Gebäudeumströmung und -durchströmung: Bewertung des Wettereinflusses auf den Gebäudebetrieb

Einleitung (Definition)

Die Simulation der Gebäudeumströmung untersucht, wie Wind ein Gebäude und sein Umfeld umströmt und wie sich durch das Wetter (Wind, Temperatur & Feuchte) Druckverhältnisse am Gebäude ergeben. Sie liefert die Grundlage für die Bewertung der relevanten Strömungseffekte um das Gebäude.

Darauf aufbauend lassen sich mit der Gebäudedurchströmung die Infiltration, Querströmungen und Druckkaskaden innerhalb des Gebäudes ermitteln. Basis hierfür sind die Druckverhältnisse an der Gebäudehülle aus der Gebäudeumströmung sowie die baulich bedingten Leckagen und nutzungsabhängigen Öffnungen der Fenster und Türen.

Die mit diesen beiden Simulationstechniken gewonnenen Ergebnisse unterstützen die Auslegung einer Lüftung, Entrauchung oder Freikühlung für reale Betriebsszenarien.

Wann ist eine Untersuchung der Gebäudeumströmung  bzw. -Durchströmung sinnvoll?

Eine Untersuchung der Gebäudeumströmung bzw. -durchströmung ist insbesondere sinnvoll:

• bei Hochhäusern und exponierten Baukörpern mit Einfluss auf den Windkomfort im Umfeld;
• bei der Bewertung von potentiellen Kurzschlüssen und Interaktionen im Kontext von Freikühlern, Entrauchung etc.;
• zur Bewertung von Windlasten und Druckverteilungen auf der Fassade sowie zur Bestimmung von Druckkräften auf dem Gebäude und im Inneren;
• bei Konzepten zur natürlichen oder hybriden Lüftung / Entrauchung;
• bei der Auslegung von Rauch-Druckanlagen (RDA) insb. für hohe Gebäude;
• bei der Vorhersage von Infiltrationen und Türöffnungskräften in einem Gebäudekomplex.
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Wie INNIUS vorgeht:

INNIUS bildet in der Gebäudeumströmung das Gebäude und sein relevantes Umfeld dreidimensional ab und simuliert die Windströmung für maßgebende Windrichtungen. Als Werkzeug dient hier wieder die CFD (Computational Fluid Dynamics). Bewertet werden Windgeschwindigkeiten, Temperaturkriterien und Druckverhältnisse.

Die Gebäudedurchströmung erfolgt mithilfe eines Knoten-Maschen-Modells, um die wesentlichen Strömungswege in einem Gebäude im Gesamtkontext zu verstehen. Dies liefert die Grundlage für die Auslegung von Lüftungs- und Entrauchungskonzepten oder ermöglicht auch die Identifizierung kritischer Grenzwerte, z. B. bei der Bestimmung von Türoffnungskräften in Drucktreppenhäusern bei der Auslegung einer RDA.

Eingesetzte Software:

Gebäudeumströmung: Ansys Fluent, Ansys Meshing, TGrid, Ansys Spaceclaim, Gambit, AutoCAD, Revit

Gebäudedurchströmung: Comis (Conjunction of Multizone Infiltration Specialists), Datacubist Simplebim, Nemetschek Allplan

Projektbeispiele:

Deutsche Nationalbibliothek Leipzig:
Ertüchtigung der Entrauchung in den Büchertürmen, Bewertung von Gebäudequerströmungen hinsichtlich der Behaglichkeit und der musealen Anforderungen im Buchmuseum

TRIDEA München:
Durchströmungssimulationen zur Auslegung der Rauchschutz-Druckanlagen (RDA) in den Treppenhäusern für das 24-geschossige Gebäude, Berücksichtigung realer Betrieb- und typischer Wetterlagen

Flughafen Frankfurt / Main, Neubau Terminal 3:
Gebäudeumströmung und -durchströmung des gesamten Terminals im Jahresbetrieb als Basis für Entrauchungssimulationen unter realen Wetterbedingungen (Sommer/Winter) und mit typischerweise auftretenden Gebäudequerströmungen

Allianz-Arena München:
Bewertung der Druckkräfte auf den „Kissen“ der Stadionhülle im Kontext Standfestigkeit sowie Untersuchungen der Station-Innenströmung für eine gleichmäßige Rasenbelüftung