Von Edward Keyrouz
Tel: +33 (0) 9 70 01 97 60
Email Edward
Verbinden Sie sich mit Edward
Laut Weltbank leben 56 % der Weltbevölkerung – 4,4 Milliarden Menschen – in Städten. Bis 2050 wird sich die städtische Bevölkerung mehr als verdoppeln, sodass nahezu 7 von 10 Menschen in urbanen Gebieten wohnen werden. Mit der fortschreitenden Urbanisierung und Regeneration der Städte wächst auch der Bedarf an Räumen. Da jedoch Grünflächen oft geschützte Ressourcen sind, stoßen urbane Entwicklungspläne häufig auf Widerstand. In Anbetracht des Klimawandels und der Bedeutung von Vegetation gewinnt die vertikale Expansion der Städte durch den Bau von Hochhäusern zunehmend an Bedeutung.
Mit dem Wachstum von Hochhäusern steigt auch die Nachfrage nach Grünflächen, die den Menschen als Treffpunkte, Erholungsorte und Rückzugsorte dienen. Allerdings wird es durch die zunehmende Zahl an Hochhäusern immer schwieriger, den Fußgängerkomfort und die Nutzbarkeit dieser Räume das ganze Jahr über sicherzustellen. Es ist daher unerlässlich, die Einflüsse des Außenwindkomforts auf Fußgänger zu verstehen, um Grünflächen optimal zu gestalten und zu platzieren. Dabei gilt es, die Auswirkungen von Windströmungen rund um Hochhäuser zu mindern.
Frühe Planung und CFD-Simulation zur Analyse des Fußgängerkomforts
In der Planungsphase von Gebäuden und Standorten kann eine frühe konzeptionelle Modellierung genutzt werden, um Risiken zu bewerten. Mithilfe einer Analyse des Fußgängerkomforts auf Basis der numerischen Strömungsmechanik (CFD) können die Bedingungen rund um den Standort unter verschiedenen Windgeschwindigkeiten und -richtungen untersucht werden. Die Simulation funktioniert wie ein virtuelles Windkanalmodell: Das CFD-Modell des Standorts wird erstellt und verschiedenen Testszenarien unterzogen. Die Windgeschwindigkeit wird an interessanten Punkten gemessen, und diese Daten werden zusammen mit lokalen Wetterdaten verwendet, um eine jährliche Perspektive der lokalen Windgeschwindigkeiten zu erhalten. Durch statistische Analysen kann überprüft werden, ob die Ergebnisse den verschiedenen Komfortkriterien entsprechen. Die Simulationsergebnisse können verwendet werden, um die Entwürfe zu optimieren und erneut zu testen.
CFD-Simulation: Unverzichtbar für die Analyse von Luftströmungen
Ein Beispiel ist das Auftreffen von Wind auf die Fassade eines Gebäudes. Nach der Bernoulli-Gleichung verringert sich die Geschwindigkeit des Luftstroms, während der Druck an der Fassade des Gebäudes signifikant zunimmt. Dieser hohe Druck führt dazu, dass die Luft in Bereiche mit niedrigerem Druck abfließt, typischerweise an die Basis des Gebäudes – ein Effekt, der als „Downwash“ bezeichnet wird. Dieser Effekt wird häufig an den Basen von Hochhäusern beobachtet, insbesondere in Gebieten mit niedrigeren Gebäuden in der Umgebung. Der Downwash breitet sich am Boden horizontal aus und verursacht plötzliche Windböen, die von Fußgängern wahrgenommen werden. Diese Böen können sogar bei mäßigem Wind zu spürbaren Mikroklimaten führen.
Ein weiteres Beispiel ist die Beschleunigung der Luftströmung, wenn Straßenverläufe von breiten in schmale Wege übergehen. Diese Situation tritt oft in bestehenden Stadtzentren auf, kann aber bei neuen Bauprojekten berücksichtigt werden. Ähnliche Effekte können entstehen, wenn große Öffnungen an der Basis von Gebäuden wie Eingangshallen gestaltet werden. Diese beeindruckenden architektonischen Designs bergen jedoch das Risiko der Luftströmungsbeschleunigung.
Oft treten diese beiden Situationen kombiniert auf, was die Effekte multipliziert und manchmal gefährliche Bedingungen schafft. Beschwerden von Fußgängern über Schwierigkeiten beim Öffnen von Türen oder beim Überqueren von Freiflächen sind keine Seltenheit. Die Integration von CFD-Simulationen in den Planungsprozess kann diese Probleme lösen und einen optimalen Fußgängerkomfort gewährleisten.
Das Lawson-Kriterium: Ein bewährtes Maß für den Windkomfort
Das Lawson-Kriterium, ein gängiges Maß für den Windkomfort, besteht aus zwei Teilen. Es bewertet den Komfort von Fußgängern bei Aktivitäten wie Gehen, Stehen und Sitzen, um die Nutzbarkeit eines Standorts für eine bestimmte Aktivität zu bestimmen. Es definiert Schwellenwerte für lokale Windgeschwindigkeiten, die nicht mehr als 5 % der jährlichen Zeit überschreiten dürfen. Der zweite Teil des Kriteriums legt Sicherheitsgrenzen für Windgeschwindigkeiten fest, die niemals überschritten werden dürfen, um die Sicherheit von Fußgängern und Radfahrern zu gewährleisten.
Nachhaltige urbane Entwicklung mit CFD-Simulationen
Städtische Entwicklungen beeinflussen global die CO₂-Emissionen, die Lebensqualität innerhalb von Gebäuden und die Nutzung der Freiräume zwischen ihnen. Durch die CFD-Simulation können wir das Beste aus diesen drei Aspekten herausholen.
Unsere Expertise
Die CFD-Experten von IES Consulting nutzen eine Kombination aus IESVE MicroFlo und der Drittanbietersoftware Engys® HELYX®. MicroFlo wurde entwickelt, um unseren Kunden eine einfache und zugängliche CFD-Software zu bieten, die mit unserem Tool ApacheSim genutzt werden kann. HELYX®, basierend auf OpenFOAM®, ermöglicht uns die Durchführung komplexer Analysen wie Datenzentren, externe Schadstoffstudien, Fußgängerkomfort oder Wärmeübertragung.
Kontaktieren Sie uns
Erfahren Sie mehr über unsere CFD-Dienstleistungen, indem Sie hardad.joshi@iesve.com kontaktieren.