CFD-onderzoek naar de windhinder in de buitenruimten en circulatiezones van een middelbare school in Île-de-France, in het kader van een renovatieproject.
In het kader van een renovatieproject analyseerde EOLIOS de invloed van de wind op het comfort van voetgangers in een middelbare school in Île-de-France. Het doel: nagaan of de wijzigingen van de renovatie het comfort van de gebruikers niet aantasten, in alle seizoenen.
Na onderzoek van de weersomstandigheden werden twee configuraties gekozen, die overeenstemmen met de twee windrichtingen die over het jaar het vaakst voorkomen. Met de CFD-simulatie werd de snelheidsverdeling rond de gebouwen voor die twee richtingen beoordeeld.
De analyse richtte zich op het aanwijzen van de zones met snelheidspieken die met de opstelling van de gebouwen samenhangen, en op de effecten van de materialen die bij de bouw zijn gebruikt.
De kern. CFD-onderzoek naar de windhinder bij een middelbare school in Île-de-France, in het kader van een renovatie: twee windrichtingen (zuidwest heersend, noordoost secundair, 3,3 tot 5,5 m/s) en drie gemodelleerde materialen (beton, mashrabiya-panelen, metaalgaas) via hun luchtdoorlaat. Resultaat: de binnenplaatsen zijn over het geheel comfortabel, maar er zijn venturi-effect in bepaalde gangen en op balkons, verholpen door de open panelen anders te schikken, zonder de architectuur aan te tasten.
De school bestaat uit twee afzonderlijke delen, verbonden door een spiraalvormige galerij die alle gebouwen ontsluit. Ze staat open voor de buitenwind maar beschermt tegen regen, en verbindt gebouwen met klaslokalen, pauzeruimten en eetzalen, over twee verdiepingen waarvan sommige met open loopgalerijen.
Het karakteriseren van de materialen en de constructies is essentieel: ruwheid, porositeit en doorlaatbaarheid beïnvloeden direct het drukverlies en de interactie van het fluïdum met de oppervlakken. Drie materialen werden gemodelleerd: beton (luchtdicht), de mashrabiya-panelen van de balkons en het metaalgaas op bepaalde gangen, de laatste twee via een specifieke luchtdoorlaat.
Deze kenmerken nauwkeurig meenemen is essentieel, want ze beïnvloeden de verdeling van de luchtsnelheden en het comfort dat de gebruikers ervaren.
Open paneel (hier op de balkons) dat een deel van de lucht doorlaat volgens een bepaalde porositeit. Het filtert de wind, maar doordat het de doorstroomdoorsnede verkleint, kan het die plaatselijk ook versnellen — vandaar het belang van een fijne modellering in CFD.
Wanneer de wind een gebouw raakt, ontstaan drie verstoorde zones: een turbulente vortex aan de voorzijde (neerwaartse stroming), een turbulentiezone in de lagedrukholte aan de achterzijde, en een zog met sterke turbulentie. Deze fenomenen beïnvloeden het comfort door de plaatselijke snelheidstoename en de onvoorspelbaarheid ervan.
De architectuur van de school, met meerdere gebouwen verbonden door gangen en open galerijen, is gunstig voor het venturi-effect: gekanaliseerd in een nauwe doorgang versnelt de wind plaatselijk. De CFD-simulaties wijzen die versnellingszones nauwkeurig aan, zodat er bij de inrichting rekening mee wordt gehouden.
Wanneer een gang of een nauwe doorgang de doorsnede verkleint die de wind ter beschikking heeft, versnelt de lucht versnellen om haar debiet te behouden. In een school met veel open circulatiezones veroorzaakt dat fenomeen sterkere luchtstromen: plaatselijk, maar hinderlijk.
De windmeetgegevens van een erkend station laten een heersende zuidwestenwind in alle seizoenen zien, en een secundaire noordoostenwind (vooral in de lente en de zomer), met snelheden tussen 3,3 en 5,5 m/s. Er werden dus twee afzonderlijke gevallen onderzocht.
De snelheidsniveau en de turbulentie zijn bepalend voor het comfort: de krachten van de wind kunnen het vorderen van de voetganger hinderen, en de convectieve effecten wijzigen de warmteafgifte (koudegevoel). De schaal van Beaufort geeft een nuttige kwalitatieve karakterisering, af te wegen naar activiteit en seizoen.
De aandacht ging naar de gangen, loopgalerijen en balkons, en binnenplaatsen. Op de schaal van de locatie, zowel op de begane grond als op de eerste verdieping, dempt de opbouw van de school de luchtsnelheden over het geheel, wat gunstige comfortomstandigheden oplevert.
De gangen die parallel met de wind lopen, veroorzaken zones met snelheidspieken door het venturi-effect. Ook de mashrabiya-panelen van de balkons verkleinen de doorstroomdoorsnede en versnellen de stroming, wat plaatselijke hinder oplevert, terwijl ze de snelheden aan het uiteinde van het balkon licht verlagen.
De grote binnenplaats biedt een goed algemeen comfort. Twee fenomenen vallen op: de doorgang van de lucht uit de gangen door de galerij, en de afbuiging naar het maaiveld van de wind die het centrale gebouw tegenhoudt; hun interactie levert een zone met gematigde hinder op. Op de kleine binnenplaats recirculaties versterken de hinder in de winter maar brengen een welkome koelte in de zomer.
Gesloten luchtlus (wervel) die ontstaat wanneer de stroming van een obstakel loslaat en op zichzelf terugkeert. Op een binnenplaats houdt ze de lucht vast: hinderlijk in de winter, maar ze geeft een gewaardeerde koelte in de zomer.
De analyse wees plaatselijke hinderzones aan, vooral in de noordoostelijke gangen, die samenhangen met de oriëntatie van de circulatiezones ten opzichte van de heersende wind. De binnenplaatsen en het grootste deel van de galerij bieden voldoende comfort.
EOLIOS stelde meerdere sporen voor zonder de architecturale kwaliteit aan te tasten: de meest blootgestelde mashrabiya-panelen verplaatsen of anders schikken, de doorlaatbaarheid van de open panelen optimaliseren (percentage open oppervlak), en het toevoegen onderzoeken van windwerende elementen in de gevoelige doorgangen.
Onthoud dit. de hinder is zeer plaatselijk (noordoostelijke gangen, enkele balkons), terwijl de binnenplaatsen en de galerij comfortabel blijven. De voorgestelde correcties spelen op de porositeit van de open panelen, zonder de architecturale kwaliteit van de locatie aan te tasten.
De CFD-simulaties wezen de hinderzones die met de opbouw van de locatie samenhangen nauwkeurig aan (plaatselijke versnellingen in bepaalde nauwe doorgangen en open galerijen), terwijl de belangrijkste buitenruimten gunstige omstandigheden vertonen. De open constructies en poreuze materialen beïnvloeden de verdeling van de stromingen merkbaar.
Er werden verbeteringen voorgesteld om het venturi-effect en de snelheidspieken te verminderen. Het onderzoek bevestigt de relevantie van CFD-modellering om het windhinder voor voetgangers te beoordelen, en het belang van de luchtstroming al in het architecturaal ontwerp mee te nemen, voor een betere klimaatinpassing van de bebouwing.
Windcomfort, mashrabiya-panelen en venturi-effect in de circulatiezones van een middelbare school.
Een renovatie wijzigt de circulatiezones en de blootstelling aan de wind. De simulatie gaat na of de wijzigingen geen hinderlijke luchtstromen veroorzaken in de gangen, loopgalerijen en op de binnenplaatsen, in alle seizoenen. Zie ons dossier wat zijn de windeffecten in de stad.
Deze open panelen filteren de lucht volgens een porositeit. Ze verlagen de snelheden aan het uiteinde van het balkon licht, maar doordat ze de doorgang vernauwen, kunnen ze de stroming ook versnellen — vandaar het belang van een fijne modellering.
Een gang die parallel met de wind loopt, werkt als een kanaal: de doorsnede verkleint, de lucht versnelt en er ontstaat een zone met snelheidspieken. Precies die sectoren, vooral in het noordoosten, viseert het onderzoek om het comfort te verbeteren.
Niet altijd: op de kleine binnenplaats versterken de wervels de hinder in de winter, maar brengen ze een welkome koelte in de zomer. Het komt erop aan te doseren, niet alles weg te nemen.
De windeffecten anticiperen vermijdt kostbare correcties en behoudt de architecturale samenhang. Voor de methode, zie wat is CFD-simulatie.
Verken onze expertise, projecten en technische dossiers om verder te komen dan deze vragenlijst.
CFD-onderzoek naar het windcomfort van een middelbare school: luchtstromingen, zones met snelheidspieken en comfort van de buitenruimten.
WindhinderWindhinder voor voetgangers — La Défense
Zonne-energieWindbelasting — zonnepark
DakterrasDakterras luxehotel — Casablanca
ZonneparkBeheersing van winderosie — zonnepark
DakterrasWindhinder — dakterras
HoogbouwWindbelasting — hoogbouw — Caen
LuchtkwaliteitLuchtkwaliteit — RER-station Issy
VeiligheidWindgevaar — winkelcentrum
HoogbouwWindbelasting — Tours Olympiades — Parijs
SportWindhinder — trainingscentrum PSG
WindpotentieelWindonderzoek — La Défense
HoogbouwTour Liberté — La Défense
LuchtkwaliteitFijnstofafvang — metro
WindpotentieelBalenciaga — windpotentieel
CFD-expertise, opgeleverde projecten en technische dossiers: het hele vakgebied lucht & wind op één plek.
Het eenvoudigst is om er samen over te praten. Onze ingenieurs antwoorden met een eerste technische analyse.