Chyba nie ma takiego projektanta w Polsce, który w swojej pracy nie spotkałby się z problemem weryfi kacji projektów lub spełnienia wymagań norm i przepisów w zakresie np.: rozmieszczenia na dachach wyrzutni i czerpni powietrza, ochrony przed wiatrem, zabezpieczenia przed wykraplaniem wilgoci na szklanych fasadach oraz dachach, ogrzewania budynków kubaturowych za pomocą wentylacji i zapewniania użytkownikom komfortu termicznego. Tych właśnie zagadnień dotyczy poniższy artykuł.

Wyrzuty zanieczyszczeń i wentylacyjne czerpnie powietrza 

Analiza CFD jest narzędziem, które może być pomocne projektantowi, nie tylko w rozplanowaniu miejsc wyrzutni i czerpni względem siebie na dachu, ale również przy projektowaniu takich rozwiązań jak ekrany, które zapobiegną czerpaniu zanieczyszczeń powietrza przez czerpnie, kiedy planuje się je na dachu, a budynek jest tak naprawdę „za mały”. Taki właśnie dach średniowysokiego budynku biurowego przedstawia rysunek 1. Na dachu znajdują się: 4 kominy spalin z kotłowni, 6 kominów spalin z nawilżaczy, 8 wyrzutów wentylacji garażu podziemnego, 8 czerpni i 7 wyrzutni powietrza wentylacyjnego.

Rys. 1. Widok budynku z instalacjami na dachu

Analiza CFD wykonana przy współpracy z firmą ARUP, w kilku wariantach kierunków i prędkości wiatru oraz z uwzględnieniem tła zewnętrznego i otaczającej zabudowy, także w tym przypadku okazała się przydatna i pozwoliła sprawdzić, czy nie ma niebezpieczeństwa czerpania zanieczyszczonego powietrza. Przykładowa wizualizacja zanieczyszczenia tlenkiem azotu przedstawiona jest na rysunku 2.

Rys. 2. Widok budynku z przestrzennymi izo-powierzchniami o stężeniu tlenku azotu = 0,5 mg/m³

Ogrzewanie i wykraplanie wilgoci na oknach

(...)

Planowanie dystrybucji powietrza

(...)

Weryfikacja systemów a proces projektowy

Tylko modelowanie CFD warunków komfortu termicznego (z PMV, PPD, PD) bardzo dokładnie potrafi zwizualizować prawidłowość lub nieprawidłowość zaprojektowanego rozwiązania, pokazując:

• obszary źle wentylowane,
• obszary przegrzane/niedogrzane.

A także ocenić przewymiarowanie lub nie dowymiarowanie urządzeń i poprawność dobranych elementów wentylacyjnych w warunkach prawie całkowicie rzeczywistych i bez konieczności budowania kosztowego modelu pomieszczenia w skali rzeczywistej.

Analiza CFD zweryfi kuje zasięgi i rozpływy strumieni powietrza zakłócane m.in. przez wewnętrzne strumienie konwekcyjne powstałe od źródeł zysków ciepła. Jednak, aby wykonać taką analizę projekt instalacji i architektury musi być już dość dobrze zaawansowany.

Najlepszą chwilą w procesie projektowym jest sprawdzenie proponowanych rozwiązań na etapie projektu przetargowego, gdzie wykonane są już dobory wszystkich urządzeń i parametrów instalacji. Dzięki CFD można określić parametry referencyjne dla oferentów urządzeń. Etap projektu koncepcyjnego lub budowlanego nie jest tutaj dobrym momentem ze względu na „zgrubne” wykonanie wielu obliczeń, a faza projektu technicznego jest już momentem, kiedy prawie nie możliwe jest już wprowadzenie ważniejszych zmian – gdyby okazały się konieczne.

Na rysunku 7. pokazano wyniki CFD z jednego z wielu scenariuszy weryfi kowania rozwiązań i założeń projektowych przygotowanych już w fazie projektu koncepcyjnego we współpracy z biurem projektowym „SINAP”, dzięki którym określono wymagania dla sufi - towych szczelinowych nawiewników przy oknach, wykorzystywanych dla ogrzewania i chłodzenia fasady szklanej o pełnej wysokości kondygnacji. Analiza okazała się bardzo przydatna.

Rys. 7. Wizualizacja warunków komfortu termicznego na podstawie współczynnika PMV na powierzchni elementów w biurze w lecie

Podsumowanie 

Możliwości wizualizacji fi zycznych procesów wymiany ciepła i masy, czyli mechaniki płynów, są najmocniejszą stroną i najbardziej przekonującą zaletą symulacji CFD, oprócz oczywiście zdolności wiarygodnego rozwiązywania naprawdę złożonych zagadnień projektowych. Jednakże należy pamiętać, że wiarygodność uzyskanych dzięki CFD wyników zależy w największej mierze od wiarygodności i szczegółowości założeń projektowych przekazanych „specjaliście” z dziedziny analiz CFD. Inżynier ds. symulacji komputerowych CFD powinien tak samo jak inż. projektant posiadać niezbędne uprawnienia budowlane w zakresie rozwiązywanych zagadnień fizycznych, jak i otrzymać niezbędne dane i czas w procesie projektowym na wykonanie swojej odpowiedzialnej pracy. Rozwiązywanie tak trudnych zadań doradczo-weryfi kacyjnych nie powinno się robić bez przemyślenia ich celu, założeń i powierzać osobom bez wystarczająco dużego doświadczenia inżynierskiego. Bowiem doświadczenie i zrozumienie zagadnień mechaniki płynów pozwala na prawidłową interpretację wyników oraz na wprowadzanie niezbędnego upraszczania modeli obliczeniowych.

Marek MAGDZIARZ 
Projektant, Konsultant, Specjalista Analiz CFD.
Wentylacja Strumieniowa