Strømningsberegninger i bygg og anlegg

Hva er CFD?

CFD, eller Computational Fluid Dynamics, er et samlebegrep for numeriske analyser av væsker og gasser - altså er ikke CFD et produkt! (ANSYS CFD, CFX of Fluent er derimot produkter). Et vanlig norsk begrep er "numeriske strømningsberegninger".

CFD brukes til å simulere oppførselen i væsker og gasser og brukes i stor utstrekning i olje- og gassindustrien, bil- og flyindustri, vindkraft, prosessindustri osv. Man simulerer hva som skjer inne i komponenter, luftstrømning rundt objekter og kan inkludere kjemiske reaksjoner og blanding av stoffer (flerfase).

CFD innen bygg og anlegg?

Innen bygg og anlegg brukes CFD stort sett av rådgivende ingeniører, både små og store selskaper. (Ta gjerne kontakt med EDR for tips om hvilke av våre kunder dere kan få hjelp av.)

Hovedbruksområder

• Vind rundt bygninger
  • Beregne vindlast
  • Påvirkning av ventilasjonsanlegg
  • Fotgjengerkomfort!
• Brannsimulering
• Inneklima

Vanlige Problemer

Uten grundige vurderinger omkring disse områdene risikerer man å ende opp med en hel rekke problemer (som mange sikkert har opplevd selv!):

• Turbulens ved inngangpartier eller uteområder.
  • Bygget oppleves ikke slik som arkitekten tenkte eller byggherren ønsker.
• Mangelfull ventilasjon, ikke tilstrekkelig hensyn til:
  • Stråling fra store vindusflater
  • Innsug plassert feil på bygget
  • Påvirkning fra nabobygg ikke vurdert
• Brannsikkerhet bare vurdert med "standard" metoder
  • Fører til unødvendige begrensninger i bruk av bygg
  • I verste fall: brannforløp som blir verre enn antatt (mange eksempler: Undergrunnsbaner, tuneller, diskotek)

Det er med andre ord sluttbrukerne og byggets eier som har mest å vinne på at man tar i bruk CFD i utviklingen av et bygg, mens arkitekter og entrepenører som kan bruke CFD på rett måte sikkert vil oppleve at deres tjenester blir mer attraktive.

La oss see nærmere på noen av disse områdene.

Vind rundt bygninger

For å simulere vindforholdene rundt en bygning må man modellere selve bygget, men også områdene rundt, inkludert de nærmeste byggene. Som regel bruker man kartdata og forenklede modeller av byggene, noe som illustrerer at dette er analyser man kan gjøre i en tidlig prosjektfase, helst allerede mens arkitekten utformer hovedtrekkene til bygget. På denne måten vil arkitekten faktisk kunne inkludere strømningsforhold som argument for fasadeutforming, for eksempel.

Vindlaster

Vindlaster må man jo dimensjonere et bygg for å tåle. Glem ikke at en trykklast også kan være negativ, altså gi et "sug" på veggene! Dette vil CFD-analysen avdekke og kvantifisere.

Fotgjengerkomfort, turbulens

Vi har alle opplevd å gå over en fint utformet plass eller torg med fontener, blank og flott fasade og et pent inngangsparti for så å oppleve at vinden i området nesten blåser oss overende. "Jøss, trodde ikke det blåste så mye i dag?" (Eller som Ludvig i Flåklypa Grand Prix sier: "Her blåser'e nordavind fra alle kanter!").

Turbulens, virvler og skiftende vindretning oppleves som kaldt og utrivelig og kan til og med skape debatt i lokalsamfunnet, har det vist seg! CFD kan hjelpe deg med å unngå dette, noe blant andre Norconsult har demonstrert i Stavanger.

Ventilasjon

Simulering av selve ventilasjonsanlegget er neppe nødvendig å involvere seg i for entrepenører, det har produsentene av disse anleggene nok kontroll på.

Effekten anlegget har i et kontorlandskap er derimot svært vanskelig å forutsi! I våre kontorer har vi minst ett møterom som "alltid" er for varmt, og mange som sitter i åpent kontorlandskap forteller om svært ulik oppfatning om inneklima. Dette kan belyses med CFD, der det faktisk finnes standard måter å kvantifisere den subjektive opplevelsen av å sitte et spesielt sted i kontoret.

Et annet eksempel er større forretningsbygg, stadionanlegg og kinoer. Dette er ofte store rom over flere etasjer med kompliserte strømningsforhold. Hvor mye vil det koste å fikse et alvorlig ventilasjonsproblem i en stor innendørs stadion? Mer enn å kjøre CFD-analyse iallefall.

Brann

I mange tilfeller utformes et bygg på en måte som får godkjennende myndigheter til å si "stopp" og pålegge restriksjoner med tanke på brannsikkerhet eller be om utvidet dokumentasjon. Med CFD-analyser har du et meget godt underlag for diskusjon! Man kan illustrere og visualisere røykspredning, sotdannelse og sikt, samt temperaturer og brannforløpet som sådan.

Det er ikke uvanlig å bruke CFD analyser i etterkant av dramatiske branner der man vil finne årsaken til et uventet brannforløp, og et meget godt eksempel er Kings Cross-brannen i London i 1987 der 31 mennesker døde. (Discovery Channel har laget en god dokumentar om dette der CFD-analysene faktisk har en sentral rolle!)

Eksempler

Nytt nasjonalmuseum på Vestbanetomta

Som en del av EDR sin markedsføring av CFD-produkter og tjenester bidro vi med strømningsberegninger av Rodeo arkitekter sitt forslag ("Back in Black") til nytt nasjonalmuseum på Vestbanetomta.

Forlaget vant ikke, men fikk en meget respektabel plassering blant de 6 finalistene (av 273 innsendte bidrag).

Disse simuleringen vil vi presentere i en egen artikkel senere (ta kontakt med EDR om du ikke kan vente!)

Strømningberegning, Stavanger sentrum

Norconsult har foretatt simuleringer av vind på torget i Stavanger sentrum og vurdert effekten endringer i byggningsmasse og torgutforming har hatt med tanke på opplevet komfort.

Holmenkollen

Norconsult har også bidratt med simuleringer knyttet til utformingen av Holmenkollen!

Takk til

• Norconsult
• Rodeo arkitekter

Vil du vite mer?

Ta kontakt med oss via vårt kontaktskjema:

...eller telefon +47 6757 2100