Αξιολόγηση του προβλήματος της προσομοίωσης αυλών:Η περίπτωση του ENVI-met
Η παραδοσιακή αρχιτεκτονική ήξερε πάντα πώς να χτίζει σύμφωνα με τις κλιματικές συνθήκες σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία. Ως απλά παραδείγματα, χρησιμοποιούμε παραδοσιακά κεκλιμένες στέγες όπου χιονίζει ή πολύ αεριζόμενα σπίτια όπου έχει υγρασία και ζέστη.
Υπό αυτή την έννοια, στην παραδοσιακή αρχιτεκτονική των ξηρών και θερμών χώρων, η εσωτερική αυλή είναι ένα στοιχείο που βοηθά όχι μόνο στη μείωση της κλιματικής κατάστασης μέσα στην αυλή αλλά και στη βελτίωση των συνθηκών άνεσης στο κτίριο. Είναι κοινώς αποδεκτό στη λαϊκή γνώση ότι οι αυλές είναι πιο δροσερές από τις εξωτερικές το ζεστό καλοκαίρι και ότι η χρήση βλάστησης ή νερού, όπως στα παραδοσιακά αίθρια στο μεσογειακό κλίμα, τις κάνει πιο φρέσκες.
Στην πραγματικότητα, στην Κόρδοβα (Νότια της Ισπανίας), οι μελέτες μας παρακολούθησαν μείωση έως και 8ºC της εξωτερικής θερμοκρασίας μέσα στην αυλή ενός παραδοσιακού σπιτιού. Αυτό το μικροκλίμα που δημιουργείται στην αυλή μειώνει επίσης την κατανάλωση ενέργειας του κτιρίου. Ωστόσο, η σύγχρονη αρχιτεκτονική φαίνεται να έχει ξεχάσει τα οφέλη του σχεδιασμού σύμφωνα με τις κλιματικές συνθήκες ή να αποτυγχάνει να ενσωματώσει τα οφέλη τους στις τρέχουσες απαιτήσεις των κτιρίων. Εάν μπορούσαμε να σχεδιάσουμε κτίρια ακολουθώντας αυτήν την παθητική στρατηγική, θα μπορούσαμε να μειώσουμε τη συνολική ενέργεια που δαπανάται από τον κτιριακό τομέα, συμβάλλοντας στη βιώσιμη ανάπτυξη της κοινωνίας μας.
Η έρευνα που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του έργου MORE PATIO «Οικολογικός Αποτελεσματικός Σχεδιασμός Αυλών μέσω Μοντελοποίησης Μειωμένης Τάξης» αναλύει αυτούς τους χώρους σε διαφορετικά κτίρια προκειμένου να κατανοήσει την απόδοσή τους. Αυτό είναι απαραίτητο για να μπορέσουμε να σχεδιάσουμε νέα κτίρια με βελτιστοποιημένες αυλές ως παθητικό στοιχείο για εξοικονόμηση ενέργειας. Το θερμοδυναμικό φαινόμενο όπως η διαστρωμάτωση, η μεταφορά και τα μοτίβα ροής εξηγούν την απόδοση της αυλής.
- Διαστρωμάτωση:Όταν οι τοίχοι της αυλής έχουν χαμηλότερη θερμοκρασία από τον αέρα, αυτό ψύχεται και κατεβαίνει. Αυτή η κίνηση μετατοπίζει τον θερμότερο αέρα σε υψηλότερα επίπεδα. Το αποτέλεσμα είναι ότι ο αέρας μέσα στις αυλές κατανέμεται σε στρώσεις ανάλογα με τη θερμοκρασία του.
- Συναγωγή:Εάν οι τοίχοι έχουν υψηλότερη θερμοκρασία, λόγω της επίδρασης της ηλιακής ακτινοβολίας, ο αέρας που έρχεται σε επαφή μαζί τους θα θερμανθεί και θα ανεβαίνει, δημιουργώντας ένα φαινόμενο μεταφοράς που θα κάνει τον ψυχρό αέρα να κατέβει στη μέση την αυλή.
- Μοτίβα ροής:Τα ρεύματα αέρα στο εσωτερικό της αυλής που προκαλούνται από τον άνεμο μπορούν να έχουν καθοριστική επίδραση στην απόδοσή της. Αυτά τα ρεύματα επηρεάζονται από τη γεωμετρία της αυλής, ιδιαίτερα από την αναλογία διαστάσεων, που είναι η σχέση μεταξύ του βάθους και του πλάτους της.
Αυτές οι επιδράσεις μπορούν να επηρεαστούν από πολλούς άλλους παράγοντες όπως η γεωμετρία της αυλής, η παρουσία βλάστησης ή νερού ή αέρας, μεταξύ άλλων. Επομένως, θα μπορούσε να είναι δύσκολο να προβλεφθεί η τελική απόδοση ενός κτιρίου. Διαπιστώσαμε ότι πολλά από τα διαθέσιμα εργαλεία που ήδη υπάρχουν δεν μπορούν να προσομοιώσουν το μικροκλίμα μέσα στην αυλή και μάλιστα τα θεωρούν ως αρνητικό στοιχείο για την ενεργειακή τους απόδοση λόγω της γενικής πεποίθησης ότι ένα συμπαγές κτίριο είναι πιο αποδοτικό από ένα πορώδες. . Η έρευνα που κάνουμε έχει ως στόχο την ανάπτυξη ενός εργαλείου για αρχιτέκτονες που θα τους βοηθήσει να σχεδιάσουν αυτές τις αυλές:ένα λογισμικό προσομοίωσης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά τα στάδια του σχεδιασμού για την επίτευξη της καλύτερης απόδοσης δεδομένων των οριακών συνθηκών ενός συγκεκριμένου έργου.
Ωστόσο, το πρώτο βήμα σε αυτή τη διαδικασία είναι η αξιολόγηση των υπαρχόντων εργαλείων προκειμένου να γνωρίζουμε τη χρηστικότητά τους για τον σχεδιαστή και την ακρίβεια των αποτελεσμάτων. Για να επιτευχθεί αυτή η ακρίβεια, όλο το διαθέσιμο λογισμικό βασίζεται σε CFD για τον υπολογισμό των σύνθετων εξισώσεων Navier-Stokes. Βρήκαμε τα ANSYS Fluent, IES.VE, Design Builder και ENVI-met ως τα πιο χρησιμοποιημένα. Σε αυτό το έγγραφο [1], αξιολογούμε την απόδοση του ENVI-met δεδομένου ότι είναι ένα συγκεκριμένο λογισμικό για την προσομοίωση μικροκλίματος σε αστική κλίμακα, αλλά η απόδοσή του στη συγκεκριμένη περίπτωση της αυλής δεν έχει αξιολογηθεί επαρκώς. Προκειμένου να αποδειχθεί η ακρίβεια του λογισμικού, σημαντικό μέρος της έρευνας είναι η παρακολούθηση και η ανάλυση δεδομένων από διαφορετικές αυλές. Τα δεδομένα που συλλέγονται αντιπαραβάλλονται με τις προσομοιώσεις για να ελεγχθεί η ακρίβειά τους.
Στη μελέτη, τρεις διαφορετικές αυλές στην πόλη της Σεβίλλης, στο μεσογειακό κλίμα, έχουν παρακολουθηθεί και προσομοιωθεί. Αν και τα ληφθέντα αποτελέσματα έδειξαν μείωση της θερμοκρασίας του αέρα της αυλής, όταν αντιπαραβάλλονταν αυτά τα αποτελέσματα με τα δεδομένα παρακολούθησης, οι προσομοιώσεις ENVI-met ήταν λιγότερο ακριβείς καθώς μειώθηκε το μέγεθος της αυλής. Σε γενικές γραμμές, τα αποτελέσματα δεν ήταν αρκετά ακριβή ώστε να θεωρηθούν ως μια καλή εισροή στους υπολογισμούς ενεργειακής απόδοσης στα κτίρια. Η διαφορά μεταξύ της εξωτερικής θερμοκρασίας και του εσωτερικού της αυλής είναι πολύ σημαντική σε αυτούς τους υπολογισμούς για να υπάρχει μεγάλη διαφορά μεταξύ τους. Επιπλέον, η υπολογιστική ισχύς που απαιτείται για κάθε μία από τις προσομοιώσεις και η έλλειψη ευελιξίας κατά τη μοντελοποίηση μειώνει τη χρηστικότητα του λογισμικού. Για αυτόν τον λόγο, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι το ENVI-met δεν είναι ένα ικανοποιητικό εργαλείο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη διαδικασία σχεδιασμού αυτού του είδους χώρων κατά την προσπάθεια αξιολόγησης της ενεργειακής τους απόδοσης.
Μια άλλη πτυχή που πρέπει να εξετάσουμε και αποτελεί στόχο στην τρέχουσα έρευνά μας, είναι η δυνατότητα προσομοίωσης άλλων στοιχείων εκτός από τη γεωμετρία, όπως στοιχεία που παρέχουν σκιά, βλάστηση και νερό. Η παρακολούθησή μας έδειξε ότι ένα στοιχείο σκίασης μπορεί να επαναλάβει τη μείωση της θερμοκρασίας του αέρα μέσα στις αυλές σε ώρες αιχμής (όταν οι εξωτερικές θερμοκρασίες είναι περίπου 45ºC). Αυτό προσθέτει πολυπλοκότητα στο εργαλείο που θέλουμε να αναπτύξουμε προκειμένου να έχουμε την επιθυμητή ευελιξία και ακρίβεια κατά το σχεδιασμό κτιρίων με ενεργειακή απόδοση.
Οι πιθανές μελλοντικές επιπτώσεις της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής είναι, μεταξύ άλλων, ένα θερμότερο κλίμα. Σε ένα πιο ζεστό μέλλον, οι κλειστοί ανοιχτοί χώροι όπως οι εσωτερικές αυλές μπορούν να παρέχουν πιο δροσερούς χώρους διαμονής και να μειώσουν τις ενεργειακές απαιτήσεις ενός κτιρίου. Αυτό απαιτεί νέες, παθητικές σχεδιαστικές λύσεις.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Courtyard microclimate ENVI-met outputs deviation from the πειραματικά δεδομένα, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Building and Environment. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τον V.P. López-Cabeza, C. Galán-Marín, C. Rivera-Gómez και J. Roa-Fernández από το Universidad de Sevilla.
Αναφορά:
- López-Cabeza, Galan-Marin, Rivera-Gomez, Roa Fernandez. Μικροκλίμα αυλής Το ENVI-met εξάγει απόκλιση από τα πειραματικά δεδομένα. Κτίριο και περιβάλλον (2018). Τομ. 144. Σελ. 129-141. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0360132318304827
