Studio CFD del comfort al vento degli spazi esterni e di circolazione di un collège nella regione parigina, nell'ambito di un progetto di ristrutturazione.
Nell'ambito di un progetto di ristrutturazione, EOLIOS ha analizzato l'impatto del vento sul comfort dei pedoni all'interno di un collège nella regione parigina. L'obiettivo: assicurare che le modifiche apportate durante i lavori non compromettano il comfort degli utenti, in tutte le stagioni.
Due configurazioni sono state selezionate dopo lo studio delle condizioni meteorologiche, corrispondenti ai due orientamenti del vento più frequenti nell'anno. La simulazione CFD ha permesso di valutare la distribuzione delle velocità attorno agli edifici per queste due direzioni.
L'analisi si è concentrata sull'individuazione delle zone di sovravelocità legate alla disposizione degli edifici e sugli effetti dei materiali impiegati nella costruzione.
L'essenziale. Studio CFD del comfort al vento di un collège nella regione parigina, nell'ambito di una ristrutturazione: due direzioni di vento (sud-ovest dominante, nord-est secondario, da 3,3 a 5,5 m/s) e tre materiali modellati (calcestruzzo, mashrabiya, reti metalliche) tramite il loro tasso di passaggio dell'aria. Risultato: cortili complessivamente confortevoli, ma un effetto Venturi in alcuni corridoi e balconi, corretto riconfigurando le partizioni perforate, senza alterare l'architettura.
Il collège è composto da due parti distinte, collegate da una galleria a spirale che serve tutti gli edifici. Aperta al vento esterno pur proteggendo dalla pioggia, collega gli edifici che ospitano aule, zone di pausa e aree mensa, su due piani, alcuni dei quali dotati di ballatoi aperti.
Caratterizzare i materiali e le strutture è essenziale: rugosità, porosità e permeabilità influenzano direttamente le perdite di carico e l'interazione del fluido con le superfici. Tre materiali sono stati modellati: il calcestruzzo (opaco all'aria), le mashrabiya dei balconi e le reti metalliche su alcuni corridoi, questi ultimi due tramite uno specifico tasso di passaggio dell'aria.
Tenere conto con precisione di queste caratteristiche è fondamentale, poiché influenzano la distribuzione delle velocità dell'aria e il livello di comfort percepito dagli utenti.
Partizione perforata (qui sui balconi) che lascia passare una parte dell'aria secondo un dato tasso di porosità. Filtra il vento, ma riducendo la sezione di passaggio può anche accelerarlo localmente, da cui l'interesse di modellarla finemente in CFD.
Quando il vento incontra un edificio, compaiono tre zone di disturbo: un vortice turbolento sul fronte (flusso discendente), una zona di turbolenza in una cavità a bassa pressione sul retro e una scia ad alta turbolenza. Questi fenomeni influenzano il comfort attraverso l'aumento locale delle velocità e la loro imprevedibilità.
L'architettura del collège, con più edifici collegati da corridoi e gallerie aperte, crea condizioni favorevoli all'effetto Venturi: incanalato in un passaggio stretto, il vento accelera localmente. Le simulazioni CFD individuano con precisione queste zone di accelerazione per tenerne conto nelle sistemazioni.
Quando un corridoio o un passaggio stretto riduce la sezione offerta al vento, l'aria accelera per conservare la propria portata. In un collège con molte circolazioni aperte, questo fenomeno crea correnti d'aria più intense, localizzate ma fastidiose.
I dati anemometrici di una stazione riconosciuta evidenziano un vento dominante da sud-ovest in tutte le stagioni e un vento secondario da nord-est (soprattutto in primavera ed estate), con velocità comprese tra 3,3 e 5,5 m/s. Sono stati quindi studiati due casi distinti.
Il livello di velocità e la turbolenza sono determinanti per il comfort: le forze indotte dal vento possono ostacolare l'avanzamento del pedone e gli effetti convettivi possono modificare gli scambi termici (sensazioni di freddo). La scala di Beaufort offre un'utile caratterizzazione qualitativa, da ponderare in base all'attività e alla stagione.
L'attenzione si è concentrata sui corridoi, sui ballatoi e balconi e sui cortili. Alla scala del sito, sia al piano terra sia al primo piano, la configurazione del collège attenua generalmente le velocità dell'aria, creando condizioni favorevoli al comfort.
I corridoi orientati parallelamente al vento creano zone di sovravelocità per effetto Venturi. Allo stesso modo, le partizioni in mashrabiya dei balconi riducono la sezione di passaggio e accelerano il flusso, generando disagio locale, pur riducendo leggermente le velocità alle estremità dei balconi.
Il grande cortile offre un buon comfort complessivo. Si osservano due fenomeni: il passaggio dell'aria dai corridoi attraverso la galleria e la deviazione verso il suolo del vento bloccato dall'edificio centrale, la cui interazione crea una zona di disagio moderato. Nel piccolo cortile, i ricircoli accentuano il disagio in inverno ma portano una gradita frescura in estate.
Anello d'aria chiuso (vortice) che si forma quando il flusso si stacca da un ostacolo e ritorna su sé stesso. Nel cortile intrappola l'aria: fastidioso d'inverno, procura una gradita frescura d'estate.
L'analisi ha individuato zone di disagio localizzate, principalmente nei corridoi nord-est, legate all'orientamento delle circolazioni rispetto al vento dominante. I cortili e gran parte della galleria offrono un comfort soddisfacente.
EOLIOS ha proposto diverse soluzioni senza alterare la qualità architettonica: riposizionare o riconfigurare le mashrabiya più esposte, ottimizzare la permeabilità delle partizioni perforate (rapporto di vuoto) e studiare l'aggiunta di elementi frangivento nei passaggi sensibili.
Da ricordare. il disagio è molto localizzato (corridoi nord-est, alcuni balconi) mentre cortili e galleria restano confortevoli. Le correzioni proposte agiscono sulla porosità delle partizioni perforate, senza toccare la qualità architettonica del sito.
Le simulazioni CFD hanno individuato con precisione le zone di disagio legate alla configurazione del sito (accelerazioni locali in alcuni passaggi stretti e gallerie aperte), mentre i principali spazi esterni presentano condizioni favorevoli. Le strutture perforate e i materiali porosi influenzano in modo significativo la distribuzione dei flussi.
Sono stati proposti miglioramenti per ridurre l'effetto Venturi e le sovravelocità. Lo studio conferma la rilevanza della modellazione CFD per valutare il comfort dei pedoni e l'importanza di integrare l'aeraulica fin dalla fase di progettazione architettonica, per una migliore integrazione climatica del costruito.
Comfort al vento, mashrabiya ed effetto Venturi nelle circolazioni di un collège.
Una ristrutturazione modifica le circolazioni e l'esposizione al vento. La simulazione verifica che le modifiche non introducano correnti d'aria fastidiose nei corridoi, ballatoi e cortili, in tutte le stagioni. Vedi il nostro dossier quali sono gli effetti del vento in città.
Queste partizioni perforate filtrano l'aria secondo un tasso di porosità. Riducono leggermente le velocità alle estremità dei balconi, ma restringendo il passaggio possono anche accelerare il flusso, da cui l'interesse di modellarle finemente.
Un corridoio orientato parallelamente al vento agisce come un condotto: la sezione si riduce, l'aria accelera e crea una zona di sovravelocità. Sono questi settori, soprattutto a nord-est, che lo studio mira a migliorare per il comfort.
Non sistematicamente: nel piccolo cortile, i vortici accentuano il disagio in inverno ma portano una gradita frescura in estate. L'obiettivo è dosare, non eliminare tutto.
Anticipare gli effetti del vento evita correzioni costose e preserva la coerenza architettonica del sito.
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Studio CFD del comfort aeraulico di un collège : flussi d'aria, zone di sovravelocità e comfort degli spazi esterni.
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