τη βελτίωση της γεωμετρίας των διατομών για την ελαχιστοποίηση των απωλειών πίεσης.

description: This thesis aims to study ventilation systems by combining classical fluid mechanics principles with modern simulation and analysis techniques. It focuses on the design and study of ventilation systems in underground operations, with the primary objective of efficiently managing airflow and optimizing air quality in underground workspaces. This need arises due to the challenges faced by underground projects, such as pollutant accumulation, pressure losses, and thermal loads, which directly impact worker safety and productivity. Addressing this issue is essential for safeguarding workers' health and safety while reducing operational costs. In this context, the VentSim ventilation circuit simulation software was utilized. Key operational scenarios were examined through the software's simulation capabilities, such as optimizing air distribution and evaluating the impact of changes in inlet and outlet points, leading to critical conclusions. Based on the simulation results, increasing the diameter of the ventilation tunnel under the current development plan would significantly enhance system performance.
Furthermore, it was found that the proposed modification would improve air distribution and reduce operational costs (-10.67%), achieving resource and energy savings. Specifically, the proposed system (with a diameter of 3.5 m) offers significant cost savings ($136,288), primarily due to reductions in fan capital costs (-76.14%) and energy consumption (-56.66%). Although excavation costs increased by $157,967, the energy and capital equipment cost reductions fully offset this increase. Additionally, simulations of extreme events, such as the development of heat sources and smoke propagation in the event of a fire or explosion, were conducted. The simulation results highlighted high-risk areas and identified critical points in the circuit requiring reinforcement. Expressly, the findings indicated the need to integrate booster fans and improve the geometry of cross-sections to minimize pressure losses.