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Los edificios son estructuras rodeadas por el viento. El flujo a su alrededor crea cargas específicas en las superficies, que se utilizarán para el diseño en el diseño estructural.
Figura 01 – Flujo de viento en zonas urbanas
Además, el flujo alrededor del edificio da como resultado un comportamiento del viento diferente que en el caso de un flujo de viento sobre el terreno no desarrollado. Dependiendo del viento y las propiedades del edificio, este comportamiento del viento tiene una influencia en el microclima alrededor del edificio y las personas en los alrededores. En el peor de los casos, la estancia al lado del edificio se vuelve desagradable con peligros parcialmente ocultos para peatones y ciclistas.
Por lo tanto, en la tecnología eólica relacionada con la industria de la construcción, no solo hay un campo que se ocupa de la determinación de la carga para cuerpos rodeados por el viento, sino también del confort del viento para peatones y ciclistas al lado de los edificios.
Los edificios no solo se oponen al viento sino que también influyen en el flujo alrededor de la forma del edificio [1] . El flujo en este entorno cercano se desarrolla de forma bastante diferente según la dirección del viento, la forma del edificio y la propiedad del viento. Los efectos individuales típicos se muestran a continuación.
Una suma de todos estos efectos influye en el microclima urbano [1] . Las corrientes de viento resultantes transportan aire, tierra, nieve, olores y calor a través del paisaje urbano, dependiendo del viento global, su aceleración local y su distribución temporal.
Los flujos de viento acelerados localmente y las turbulencias resultantes de la interacción entre los edificios y el flujo de viento real muestran la situación del viento en el área urbana. En el proceso, la turbulencia y las altas velocidades del viento debido a los efectos de canalización y venturi entre y al lado de los edificios causan molestias a las personas allí. Principalmente, el campo de flujo induce la sensación desagradable a la altura de la cabeza del peatón (1.5 a dos metros sobre el suelo). En casos particularmente drásticos, la ocurrencia de velocidades de viento más altas también crea un riesgo para que los peatones y los ciclistas sean empujados por el viento no planeado.
Para evitar los peligros de estos efectos del viento y hacer que los efectos sean razonables, se han desarrollado varios criterios a lo largo del tiempo. Los criterios más conocidos son los valores límite según Lawson, Davenport y la norma NEN 8100 [2] . La última norma especifica los criterios de seguridad, así como los criterios de confort requeridos.
Figura 08 – Rosa de los vientos
El confort del viento en una ubicación específica se puede estimar con estos criterios utilizando los datos meteorológicos y las condiciones locales del viento. Los datos meteorológicos en el área de estudio muestran las velocidades de viento por dirección en su frecuencia. Dichos conjuntos de datos a menudo se muestran en las llamadas rosas de viento.
Debido a los diversos efectos de flujo, el flujo de viento global genera un campo de flujo no constante en el distrito urbano o complejo de edificios en consideración con a veces efectos de aceleración significativos al lado y entre los edificios. El confort del viento peatonal se determina comparando las velocidades locales del viento con las frecuencias meteorológicas relacionadas del flujo de viento global subyacente . El estándar holandés NEN 8100, por ejemplo, proporciona una categorización para la determinación de la comodidad y la seguridad.
| Seguridad categoría | Intermedio velocidad del viento [m/s] | Ocurriendo probabilidad [%] | Peligro | |
|---|---|---|---|---|
| Figura 05 – Efecto Venturi | 15 | <0,05 | Sin riesgo | |
| B | 15 | <0,30 | Riesgo limitado | |
| C | 15 | ≥ 0,30 | Peligroso |
En el pasado, ha habido varios ejemplos en los que los nuevos edificios han cambiado drásticamente el microclima urbano y el campo de flujo de viento asociado. En el pasado, el Flatiron Building en Nueva York y más recientemente el edificio de gran altura 20 Fenchurch Street en Londres, conocido como The Walkie-Talkie o The Pint debido a su forma, han sido los ejemplos más destacados de un entorno incómodo. Estos y otros casos mostraron que cuando se construye un nuevo edificio en un paisaje urbano existente, se debe tratar no solo con el edificio en sí, sino también con el medio ambiente. Sobre todo, los edificios altos con una altura de 25 metros o más pueden cambiar significativamente la comodidad del viento en el área circundante debido a las nuevas corrientes de viento verticales en la fachada. Las condiciones del viento de tales estructuras críticas solo pueden mejorarse en un grado muy limitado después. Las medidas de mejora incluyen árboles ubicados óptimamente para la desaceleración y la desviación de las corrientes de viento desagradables.
Para evitar tales dificultades, es mejor saber el cambio de las condiciones del viento circundante ya en la fase de diseño de un nuevo edificio o complejo de edificios. Con esta información, es posible reconocer cualquier zona de confort del viento desagradable incluso antes de la construcción y modificar la forma del edificio en consecuencia. Dado que estas optimizaciones de forma generalmente se deben realizar de forma iterativa, se recomienda una simulación numérica de flujo. Este método digital puede determinar con precisión las variantes de forma del edificio que se analizarán sin desperdiciar recursos y generar velocidades locales del viento, teniendo en cuenta la situación global del viento en el área urbana. Este método puede ser bastante económico en comparación con las pruebas de túnel de viento real en un cuerpo de modelo de ciudad reducido debido a los pasos omitidos del modelo.
RWIND Simulation le permite realizar una simulación numérica de flujo para dichos modelos de ciudad. El programa puede importar el modelo de ciudad a veces resistente y muy filigrana 1 a 1 sin escalar el tamaño a través de las interfaces VTP (ParaView Poly Data) o STL (estereolitografía) en el túnel de viento numérico. La situación global del viento en el área urbana debe definirse en el túnel de viento por medio de un campo de velocidad y turbulencia del viento que es variable sobre la altitud. Alternativamente, también es posible importar el modelo como un modelo de análisis estructural con sus propiedades de viento globales desde RFEM directamente en el túnel de viento numérico de RWIND Simulation. RWIND Simulation luego malla el área de volumen libre y determina el campo de flujo local alrededor del modelo con su solucionador estacionario para flujos turbulentos incompresibles en relación con el algoritmo SIMPLE (Método semi-implícito para ecuaciones vinculadas a presión).
Figura 09 – Velocidades locales del viento antes de la construcción con RWIND Simulation
El ejemplo de referencia E “Complejos de edificios con forma de edificio simple en el área urbana real (Niigata)” publicado en la “Guía para las predicciones de CFD del entorno del viento urbano” [3] del Architectural Institute of Japan (AIJ) muestra de manera impresionante cómo el nuevo edificio La apariencia de los edificios más altos afecta el campo de flujo de viento local en el área de los transeúntes.
Figura 10 – Velocidades locales del viento después de la construcción con RWIND Simulation
La velocidad del viento local para el caso de carga de viento del oeste aumenta con una velocidad del viento global de 3.93 m/s a la altura de referencia de 15.9 m sobre el área urbana detrás del edificio de 1.3 m/s antes de la construcción a 4.43 m/s. s después de la construcción. Esto significa un aumento de aproximadamente 3,4 veces la velocidad del viento con un deterioro concomitante de la comodidad del viento para los peatones en el patio de la construcción.
Con RWIND Simulation, este conjunto de resultados muy significativo se ha determinado sin mucho esfuerzo de entrada, incluida la malla en una computadora estándar. Con tales resultados, los planificadores urbanos, los desarrolladores de proyectos, los arquitectos y los ingenieros pueden inferir la comodidad del viento alrededor de un edificio que se va a planificar.
| [1] | Ministerium für Verkehr und Infrastruktur Baden-Württemberg: Städtebauliche Klimafibel – Hinweise für die Bauleitplanung, Neuauflage. Stuttgart: Druckfrisch, 2012 |
| [2] | NEN 8100:2006, Wind Comfort and Wind Danger in the Built Environment |
| [3] | Architectural Institute of Japan: Guidebook for CFD Predictionsof Urban Wind Environment. Tokio: AIJ, 2020 |
| [4] | Architectural Institute of Japan: AIJ Benchmarks for Validation of CFD Simulations Applied to Pedestrian Wind Environment around Buildings. Tokio: AIJ, 2016 |
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