Po co mapować ciśnienia wiatru
Gdy wiatr napotyka budynek, nie tylko go „popycha”: tworzy złożone pole ciśnienia , parcie na ścianie nawietrznej, ssanie na bokach, dachu i ścianie zawietrznej. Pole to decyduje o trzech kluczowych kwestiach.
Obciążenia konstrukcji
- Siły działające na elewacje, dachy, przeszklenia i mocowania.
Wentylacja naturalna
- Różnica ciśnień między ścianami napędza ruch powietrza.
Komfort i bezpieczeństwo
- Nadmierne prędkości, miejscowe zrywanie, zachowanie żaluzji.
Ciśnienie prędkości: energia wiatru
Cała analiza wychodzi od wielkości odniesienia: ciśnienia prędkości, które mierzy energię kinetyczną wiatru przypadającą na jednostkę objętości.
Prędkość wiatru nie jest jednorodna: rośnie z wysokością według profilu atmosferycznej warstwy przyściennej, który zależy od szorstkości terenu (miasto, wieś, morze). Dlatego ciśnienia wyraźnie rosną ku szczytom wież.
Współczynnik ciśnienia (Cp)
Współczynnik ciśnienia Cp to liczba bezwymiarowa odnosząca miejscowe ciśnienie działające na powierzchnię do ciśnienia prędkości odniesienia. Dodatnie Cp oznacza parcie (powierzchnia jest dociskana); ujemne Cp oznacza ssanie (powierzchnia jest zasysana).
Cp zależy od geometrii obiektu, od kierunku wiatru oraz od otoczenia (sąsiednie budynki, rzeźba terenu). To właśnie jego wyznaczenie jest celem, czy to z tablic normowych, czy z symulacji.
Parcie od strony nawietrznej, ssanie wszędzie indziej
Typowy rozkład ciśnień wokół prostopadłościennego budynku wystawionego na wiatr:
Ściana nawietrzna
- Parcie (Cp > 0): powietrze zostaje wyhamowane i „rozbija się” o elewację.
- Maksimum w pobliżu punktu spiętrzenia, w górnej części.
Boki, dach i ściana zawietrzna
- Ssanie (Cp < 0): powietrze przyspiesza i odrywa się, wytwarzając zasysanie.
- Szczyty ssania na krawędziach dachu i w narożnikach.
To ssanie zrywa pokrycia
Wbrew intuicji szkody dachowe rzadko wynikają z „naporu” wiatru, lecz ze szczytów ssania przy krawędziach i w narożnikach: obudowa jest zasysana na zewnątrz. Te miejscowe, bardzo skupione ssania są najtrudniejsze do oszacowania.
Od ciśnienia netto do decyzji projektowych
O wymiarowaniu decyduje w rzeczywistości ciśnienie netto: różnica między ciśnieniem zewnętrznym a ciśnieniem wewnątrz pomieszczenia. Zależnie od potrzeby pole ciśnienia służy do:
Wymiarowania obudowy
- Obciążenia wiatrem na elewacjach, przeszkleniach, łamaczach światła i dachach.
- Sprawdzenie mocowań i elementów dodanych.
Zasilania wentylacji naturalnej
- ΔP między nawiewami a wywiewami ustala strumień powietrza przepływającego przez budynek.
- Optymalne położenie otworów w zależności od wiatrów dominujących.
To samo pole ciśnienia zasila więc zarówno biuro konstrukcyjne jak i projektowanie bioklimatyczne budynku.
Eurokod 1 czy symulacja CFD?
Eurokod 1 (EN 1991-1-4) podaje stablicowane współczynniki ciśnienia dla kształtów typowych i regularnych. To podstawa formalna, skuteczna dopóki budynek mieści się w zakresie tablic.
Gdy jednak geometria staje się nietypowa (złożone kształty, wysokościowce, gęsta zabudowa miejska, niestandardowe dachy), tablice osiągają swoje granice. symulacji CFD oblicza wtedy rzeczywiste pole Cp dla każdego kierunku wiatru, z uwzględnieniem sąsiednich budynków.
Eurokod 1
- Szybki, zgodny z przepisami, odpowiedni dla prostych kształtów.
- Zachowawczy i ograniczony poza przypadkami stablicowanymi.
Symulacja CFD
- Rzeczywista geometria i otoczenie, wszystkie kierunki wiatru.
- Niezbędna dla obiektów nietypowych.
Mapy ciśnienia uzyskane z CFD
Symulacji CFD odtwarza ciągłą mapę ciśnienia na całej obudowie: każdy metr kwadratowy otrzymuje swoje Cp, dla każdego sektora wiatru. Dokładnie lokalizuje się szczyty ssania, określa się ilościowo siły napędowe wentylacji i sprawdza się skutek zmian (okapy, wiatrochrony, usytuowanie) jeszcze przed budową.
Nasi inżynierowie opracują mapy ciśnienia Państwa budynku metodą CFD, dla wszystkich kierunków wiatru. Porozmawiajmy.
