Aerodinamica degli edifici e Wind Comfort

Al giorno d’oggi ogni tipologia di progettazione si serve del supporto di simulazioni, in particolare della CFD, per ottenere risultati e dati di notevole qualità ed accuratezza, i quali vengono usati per decisioni di design che anticipano la produzione del primo prototipo fisico. Una delle possibili applicazioni della CFD riguarda l’aerodinamica degli edifici e gli effetti del vento sui pedoni.

In questo articolo impareremo a valutare questi effetti, ed analizzeremo gli step fondamentali per il funzionamento dei software di simulazione in questo ambito specifico.

Prima di iniziare ad analizzare aspetti più specifici, dobbiamo capire cosa si intende per wind comfort. Questo termine si riferisce ad un ramo dell’ingegneria del vento che si occupa di studiare gli effetti del vento e le sue conseguenze, e come può essere disegnato l’ambiente urbano al fine di controllare tali effetti. Qualsiasi struttura può influenzare l’area circostante, e impattare in maniera negativa sui pedoni; per questa ragione gli ingegneri e gli architetti devono predire il comportamento del vento, in modo particolare nelle aree urbane.

La foto precedente mostra una zona particolare di Milano, caratterizzata da edifici molto alti, concentrati in un’unica area, i quali possono dar vita ad interessanti fenomeni.

Adesso vedremo come funzionano i software di simulazione di simulazione, i cui obiettivi sono quelli di identificare zone non confortevoli, capire le cause e rendere l’ambiente sicuro e vivibile per i pedoni.

I tre passaggi principali, per la maggior parte delle simulazioni, sono: definire la regione di interesse, definire la rosa dei venti e infine definire le zone pedonali.

Step analisi CFD:

Nel primo step quindi, è possibile selezionare l’area da analizzare tramite la definizione del centro e del raggio della circonferenza entro la quale valutare i risultati, ed anche un’altezza di riferimento.

Una volta effettuato il primo step, all’interno della regione bisogna inserire i dati metereologici caratteristici, in particolare le direzioni in cui soffia il vento, oltre che ai valori di temperatura e pressione.

L’ultimo step infine permette di definire l’altezza da analizzare come riferimento per il ‘livello pedonale’, per esempio da zero ad un metro e mezzo o più.

Solitamente i software sono in grado di riprodurre molte direzioni del vento nello stesso istante, sta ai progettisti scegliere direzioni significative per la regione in esame, le quali possono provocare effetti negativi.

Nella foto sottostante è possibile riconoscere diverse zone; le zone in giallo sono quelle più critiche, in quanto zone strette tra alti edifici, interessate da velocità del vento fastidiose. Inoltre, dal momento che il vento entra nella regione , accelera attraverso gli edifici, creando venti forti quando raggiungono il centro della regione stessa; per cui i passaggi allineati con le direzioni del vento sono interessate da effetti di disturbo per i pedoni.

Proseguiamo entrando nello specifico degli effetti del vento generati dagli edifici.

Downwashing, channeling, e corner acceleration.

Ci sono tre effetti principali del vento legati alle strutture: downwashing, channeling, e corner acceleration.

L’effetto di downwashing avviene quando è presente una costruzione elevata circondata da edifici più bassi. Il grattacielo in esame cattura il vento a livelli elevati e lo ridirige verso il terreno, causando un flusso 3D con velocità verso il basso. Questo effetto spesso crea un ampio ricircolo al livello pedonale, provocando una maggiore attività del vento, e quindi incrementando la velocità di questo ai livelli più bassi.

L’effetto di channeling avviene invece quando gli edifici sono posizionati uno in prossimità dell’altro. Questo effetto è provocato da una riduzione della pressione del vento, la quale ha come risultato l’accelerazione del flusso attraverso lo spessore del canale creato tra le due strutture, condizione poco sicura e confortevole per i pedoni. Approssimabile all’effetto Venturi.

Infine la corner acceleration si verifica quando il vento raggiunge il bordo verticale di edifici alti. Questo effetto è soprattutto creato da forme di costruzione spigolose e acute, che causano consistenti accelerazioni attorno agli angoli, i quali, se presenti su strutture sviluppate in altezza, sono le regioni che possono creare il massimo disagio in un’area urbana.

In conclusione, per ridurre l’impatto di questi effetti del vento, alcune misure possono essere prese in base allo stadio di sviluppo degli edifici, cioè se in fase di sviluppo o preesistenti. Ad esempio si possono installare tettoie per contrastare l’effetto di downwashing, per proteggere ed evitare a correnti indesiderate di entrare nell’edificio. Inoltre gli ingressi possono essere posizionati lontano dagli angoli, per evitare l’effetto di corner acceleration.

Ulteriori accorgimenti riguardano le conformazioni dell’area in esame; ovvero si possono piantare alberi per proteggere aree specifiche e per divergere il vento, diffonderne l’energia intrinseca e cercare di realizzare strade principali ‘angolate’ rispetto alle direzioni dominanti del vento.  

Articolo a cura di Elvezio Liberatore.