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) www.peutz.nl
Artikel verschenen in Bouwfysica van Mei 2008
Inhoud Inleiding: windhinder, windtunnel, CFD CFD modellen Resultaten 3 projecten Conclusies
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
Windtunnel Windtunnel Peutz BV te Mook Afmeting meetsectie: 1,8 x 3 x 15 m
Windtunnel
Windhinder (comfort / gevaar) Voorbeelden windprofielen bij neutrale stabiliteit in de grenslaag Cantelen Opwekken windprofiel in de windtunnel
Hoofdkantoor ABN / Amro, Amsterdam Hoogbouw verplaatst
Belastingdienst, Amsterdam Hoogbouw verplaatst, arcade, verdiepte entree
Avero toren, Leeuwarden Spoilers boven voet- en rijwielpad
Fortis, Utrecht Luifel in onderdoorgang voor entree
World Port Center, Rotterdam Luifel en schermen
Winkelcentrum, Alphen a/d Rijn Luifel en schermen
Windtunnel: CFD aan windhinder kwantitatief mogelijkheid om windafschermende maatregelen te beoordelen tijdrovend en relatief kostbaar CFD: kwalitatief locatie overschrijdingen aan te geven snel
Technische achtergrond 3 m 0,9 m Configuratie nu: Phoenics 2006 12 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 250.000 tot 600.000 cellen CFD-model op schaal: virtuele windtunnel
WTC Amsterdam WTC Zuidas Amsterdam - KPF Architecten Hoe tot deze configuratie gekomen? Eerste model: Uniforme instroomsnelheid, meesimuleren van voorland Totaal ca. 150.000 cellen (excl. voorland) k-ε model HYBRID 1e orde differentieschema Tweede model Windprofiel opgelegd (machtswet) Totaal 250.000 cellen RNG k-ε model MINMOD 2e orde differentieschema Derde model als tweede model, 600.000 cellen PARSOL
Beoordeling windhinder Comfort criteria NEN 8100: 2,5-5 5-10 10-20
CFD resultaten 150.000 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
Windtunnel resultaten Slecht windklimaat Matig windklimaat Goed windklimaat Overschrijdingspercentage: percentage van de tijd in een jaar dat de drempelsnelheid (5 m/s) wordt overschreden
Vergelijking windtunnel en CFD Overschrijdings percentage [%] Locatie CFD Windtunnel 1 41% 37% 2 44% 41% 3 25% 33%
Amsterdam Arch 250.000 cellen 12 windrichtingen RNG k-ε model 2e orde differentieschema: MINMOD rechthoekig grid Snelheidsprofiel als randvoorwaarde meegenomen Amsterdam Arch - Architecten Cie
CFD resultaten: eerste model
Windtunnel resultaten Slecht windklimaat Matig windklimaat Goed windklimaat 11 4 10 Slecht windklimaat, verhoogd niveau Matig windklimaat, verhoogd niveau 20 21 12 10 32 1 16 24 26 0 4 2 29 32 36 32 8 13 13 Goed windklimaat, verhoogd niveau 7 8 4 15 38 14 1 7 10 4 12 15 16 7 18 18 17 5 4 6 4 4 5 6 5 11 15 18 9 6 9 7 8 14 12 9 15 7 4 Overschrijdingspercentage: percentage van de tijd in een jaar dat de drempelsnelheid (5 m/s) wordt overschreden
CFD resultaten: tweede model
Vergelijking windtunnel en CFD Overschrijdings percentage [%] Locatie CFD Windtunnel 1 16% 18% 2 29 tot 36% 25 tot 36% 3 27% 32%
Hoogbouw project: CFD resultaten 600.000 cellen 12 windrichtingen RNG k-ε model 2e orde differentieschema: MINMOD rechthoekig grid Snelheidsprofiel als randvoorwaarde meegenomen Meetpunt windtunnel
Windtunnel resultaten Slecht windklimaat Matig windklimaat Goed windklimaat Overschrijdingspercentage: percentage van de tijd in een jaar dat de drempelsnelheid (5 m/s) wordt overschreden
Vergelijking windtunnel en CFD Overschrijdings percentage [%] Locatie CFD Windtunnel 1 37% 36% 2 4% 4% 3 28% 28%
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 (>500.000, min. ca. 7 à 10 cellen per straat)
Windtunnel experimenten aan windhinder en de validatie van een virtueel windtunnel CFD-model Vragen? Willem Wormgoor w.wormgoor@mook.peutz.nl Marcel van Uffelen m.vanuffelen@mook.peutz.nl