Windtunnel experimenten aan windhinder en de validatie van een virtueel windtunnel CFD-model

Transcriptie

1 AKOESTIEK EN BOUWFYSICA LAWAAIBEHEERSING MILIEUTECHNOLOGIE BRANDVEILIGHEID Windtunnel experimenten aan windhinder en de validatie van een virtueel windtunnel CFD-model ir. W.D. Wormgoor (Willem) ir. G.M. van Uffelen (Marcel) Zoetermeer (NL) Mook (NL) Groningen (NL) Düsseldorf (D) Bonn (D) Paris (F) Lyon (F) Leuven (B) London (GB)

2 Artikel verschenen in Bouwfysica van Mei 2008

3 Inhoud Inleiding: windhinder, windtunnel, CFD CFD modellen Resultaten 3 projecten Conclusies

4 Windhinder NEN 8100 Windhinder en windgevaar in de gebouwde omgeving Drempelsnelheid: uurgemiddelde lokale windsnelheid van 5,0 m/s (Beaufort 3 à 4) Overschrijdingspercentage: percentage van de tijd in een jaar dat de drempelsnelheid wordt overschreden

5 Windtunnel Windtunnel Peutz BV te Mook Afmeting meetsectie: 1,8 x 3 x 15 m

6 Windtunnel

7 Windhinder (comfort / gevaar) Voorbeelden windprofielen bij neutrale stabiliteit in de grenslaag Cantelen Opwekken windprofiel in de windtunnel

8 Hoofdkantoor ABN / Amro, Amsterdam Hoogbouw verplaatst

9 Belastingdienst, Amsterdam Hoogbouw verplaatst, arcade, verdiepte entree

10 Avero toren, Leeuwarden Spoilers boven voet- en rijwielpad

11 Fortis, Utrecht Luifel in onderdoorgang voor entree

12 World Port Center, Rotterdam Luifel en schermen

13 Winkelcentrum, Alphen a/d Rijn Luifel en schermen

14 Windtunnel: CFD aan windhinder kwantitatief mogelijkheid om windafschermende maatregelen te beoordelen tijdrovend en relatief kostbaar CFD: kwalitatief locatie overschrijdingen aan te geven snel

15 Technische achtergrond 3 m 0,9 m Configuratie nu: Phoenics windrichtingen RNG k-ε model 3 m 2e orde differentieschema: MINMOD rechthoekig grid i.c.m. Partial Solids Machtswet voor snelheidsprofiel Fully-rough wandfunctie voor vloer tot cellen CFD-model op schaal: virtuele windtunnel

16 WTC Amsterdam WTC Zuidas Amsterdam - KPF Architecten Hoe tot deze configuratie gekomen? Eerste model: Uniforme instroomsnelheid, meesimuleren van voorland Totaal ca cellen (excl. voorland) k-ε model HYBRID 1e orde differentieschema Tweede model Windprofiel opgelegd (machtswet) Totaal cellen RNG k-ε model MINMOD 2e orde differentieschema Derde model als tweede model, cellen PARSOL

17 Beoordeling windhinder Comfort criteria NEN 8100: 2,

18 CFD resultaten cellen 12 windrichtingen k-ε model 1e orde differentieschema: HYBRID rechthoekig grid Voorland meegesimuleerd Overschrijdingspercentage: percentage van de tijd in een jaar dat de drempelsnelheid wordt overschreden

19 Windtunnel resultaten Slecht windklimaat Matig windklimaat Goed windklimaat Overschrijdingspercentage: percentage van de tijd in een jaar dat de drempelsnelheid (5 m/s) wordt overschreden

20 Vergelijking windtunnel en CFD Overschrijdings percentage [%] Locatie CFD Windtunnel 1 41% 37% 2 44% 41% 3 25% 33%

21 Amsterdam Arch cellen 12 windrichtingen RNG k-ε model 2e orde differentieschema: MINMOD rechthoekig grid Snelheidsprofiel als randvoorwaarde meegenomen Amsterdam Arch - Architecten Cie

22 CFD resultaten: eerste model

23 Windtunnel resultaten Slecht windklimaat Matig windklimaat Goed windklimaat Slecht windklimaat, verhoogd niveau Matig windklimaat, verhoogd niveau Goed windklimaat, verhoogd niveau Overschrijdingspercentage: percentage van de tijd in een jaar dat de drempelsnelheid (5 m/s) wordt overschreden

24 CFD resultaten: tweede model

25 Vergelijking windtunnel en CFD Overschrijdings percentage [%] Locatie CFD Windtunnel 1 16% 18% 2 29 tot 36% 25 tot 36% 3 27% 32%

26 Hoogbouw project: CFD resultaten cellen 12 windrichtingen RNG k-ε model 2e orde differentieschema: MINMOD rechthoekig grid Snelheidsprofiel als randvoorwaarde meegenomen Meetpunt windtunnel

27 Windtunnel resultaten Slecht windklimaat Matig windklimaat Goed windklimaat Overschrijdingspercentage: percentage van de tijd in een jaar dat de drempelsnelheid (5 m/s) wordt overschreden

28 Vergelijking windtunnel en CFD Overschrijdings percentage [%] Locatie CFD Windtunnel 1 37% 36% 2 4% 4% 3 28% 28%

29 Conclusies Numerieke aanpak veelbelovend Windtunnel nog niet vervangbaar, probleemlocaties kunnen worden voorspeld, windafschermende maatregelen beperkt te simuleren RNG k-ε model 2e orde differentieschema: MINMOD Hoog aantal gridcellen (> , min. ca. 7 à 10 cellen per straat)

30 Windtunnel experimenten aan windhinder en de validatie van een virtueel windtunnel CFD-model Vragen? Willem Wormgoor Marcel van Uffelen