Tour Liberté – La Défense
Estudo CFD do impacto de um futuro edifício no conforto eólico num bairro de La Défense
A Eolios Ingénierie realizou um estudo do fluxo de ar em torno de um edifício projetado em Courbevoie, perto do bairro de La Défense.
O projeto foi realizado no âmbito da implementação de um sistema de energia eólica para produzir eletricidade para o edifício.
O objetivo deste projeto é estudar, desde a fase de conceção, o impacto aeroeléctrico de um novo edifício no seu ambiente e no conforto dos seus ocupantes, a fim de o otimizar e limitar o seu impacto aeroeléctrico.
A morfologia dos edifícios tem um impacto direto sobre as caraterísticas do escoamento e, por conseguinte, sobre o conforto eólico dos peões.
Dado que a zona de estudo tem uma elevada concentração de edifícios por m², é essencial tê-los em conta neste estudo para compreender os fenómenos aeroeléctricos induzidos pela geometria particular do edifício.
Tour Liberté - La Défense
Ano
2024
Cliente
NC
Localização
França
Tipologia
Ar e Vento
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Conforto do vento: um problema importante em ambientes urbanos
Estudo CDF do conforto do vento num ambiente urbano
O conforto do vento refere-se à sensação de bem-estar das pessoas quando expostas a condições de vento.
Trata-se de encontrar o equilíbrio certo entre uma ventilação natural eficaz e velocidades do vento controladas, criando um ambiente exterior agradável e seguro.
Os estudos de conforto do vento são, por isso, essenciais para analisar a velocidade e a direção do vento e ainfluência dos edifícios circundantes no fluxo de ar.
Estes elementos ajudam-nos a conceber espaços exteriores (ou interiores) adaptados às necessidades dos ocupantes.
Esta análise é crucial em zonas urbanas densas, como La Défense em Courbevoie.
Nestes ambientes, as estruturas construídas têm um impacto direto no fluxo de ar e, por conseguinte, no conforto das pessoas que as atravessam.
É por isso que realizamos um estudo aprofundado do conforto do vento para cada projeto.
Através de simulações CFD (computational fluid dynamics), analisamos o comportamento do vento no futuro local, a fim deotimizar os espaços e garantir o bem-estar dos utilizadores.
O efeito da rugosidade e do efeito Venturi no estudo do conforto do vento num projeto CFD
No contexto dos estudos numéricos de conforto do vento, é crucial definir com precisão as condições de fronteira, integrando numerosos elementos.
A modelação 3D deve ter em conta os edifícios circundantes, uma vez que estes têm um impacto direto na dinâmica do vento.
Com efeito, a presença e a disposição das estruturas urbanas influenciam os fluxos de ar, criando zonas de turbulência, de proteção ou deaceleração do vento.
Ignorar estes elementos pode conduzir a simulações inexactas e muito distantes das condições reais. Além disso, aintegração de dados meteorológicos locais reais, como as variações sazonais e os padrões de vento predominantes, é essencial para a obtenção de resultados fiáveis e representativos.
Esta precisão na definição dos parâmetros permite reproduzir fielmente as complexas interações entre o vento e oambiente urbano, garantindo estudos de conforto eólico mais realistas e relevantes.
Para realizar corretamente um projeto de estudo do vento e, por conseguinte, aplicar as condições de fronteira corretas, é necessário compreender o perfil da velocidade do vento junto ao solo. O vento pode ser descrito pela noção de uma camada limite atmosférica, que se divide em três subcamadas. A camada exterior, ou subcamada de inércia, tem cerca de um quilómetro de espessura. Abaixo desta, encontra-se a camada limite superficial, com 10 a 100 metros de espessura, onde existe um gradiente significativo da velocidade do vento e da temperatura. Por último, a camada de base rugosa, com alguns metros de espessura, é afetada pelos obstáculos da superfície.
No solo, o vento é abrandado pela aspereza do terreno e pelos obstáculos. Acima desta camada rugosa, nas camadas de ar não perturbadas do vento geostrófico, o vento já não é influenciado peloestado da superfície terrestre.
Entre estas duas camadas, a velocidade do vento varia com aaltitude acima do solo num perfil logarítmico, conhecido como cisalhamento vertical do vento.
No solo, o vento é abrandado pela aspereza do terreno e pelos obstáculos. Acima desta camada rugosa, nas camadas de ar não perturbadas do vento geostrófico, o vento já não é influenciado peloestado da superfície terrestre.
Entre estas duas camadas, a velocidade do vento varia com aaltitude acima do solo num perfil logarítmico, conhecido como cisalhamento vertical do vento.
Além disso, em áreas altamente urbanizadas com uma elevada concentração de edifícios, o efeito Venturi também pode desempenhar um papel importante. Ocorre quando a presença de edifícios reduz a área da secção transversal através da qual o vento pode passar, acelerando o seu fluxo. Estas zonas de velocidade mais elevada devem, por conseguinte, ser tidas em conta na análise do conforto e da segurança dos utentes.
Os estudos de vento desempenham um papel crucial na segurança das instalações e das estruturas. A compreensão das caraterísticas do vento, como a sua velocidade, direção e impacto nos obstáculos circundantes, ajuda a avaliar os riscos potenciais associados às condições de vento. Ao identificar as zonas expostas a ventos fortes, é possível pôr em prática as medidas de segurança adequadas para proteger as pessoas e os bens.
Além disso,os estudos de vento podem ser utilizados para conceber estruturas resistentes às cargas de vento, reduzindo assim o risco de danos ou falhas. A incorporação de uma análise completa do vento na fase de projeto garante a segurança dos ocupantes e estabelece normas de construção adaptadas a condições ambientais específicas, proporcionando uma base sólida para a durabilidade e resistência das instalações.
Simulação CFD do vento em torno de um projeto de construção em La Défense
Estudo climático
Para qualquer simulação de Dinâmica de Fluidos Computacional(CFD) aplicada a um projeto de arquitetura oude desenvolvimento, é crucial estudar e compreender o clima do local.
Este estudo meteorológico permite ter em conta as condições ambientais reais, que terão uma grande influência na conceção e no desempenho dos edifícios, nomeadamente em termos de conforto dos utilizadores e deeficiência energética.
Neste exemplo particular, um estudo meteorológico revelou a existência de ventos dominantes de Noroeste e Sudoeste com uma velocidade constante estimada de 5 m/s (ou seja, aproximadamente 18 km/h).
Esta informação não é apenas um facto técnico: tem implicações importantes no comportamento do vento em torno dos edifícios e na forma como o CFD será utilizado para simular estes fluxos de ar.
Modelo 3D
A Eolios Ingénierie modelou os fluxos de vento nas proximidades do projeto utilizando um modelo de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD). Este modelo foi utilizado para resolver as equações básicas da dinâmica dos fluidos e para obter uma simulação exacta dos fluxos de ar, permitindo estudar o conforto do vento.
Resultados da simulação
Ao longo do processo de conceção, em função das limitações do terreno, a equipa concentrou-se em métodos para atenuar os efeitos do vento nos espaços, tornando-os mais confortáveis para os ocupantes eos peões.
Em estreita colaboração com os arquitectos, o projeto foi concebido tendo em conta tanto aarquitetura pura dos edifícios como a possibilidade de acrescentar elementos arquitectónicos como passadiços, coberturas, varandas e jardins com vegetação sempre verde.
No sopé do edifício, todas as velocidades do ar são inferiores a 2 m/s, enquanto a meia altura, apenas alguns terraços atingem velocidades superiores a 2 m/s.
Evitar velocidades do ar excessivamente elevadas nos terraços é crucial para garantir um conforto ótimo.
As velocidades elevadas do vento podem tornar os espaços exteriores desagradáveis e mesmo desconfortáveis para os ocupantes.
Nos terraços, onde as pessoas passam o tempo a relaxar ou a socializar, os ventos fortes podem causar sensações de frio intenso, ruído e dificuldade em manter os objectos no lugar.
A minimização da velocidade do vento nestas superfícies melhora não só o conforto térmico dos utilizadores, mas também a sua experiência global do espaço exterior.
Por conseguinte, é necessário prestar especial atenção à conceção dos edifícios para reduzir a velocidade do vento nos terraços, utilizando formas arquitectónicas e elementos de conceção adequados, como toldos e barreiras contra o vento, ou vegetação, para garantir um ambiente exterior agradável e funcional.
Além disso, o edifício mais imponente na entrada oriental do pátio aumenta oefeito de mascaramento gerado, que tende a atrair o vento para o solo.
Como o vento predominante é o de sudoeste, a resposta arquitetónica foi tornar o edifício o mais aerodinâmico possível, de modo a não gerardesconforto ou perigo.
A nova forma do edifício, com os seus terraços em degraus, melhora aaerodinâmica do edifício, reduzindo as velocidades do ar e melhorando o conforto dos peões.
A Eolios Ingénierie propôs soluções específicas para melhorar o conforto eólico dos utilizadores no âmbito do projeto dos novos edifícios.
Ao participar no processo de conceção iterativo, os engenheiros da Eolios puderam antecipar um grande número de cenários e, consequentemente, controlar os problemas imprevistos associados a uma má conceção.
Aquando da criação, da renovação ou do equipamento de novos edifícios, a modelização multifísica permite ter em conta todos os fenómenos que estão na origem dos fluxos de calor e de ar e, assim, compreender o comportamento do vento numa fase precoce.
O objetivo é combinar dados estatísticos meteorológicos, informações aerodinâmicas e critérios de conforto e segurança do vento paraantecipar eventuais problemas desde o início do processo de conceção.
Resumo em vídeo do estudo
Resumo do estudo
O estudo centrou-se na colocação óptima das aberturas de ventilação para melhorar o conforto térmico na fábrica da Aluminium Dunkerque, que utiliza um sistema de arrefecimento por ventilação natural. O objetivo é determinar se o sistema de arejamento atual é suficiente para a adição de um 8º forno e, em caso afirmativo, propor soluções.
Foram efectuadas várias medições preliminares, tais como testes de fumo para observar os movimentos do ar, medições de temperatura e imagens térmicas para identificar fontes de calor. Estes dados foram utilizados para criar um modelo 3D da fábrica, no qual foram efectuadas simulações numéricas CFD.
As simulações CFD são utilizadas para estudar os fluxos de fluidos e simular as condições aeroeléctricas e térmicas da instalação. Os resultados mostraram que a adição de certos arejadores permitiria evacuar o ar quente mais rapidamente e de forma direccionada, melhorando assim o funcionamento aeraúlico do local.
Em conclusão, este estudo permitiu determinar a colocação óptima dos respiradouros para melhorar o conforto térmico na fábrica Aluminium Dunkerque, com vista a acrescentar um 8º forno. Os resultados das simulações CFD forneceram recomendações precisas para otimizar a eficiência energética e o bem-estar dos operadores da fábrica.
