Komfort pieszych — La Défense.

Wyzwania komfortu wiatrowego

Analiza CFD komfortu wiatrowego w środowisku miejskim

Komfort wiatrowy to poczucie dobrostanu osób przebywających w warunkach wietrznych. Celem jest znalezienie równowagi między wystarczającym przewietrzaniem a nadmiernymi prędkościami wiatru, aby stworzyć otoczenie przyjemne i bezpieczne. Analiza ma na celu zrozumienie cech wiatru: prędkości i kierunku , a także wpływu przeszkód w otoczeniu na przepływy, co pozwala projektować optymalne przestrzenie zewnętrzne (i wewnętrzne).

Analiza komfortu wiatrowego jest niezbędna przy projektowaniu budynków, zwłaszcza w gęstych obszarach miejskich, takich jak La Défense w Courbevoie. Budowa w takim otoczeniu wymaga zrozumienia wpływu przeszkód (sąsiednia zabudowa) na przepływy i na komfort osób przebywających na terenie.

Analiza potencjału wiatrowego — La Défense

Ocena Potencjał wiatrowy terenu i komfort wiatrowy to dwa zagadnienia uzupełniające się. Ocena potencjału wiatrowego wymaga zrozumienia cech wiatru: analiza częstości poszczególnych klas prędkości i określenie dostępności wiatru pozwalają ocenić wykonalność inwestycji wiatrowej.

Analiza komfortu wiatrowego ocenia natomiast wpływ wiatru na dobrostan i bezpieczeństwo osób przebywających na terenie. Jednym z celów analizy EOLIOS było zrozumienie codziennych cech wiatru w obszarze inwestycji. Dane ze stacji meteorologicznej reprezentatywnej dla regionu pozwoliły wyznaczyć średnie roczne prędkości, kierunki dominujące, okresy porywów oraz częstości prędkości i kierunków.

Szorstkość terenu i efekt Venturiego

Określenie cech wiatru

W numerycznych analizach komfortu wiatrowego niezbędne jest precyzyjne określenie warunków brzegowych: wyznaczenie obszaru obliczeniowego z uwzględnieniem cech geograficznych i miejskich, określenie szorstkości podłoża, wprowadzenie danych meteorologicznych, zdefiniowanie właściwości budynków i przeszkód oraz wskazanie stref wylotu powietrza. Uwzględnienie zmienności pogody i szczegółów pozwala na realistyczne symulacje i bardziej wiarygodne wyniki.

Atmosferyczna warstwa graniczna

Aby zastosować właściwe warunki brzegowe, trzeba zrozumieć profil prędkości wiatru przy gruncie. Wiatr opisuje się pojęciem atmosferycznej warstwy granicznej, podzielonej na trzy podwarstwy. Warstwa zewnętrzna (podwarstwa inercyjna) ma około kilometra grubości. Poniżej przyziemna warstwa graniczna (od 10 do 100 m) charakteryzuje się silnym gradientem prędkości i temperatury. Na końcu podwarstwę szorstką o grubości kilku metrów podlega wpływowi przeszkód terenowych.

Przy gruncie wiatr jest hamowany szorstkością i przeszkodami. Powyżej podwarstwy szorstkiej, w niezaburzonych warstwach powietrza wiatru geostroficznego, wiatr nie podlega już wpływowi powierzchni ziemi. Pomiędzy nimi prędkość zmienia się z wysokością zgodnie z profilem logarytmicznym, co nazywa się pionowym uskokiem wiatru.

Określenie parametrów szorstkości

Szorstkości terenu odgrywa kluczową rolę w analizie komfortu wiatrowego. Określają ją wszystkie przeszkody — budynki, drzewa i inne elementy — które wpływają na przepływ wiatru przy powierzchni. Im większa szorstkość, tym silniej wiatr jest hamowany. Wpływa ona na kształt pionowego profilu prędkości, która rośnie z odległością od gruntu. Trzeba ją więc uwzględnić, aby uzyskać profil wiatru najbliższy rzeczywistości.

Załącznik do « Eurokodu: oddziaływania wiatru » podaje wartości szorstkości zależnie od charakteru otoczenia.

Wskazanie efektów Venturiego w skali miasta

W obszarach silnie zurbanizowanych, o dużym zagęszczeniu zabudowy, Efekt Venturiego odgrywa istotną rolę: zabudowa zmniejsza przekrój przepływu wiatru, co przyspiesza jego przepływ. Te strefy nadmiernych prędkości trzeba uwzględnić przy ocenie komfortu i bezpieczeństwa użytkowników.

Analiza bezpieczeństwa użytkowników wobec wiatru

Analizy wiatrowe mają kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa obiektów i konstrukcji. Zrozumienie cech wiatru — prędkości, kierunku i oddziaływania na przeszkody w otoczeniu — pozwala ocenić ryzyko związane z warunkami wietrznymi. Wskazując strefy narażone na duże prędkości, można wprowadzić właściwe środki bezpieczeństwa chroniące ludzi i mienie.

Analizy wiatrowe pozwalają też projektować konstrukcje odporne na obciążenia wiatrem, co zmniejsza ryzyko uszkodzeń i awarii. Pogłębiona analiza już na etapie projektu zapewnia bezpieczeństwo użytkowników i ustala właściwe standardy budowy. W tej inwestycji zapewnienie bezpieczeństwa użytkowników, a w szczególności dzieci, ma znaczenie pierwszorzędne.

Symulacja numeryczna komfortu wiatrowego

Symulacja CFD wokół modelu 3D inwestycji i dzielnicy

EOLIOS Ingénierie zamodelował przepływy wiatru w otoczeniu inwestycji za pomocą modelu numerycznej mechaniki płynów (CFD). Model ten pozwolił rozwiązać podstawowe równania mechaniki płynów i uzyskać dokładną symulację strumieni powietrza w celu analizy komfortu wiatrowego.

Wiernie odtwarzając geometrię 3D dzielnicy — zabudowę istniejącą i budynki inwestycji — EOLIOS uzyskał szczegółowe wyniki dotyczące komfort wiatrowy. Pozwoliło to określić wpływ inwestycji i wskazać strefy najbardziej narażone. Wyniki pokazały, że część strefy jest silnie narażona na wiatry południowo-zachodnie.

Przeciwnie, tarasy okazały się względnie osłonięte od wiatru dominującego, a północna część terenu również korzysta z pewnej osłony dzięki budynkom inwestycji.

Rozwiązania proponowane dla poprawy komfortu

Symulacje z rozwiązaniami poprawiającymi komfort użytkowników

Dla strefy najbardziej narażonych na wiatry południowo-zachodnie EOLIOS zalecił osłony uzupełniające. W postaci wiatrochronu lub zagospodarowania zieleni zmniejszają one prędkość wiatru i tworzą strefy bardziej komfortowe. Zmieniając przepływy i ograniczając turbulencje, rozwiązania te czynią aktywności na zewnątrz bezpieczniejszymi i przyjemniejszymi.

Dla tarasów i przestrzeni zewnętrznych narażonych na wiatr EOLIOS Ingénierie zalecił dopasowane rozwiązania projektowe: zastosowanie ścian tworzących strefy osłonięte oraz przestrzeni zieleni stanowiących barierę naturalną. Rozwiązania te tworzą otoczenie sprzyjające aktywnościom na zewnątrz, także przy silniejszym wietrze.

Rozwiązania te poprawiają komfort użytkowników i zarazem optymalizują wykorzystanie przestrzeni zewnętrznych w otoczeniu inwestycji, czyniąc je przyjaźniejszymi i atrakcyjniejszymi. Uwzględniając ekspozycję na wiatr i szorstkość podłoża oraz proponując osłony uzupełniające, EOLIOS gwarantuje przestrzenie przyjemne i bezpieczne, zgodne z wymaganiami specyfikacji technicznej.