Вы, наверно, замечали, что погодные условия в разных местах одного района могут сильно отличаться. Например, вы выходите из подъезда и чувствуете на лице легкий ветерок, но стоит повернуть за угол дома, ветер становится сильным и порывистым. Почти в каждом жилом районе есть точки, в которых «ураган бушует» даже в самую безветренную погоду. Удивительно, но этого можно избежать еще на стадии планирования строительства. Сегодня мы расскажем, как можно «подружить» застройку с особенностями климата при помощи современного ПО.
К нам за помощью обратилось архитектурное бюро, занимающееся проектированием жилого комплекса. Необходимо было провести анализ движения воздушных потоков внутри квартала. Его результаты должны были помочь определить оптимальное расположение зданий на территории комплекса для максимального уровня комфорта будущих жильцов.
В качестве инструмента для проведения расчетов была выбрана программа Autodesk CFD, которая активно применяется в строительной отрасли. Её инструменты позволяют решать множество задач, где необходимо проанализировать движение воздушных масс. К ним относятся, например, моделирование работы вентиляционных систем, анализ распространения дыма в случае пожара, расчет давления ветра на фасады зданий и многое другое. Кроме этого, первоначальная модель жилого комплекса была выполнена в среде Autodesk Revit. Синергия решений одного вендора позволяет при внесении изменений в исходную модель получать обновленный результат CFD-анализа буквально в пару кликов.
Задача: определить, насколько модель жилого комплекса соответствует требованиям безопасности и комфорта с точки зрения движения воздушных потоков между строениями
РЕШЕНИЕ
Исходная геометрическая модель представляет собой фрагмент поверхности с расположенными на ней строениями (рис. 1).
Рис. 1. Геометрическая модель расчетной области Для проведения CFD-расчета модель была дополнена телом, представляющим собой объем, заполненный воздухом (рис. 2). Именно этот объем является главной частью расчетной области, в которой происходит движение.
Рис. 2. Контуры геометрии расчетной модели Для выполнения расчета были заданы следующие граничные условия:
1. На входном сечении, с подветренной стороны была установлена скорость движения воздуха, равная 7,4 м/сек. Скорость и направление были получены из данных розы ветров рассматриваемой местности.
2. На выходном сечении было задано значение давления, равное нормальному атмосферному давлению. Это позволило воздуху свободно покидать расчетную область.
3. На боковых и верхней гранях объема, занимаемого воздухом, было задано граничное условие скольжения, чтобы частицы воздуха могли двигаться только по касательной к поверхностям.
Полученная в результате расчетная сетка содержала 3 178 823 элемента и 771 550 узлов (рис. 3).
Рис. 3. Расчетная сетка Ниже показано распределение скорости воздуха, полученное в результате решения в вертикальной плоскости, ориентированной вдоль потока (рис. 4). На рисунке видно, как за высокими постройками образуются области, в которых скорость движения воздуха уменьшается. Вместе с тем над зданиями скорость воздуха равна заданной 7,4 м/сек, что говорит о правильности выбора высоты расчетной области.
Рис. 4. Скорость движения частиц воздуха Следующий показатель – векторы скоростей частиц (рис. 5). На рисунке видно, как в областях, расположенных с противоположной от подветренной стороны зданий, образуются завихрения воздуха.
Рис. 5. Векторы скоростей движения частиц в вертикальной плоскости, использованной на рис. 4 Далее показано распределение частиц воздуха в горизонтальной плоскости (рис. 6). Из рисунка видно, что скорость движения воздушного потока в области с высокой плотностью застройки заметно ниже, чем на периферии.
Рис. 6. Распределение скоростей движения частиц воздуха в горизонтальной плоскостиНиже показаны линии тока частиц воздуха (рис. 7). По плотности их расположения можно заметить, что в центре застройки скорость движения воздуха ниже. Также видно, что после прохождения застройки поток ветра меняет свое направление, отклоняясь немного вправо.
Рис. 7. Линии тока частиц воздуха На рисунке 8 показана изоповерхность, построенная для абсолютного значения скорости 2 м/сек. В отличие от секущих плоскостей, изоповерхность позволяет объемно показать области, в которых скорость движения воздуха замедляется. Все частицы, находящиеся внутри изоповерхности, будут иметь скорость меньше 2 м/сек, а те, что снаружи, соответственно, больше.
Еще одна важная характеристика, которая определяется в CFD-расчете, – распределение давления ветра на фасады зданий и сооружений. Ниже показаны значения давления ветра на фасады зданий, размещенных в рассматриваемом районе (рис. 9). Эти данные в дальнейшем можно использовать как значения ветровой нагрузки в прочностных расчетах строений.
Рис. 9. Давление ветра на фасады зданий РЕКОМЕНДАЦИИ
Основываясь на результатах анализа, специалисты «ПОИНТ» дали свои рекомендации, которые могут помочь усовершенствовать план застройки и достигнуть поставленной цели – максимального климатического комфорта для будущих жителей комплекса.
1. На рисунке 6 имеется присутствие каналов с высокой скоростью воздушного потока (зеленые участки). Расположение зданий на этом сайте позволит уменьшить скорость ветра в этой зоне.
2. На рисунке 9 три высотных здания испытывают повышенное давление ветра на фасады. Это будет приводить к возникновению сильных сквозняков в квартирах, особенно на верхних этажах. Перенос этих зданий на противоположную сторону микрорайона, а также их расположение в ряд по направлению ветра поможет решить проблему.
В результате расчета заказчик принял меры для исключения возникновения завихрений, которые показаны на рисунке 5. Именно они были наиболее критичными по требованиям эксплуатации. Также несколько зданий было перемещено на другие участки квартала.
Рекомендации экспертов «ПОИНТ» позволили заказчику учесть в будущих проектах те особенности расположения зданий, которые дают негативные результаты по распределению воздушных потоков.
Еще по теме здесь: Советы.
Источник: Укрощение стихии: как проектируются жилые комплексы с комфортным климатом.