Wind Engineering untersucht, wie der Wind gebaute Strukturen beeinflusst und welche Wechselwirkungen mit der unmittelbaren Umgebung an der Schnittstelle zum lokalen Mikroklima entstehen.

Die durch Bausubstanz veränderten städtischen Windfelder haben weitreichende Konsequenzen für die Luftqualität, für die Behaglichkeit und den Komfort in Außenbereichen und auf Freiflächen. Die Dynamik der Interaktionen von Wind und Strukturen rufen physikalische Risiken kritischer Belastungsbedingungen hervor, die die Verwundbarkeit eines Gebäudes und der dicht bebauten Umgebung ausweiten, bis hin zu signifikanten Gesundheitsgefährdungen für Passanten und Bewohner.

Mit klassischen Methoden lassen sich Belastungsmuster kaum vorhersagen

Die aus aerodynamischer Sicht meist unvorteilhaften Gestaltungsmerkmale typischer Gebäude und anderer Hochbaustrukturen rufen Windturbulenzen hervor oder verstärken diese, teilweise um ein Vielfaches. Diese Windszenarien sind gekennzeichnet von starken Auf- und Abwinden (Updrafts, Downdrafts). Luftmassen können aus großen Höhen bis auf das Bodenniveau transportiert werden.

Die oft aus ästhetischen Gründen komplexe Formgebung typischer Wohnhäuser und gewerblicher Gebäude bedingt, dass durch Umströmung und Turbulenz hervorgerufene Druck- und Sogwirkungen des Windes experimentell schwer zu lokalisieren sind. Entsprechende Messungen am Standort können nur an bestimmten Orten des Strömungsfelds durchgeführt werden. Sie erlauben daher keine räumlich zusammenhängenden Bestandsaufnahmen der zu erwartenden Belastungssituationen eines Projekts. Sie sind kostenintensiv und zeitaufwändig. Dies gilt gleichermaßen für Windkanaltests, in denen es zusätzlich notwendig ist, das zu untersuchende Objekt auf die Größe des Windkanals zu verkleinern. Dies ruft lang bekannte Skalierungsprobleme hervor und es gestaltet sich sehr schwierig, repräsentative Aussagen zu komplexen Belastungsmustern und ihren Umgebungsmerkmalen zu treffen.

Virtual Engineering ist eine praktikable und kostengünstige Alternative

Eine praktikable und kostengünstige Alternative ist Virtual Engineering, insbesondere die Methode Computational Fluid Dynamics (CFD), in denen jedwede Belastungssituation, bis hin zum Katastrophenfall, bereits in frühen Planungsphasen eines Projekts untersucht werden kann. Die numerische Modellierung erlaubt es Planungsobjekte jeder Größe im vollen Maßstab zu untersuchen, ausgehend vom einzelnen Gebäude bis hin zum Quartier oder einer ganzen Stadt.

Numerisch durchgeführte Experimente liefern praktisch zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort des Untersuchungsobjekts jede gewünschte Detailgenauigkeit der Analyse. Experimente und Resultate sind vollständig revisionierbar und können Stakeholdern schnell und transparent zur Verfügung gestellt werden, um weitere Anpassungsmaßnahmen zu beraten.

Die Einbeziehung strukturmechanischer Simulationen mit der Finite-Element-Analyse (FEA) gibt Aufschlüsse über weitere gefährdete Gebäudemerkmale innerhalb der Gebäudehülle. Durch kombinierte CFD-FEM-Simulationen werden realistische gesamtenergetische Bilanzierungen der Gebäudeperformance möglich, die standorttypische Wetterfaktoren, saisonale Klimaschwankungen und langfristigen Klimaprojektionen einbeziehen können.