Ponadto, przepływ wiatru w otoczeniu budynku jest inne niż przepływ wiatru w takim samym rejonie lecz niezabudowanym. W zależności od parametrów wiatru i właściwości budynku, zachowanie się wiatru ma wpływ na mikroklimat w bezpośrednim sąsiedztwie budynku oraz na ludzi w jego pobliżu. W najgorszym przypadku przebywanie obok budynku staje się nieprzyjemne. Czasem mogą z tego wynikać ukryte zagrożenia dla pieszych i rowerzystów.
Dlatego w technologii wiatrowej, związanej z branżą budowlaną, istnieje pole, które zajmuje się nie tylko określaniem obciążenia przepływem wiatru wokół budynków, ale także komfortem wiatru dla pieszych i rowerzystów w sąsiedztwie budynków.
Możliwe wpływy przepływów według budynków
Budynki nie tylko przeciwdziałają działaniu wiatru, ale także wpływają na przepływ powietrza wokół budynku [1]. Przepływ w tym bliskim środowisku rozwija się bardzo różnie w zależności od kierunku wiatru, kształtu budynku i właściwości wiatru. Typowe efekty indywidualne pokazano poniżej.
Podsumowanie wszystkich tych efektów ma wpływ na mikroklimat miejski [1]. Powstający w ten sposób wiatr przenosi powietrze, brud, śnieg, zapachy i ciepło przez krajobraz miejski, w zależności od wiatru występującego na całym świecie, jego lokalnego przyspieszenia i rozkładu czasowego.
Komfort wietrzny
Lokalnie przyspieszone przepływy wiatru i turbulencje wynikające z interakcji budynków z rzeczywistym przepływem wiatru pokazują sytuację wiatrową w obszarze miejskim. W tym procesie turbulencje i wysokie prędkości wiatru wywołane kanałami i zjawiskami Venturiego pomiędzy budynkami i obok nich powodują dyskomfort dla znajdujących się tam ludzi. Przede wszystkim pole przepływu wywołuje nieprzyjemne wrażenie na wysokości głowy pieszych ' (1,5 do 2 metrów nad ziemią). W szczególnie drastycznych przypadkach, występowanie wyższych prędkości wiatru stwarza również ryzyko, że pies i rowerzyści zostaną odepchnięci przez wiatr nieplanowany.
Aby zapobiec niebezpieczeństwu wynikającemu z tego wpływu wiatru i aby skutki te były racjonalne, z biegiem czasu opracowano różne kryteria. Najbardziej znanymi kryteriami są wartości graniczne według Lawsona, Davenporta oraz normy NEN 8100 [2]. Ta ostatnia norma określa kryteria bezpieczeństwa oraz wymagane kryteria komfortu.
Za pomocą tych kryteriów można oszacować komfort wiatru w określonym miejscu, korzystając z danych meteorologicznych i lokalnych warunków wietrznych. Dane meteorologiczne na badanym obszarze pokazują występujące prędkości wiatru w poszczególnych kierunkach w ich częstotliwości. Takie zbiory danych są często wyświetlane w postaci tak zwanych róż wiatrów.
Ze względu na różne efekty przepływu, globalny przepływ wiatru generuje nieciągłe pole przepływu w rozpatrywanej dzielnicy miejskiej lub kompleksie budynków, z czasami znacznymi efektami przyspieszenia w pobliżu budynków i pomiędzy nimi. Komfort wiatru dla pieszych jest następnie określany poprzez porównanie lokalnych prędkości wiatru z odpowiednimi częstotliwościami meteorologicznymi na podstawie globalnego przepływu wiatru [2]. Na przykład holenderska norma NEN 8100 zapewnia podział na kategorie w celu określenia komfortu i bezpieczeństwa.
| Wniosek firmy Rümmele Bauingenieur GmbH: | Wygoda Kryteria | Znaczy Prędkość wiatru [m/s] | Prawdopodobieństwo wystąpienia [%] | Aktywność |
|---|---|---|---|---|
| Wniosek firmy Rümmele Bauingenieur GmbH: | 5 | <2,5 | Siedzieć długo | |
| Wniosek firmy Rümmele Bauingenieur GmbH: | B | 5 | <5 | Siedzą krótko |
| Wniosek firmy Rümmele Bauingenieur GmbH: | C | 5 | <10 | Spacerować |
| Wniosek firmy Rümmele Bauingenieur GmbH: | D | 5 | <20 | Iść szybko |
| Wniosek firmy Rümmele Bauingenieur GmbH: | E | 5 | ≥ 20 | Niedopuszczalne |
| Wniosek firmy Rümmele Bauingenieur GmbH: | Niezawodność Kryteria | Znaczy Prędkość wiatru [m/s] | Prawdopodobieństwo lub [%] | Niebezpieczeństwo |
| Wniosek firmy Rümmele Bauingenieur GmbH: | 15 | <0,05 | Bez ryzyka | |
| Wniosek firmy Rümmele Bauingenieur GmbH: | B | 15 | <0,30 | Ograniczone ryzyko |
| Wniosek firmy Rümmele Bauingenieur GmbH: | C | 15 | ≥ 0,30 | Niebezpieczne |
Nowe budynki zmieniają ustawienie wiatru
W przeszłości istniało wiele przykładów, w których nowe budynki radykalnie zmieniły mikroklimat miejski i związane z nim pole przepływu wiatru. W przeszłości budynek Flatiron w Nowym Jorku, a ostatnio wieżowiec przy 20 Fenchurch Street w Londynie, znany ze względu na swój kształt jako The Walkie-Talkie lub The Pint, były najbardziej znanymi przykładami niewygodnego środowisko. Te i inne przypadki pokazały, że konstruując nowy budynek w istniejącym krajobrazie miejskim, należy mieć do czynienia nie tylko z samym budynkiem, ale także z otoczeniem. Vor allem hohe Gebäude ab 25 Meter Höhe können durch neu erzeugte Vertikalwindströmungen an der Fassade den Windkomfort in der Umgebung maßgeblich verändern. Warunki wietrzne takich krytycznych konstrukcji można później poprawić w bardzo ograniczonym stopniu. Działania zmierzające do poprawy sytuacji obejmują drzewa rozmieszczone optymalnie pod kątem spowolnienia i odchylenia od nieprzyjemnych prądów wiatru.
Aby uniknąć takich trudności, lepiej jest znać zmianę warunków wietrznych w otoczeniu na etapie projektowania nowego budynku lub zespołu budynków. Dzięki tym informacjom można rozpoznać nieprzyjemne strefy komfortu przed wiatrem jeszcze przed rozpoczęciem budowy i odpowiednio zmodyfikować kształt budynku. Ponieważ te optymalizacje kształtu zazwyczaj muszą być przeprowadzane iteracyjnie, zaleca się numeryczną symulację przepływu. Ta cyfrowa metoda umożliwia dokładne określenie opcji kształtu budynku, które mają zostać przeanalizowane, bez marnowania zasobów i generowania lokalnych prędkości wiatru, z uwzględnieniem globalnej sytuacji wiatrowej w obszarze miejskim. Metoda ta może być bardzo ekonomiczna w porównaniu z rzeczywistymi testami w tunelu aerodynamicznym na zredukowanej bryle modelu miejskiego, ze względu na pominięcie etapów modelu.
Analiza przepływu wiatru z RWIND Simulation
RWIND Simulation umożliwia przeprowadzenie numerycznej symulacji przepływu dla takich modeli miast. Program może zaimportować do numerycznego tunelu aerodynamicznego niekiedy wytrzymały, bardzo filigranowy model miasta 1: 1 bez skalowania rozmiaru za pomocą interfejsów VTP (ParaView Poly Data) lub STL (stereolitografia). Globalną sytuację wiatrową w obszarze miejskim należy zdefiniować w tunelu aerodynamicznym za pomocą pola prędkości i turbulencji wiatru zmiennego na wysokości. Alternatywnie, model ten można również importować jako model do analizy statyczno -wytrzymałościowej wraz z jego globalnymi właściwościami wiatru z programu RFEM bezpośrednio do numerycznego tunelu aerodynamicznego w RWIND Simulation. RWIND Simulation generuje następnie siatkę w polu wolnej objętości i wyznacza lokalne pole przepływu wokół modelu za pomocą stacjonarnego solwera dla nieściśliwych, turbulentnych przepływów w odniesieniu do algorytmu SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations).
Przykład porównawczy E „Kompleksy budynków o prostym kształcie w rzeczywistym obszarze miejskim (Niigata)” opublikowane w „Przewodniku dla prognozowania CFD dla środowiska wiatru miejskiego” [3] Instytutu Architektury Japonii (AIJ) w imponujący sposób pokazują, w jaki sposób nowa konstrukcja Wyższe budynki oddziałują na lokalne pole przepływu wiatru w strefie dla pieszych.
Lokalna prędkość wiatru dla przypadku obciążenia wiatrem zachodnim wzrasta wraz z globalną prędkością wiatru wynoszącą 3,93 m/s na wysokości odniesienia 15,9 m nad obszarem miejskim za budynkiem z 1,3 m/s przed rozpoczęciem budowy do 4,43 m/s. s po zakończeniu budowy. Oznacza to około 3,4 -krotny wzrost prędkości wiatru przy jednoczesnym pogorszeniu komfortu wiatru dla pieszych na placu przed budynkiem.
Dzięki RWIND Simulation ten bardzo miarodajny zbiór wyników został wyznaczony bez większego wysiłku, łącznie z tworzeniem siatki na standardowym komputerze. Mając takie wyniki, urbaniści, programiści, architekci i inżynierowie mogą wnioskować o komforcie związanym z wiatrem wokół planowanego budynku.
