CFD-Studie des Windkomforts auf den Balkonen eines Wohngebäudes: Wann macht der Wind sie unbenutzbar, und welche Schutzmaßnahmen machen sie ganzjährig nutzbar?
Vor dem Bau eines Gebäudes mit privaten Außenräumen wie Balkonen ist der Windkomfort der Bewohner zu bewerten und die potenziell problematischen Zonen zu identifizieren. EOLIOS hat diese Untersuchung per CFD-Simulation der äußeren Luftströmung rund um das Gebäude durchgeführt.
Die hier untersuchte Lösung ist die der Schiebeelemente, die den Balkon nicht vollständig schließen. Die Winde sind im Winter kälter und stärker : ohne geeigneten Schutz werden die Balkone dann unbenutzbar. Das Ziel : das Windgeschwindigkeitsprofil auf den Balkonen zu prüfen, vor allem in den obersten Geschossen, und anschließend Alternativen zur Optimierung des Komforts der Bewohner vorzuschlagen.
Das Wesentliche. CFD-Studie des Windkomforts auf den Balkonen eines Wohnriegels : die klimatische Analyse (Windrosen) und die Strömungssimulation identifizieren die unkomfortablen Balkone, Unbehagen ab 1 m/s, und bewerten anschließend drei Schutzlösungen (Schiebeelemente, geschlossene Räume, verglaste Geländer). Die Schiebeelemente erweisen sich als bester Kompromiss : Lüftung im Sommer, ein Wintergarten mit Treibhauseffekt im Winter.
Balkone sind von Natur aus dem Wind ausgesetzt. Je nach Stärke kann dieser sie unbenutzbar machen, daher ist ein gutes Komfortniveau zu gewährleisten, zumindest im Frühjahr und im Sommer. Ein Balkon gilt als unkomfortabel, sobald die Luftgeschwindigkeit 1 m/s überschreitet, eine deutlich niedrigere Schwelle als in Fußgängerzonen, da man dort meist sitzt oder ruht.
V < 0,2 m/s : Luft eines geschlossenen Raums · 0,2–0,5 : offenes Fenster, leichter Luftzug · 0,4–1 : Brise · V > 1 : vergleichbar mit einem laufenden Ventilator · V > 2 : unangenehmer Wind.
Die CFD-Simulation gibt die durch die besondere Geometrie der Balkone induzierten Luftströmungsphänomene wieder, indem sie die Luftströmung rund um das Gebäude berechnet. Da das Innere des Gebäudes keinen Einfluss auf diese äußeren Strömungen hat, wurden nur die Balkone und die Fassade im Detail modelliert.
Je nach Windherkunft treten an der Rückseite des Gebäudes Rezirkulationen auf : ein Teil der am Boden angekommenen, durch Reibung verlangsamten Luft steigt an der Fassade auf und dringt in bestimmte Balkone ein, was Unbehagen erzeugt, obwohl der Wind gar nicht auf die Fassade weht. Dieses Phänomen ist bereits im Entwurf zu antizipieren.
Eine lokale Untersuchung der Luftgeschwindigkeiten, Balkon für Balkon, liefert die Geschwindigkeitsvektoren in jedem Punkt. Sie unterscheidet die Rezirkulationszonen, ohne echte Beeinträchtigung, von den Zonen hoher Geschwindigkeit und der Luftdurchströmung, die vorrangig zu behandeln sind.
Zum Merken. Die Unkomfortschwelle eines Balkons (1 m/s) ist sehr niedrig : man sucht dort Ruhe, nicht nur die Abwesenheit von Gefahr. Daher der Wert modularer Schutzlösungen, die im Sommer die Lüftung bewahren und im Winter den kalten Wind abschneiden.
Um die Bewohner vor dem Wind zu schützen, sind mehrere Vorrichtungen denkbar, künstliche oder pflanzliche Windschutze, geschlossene Räume, verglaste Geländer. Drei Ansätze wurden verglichen :
Schiebeelemente — beweglich öffnen sie sich im Sommer zum Lüften und zur Vermeidung von Überhitzung und schließen sich im Winter zu einem Wintergarten mit Treibhauseffekt, der den Balkon erwärmt und den Heizbedarf senkt. Der beste Kompromiss für dieses Projekt.
Geschlossene Räume — vollständig vom Außenraum abgeschottet, unterbinden sie den Wind, verursachen aber Überhitzung im Sommer und nehmen das Gefühl, draußen zu sein.
Verglaste Geländer & Windschutze — feste Blenden, Vordächer oder pflanzliche Windschutzhecken, je nach den durch die Simulation identifizierten exponierten Zonen zu positionieren.
Indem vorrangig nur die durch die Simulation identifizierten kritischen Zonen behandelt werden, wird der Komfortgewinn maximiert, während Kosten und architektonische Auswirkungen beherrscht bleiben. Gut konzipiert machen diese Einrichtungen die Balkone vollständig nutzbar, im Sommer belüftet, im Winter temperiert.
Know-how: die Messung und Simulation des Windkomforts im urbanen UmfeldWindkomfort auf Balkonen, Rezirkulationen und modulare Schutzlösungen.
Ab etwa 1 m/s gilt der Balkon als unkomfortabel, eine deutlich niedrigere Schwelle als in Fußgängerzonen, da man dort meist sitzt oder ruht.
Je nach Windrichtung bilden sich an der Rückseite des Gebäudes Rezirkulationen : die am Boden verlangsamte Luft steigt an der Fassade auf und dringt in bestimmte Balkone ein. Dieser Mechanismus ist dem in der Untersuchung der Winddrücke studierten ähnlich.
Beweglich öffnen sie sich im Sommer zum Lüften und zur Vermeidung von Überhitzung und schließen sich im Winter zu einem Wintergarten mit Treibhauseffekt, der den Balkon erwärmt und den Heizbedarf senkt.
Nicht unbedingt : ein vollständig geschlossener Raum unterbindet den Wind, verursacht aber Überhitzung im Sommer und nimmt das Gefühl, draußen zu sein. Schiebeelemente bieten den besseren Kompromiss.
Das Innere des Gebäudes beeinflusst die äußere Luftströmung an den Balkonen nicht. Daher werden nur die Balkone und die Fassade im Detail modelliert, um die Genauigkeit dort zu bündeln, wo sie zählt.
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