A SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL APLICADA AO ESTUDO DA VENTILAÇÃO NATURAL NA ESCALA DA CIDADE E DO EDIFÍCIO O uso dos softwares COMSOL e CFX

Transcrição

1 2º Seminário do Grupo AMBEE FAU UFRJ A SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL APLICADA AO ESTUDO DA VENTILAÇÃO NATURAL NA ESCALA DA CIDADE E DO EDIFÍCIO O uso dos softwares COMSOL e CFX Marília Fontenelle Arq. Doutoranda PROARQ/FAU-UFRJ e INSA Toulouse

2 Apresentação A simulação computacional CFD Etapas da simulação CFD Aplicações na escala urbana Aplicações na escala do edifício 01/11

3 1 A simulação computacional CFD Uma alternativa para as medições in loco e estudos em túnel de vento Programas: CFX, COMSOL, Phoenics, Aiolos, Aeolus, etc. CFD: Computational Fluid Dynamics Mecânica dos Fluidos Cálculos complexos Espaço urbano: escoamento turbulento, irregular, aleatório, tridimensional, difusivo Oke (1988) O arquiteto e a simulação CFD o Domínio do fenômeno da ventilação natural o Validação dos resultados através de estudos experimentais 02/11

4 2 Etapas da simulação CFD a) Escolha do modelo de escoamento b) Construção da geometria Simplificação da geometria do objeto de estudos Construção do domínio 03/11

5 2 Etapas da simulação CFD c) Aplicação dos materiais contidos no domínio: fluido e superfícies d) Indicação das condições iniciais e de contorno Contato do ar com as superfícies laterais e superior do domínio Pressão ou força do ar na saída Perfil da velocidade do ar na entrada Contato do ar com as superfícies do solo e edifícios 04/11

6 2 Etapas da simulação CFD e) Geração da malha Validação da malha: resultados constantes com a variação da malha. 05/11

7 3 Aplicação na escala urbana Estudos da densificação do espaço urbano Leite e Frota (2011): Três morfologias urbanas propostas para um bairro em Fortaleza considerando os parâmetros urbanísticos da área. Variação da altura e da ocupação do solo. Programa: CFX 06/11

8 3 Aplicação na escala urbana Estudos da verticalização do espaço urbano Prata (2005): Análise do impacto da verticalização de um bairro da cidade de Santos (SP) na ventilação natural e no conforto do pedestre. Programa: CFX 07/11

9 4 Aplicação na escala do edifício Estudos de soluções de fachada Dronkelaar, Schijndel (2012): Análise comparativa de soluções de fachada ventilada para um edifício Programa: CFX (escala urbana) e COMSOL (escala do edifício) 08/11

10 4 Aplicação na escala do edifício Estudos da captação do ar por torres de vento Montazeri et al (2010): Análise do desempenho de um modelo de torre de vento com duas aberturas, considerando diferentes direções do vento. Programa: Fluent 09/11

11 Considerações finais Simulação computacional como ferramenta valiosa; O perigo da sedução pelos gráficos coloridos; A importância de ter um bom domínio do fenômeno e da validação dos resultados; Poucos dados de entrada; O maior desafio: a validação da malha; Dificuldade de reproduzir com perfeição o fenômeno ; Muitas variáveis envolvidas; A simplificação muitas vezes é inevitável. 10/11

12 Referências DRONKELAAR, C. van; SCHIJNDEL, A. W. M. van. Assessing the potential of ventilated façades on reducing a buildings thermal load using decoupled COMSOL simulations. Proceedings of the 2012 COMSOL conference in Milan, FRANKE, J. et al (ed). Best practice guideline for the CFD simulation of flows in the urban environment. COST, Belgium, LEITE, R. C. V.; FROTA, A. B. Designing the city according to the wind using a CFD to minimize the impacts of city growth on natural ventilation. Proceedings of Building Simulation 2011: 12th Conference of Internation Building Performance Simulation Association, Sydney, MONTAZERI, H.; MONTAZERI, F.; AZIZIAN, R.; MOSTAFAVI, S. Two-sided wind catcher performance evaluation using experimental, numerical and analytical modeling. Renewable Energy, n. 35, pp , OKE, IT. R. Street Design and Urban Canopy Layer Climate. Energy and Buildings. No. 11, pp , PRATA, A. R. Impacto da altura dos edifícios nas condições de ventilação natural no meio urbano. Tese de doutorado. Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de São Paulo, /11

13 OBRIGADA!