Tour Liberté – La Défense
CFD-Studie über die Auswirkungen eines zukünftigen Gebäudes auf den Windkomfort in einem Stadtteil von La Défense
Eolios Ingénierie führte eine lufttechnische Studie für ein geplantes Gebäude in Courbevoie, in der Nähe des La Défense-Viertels, durch.
Das Projekt wurde im Zusammenhang mit der Implementierung von Windkraftanlagen für die Stromerzeugung des Gebäudes durchgeführt.
Das Ziel dieses Projekts ist es, die lufttechnischen Auswirkungen eines neuen Gebäudes auf die Umgebung und den Komfort der Bürger bereits in der Planungsphase zu untersuchen, um das Gebäude zu optimieren und die lufttechnischen Auswirkungen zu begrenzen.
Die Morphologie von Gebäuden hat einen direkten Einfluss auf die Strömungseigenschaften und somit auf den Windkomfort von Fußgängern.
Da das Untersuchungsgebiet eine hohe Konzentration von Gebäuden pro m² aufweist, ist es wichtig, diese in dieser Studie zu berücksichtigen, um die lufttechnischen Phänomene zu verstehen, die durch die besondere Gebäudegeometrie induziert werden.
Tour Liberté - La Défense
Jahr
2024
Kunde
NC
Lokalisierung
Frankreich
Typologie
Luft & Wind
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Windkomfort: ein wichtiges Thema im städtischen Umfeld
CDF-Studie zum Windkomfort in städtischen Gebieten
Windkomfort bezieht sich auf das Wohlbefinden von Personen, wenn sie windigen Bedingungen ausgesetzt sind.
Es geht darum, das richtige Gleichgewicht zwischen einer effizienten natürlichen Belüftung und kontrollierten Windgeschwindigkeiten zu finden und so eine angenehme und sichere Außenumgebung zu schaffen.
DieUntersuchung des Windkomforts ist daher von entscheidender Bedeutung, um die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung und denEinfluss der umliegenden Gebäude auf den Luftstrom zu analysieren.
Dies hilft uns bei der Gestaltung von Außenräumen (oder Innenräumen), die auf die Bedürfnisse der Bewohner zugeschnitten sind.
Diese Analyse ist in dicht besiedelten städtischen Gebieten, wie z.B. La Défense in Courbevoie, von entscheidender Bedeutung.
In diesen Umgebungen haben die Gebäudestrukturen einen direkten Einfluss auf den Luftstrom und damit auf das Wohlbefinden der Menschen, die sich darin bewegen.
Aus diesem Grund führen wir für jedes Projekt eine gründliche Untersuchung des Windkomforts durch.
Mit Hilfe von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) analysieren wir das Windverhalten am zukünftigen Standort, umdie Räume zu optimieren und das Wohlbefinden der Nutzer zu gewährleisten.
Der Effekt von Rauheit und Venturi-Effekt bei der CFD-Untersuchung des Windkomforts eines Projekts
Bei numerischen Studien zum Windkomfort ist es entscheidend, die Randbedingungen genau zu definieren und dabei viele Elemente einzubeziehen.
Die 3D-Modellierung muss unbedingt die umliegenden Gebäude berücksichtigen, da diese einen direkten Einfluss auf die Winddynamik haben.
Das Vorhandensein und die Anordnung von städtischen Strukturen beeinflusst die Luftströmungen und schafft Bereiche, in denender Wind turbulent ist, abgeschirmt wird oderbeschleunigt wird.
Wenn diese Elemente ignoriert werden, kann dies zu ungenauen Simulationen führen, die weit von den tatsächlichen Bedingungen entfernt sind. Darüber hinaus ist dieEinbeziehung echter lokaler Wetterdaten wie jahreszeitliche Schwankungen und vorherrschende Windverhältnisse entscheidend, um zuverlässige und repräsentative Ergebnisse zu erhalten.
Diese Genauigkeit bei der Definition der Parameter ermöglicht es, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Wind undstädtischer Umgebung genau zu reproduzieren, was zu realistischeren und relevanteren Windkomfortstudien führt.
Um ein Windstudienprojekt korrekt durchzuführen und somit die richtigen Randbedingungen anzuwenden, müssen Sie verstehen, wie das Geschwindigkeitsprofil des Windes in Bodennähe aussieht. Der Wind kann durch den Begriff der atmosphärischen Grenzschicht beschrieben werden, die in drei Unterschichten unterteilt wird. Die äußere Schicht, oder Trägheitsunterschicht, ist etwa einen Kilometer dick. Darunter befindet sich die 10 bis 100 Meter dicke Oberflächengrenzschicht, in der ein starker Gradient der Windgeschwindigkeit und der Temperatur auftritt. Schließlich wird die rauhe Unterschicht, die einige Meter dick ist, von Oberflächenhindernissen beeinflusst.
Am Boden wird der Wind aufgrund der Rauheit des Bodens und der vorhandenen Hindernisse verlangsamt. Oberhalb dieser rauen Schicht, in den ungestörten Luftschichten des geostrophischen Windes, wird der Wind nicht mehr durch denZustand der Erdoberfläche beeinflusst.
Zwischen diesen beiden Schichten ändert sich die Windgeschwindigkeit mit derHöhe über dem Boden in einem logarithmischen Profil, was als vertikale Windscherung bezeichnet wird.
Am Boden wird der Wind aufgrund der Rauheit des Bodens und der vorhandenen Hindernisse verlangsamt. Oberhalb dieser rauen Schicht, in den ungestörten Luftschichten des geostrophischen Windes, wird der Wind nicht mehr durch denZustand der Erdoberfläche beeinflusst.
Zwischen diesen beiden Schichten ändert sich die Windgeschwindigkeit mit derHöhe über dem Boden in einem logarithmischen Profil, was als vertikale Windscherung bezeichnet wird.
Darüber hinaus kann der Venturi-Effekt in stark urbanisierten Gebieten mit einer hohen Konzentration von Gebäuden eine wichtige Rolle spielen. Er entsteht, wenn die Anwesenheit von Gebäuden den Querschnitt des Windes verringert, so dass dieser schneller abfließt. Diese Bereiche mit höheren Geschwindigkeiten sollten daher bei der Untersuchung des Komforts und der Sicherheit der Verkehrsteilnehmer berücksichtigt werden.
DieUntersuchung von Winden spielt eine entscheidende Rolle für die Sicherheit von Anlagen und Strukturen. Das Verständnis der Windeigenschaften, wie Geschwindigkeit, Richtung und Auswirkungen auf umliegende Hindernisse, hilft bei der Einschätzung der potenziellen Risiken, die mit Windbedingungen verbunden sind. Durch die Identifizierung von Gebieten, die hohen Windgeschwindigkeiten ausgesetzt sind, ist es möglich, geeignete Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz von Personen und Eigentum zu ergreifen.
Darüber hinaus könnenWindstudien dazu beitragen, Strukturen zu entwerfen , die den Windlasten standhalten, wodurch das Risiko einer Beschädigung oder eines Versagens verringert wird. Durch die Einbeziehung einer gründlichen Windanalyse in die Entwurfsphasen wird die Sicherheit der Bewohner gewährleistet und es werden Baustandards festgelegt, die an die spezifischen Umweltbedingungen angepasst sind, wodurch eine solide Grundlage für die Nachhaltigkeit und Widerstandsfähigkeit der Anlagen geschaffen wird.
CFD-Simulation des Windes rund um ein Gebäudeprojekt in La Défense
Klimastudie
Für jede numerische Strömungssimulation(CFD, Computational Fluid Dynamics), die auf ein Architektur- oderEntwicklungsprojekt angewendet wird, ist es von entscheidender Bedeutung, das Klima am Standort zu untersuchen und zu verstehen.
Eine solche meteorologische Studie ermöglicht es, die tatsächlichen Umweltbedingungen zu berücksichtigen, die das Design und die Leistung der Gebäude stark beeinflussen, insbesondere im Hinblick auf den Nutzerkomfort und dieEnergieeffizienz.
In diesem Beispiel ergab eine meteorologische Studie, dass es vorherrschende Winde aus Nordwesten und Südwesten mit einer konstanten Geschwindigkeit von 5 m/s (ca. 18 km/h) gibt.
Diese Information ist nicht nur eine technische Tatsache: Sie hat wichtige Auswirkungen auf das Windverhalten um die Gebäude herum und auf die Art und Weise, wie CFD zur Simulation dieser Luftströme verwendet wird.
3D-Modell
Eolios Engineering erstellte ein Modell der Windströmungen in der Umgebung des Projekts mit Hilfe eines numerischen CFD-Modells (Computational Fluid Dynamics). Dieses Modell löste die Grundgleichungen der Strömungsdynamik und ermöglichte eine genaue Simulation der Luftströmungen, was die Untersuchung des Windkomforts ermöglichte.
Simulationsergebnisse
Während des gesamten Entwurfsprozesses konzentrierte sich das Team auf Methoden, um die Auswirkungen des Windes auf die Räume zu mildern und sie für die Bewohner und Fußgänger komfortabler zu machen, wobei die Einschränkungen des Grundstücks berücksichtigt wurden.
In enger Zusammenarbeit mit den Architekten wurde einerseits diereine Architektur der Gebäude berücksichtigt und andererseits die Möglichkeit untersucht, architektonische Elemente wie Brückenbereiche, Vordächer, Balkone und auch Gärten mit immergrüner Vegetation hinzuzufügen.
Am Fuß des Gebäudes liegen alle Luftgeschwindigkeiten unter 2 m/s, während auf halber Höhe nur einige Terrassen Luftgeschwindigkeiten von über 2 m/s erreichen.
Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Luftgeschwindigkeiten auf den Terrassen nicht zu hoch sind, um einen optimalen Komfort zu gewährleisten.
Hohe Windgeschwindigkeiten können dazu führen, dass Außenbereiche unangenehm und sogar unbequem für die Bewohner werden.
Auf Terrassen, wo die Menschen Zeit zum Entspannen oder für soziale Kontakte verbringen, können starke Winde zu einem Gefühl von starker Kälte, Lärm und Schwierigkeiten beim Festhalten von Gegenständen führen.
Durch die Minimierung der Windgeschwindigkeiten auf diesen Flächen wird nicht nur der thermische Komfort der Nutzer verbessert, sondern auch ihr Gesamterlebnis im Freien.
Daher sollte bei der Gestaltung von Gebäuden besonders darauf geachtet werden, die Windgeschwindigkeiten auf Terrassen zu reduzieren, indem geeignete architektonische Formen und Designelemente wie Vordächer und Windbarrieren oder auch Vegetation verwendet werden, um eine angenehme und funktionale Außenumgebung zu gewährleisten.
Darüber hinaus verstärkt das größte Gebäude am östlichen Hofeingang denMaskeneffekt, der den Wind zum Boden hin abfängt.
Da die vorherrschende Windrichtung Südwest ist, bestand die architektonische Antwort darin, das Gebäude so aerodynamisch wie möglich zu gestalten, um keinUnbehagen und keine Gefahr zu erzeugen.
Die neue Form des Gebäudes mit den abgestuften Dachterrassen verbessert dieAerodynamik des Gebäudes, verringert die Luftgeschwindigkeiten und verbessert den Komfort für Fußgänger.
Eolios Ingénierie schlug spezifische Lösungen zur Verbesserung des Windkomforts für die Nutzer im Rahmen des Neubauprojekts vor.
Durch die Teilnahme am iterativen Designprozess waren die Ingenieure von Eolios in der Lage, eine große Anzahl von Szenarien vorherzusagen und somit alle Unwägbarkeiten , die mit einem schlechten Design verbunden sind, zu kontrollieren.
Die multiphysikalische Modellierung ermöglicht es, bei der Schaffung neuer Gebäude, bei Renovierungen oder Neugestaltungen die Gesamtheit der Phänomene zu berücksichtigen, die den thermo-lufttechnischen Flüssen zugrunde liegen und ermöglicht es so, das Windverhalten in einem frühen Stadium zu erfassen.
Es geht darum, statistische Wetterdaten, aerodynamische Informationen und Kriterien für Komfort und Sicherheit im Wind zu kombinieren, umProbleme bereits in einem frühen Stadium des Designprozesses zuantizipieren.
Videozusammenfassung der Studie
Zusammenfassung der Studie
Die durchgeführte Studie befasst sich mit der optimalen Platzierung von Lüftungsöffnungen, um den thermischen Komfort in der Fabrik von Aluminium Dunkerque zu verbessern, die ein Kühlsystem mit natürlicher Belüftung verwendet. Ziel ist es, festzustellen, ob das derzeitige Belüftungssystem für die Hinzufügung eines 8. Ofens ausreicht, und gegebenenfalls Lösungsvorschläge zu machen.
Es wurden verschiedene vorläufige Messungen durchgeführt, wie z. B. Rauchversuche zur Beobachtung der Luftbewegungen, Temperaturmessungen und Wärmebilder zur Identifizierung von Wärmequellen. Diese Daten wurden verwendet , um ein 3D-Modell der Anlage zu erstellen , in dem numerische CFD-Simulationen durchgeführt wurden.
Mithilfe von CFD-Simulationen werden Flüssigkeitsströmungen untersucht und die lufttechnischen und thermischen Bedingungen in der Anlage simuliert. Die Ergebnisse zeigten, dass die Hinzufügung bestimmter Belüfter einen schnelleren und gezielteren Abzug der heißen Luft ermöglichen würde, was den lufttechnischen Betrieb des Standorts verbessern würde.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studie die optimale Platzierung von Lüftungsöffnungen zur Verbesserung des thermischen Komforts in der Fabrik von Aluminium Dunkerque im Hinblick auf die Hinzufügung eines achten Ofens ermittelt hat. Die Ergebnisse der CFD-Simulationen lieferten präzise Empfehlungen zur Optimierung der Energieeffizienz und des Wohlbefindens der Fabrikarbeiter.
