Prototyp — Schornstein für natürliche Belüftung.

Klimastudie

Eine Klimaanalyse des Standorts geht den Simulationen voraus : Der Wind weht hauptsächlich aus Südwesten, mit einem zweiten vorherrschenden Wind aus Nordosten. Nach Identifizierung der vorherrschenden Winde wird ihre Intensität (mittlere, minimale und maximale Geschwindigkeit) gemessen, um die Extremfälle zu untersuchen. Die dargestellten Ergebnisse entsprechen einem Südwestwind von 6 m/s, dem häufigsten.

3D-Modell und aeraulische Masken

Es ist entscheidend, die Nachbargebäude zu berücksichtigen, die die Rolle von aeraulischen Masken spielen : Sie erzeugen Zonen unterschiedlichen Drucks und Turbulenzen, die Richtung und Geschwindigkeit des Windes beeinflussen. Ihre präzise Modellierung ermöglicht es, Windschattenzonen (reduzierter Strom) und Windkanäle (beschleunigter Strom) zu bestimmen und die besten Positionen der Belüftungsöffnungen zu identifizieren.

Auslegung

Die Auslegung der Kanäle ist für eine effiziente Belüftung wesentlich. Die CFD ermöglicht es, diese Auslegung zu überprüfen und mehrere Systeme und Konfigurationen zu testen — in der Simulationsphase weitaus einfacher als nach der Installation der Kanäle.

Test von 4 Schornsteintypen per CFD

Vier Schornsteine von 4 m Höhe wurden verglichen (gleiche Erfassungsflächen und Kanalgrößen, um nur die Effizienz des Auftriebs zu vergleichen) : ein rechteckiger Kanal mit flacher Haube, zwei zylindrische Kanäle (halbkugelförmige feste und drehbare Haube) und ein Fassadenschornstein mit 2 Ausrichtungen.

Der Schornstein mit drehbarer Haube erzeugt den meisten Auftrieb : ein etwa doppelt so hoher Austrittsvolumenstrom wie bei den festen Hauben, unabhängig von der Windrichtung — da sich die Haube stets in die optimalen Bedingungen ausrichtet. Der Fassadenschornstein, stark von der Windrichtung abhängig, kann als Luftein- oder -auslass funktionieren.

Simulationen und Ergebnisse

Für einen Südwestwind von 6 m/s zeigen die roten Flächen die am stärksten betroffenen Schornsteine an (die anderen, stromabwärts, sind es weniger). Die Geschwindigkeiten in den drehbaren Kanälen sind höher als in den festen Kanälen. Bei den festen Schornsteinen liefert der längste Kanal (1. Etage) nur 0,7 Vol/h — weit unter den erwarteten 5 Vol/h —, nur der kürzeste (5. Etage) nähert sich diesem Wert an.

Insgesamt funktioniert die Belüftung durch feste Schornsteine doppelt so schlecht wie durch drehbare Schornsteine, und die 1. Etage wird im festen Fall fast nicht belüftet. Mit der drehbaren Haube erreichen die korrekt ausgelegten Kanäle das Ziel von 5 Vol/h.

Simulation der nächtlichen Entladung

Die nächtliche Entladung ist eine passive Kühlung, die den Rückgang der Außentemperaturen in der Nacht nutzt, um die tagsüber gespeicherte Wärme abzuführen. Für ein realistisches Szenario wurde eine Differenz von 10 °C simuliert (innen 28 °C, außen 18 °C), die einen thermischen Gradienten erzeugt, der die Luftzirkulation über die Schornsteine und Öffnungen begünstigt.

Die Ergebnisse identifizieren die korrekt belüfteten Zonen (Temperaturen nahe der Außentemperatur, effiziente Kühlung) und die schwach durchmischten Zonen (Resttemperaturen ~28 °C). Die nächtliche Entladung erweist sich auf dem größten Teil des Gebäudes als effizient; EOLIOS hat bewährte Praktiken festgelegt (Steuerung der Öffnungen, Anpassung der Volumenströme), um die passive Kühlung zu maximieren.