Il ruolo della simulazione CFD a supporto della progettazione nel settore AEC

Cos’hanno in comune le forze del vento agenti sulle strutture, i flussi del vento su una piazza circondata da edifici, le masse di aria calda che si muovono in un abitazione? Sono fenomeni fisici che possono essere simulati mediante il calcolo grazie a software che implementano l’analisi fluidodinamica (CFD).
Queste tecnologie sino a ieri non erano a disposizione a causa di software ancora di uso complesso e di ardua comprensione.
Ci si rivolgeva solo in casi estremi alle simulazioni in scala all’interno delle gallerie del vento con costi dello studio piuttosto elevati. Oggi le tecnologie hanno permesso di abbattere alcune barriere dell’analisi CFD, in primis la difficoltà di creazione della mesh. KARALIT è oggi il primo software CFD interamente pensato per le applicazioni del mondo Architettura, Ingegneria e Costruzioni.

Ma quali sono le più frequenti applicazioni del CFD nel settore delle Costruzioni?

Le azioni del vento
Si tratta del caso più popolare di applicazione del CFD, con il quale è possibile determinare le azioni del vento su strutture con volumi che si discostano dalle forme geometriche considerate dalle Normative. Edifici di forma complessa, facciate vetrate dalle geometrie articolate, pannelli solari, tettoie, tralicci, antenne e tensostrutture sono solo alcuni esempi che indicano quanto frequente sia la necessità di determinare le forze su forme non convenzionali. La simulazione numerica CFD può essere utilizzata per comprendere quanto i calcoli semplificati si discostano dalla realtà. In alternativa ad una estesa indagine di ottimizzazione aerodinamica di forme, potrebbe essere sufficiente ricorrere alla galleria del vento per un primo modello, usato per calibrare un modello numerico che può essere poi modificato e analizzato sino ad ottenere la forma obiettivo.

Il confort in ambienti urbani
La costruzione di un edificio inevitabilmente cambia il microclima del vicinato. La velocità del vento, la sua direzione, l’inquinamento, la direzione della pioggia, la radiazione solare, sono tutti aspetti del microclima che cambiano con l’introduzione di un nuovo edificio. Il cambiamento sfavorevole della velocità e direzione del vento può causare effetti indesiderati o addirittura pericolosi per le persone che fruiscono dello spazio urbano. Molte pubbliche amministrazioni ed alcuni governi si stanno impegnando a prescrivere garanzie su questo.
In genere si richiede che la velocità del vento non superi alcuni limiti che dipendono dall’attività delle persone (sedute, in cammino). Le Tabelle riportate riassumono alcune normative di riferimento. Anche in questo caso, data la distribuzione del vento in un’area geografica, è possibile oggi analizzare le velocità del vento all’altezza prescritta dalle norme (generalmente ad una altezza di m 1,75) mediante l’analisi CFD. È possibile simulare come le forme causino il cambiamento della direzione del vento, verificare la possibilità di ventilare efficientemente un’area circondata da volumi, controllare l’efficacia di barriere naturali o artificiali a protezione di una autostrada. Recenti studi (Blocken and Carmeliet, 2004) dimostrano che porre rimedio a effetti indesiderati del vento su edifici o luoghi, una volta finalizzata la progettazione o realizzata l’opera, risulta sempre di scarsa efficacia e che risulta diffusa in tutto il mondo una sottovalutazione dello studio di tali effetti da parte dei progettisti. In questo settore l’analisi CFD può diventare elemento determinante per il successo di una progettazione.
La modifica architettonica della morfologia urbana esistente, a volte può sembrare un miglioramento delle caratteristiche estetiche degli spazi aperti, ma potrebbe produrre perdita di benessere per la popolazione residente. Un esempio di simulazione ex-ante/ex-post permette di valutare tramite una metodologia dedicata, la massimizzazione del benessere fisiologico.

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Articoli tratti dallo Speciale Numero 5 di Structural Modeling
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