Giriş: Kentsel Rüzgar Desenleri Neden Bina Performansı İçin Önemlidir
Bir şehir aracılığıyla rüzgar hareket etmenin yolu rastgele.Bu desenler doğrudan bina performansının iki kritik yönüne yol açıyor:0) Doğal havalandırma ve sans, parklar ve su önbellekleri tüm şehirler büyümeye devam ediyor - 2050 yılında dünyanın dört bir yanındaki nüfus tahmini yüzde 68'i doğrudan kentsel alanlarda yaşayacaktır - rüzgar ve inşa edilmiş çevre için merkezi bir endişe verici hale gelir.
Bina havalandırma sadece rahatlıkla ilgili değildir; kapalı hava kalitesi, termal düzenleme ve yolcuların sağlığı. Bu makale, rüzgarın şehirlerde nasıl davrandığını, doğal havalandırma ve HVAC yüklerine etkilerini ve küresel enerji ile ilgili karbon emisyonlarının yaklaşık% 40'ını anlamayı ve kullanmayı anlamayı amaçlamaktadır.
Kentsel Rüzgar Desenleri Fiziği
Kentsel rüzgar modelleri, atmosferik sınır tabakası ve bir şehrin inşa edilen kumaşı arasındaki karmaşık etkileşimlerin sonucudur.
Şehir Kanyon Etkisi
Rüzgar her iki tarafta uzun binalar tarafından ezilen bir sokaka girdiğinde, bu da dar bir kanal aracılığıyla su gibi hızlanabilir.BuurFLT:0)kanyon etkisi) sokak seviyesinde yüksek hızlı rüzgar bölgeleri yaratır, genellikle yayasalı rüzgarların yönünü belirler: rüzgarla birlikte sokaklar şehre derin bir şekilde inebilir, perpendicular sokaklar durgun recirkülasyon bölgeleri yaratır.
Rüzgar Gölgeleri ve Downwash
Uzun binalar rüzgarın ayrı ve form çalkantılı uyanmalara neden olur. Bir binanın sağ tarafında, aurFLT:0)wind ) geliştirir - ısı ve kirleticiler ile ilgili düşük rüzgar hızı alanı. ek olarak, rüzgar yüksek bir yüzeyin yukarı doğru itilir (düşünme) insan ve hafif yapıları fiziksel olarak etkileyebilecek güçlü gustler.
Urban Heat Island Circulation
Şehirler genellikle kırsal alanları çevreleyen daha sıcaktır, kentsel ısı adası (UHI) olarak bilinen bir fenomendir - 2-5C - doğal havalandırmanın şehir merkezinden, çevreden soğuk hava yükselir.
Kabalık ve Turbulence
Binalar şehir yüzeyinin aerodinamik kabalığını artırırlar. Bu, ortalama rüzgar hızını açık araziye kıyasla azaltır, aynı zamanda konbülansiyonları da dağıtabilir. Turbulent Mix, kirleticileri azaltmak için de yararlı olabilir, ancak aynı zamanda rüzgara dayalı havalandırmayı daha zor hale getirir. C ⁇ sıvı dinamikleri (CFD) modeller şimdi bu akışları blok ve bina ölçeklerinde simüle etmek için kullanılır, daha iyi tasarım kararlarına izin verir.
Kentsel Rüzgar Desenleri Yapıyu Nasıl Etkiliyor
Havalandırma, kapalı hava ile dış havanın kasıtlı değişimidir. Doğal olarak ventilated binalarda rüzgar, doğal havalandırmanın amaçlandığı veya başarısız olup olmadığını belirler.
Doğal havalandırma: Cross-Flow ve Single-Sided
İki ana doğal havalandırma stratejileri var:
- [FONT:0]Cross havalandırma), rüzgarın bir binanın diğer tarafında açılması ile ilgili rüzgar basıncı farklılıklarına dayanıyor.Bir cepheye doğru vuran bir baskı bölgesi, leeward tarafının düşük, yüksek kapalı havadan zayıfladığı hava akışları olduğu sürece, rüzgar hızı yeterliyse ve bina yönelimiyle uyumlu bir şekilde hizalanır.
- [FONT:0) Tek taraflı havalandırma[Dönemli havalandırma[Döntgenme:0) Yerel turba etkisi (buygunluk tabanlı akış) veya düşük rüzgar basıncı ile ilgili olarak, en iyi şekilde sığ zemin planlarında (yaklaşık 5-6 m derinlikte) kentsel rüzgar kalıpları, yerel turbulans ve yakındaki havalandırmaya bağlı olarak kesintiye uğrayabilir veya genişletilebilir.
Araştırmalar, yoğun kentsel ortamlarda, çapraz havalandırmanın izole bir bina ile% 50-80 azaltılabileceğini gösteriyor. Çevre binaları tıkayık rüzgar ve alternatif baskı alanları. Mimarlar sadece bölgesel rüzgar verileri değil, belirli kentsel bağlam için hesaba katmalıdır.
Stack Etkisi ve Rüzgarla İlişkisi
Temp etkisi – yüksek açılışlar yoluyla hava yükseliyor ve dışarı çıkabiliyor, soğuk hava düşük açılışlardan - rüzgardan bağımsız olarak. ancak rüzgarın da artırabilir veya aşırı güçten faydalanabilir. Güçlü bir rüzgar ve otomatik cephe basıncı, hem rüzgar hem de otobüsle aynı şekilde, rüzgar ve boğaranlık arasında geçiş yapabilir.
Zavallı Rüzgar Desenleri ve Kapalı Hava Kalitesi
Kentsel rüzgar modelleri durgun bölgeleri yarattığında, trafik ve endüstriden gelen kirleticiler, taze hava alımına yakın bir şekilde bir araya gelebilir. Rüzgar gölgeli avlularda, doğal havalandırma karbon dioksit, uçucu organik bileşikler ve nemse zarar verebilir. Bu da filtrasyon ile mekanik havalandırmaya güvenmeye yol açar, enerji kullanımına da zarar verir.
Enerji Implikasyonları: Isıtma, Soğutma ve Mekanik Sistemler
Bina enerji kullanımı havalandırma ile sıkı bir şekilde bağlantılıdır. Mekanik HVAC sistemleri, kanal üzerinden havayı zorlamak ve havayı ( ısıtma, soğutma, dehumiding) daha fazla doğal havalandırma mekanik işlemi dengelemek, enerji talebini daha düşük hale getirmek için elektrik tüketiyor.
Soğutma Yüklerini Gece Purgeflex ile Yeniden Üretin
Birçok iklimde, serin gece havası, bina cephesinde depolanan ısıyı temizlemek için kullanılabilir - ertesi gün soğutma yükünü 10-30% oranında azaltmak için gece boyunca ısıtılır.
Rüzgar Deseni Variability ve Backup Mekanik Sistemler
Kentsel rüzgar modelleri sürekli değildir; mevsime, günün zamanı ve hatta saate kadar değişirler. Sadece doğal havalandırmaya bağlı bir tasarım sakin dönemlerde başarısız olacaktır.Bu güçler mekanik sistemlere aşırı yüklenecek veya kırmızıdan çıkarmalı olanları içerirler.% 40-60'ı tamamen mekanik binalarda tasarrufları pek çok iklimde kullanılabilir.
Isıtma Sezon Meydanları
Soğuk iklimlerde, rüzgara dayalı infiltrasyon – soğuk hava kirliliği ve açma yoluyla kontrollü hava sızıntıları – dramatik olarak ısıtma yüklerini arttırabilecek kentsel rüzgar kalıpları (Sürücüler yakınındaki binalar cepheleri filtrelemede daha kötüleşirken, modern hava deposundan daha az arzu edilen ısı kaybı nedeniyle, doğal havalandırma, ısı kurtarma ventilatörler (HRV) ve enerji kurtarma ventilatörler (ERV) performansını etkiler.
Kentsel Rüzgarı Aydınlatma ve Enerji için optimize etmek için tasarım stratejileri
Mimarlar ve planlayıcılar, çalışmak için bir dizi araç var - ya da karşı - şehirdeki bina performansını geliştirmek için şehir rüzgar modelleri. Bu stratejiler şehirde, blokta ve bina ölçekleri uyguluyor.
Şehir ve Blok Ölçeği: Rüzgar Koridoru ve Bina Morpholoji
Sokakların düzeni, açık alanlar ve bina yükseklikleri bir ►FLT:0)wind iklimi). Doğal havalandırmayı teşvik etmek için:
- [0]Align sokak kanyonları [Döneticileri], mahalleler aracılığıyla kanal hava akışına giden yaz rüzgarları ile.
- [0] Rüzgar koridorları[Döneticileri, boulevardlar veya yüksek katlı kümeler arasında düşük çökmüş kırlar.
- [FONT:0]Vary bina yükseklikleri [Döntgen: 1], rüzgarın bir üniformadan kaçınmak için; yüksekliğe doğru havanın ve kentsel kanopy üzerinden yayılmasına izin veriyor.
- [FONT:0]Limit zemin alanı oranı[[Dönetici] aşırı blokajdan kaçınmak için yoğun alanlardan oluşur.
Birçok şehir şimdi rüzgar konforunu ve doğal havalandırma potansiyelini zoning düzenlemeleri içinde içerir. Örneğin, [[Şeff:0) New York Planlama Bölümü'nün özel amacı bölgeleri) uzun süre boyunca gölge ve rüzgar çalışmalarını kullanır.
Bina Ölçeği: Orientasyon, Şekil ve Façade Design
Kentsel bağlam anlaşılınca, bireysel binalar iyi niyetli olabilir:
- [FONT=0)Yakira bina[Dönetici:0) uzun eksenli perpendicularla maksimum çapraz potansiyel için en yüksek rüzgar yönünden üstün rüzgar yönüne işaret eder.
- [FONT:0]Orta Doğu mimarisindeki geleneksel rüzgarlar, önceki bir durumdur.
- [FONT=0] Tasarım Operable windows[Döneticileri] en az iki cephede, hem olumlu hem de olumsuz baskı bölgelerinin sömürülmesine yer verdi.
- [0]Include yatay veya dikey fin elementleri[Dönetici:0) Gün ışığı olmadan rüzgarı açmaya yönelik cephede bulunanlar.
- [FONT:0)Integrate balconies ve teraslar[Dönetici: 1) Bu, yıkanmış yıkamayı ve zemin seviyesindeki gustleri azaltırken, aynı zamanda havalandırmaya yardımcı olabilecek açık alan sağlar.
Vaka Çalışması: Bahreyn Dünya Ticaret Merkezi
Bir havalandırma projesi olmasa da, [[DÜDÜ:0)Bahrain World Trade Center[[DÜT:1), ikiz kule şeklini, elektrik üreten üç 29 metre uzunluğundaki üç adet aerodinamik şekillendirmeye uygulanabilir. Aynı aerodinamik şekillendirme aynı şekilde kanal rüzgara doğal havalandırma millerine uygulanabilir.
Peyzaj ve Vejetasyon
Kontrerjiye göre, ağaç dikmek ya da doğal havalandırmaya engel olabilir. Dense evergreen bloklar hava akışını durdurabilir, stratejik olarak yerleştirilen deciddik ağaçlar rüzgarları şişirme ve yaz gölgelendirmesi sağlayabilir. ”.UVT:0Yeşil çatılar ve canlı duvarlar azaltılır).
Gelişmiş Simülasyon ve Ölçüm Araçları
Daha iyi tasarımlar daha iyi verilerden geliyor. Kentsel rüzgar modelleri incelenebilir:
- [FONT:0)Wind tünel testleri [[DDDDD4][/FONT=0) Parçacık görüntü velocimetri (PIV) ile akışları görselleştirmek için ölçek modelleri.
- [FOAM veya ANSYS Fluent, yerdeki hava istasyonu verileri ile ilgili yazılımları kullanarak simülasyonlar [FOAM veya ANSYS Fluent, kalibre edilmiş).
- [FONT:0) Enerji Simülasyonu (BES)) aletleri (EnergyPlus, IESVE) bu çift havalandırma modelleri termal yüklerle inşa ediyor.
[FONT=0]U.S. Enerji Enerji Enerji Ticareti [[Dönetici: 1 ), binalardaki ve kentsel kanallarda hava akışlarını modellemeye izin verir, enerji optimize tasarımlarına izin verir. Ancak, bu simülasyonlar sadece giriş rüzgar verileri kadar iyidir; yüksek çözünürlüklü kentsel rüzgar haritaları (örneğin, 2.)
Meydanlar ve Gelecek Yollar
Yararlara rağmen, kentsel rüzgar desenlerini inşa etmeye entegre etmek, yangın verileri genellikle bölgesel değildir, bir blok içinde yerel değildir, ancak zoning kodları genellikle enerji verimliliği için klima tasarım çatışmalarını kullanır.
İklim Değişikliği ve Rüzgar Desenleri Değiştirilmesi
İklim modelleri, birçok kentsel alanın, rüzgar yönünde, hız ve mevsimsellik açısından değişiklikler deneyimleyeceğini tahmin ediyor. Örneğin, orta sınıf usullerin zayıflaması, bugün tasarlanmış bazı şehirlerde doğal havalandırma potansiyelini azaltabilir.Mevcut rüzgar kalıpları için tasarlanmış binalar 30 yıl içinde daha az enerji verimliliğine dayanan bir zarf haline gelebilir. Otomatik açılışlar ve tahmin edici kontroller (hava tahminleri) yardımcı olabilir.
Sağlık ve Pandemik Okuma
Amman-19 salgın, hava yoluyla iletim için yeterli havalandırmanın önemini vurguladı. Doğal havalandırma, iyi tasarlanmışsa, hava değişikliği oranlarını artırmak için mekanik sistemler ekleyebilir. Ancak, kapalı alanlarda kesintiye yol açan kötü kentsel rüzgar kalıpları daha yüksek filtrasyon gerektirir, yine de enerji kullanımı sağlar.
Sonuç: Sürdürülebilir Şehir Geleceği için Rüzgarı Harnessing
Kentsel rüzgar modelleri sadece meteorolojik bir merak değildir - güneş yönelimi veya yapısal yük olarak kritik bir tasarım parametresidir. Bina havalandırma ve enerji kullanımı üzerindeki etkisi derindir.Küresel olarak nefes alan binalar oluşturabilir, daha az enerji harcarlar ve daha sağlıklı kapalı ortamlar sağlar.Bu, sokak düzeninin, binaları inşa etmek için izole edilmiş bina tasarımlarından, yüksekliğe ve hatta topraklar ile birlikte rüzgarın nasıl etkileşime girdiğini incelemek için birlikte çalışır.
Yol ileriye dönük açık: planlamanın ilk aşamalarında rüzgar çalışmaları yatırım yapmak, bir kez engel olarak görülen karma-mode sistemleri, doğal havalandırma potansiyelini koruyan ve zoning'i korumak için teşvik etmek. Enerji maliyetlerinin ve iklim aciliyetinin bir döneminde, her kilovat saat pasif tasarım sayar.