Conforto do vento nas zonas pedonais e em redor dos edifícios

Além disso, o fluxo em torno do edifício resulta num comportamento diferente do vento quando comparado com o caso de um fluxo de vento sobre um terreno não desenvolvido. Dependendo das propriedades do vento e do edifício, este comportamento do vento influencia o microclima à volta do edifício e as pessoas na área circundante. Na pior das hipóteses, na proximidade do edifício torna-se desagradável, com perigos parcialmente ocultos para peões e ciclistas.

Portanto, na tecnologia eólica relacionada com a indústria da construção, não existe apenas um campo que trata da determinação da carga de fluxos de vento em torno dos edifícios, mas também o conforto do vento para peões e ciclistas nas imediações dos edifícios.

Possíveis influências de fluxo introduzidas pelos edifícios

Os edifícios não apenas se opõem ao vento, mas também influenciam o fluxo em torno da forma do edifício [1]. O fluxo neste ambiente fechado desenvolve-se de forma bastante diferente dependendo da direção do vento, da forma do edifício e das propriedades do vento. Os efeitos individuais típicos são apresentados abaixo.

Bildung von Nachwirbel

Formação frontal do Votex

Canalização

Venturiwirkung

Efeito de proteção contra o vento

Durchlasswirkung

O somatório de todos esses efeitos tem influência no microclima urbano [1]. O vento resultante transporta ar, impurezas, neve, odores e calor pela paisagem urbana, dependendo do vento global, da sua aceleração local e da sua distribuição temporal.

Conforto do vento

Fluxos de vento localmente acelerados e turbulências resultantes da interação entre edifícios e o fluxo de vento real mostram a situação do vento na área urbana. Durante o processo, a turbulência e a alta velocidade do vento devido aos efeitos de canalização e venturi entre e ao lado dos edifícios causam desconforto aos pedestres. Primeiramente, o campo de fluxo induz uma sensação desagradável à altura da cabeça do peão (1,5 a dois metros acima do solo). Em casos particularmente drásticos, a ocorrência de velocidades do vento mais elevadas também cria o risco de os peões e ciclistas serem empurrados pelo vento de forma não planeada.

A fim de evitar os riscos causados por estes efeitos do vento e de os tornar razoáveis, vários critérios foram desenvolvidos ao longo do tempo. Os critérios mais conhecidos são os valores limite de acordo com Lawson, Davenport e a norma NEN 8100 [2]. A mais recente norma especifica os critérios de segurança, bem como os critérios de conforto necessários.

O conforto do vento numa localização específica pode ser calculado com estes critérios utilizando os dados meteorológicos e as condições locais do vento. Os dados meteorológicos na área de estudo mostram as velocidades do vento que ocorrem por direção na sua frequência. Esses conjuntos de dados são frequentemente apresentados nas chamadas rosas do vento.

Rosa dos ventos

Devido aos vários efeitos do fluxo, o fluxo de vento global gera um campo de fluxo inconstante no distrito urbano ou complexo de edifícios em consideração, com efeitos de aceleração por vezes significativos junto e entre os edifícios. O conforto do vento pedonal é então determinado através da comparação das velocidades locais do vento com as frequências meteorológicas relacionadas do fluxo de vento global subjacente [2]. A norma holandesa NEN 8100, por exemplo, fornece uma categorização para a determinação do conforto e segurança.

Novos edifícios alteram a configuração do vento

No passado, houve vários exemplos em que os novos edifícios alteraram drasticamente o microclima urbano e o campo de fluxo de vento associado. No passado, o edifício Flatiron em Nova Iorque e mais recentemente o edifício 20 Fenchurch Street em Londres, conhecido por The Walkie-Talkie ou The Pint devido à sua forma, foram os exemplos mais proeminentes de um ambiente desconfortável. Estes e outros casos demonstraram que, ao construir um edifício novo numa paisagem urbana existente, tem de lidar não só com o edifício em si, mas também com o ambiente. Acima de tudo, os edifícios altos com uma altura de 25 m ou mais podem alterar significativamente o conforto do vento na zona devido às novas correntes de vento verticais na fachada. As condições de vento de tais estruturas críticas  posteriormente apenas podem ser melhoradas de uma forma muito limitada. As medidas de melhoria incluem árvores estrategicamente posicionadas para a desaceleração e a deformação de correntes de vento desagradáveis.

Para evitar tais dificuldades, é melhor conhecer a alteração das condições de vento circundantes ainda na fase de dimensionamento de um edifício novo ou de um complexo de edifícios. Com esta informação, é possível reconhecer quaisquer zonas de conforto de vento desagradáveis mesmo antes da construção e alterar a forma do edifício em conformidade. Uma vez que estas otimizações geralmente têm de ser realizadas iterativamente, é recomendada uma simulação numérica do fluxo. Este método digital pode determinar com precisão as opções de forma do edifício a serem analisadas sem desperdiçar recursos e produzir velocidades de vento locais, tendo em conta a situação global do vento sobre a área urbana. Este método pode ser bastante económico quando comparado com os testes em túneis de vento reais de um modelo de cidade reduzido devido às etapas omitidas do modelo.

Análise de fluxos de vento com o RWIND Simulation

O RWIND Simulation permite-lhe realizar uma simulação numérica do fluxo para tais modelos de cidades. O programa pode importar por vezes quer o modelo de cidade genérico quer com bastante detalhe 1: 1 sem dimensionar o tamanho através das interfaces VTP (ParaView Poly Data) ou STL (estereolitografia) para o túnel de vento numérico. A situação global do vento na área urbana tem de ser definida no túnel de vento através de um campo de velocidade e turbulência do vento que é variável em relação à altitude. Alternativamente, também é possível importar o modelo como um modelo de análise estrutural com as suas propriedades globais de vento do RFEM diretamente para o túnel de vento numérico do RWIND Simulation. O RWIND Simulation faz a malha da área de volume livre e determina o campo local do fluxo em torno do modelo com o seu solucionador fixo para fluxos incompressíveis e turbulentos em relação ao algoritmo SIMPLE (método semi-implícito para equações ligadas com pressão).

O exemplo de referência E "Complexos de edifícios com forma simples em áreas urbanas reais (Niigata)" publicado no "Guia para Previsões CFD de Ambiente de Vento Urbano" [3] do Instituto de Arquitetura do Japão (AIJ) mostra de forma impressionante como as novas construções de edifícios mais altos afetam o campo de fluxo de vento local na área pedestres.

Velocidades locais do vento antes da construção com o RWIND Simulation

A velocidade do vento local para o caso de carga de vento oeste aumenta com uma velocidade de vento global de 3,93 m/s na altura de referência de 15,9 m acima da área urbana atrás do edifício de 1,3 m/s antes da construção para 4,43 m/s. s após a construção. Isto significa um aumento de cerca de 3,4 vezes da velocidade do vento com uma deterioração concomitante do conforto do vento para os peões no pátio do edifício.

Com o RWIND Simulation, este conjunto de resultados muito significativo foi determinado sem muito esforço, incluindo a malha num computador padrão. Com esses resultados, urbanistas, promotores de projetos, arquitetos e engenheiros podem inferir o conforto do vento em torno de um edifício a ser planeado.