Matematyka architektury - symulacje komputerowe budynków

2004-11-10 10:09 Małgorzata Zmysłowska

Modele parametryczne budynków opierają się na geometrii i parametrach odpowiadających rzeczywistym, fizycznym właściwościom materiałów. Zostały one opracowane na potrzeby przemysłu lotniczego w latach 70-tych ubiegłego stulecia i po dzień dzisiejszy służą symulowanym komputerowo testom aerodynamicznym.

Również w dziedzinie architektury i urbanistyki modele parametryczne pozwalają na badanie własności dynamicznych obiektu, takich jak: rozkład temperatur, doświetlenie, zużycie energii oraz zagrożenia pożarowe. Komputerowa symulacja części miasta lub obiektu architektonicznego wraz z jego wewnętrznym środowiskiem pozwala na indywidualną ocenę wpływu architektonicznych i inżynierskich rozwiązań na zużycie energii, komfort użytkowy, koszty eksploatacji i zgodność z wymaganiami norm i standardów. Symulacja taka opiera się na parametrach reprezentujących właściwości fizyczne powietrza wewnętrznego, zagadnienia termodynamiczne, nasłonecznienie oraz względy bezpieczeństwa.

Szczególnym zagadnieniem, ważnym przede wszystkim w obiektach użyteczności publicznej, jest prędkość przepływu powietrza między częściami budynku różniącymi się funkcjonalnie i przestrzennie. Wahania temperatury i wpływ zewnętrznych warunków atmosferycznych w powiązaniu z systemami wentylacyjnymi mogą wywołać niespodziewane zjawiska - od nieprzyjemnych uderzeń wiatru przed wejściem, zasysania powietrza i przeciągów, aż po akustyczne efekty, wywoływane przez połączone ze sobą elementy konstrukcji i wykończenia. Szczegółową analizę przepływu powietrza przeprowadzono dla nowego budynku Duńskiej Opery Narodowej w Kopenhadze. Duża przestrzeń foyer, lokalizacja nad kanałem i wspornikowy dach o wysięgu 40 metrów - powodują występowanie zjawisk fizycznych, które muszą być starannie przeanalizowane. Kolejne symulacje wskazywały miejsca, gdzie mogą pojawić się turbulencje powietrza. Uwzględniano również specyficzne wymagania orkiestry i sceny oraz pomieszczeń przesłuchań, a także zmienne zapotrzebowanie na powietrze w wielkim audytorium na 1400 osób.

Matematyka architektury 1
Autor: brak danych Symulacja przepływu powietrza między audytorium a sceną (poziom sceny)

W Centrum Nauki w Wolfsburgu przeprowadzono na wirtualnych modelach szereg symulacji termodynamicznych. Umożliwiły one prześledzenie procesów interakcji termicznej pomiędzy poszczególnymi częściami Centrum, wpływu poszczególnych instalacji i sposobów przepływu mas powietrza w budynku. W oparciu o kolejne symulacje i ich analizę zaprojektowano system wentylacji i stwierdzono, w których miejscach jest możliwe odzyskiwanie ciepła. Ostatnim etapem było zestawienie rocznych potrzeb energetycznych Centrum, wykonane w celu prognozowania rocznego cyklu chłodzenia i ogrzewania obiektu w taki sposób, aby efektywnie wykorzystać zaprojektowane systemy. Do analiz użyto oprogramowania TAS (Thermal Analisys Software). Symulacje komputerowe i analizy sposobu doświetlenia pomieszczeń były przeprowadzane w 2001 roku w ramach programu modernizacji szkół w Cork w Irlandii. W jednej ze szkół - Dunmanway Community College of Art and Technology - analizy posłużyły do określenia powierzchni nowych okien i materiałów do ich wykonania. Wymieniano stolarkę okienną, jednocześnie korygując rozmieszczenie i wymiary otworów okiennych. W ten sposób uniknięto strat ciepła, właściwie doświetlono sale lekcyjne i wykorzystano naturalną wentylację. Do analiz użyto oprogramowania Lightscape (symulacje zacieniania), TAS i Flovent (symulacje termiczne).

Wymogi bezpieczeństwa w połączeniu z funkcjonalnością muszą być skrupulatnie rozpatrywane w budynkach, w których organizowane są duże, publiczne imprezy. Przykładem może być przebudowa obiektu wyścigów konnych w Ascot pod Londynem, gdzie co roku odbywa się prestiżowy wyścig połączony z prezentacją koni. Pomocą przy projektowaniu galerii, schodów, rozmieszczenia przejść pomiędzy poszczególnymi częściami terenu wyścigów była symulacja zachowania tłumu widzów w zależności od pogody, zasad wyścigów oraz ich rangi. Podobnego rodzaju analizy przeprowadzono przy symulacji wybuchu paniki w danych częściach budynku.

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej