Driehoek

CFD (Computational Fluid Dynamics)

Rookverspreiding in een parkeergarage
 

Luchtstromingen spelen een belangrijke rol in het kader van o.a. comfort en veiligheid in en om gebouwen. Het inzichtelijk maken van deze luchtstromingen en de consequenties hiervan kwantificeren is dan ook een belangrijk aspect. Een CFD-berekeningis hiervoor uitermate geschikt.

Numerieke stromingsleer (Computational Fluid Dynamics) houdt zich bezig met het oplossen van de stromingsvergelijkingen. De meeste stromingen laten zich omschrijven door de Navier-Stokes vergelijkingen die zijn gebaseerd op de wetten van behoud van massa en impuls. Door toevoeging van de energievergelijking (wet van behoud van energie) wordt een compleet stelsel vergelijkingen verkregen dat wordt opgelost op een rekenrooster dat bestaat uit enkele miljoenen elementen. Door de toenemende rekenkracht van de huidige generatie computers wordt het steeds aantrekkelijker om CFD te gebruiken om de luchtstromingen in en om gebouwen te beschrijven.

De kwaliteit van een CFD-simulatie is o.a. afhankelijk van de keuze van het fysische model, de numerieke nauwkeurigheid en uiteraard ook de gebruiker zelf. Mits goed gebruikt kan het voor meerdere doeleinden worden ingezet in alle fasen van het gebouwontwerp en -gebruik. Smits van Burgst heeft de expertise in huis om CFD-simulaties kwalitatief goed uit te voeren.

Rookverspreiding bij brand

Grote ruimtes, zoals parkeergarages, dienen in veel gevallen te zijn voorzien van brandventilatiesystemen. Deze systemen hebben voorgeschreven prestatie-eisen die getoetst kunnen worden met behulp van een CFD-simulatie. In een dergelijke simulatie wordt een brandhaard gemodelleerd waarbij warmte en rook vrijkomt. Door de rookverspreiding en -afvoer te analyseren kan de werking van het brandventilatiesysteem worden beoordeeld volgens de geldende norm of richtlijn (bijv. de nieuwe ontwerpnorm NEN6098). De uitgangspunten die worden gebruikt bij de simulatie zijn grotendeels beschreven deze richtlijnen.

De componenten van het ventilatiesysteem zoals bijv. stuwdrukventilatoren en inductieventilatoren worden in het simulatiemodel verwerkt op dusdanige wijze dat het model representatief is voor de werkelijke situatie. Naast de fysieke componenten van het ventilatiesysteem wordt ook de aansturing ervan in de simulatie geïmplementeerd. Afhankelijk van de locatie van de brand zal de ventilatiestrategie anders zijn.

Veelgebruikte parameters waarnaar gekeken wordt bij de beoordeling van de effectiviteit van mechanische ventilatiesystemen zijn:

  • terugstroming van de rook;
  • zichtlengte;
  • hoe snel wordt een rookvrije situatie verkregen.

Binnenklimaat en comfort

In gebruiks- en verblijfsruimtes is vanzelfsprekend een comfortabel binnenklimaat gewenst. De mate van comfort in een ruimte wordt bepaald door verschillende factoren zoals luchtsnelheid, temperatuur, stralingswarmte etc. en kunnen door middel van een CFD-simulatie inzichtelijk worden gemaakt.

De complexiteit van een comfortsimulatie is hoog doordat een groot aantal factoren invloed hebben op het comfort in een ruimte. Aspecten waarmee rekening gehouden dient te worden zijn onder andere:

  • ventilatieroosters;
  • warmtebronnen (apparatuur, verlichting, mensen etc.);
  • zoninstraling;
  • materiaaleigenschappen.

Een CFD-simulatie geeft een gedetailleerd inzicht in het binnenklimaat in de ruimte en is geschikt voor onder meer:

  • Temperatuuroverschrijding;
  • Bepaling potentiële tochtklachten;
  • PMV/PPD-waarden.

Natuurlijke ventilatie

De NEN2443 en NEN1087 beschrijven de ventilatie-eisen voor natuurlijk geventileerde parkeergarages en –stallingen. Om aan te tonen dat de gebouwde constructie voldoet aan deze ventilatie-eisen, kan door middel van een CFD-simulatie een gelijkwaardigheidsberekening worden gemaakt.

Dergelijke studies zijn complex vanwege de omvang van het model. De omliggende bebouwing speelt uiteraard een belangrijke rol in het uiteindelijke resultaat en wordt dus in het model meegenomen. Bovendien zijn er veel variaties mogelijk in windrichting en -snelheden zodat een goede analyse een uitdagende opdracht is.