Numerische Strömungssimulationen

Behaglichkeit
Zugluft

Die Planung behaglicher und energieeffizienter Gebäude wird immer komplexer, so dass die Anforderungen an Bauherren, Architekten und Fachplaner stetig steigen. Der Einsatz von modellbasierten numerischen Strömungssimulationen in frühen Planungsphasen soll dabei helfen, komplexe klimatische Situationen an Innen- und Aussenbereichen zu analysieren. Dabei werden mathematische und numerische Methoden genutzt, um physikalische Phänomene abzubilden. Mit dem Finite-Volumen-Verfahren wird das untersuchte Gebiet in eine grosse Anzahl von Kontrollvolumina eingeteilt, in denen die Strömungsgleichungen zur Anwendung kommen. Die Methodik ermöglicht die lokale Analyse von Raumlufttemperatur, Luftgeschwindigkeit, Druck- und Konzentrationsverteilung, sowie der Behaglichkeit nach ISO7730 (PMV, PPD, DR).

Kaltluftabfall
Windkomfort
CO und CO2

Unbehagliche Zugluft bei Kaltluftabfall ist häufig ein Konfliktpunkt bei Gebäuden mit hohen Glasfassaden. Um die Fassadenhöhe oder den zulässigen U-Wert rechnerisch bestimmen zu können, werden in der Planung oftmals die Näherungsformeln aus der SIA180 B.4 angewendet, die sehr konservativ ausgelegt und für über Eck verglaste Räume nicht zulässig sind. Strömungssimulationen berücksichtigen alle massgebenden Einflussgrössen und bieten eine fundierte Analyse von Zugluft bei Kaltluftabfall.

Windanalysen helfen den gesamtheitlichen Kontext des Gebäudes oder Areals und dessen Einfluss auf die Umgebung zu verstehen. Zur Analyse des Windkomforts stehen verschiedene Kriterien wie z.B. Lawson, NEN8100 und Davenport zur Verfügung.

Ein weiteres Einsatzgebiet von Strömungssimulationen sind Analysen von Konzentrationsverteilungen. Mittels CFD-Simulationen kann die Wirksamkeit des geplanten Lüftungskonzepts auf die CO2-Verteilung in Klassenräumen und Hörsälen sowie die CO-Verteilung in Einstellhallen überprüft werden. Die SWKI VA103-1 (Lüftungsanlagen in Parkhäuser) Richtline verweist explizit auf die Anwendung von CFD-Simulationen bei Alternativkonzepten mit Optimierung der Nachströmöffnungen und Reduzierung der geplanten Luftmengen.

Mehrwert

Mit unserem Know-how können wir Sie in Ihrem Bauvorhaben unterstützen. Unser Expertenteam gibt Ihnen gerne nähere Auskunft. Unsere Dienstleistungen sind:

  • Lokale Behaglichkeitsuntersuchungen nach ISO7730 (PMV, PPD, DR)
  • Zugluft-, sowie Kaltluftabfalluntersuchungen an Innenräumen und Fassaden
  • Beurteilung der Lüftungseffektivität von mechanischen Lüftungsanlagen und natürlicher Belüftung
  • Abbildung von Konzentrationsverteilungen wie CO2 und CO
  • Windanalysen mit Komfortkriterien Lawson, NEN8100 oder Davenport
  • Untersuchung und Optimierung der Belüftung von Doppelhautfassaden

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Leistungsblatt numerische Strömungssimulationen

Komfort

Die lokale thermische Behaglichkeit ist von vielen Faktoren wie Raumluftgeschwindigkeit, Luft- und Strahlungstemperatur, Bekleidung und Aktivität abhängig. Mittels Strömungssimulationen kann das Innenraumklima fundiert nach unterschiedlichen Kriterien ausgewertet werden. 

Zugluft

Unbehagliche Zuglufterscheinungen können vielseitige Ursachen haben. Auslöser dafür können hohe Glasfassaden, grosse Temperaturunterschiede, Atrien oder architektonische Gegebenheiten in Verbindung mit der mechanischen Lüftung sein.

Kaltluftabfall

Mittels den Näherungsformeln aus der SIA180:2014 B.4 kann die maximale zulässige Verglasungshöhe einer Fassade bezogen auf den Kaltluftabfall berechnet werden. Die Näherungsformeln sind sehr konservativ ausgelegt und für über Eck verglaste Räume nicht zulässig. Der Einfluss auf die Luftströmungen bzw. Intensität des Kaltluftabfalls im Raum sind von vielen Faktoren wie Bauphysik, Fassadengeometrie, Position der Wärmequellen, Position und Typ der Lüftung abhängig. Als Beispiel kann ein Kaltluftabfall alleinig von einer ungeeigneten Platzierung der mechanischen Lüftung verursacht werden. Numerische Strömungssimulationen bilden die Raumluftströmungen physikalisch korrekt ab und bieten projektspezifische Analyse sowie Optimierung.

Natürliche Belüftung Low-Tech

Eine natürliche Belüftung stellt das Planungsteam häufig vor Herausforderungen bei der Wahl des richtigen Konzepts. Von normaler Fensterlüftung zu Querlüftung bis Lungenlüftung – Strömungssimulationen können Antworten liefern, wie Fenster- und Dachöffnungen angeordnet werden sollten, um eine möglichst effiziente natürliche Belüftung zu erhalten.

CO-Konzentration

Strömungssimulationen eignen sich dazu Luftqualitätskriterien von Einstellhallen zu überprüfen und Planungskonzepte zu optimieren. Mittels CFD-Simulationen können Position und Grösse der Nachströmöffnungen festgelegt und der geplante Luftvolumenstrom reduziert werden.

Windanalyse
Windkomfort

Angesichts der Komplexität moderner städtischer Gebiete, sind Simulationen von Windverhältnissen in Aufenthaltszonen zu einem bedeutenden Faktor bei der Stadtplanung geworden. Mittels Strömungssimulationen können praktische Windanalysen von Gebäuden und Arealen mit Berücksichtigung der Begrünung schon ab Wettbewerb gemacht werden.

Ihr Ansprechpartner

Manuel Frey
Abteilungsleiter Digitale Planung / Bauklimatik
+41 31 917 20 90 | bWFudWVsLmZyZXlAZ3J1bmVyLmNo

Gruner Roschi AG
Sägestrasse 73
CH-3098 Köniz

David Akeret
Projektingenieur Digitale Planung / Bauklimatik
+41 31 917 20 33 | ZGF2aWQuYWtlcmV0QGdydW5lci5jaA==

Gruner Roschi AG
Sägestrasse 73
CH-3098 Köniz