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 budownictwem, istnieje dziedzina, która zajmuje się nie tylko określaniem obciążenia przepływem wiatru wokół budynków, ale także komfortem wiatrowym dla pieszych i rowerzystów przy budynkach.
Możliwy wpływ budynków na przepływ
Budynki nie tylko przeciwstawiają się wiatrowi, ale także wpływają na ich opływanie [1]. Przepływ w tym bliskim otoczeniu rozwija się bardzo różnie w zależności od kierunku wiatru, kształtu budynku i właściwości wiatru. Typowe efekty indywidualne pokazano poniżej.
Suma wszystkich tych efektów ma wpływ na mikroklimat miasta [1]. Powstały wiatr transportuje powietrze, brud, śnieg, nieprzyjemne zapachy i ciepło przez krajobraz miejski, w zależności od wiatru występującego globalnie, jego lokalnego przyspieszenia oraz jego rozkładu w czasie.
Komfort wietrzny
Lokalnie przyspieszone przepływy wiatru i turbulencje wynikające z interakcji między budynkami a rzeczywistym przepływem wiatru pokazują sytuację wietrzną w obszarze miejskim. Z kolei turbulencje i duża prędkość wiatru spowodowana przepływem strumieni wiatru między budynkami i w ich sąsiedztwie powodują dyskomfort dla przebywających tam osób. Pole przepływu wywołuje nieprzyjemne wrażenie przede wszystkim na wysokości głowy przechodniów (1,5 do 2 metrów nad gruntem). W szczególnie drastycznych przypadkach występowanie większej prędkości wiatru stwarza również ryzyko, że w sposób niezaplanowany zostanie wypchnięty przez wiatr piesi i rowerzyści.
Aby zapobiec niebezpieczeństwu spowodowanemu wpływem wiatru i aby efekty były racjonalne, z czasem opracowano różne kryteria. Najbardziej znanym kryterium są wartości graniczne według Lawsona, Davenporta i normy NEN 8100 [2]. Ta ostatnia norma określa kryteria bezpieczeństwa oraz wymagane kryteria komfortu.
Na podstawie tych kryteriów, korzystając z danych meteorologicznych i lokalnych warunków wietrznych, można oszacować komfort wiatrowy w określonej lokalizacji. Dane meteorologiczne na badanym obszarze pokazują prędkości wiatru w zależności od kierunku i ich częstotliwości. Takie zbiory danych są często przedstawiane w postaci tak zwanych róż wiatrów.
Ze względu na różne efekty przepływu, globalny przepływ wiatru generuje zmienne pole przepływu w danej dzielnicy miasta lub kompleksie budynków, z czasami znacznymi efektami przyspieszenia w pobliżu budynków i pomiędzy nimi. Komfort wietrzny dla pieszych jest następnie określany poprzez porównanie lokalnych prędkości wiatru z odpowiednimi częstotliwościami meteorologicznymi, wynikającymi z globalnego przepływu wiatru [2]. Na przykład holenderska norma NEN 8100 zapewnia klasyfikacje dotyczące komfortu i bezpieczeństwa.
| Kategoria komfortu | Średnia prędkość wiatru [m/s] | Prawdopodobieństwo wystąpienia [%] | Aktywność | |
|---|---|---|---|---|
|
5 | < 2,5 | Siedząc długo | |
|
B | 5 | < 5 | W pozycji siedzącej |
|
C | 5 | < 10 | Spacer |
|
D | 5 | < 20 | Szybki marsz |
|
E | 5 | ≥ 20 | Niedopuszczalne |
| Kategoriabezpieczeństwa | Średnia prędkość wiatru [m/s] | Prawdopodobieństwo wystąpienia [%] | Niebezpieczeństwo | |
|---|---|---|---|---|
|
|
15 | < 0,05 | Bez ryzyka | |
|
|
B | 15 | < 0,30 | Ograniczone ryzyko |
|
|
C | 15 | ≥ 0,30 | Niebezpieczne |
Nowe budynki zmieniają ustawienia wiatru
W przeszłości istniały różne przykłady, w których nowe budynki drastycznie zmieniły mikroklimat miasta i związane z nim pole przepływu wiatru. W przeszłości budynek Flatiron Building w Nowym Jorku, a ostatnio także wieżowiec przy Fenchurch Street 20 w Londynie, znany jako The Walkie-Talkie lub The Pint ze względu na swój kształt, były najbardziej znanymi przykładami niewygodnej konstrukcji. środowiska. Te i inne przypadki pokazały, że w przypadku wznoszenia nowego budynku w istniejącym krajobrazie miejskim, należy zwrócić uwagę nie tylko na sam budynek, ale także na środowisko. Przede wszystkim budynki o wysokości 25 m lub większej mogą znacznie zmienić komfort wiatru w okolicy, ze względu na nowo powstające pionowe prądy wiatrowe na fasadzie. Warunki wietrzne w takich krytycznych konstrukcjach można później poprawić tylko w bardzo ograniczonym stopniu. Środki naprawcze obejmują optymalnie rozmieszczone drzewa pod kątem zwalniania i odchylania kierunku nieprzyjemnych prądów wiatru.
Aby uniknąć takich trudności, lepiej jest znać zmiany warunków wiatrowych w otoczeniu na etapie projektowania nowego budynku lub kompleksu budynków. Dzięki tym informacjom można rozpoznać strefy nieprzyjemnego wiatru jeszcze przed rozpoczęciem budowy i odpowiednio zmodyfikować kształt budynku. Ponieważ optymalizacje kształtu zazwyczaj muszą być przeprowadzane iteracyjnie, zalecana jest numeryczna symulacja przepływu. Ta cyfrowa metoda pozwala dokładnie określić opcje kształtu budynku, które mają zostać przeanalizowane, bez marnowania zasobów i generuje lokalne prędkości wiatru, z uwzględnieniem globalnej sytuacji wiatrowej nad obszarem miejskim. Metoda ta może być bardzo ekonomiczna w porównaniu z testami w prawdziwym tunelu aerodynamicznym na zredukowanej bryle modelu miejskiego, ze względu na pominięcie kroków modelowych.
Analiza przepływu wiatru w RWIND Simulation
RWIND Simulation umożliwia przeprowadzenie numerycznej symulacji przepływu dla takich modeli miast. Program może importować czasami surowy, bardzo filigranowy model miasta w skali 1:1 bez skalowania rozmiaru za pośrednictwem interfejsu VTP (ParaView Poly Data) lub STL (stereolitografia) do numerycznego tunelu aerodynamicznego. Globalną sytuację dotyczącą wiatru na terenie miasta należy zdefiniować w tunelu aerodynamicznym za pomocą prędkości wiatru i pola turbulencji, które są zmienne na wysokości. Alternatywnie, model można również zaimportować jako model do analizy statyczno-wytrzymałościowej z globalnymi właściwościami wiatru z RFEM bezpośrednio do numerycznego tunelu aerodynamicznego RWIND Simulation. Następnie RWIND Simulation tworzy siatkę pola objętości swobodną i określa lokalne pole przepływu wokół modelu za pomocą solwera stacjonarnego dla przepływów nieściśliwych, turbulentnych, w porównaniu z algorytmem SIMPLE (Metoda Semi-Implicit dla równań powiązanych z ciśnieniem).
Przykład E "Zespoły budynków o prostej bryle na rzeczywistym obszarze miejskim (, Niigata)" pokazuje w imponujący sposób, w jaki sposób nowa konstrukcja wpływa na pole przepływu wiatru w strefie dla pieszych.
Lokalna prędkość wiatru dla przypadku obciążenia wiatrem zachodnim wzrasta przy globalnej prędkości wiatru 3,93 m/s na wysokości odniesienia 15,9 m nad obszarem miejskim za budynkiem z 1,3 m/s przed budową do 4,43 m/s. s po zakończeniu budowy. Oznacza to około 3,4-krotny wzrost prędkości wiatru przy jednoczesnym pogorszeniu komfortu wiatrowego dla pieszych na dziedzińcu budynku.
W RWIND Simulation zestaw wyników został określony na standardowym komputerze bez dużego wysiłku, w tym tworzenia siatki. Dzięki temu urbaniści, deweloperzy, architekci i inżynierowie mogą określić komfort wiatru wokół budynku, który ma zostać zaplanowany.
Ogólne informacje