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Warum New York manchmal einfacher ist als Heidenheim

Wer weiß, woher der Wind weht – CFD-Strömungsanalysen ganzer Stadtteile und Städte

Teaserbild zum Blog 93

Die Strömungsanalyse von Gebäuden und Stadtteilen hat manchmal einen ganz profanen Grund: Man sitzt nicht gerne in einem Biergarten, wenn es zieht. Wenn für den Biergarten, auf gut Deutsch auch „Erlebnisgastronomie“, dann auch noch ein ganzes Gebäude abgerissen werden soll, ist es von Vorteil, wenn man weiß, wie sich die frei gewordene Fläche auf die Strömungsverhältnisse auswirkt. Oder ganz einfach – zieht es da so, dass die Gäste im Biergarten ausbleiben könnten?

Dieser Grund fällt nicht einfach so vom Himmel: Bei entsprechenden Windverhältnissen zieht es auf dem nicht weit entfernten Rathausplatz von Heidenheim ganz schön, was sich insbesondere bei Veranstaltungen dort negativ bemerkbar macht.

Neben dem störenden Wind beim Feierabendbier können aber auch andere Fragestellungen durch Strömungssimulationen von Stadtteilen oder Industrieanlagen beantwortet werden, wie z.B.

  • Kann es beim Bau der geplanten Kläranlage zu einer Geruchsbelästigung der Anwohner kommen?
  • Wie weit ist eine Explosionsdruckwelle in einem Gewerbegebiet noch zu spüren?
  • Welcher Keller läuft bei einer Überschwemmung am schnellsten voll?

Fragen über Fragen, die anhand von Simulationen mit CFD Strömungsmodellen beantwortet werden können.

Aber so eine Stadt ist erstmal ganz schön komplex und das Modell sehr groß.

Was ist nun bei New York mit einer Strömungssimulation mit CFD einfacher als bei Heidenheim?

Ganz einfach, die 3D-Geometrie der New Yorker Skyline, hier am Beispiel von Manhattan, ist im Internet zum Download frei verfügbar:

Nach Heidenheim an der Brenz verirrt sich dagegen nur selten ein Google-Street-View Fahrzeug. Daher mussten wir die Stadt bzw. Teile der Stadt anhand von Google Earth Daten vom Grundriss mühsam aufbauen. Die Gebäude ähneln dann schon mehr den Hotels beim Monopoly, aber ohne Schrägdach!

Das Geländeprofil der Umgebung lässt sich ganz gut über die Höhenlinien von Karten abbilden. Aber schon an der Gebäudehöhe hakt es, hier muss man mit ingenieursmäßigem Sachverstand einfach schätzen. Schatten und Sonnenstand könnten helfen, sind aber zu umständlich. Eine Drohne und das entsprechende 3D Bildbearbeitungsprogramm wären eine Lösung… leider aber für ein reines Marketingprojekt zu aufwändig.

Windprofile sind auch über Internet erhältlich, aber der Einfachheit halber wird hier die Zuströmung des Windes in hinreichend großer Entfernung als konstant und aus einer Richtung betrachtet.

Da es sich um ein Demonstrationsprojekt handelt, war mir wichtig, dass unser Bürogebäude auch noch mit drauf ist. Sie sehen es in Bild 2, der rote Klecks rechts oben im Eck.

Ich habe übrigens ein paar Stunden meiner kostbaren Lebensarbeitszeit damit verbracht, die Ansicht aus dem Foto mit dem Modell übereinander zu legen. Das ist nicht ganz so einfach, da einem die Perspektive einen bösen Strich durch die Rechnung machen kann.

Der Wind kann aus unterschiedlichen Richtungen kommen, was jedes Mal für etwas andere Strömungsverhältnisse sorgt. Hier gilt es, reale und typische Randbedingungen für eine genauere Bewertung zu wählen.

Nachstehend sind die Ergebnisse einiger Szenarien für unterschiedliche Windrichtungen dargestellt. Als Windgeschwindigkeit wurde eine gleichmäßige Anströmung in hinreichend großer Entfernung mit 8 m/s bzw. rund 28,8 km/h angenommen.

Die Zeiten für die Modellerstellung und die Berechnung liegen in einem erträglichen Rahmen. Allerdings kann man sich bei der Auswertung der Ergebnisse sehr schnell im Daten-Dschungel verlieren. Jede Gasse und jedes Haus hat so seine eigene Strömungsgeschichte, je nachdem, woher der Wind weht.

Eine endgültige und aussagefähige Bewertung des Standortes eines Biergartens in Heidenheim bedarf aber zusätzlicher Kriterien, die hier nur angeschnitten werden können. Kennt man die minimale und maximale Windgeschwindigkeit, sowie die Richtung, aus der der Wind weht, ist eine Bewertung besser möglich. Auch ist die Windrichtung bei schlechtem Wetter vermutlich nicht so kritisch, wer sitzt denn schon gerne beim Regen im Biergarten.

Diese Art von Simulationen, insbesondere die CFD-Simulationen, gewinnen immer mehr an Bedeutung, da virtuelle Gebäude wesentlich schneller aufgebaut und abgerissen sind, als reale Gebäude. Bei den gestiegenen Materialkosten und Baupreisen wäre es doch schade, wenn Sie später Effekte ärgern, die man über eine Simulation hätte erkennen und eventuell sogar hätte vermeiden können.

Ihr Stefan Merkle

PS: Wir stellen die Ergebnisse in kürze als 3D-Modelle auf unserer Homepage zur Verfügung, so dass Sie sich Ihre eigene Vorstellung machen können.

PPS: Gegen die Taubenplage im Ploucquet-Viertel von Heidenheim können wir aber leider auch nichts machen.

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