Case study 9.4: Phân tích CFD bên ngoài tòa nhà

Loại dự án: Tòa nhà 2 tầng hiện có

Địa điểm: Newport Beach, California

Công ty thiết kế/ mô phỏng: Callison/KEMA Energy Analysts

---

Các tòa nhà san sát nhau có thể chặn hoặc giảm khả năng thông gió tự nhiên trong các tòa nhà. Kiểm tra tốc độ và hướng gió bên ngoài bằng CFD có thể thông tin cho một mô hình luồng khí khối lượng lớn ước tính khả năng thông gió tự nhiên để làm mát.

Tổng quan

Các văn phòng Newport Beach của DPR Construction được thiết kế để giảm đáng kể việc sử dụng năng lượng, với kết quả là 59% dưới đường cơ sở chuẩn độ 24 nghiêm ngặt của California (California’s stringent Title 24 baseline). Thông gió tự nhiên là một cơ hội tiết kiệm năng lượng đáng kể, vì vậy các nghiên cứu gió bên ngoài đã được phát triển để khám phá các khả năng thông gió chéo. Nghiên cứu động lực học chất lỏng tính toán (CFD) (*) bao gồm ở đây đã được thực hiện để kiểm tra tác động đến tiềm năng thông gió tự nhiên do các tòa nhà liền kề ở phía Bắc và phía Đông.

Biểu đồ gió cho tháng Năm, tháng Sáu, tháng Bảy và tháng Tám đã được xem xét, mặc dù chỉ có hai trong số chúng được hiển thị ở đây. Trong khi gió đến chủ yếu từ phía Tây Bắc trong suốt cả năm, chúng có xu hướng thổi từ phía Tây Nam trong các chế độ làm mát cực đại. Chúng được làm rõ bằng cách phủ một luồng gió thổi lên tòa nhà, giới hạn trong khoảng thời gian từ 7 giờ sáng đến 6 giờ chiều.

Mô phỏng

Đối với nghiên cứu CFD, một mẫu hình học của tòa nhà hiện tại đã được tạo ra. Gió đã được thử nghiệm trong giai đoạn làm mát, những tháng từ tháng Năm đến tháng Tám, với tốc độ gió từ 2 đến 3 dặm (miles) một giờ. Tốc độ này được chọn là chế độ tồi tệ nhất đối với luồng không khí, vì tốc độ gió cao hơn sẽ làm tăng khả năng thông gió chéo. Nhiều lần lặp lại trong chế độ gió kiểu như thế này rất có thể đã được mô phỏng từ tám hướng khác nhau.

Dựa vào vị trí của các tòa nhà liền kề, nhóm nghiên cứu đoán rằng một vùng lặng gió (hoặc vùng có áp suất âm) sẽ được tạo ra trong sân giữa các tòa nhà khác trong khuôn viên. Vùng áp suất thấp này sẽ hỗ trợ hút không khí qua không gian từ mặt tiền phía Nam và phía Tây qua tòa nhà đến sân trong chung.

Mặc dù điều này đôi khi xảy ra, phân tích cho thấy tác động chủ yếu từ các tòa nhà liền kề là tạo ra các luồng gió và gió mạnh ở hầu hết mọi hướng. Vì thế mà xác nhận rằng hiện nay tòa nhà đang được sử dụng, không gian bên trong nhận được luồng không khí từ mọi hướng trong những tháng dự án cao điểm. Kết luận này đã giúp thông báo cho nhóm để số lượng cửa sổ có thể hoạt động được trang bị thêm trên tất cả các mặt tiền có thể được giảm thiểu.

Với tiềm năng thông gió tự nhiên đã được chứng minh tại vị trí địa điểm, Nghiên cứu điển hình 10.6 (Insert link) cho thấy cách thông gió tự nhiên bên trong và các tải năng lượng khác đã được sử dụng để tạo ra một tòa nhà tiêu thụ năng lượng thấp.

Mặc dù vài tháng đã được nghiên cứu với CFD, nhưng chỉ tháng 5 và tháng 7 được hiển thị ở đây với một biểu đồ gió được phủ lên trên (vùng có màu nhạt dần), một bản đồ đường đồng mức CFD hiển thị áp lực và một bản đồ CFD 3D cắt ở 4'0'' ở trên mặt đất cho thấy các hướng gió tại Biểu đồ gió trong tháng Năm và các Phân tích CFD nghiên cứu vận tốc. Hướng gió được nghiên cứu trong mỗi tháng được thể hiện bằng màu xám nhạt, dựa trên các cơn gió thịnh hành, trong khi tốc độ gió được chọn ở mức thấp của mức trung bình trong khoảng thời gian đó.

____________

Chú giải

(*) CFD: Động lực học chất lỏng tính toán, viết tắt Computational Fluid Dynamics