CFD computersimulatie

Door de toenemende bouwkundige mogelijkheden ontstaan veelal ook complexere gebouwen of gebouwen in een complexe omgeving. Belangrijk is om op voorhand onder andere bekend te zijn met het te verwachten binnenklimaat van het gebouw, bijvoorbeeld bij brand, zodat tijdig rekening gehouden kan worden met betrekking tot de mogelijkheden en beperkingen van een ontwerp voor een gezonde en (brand)veilige omgeving .

Met behulp van een CFD-berekening (‘Computational Fluid Dynamics’) kan de specifieke situatie zoals geometrie, installaties, interne en externe invloeden binnen of buiten het gebouw in een model worden opgenomen. Met de simulatieberekening kan vervolgens de luchtstroming en/of rookstroming, de temperatuur (warmteflux) ten gevolge van een brand of andere warmtebronnen op een willekeurige plaats zichtbaar worden gemaakt.

Bij eenvoudige methoden zoals het ‘Twee zone brandmodel’, waarbij bij aanvang van een brand het model (naast de brandhaard zelf) bestaat deze uit twee zones: een hete zone boven (die gedurende de brand steeds dikker en warmer wordt) en een koude zone onder. Op een bepaald moment vindt overgang plaats naar een één-zone model. Dit moment wordt bepaald door de snelheid waarmee de brand zich ontwikkelt en het tijdstip waarop bepaalde condities (‘flashover’) worden bereikt. Binnen een zone houdt het model één temperatuur, dichtheid, massa, enzovoorts aan. De formules, gebaseerd op de wetten van behoud van energie en massa uit de thermodynamica, worden in de opeenvolgende tijdstappen opgelost. Hierbij vindt niet alleen uitwisseling tussen en opwarming van de genoemde zones plaats, maar ook met de wanden, plafond en vloer en via openingen (ramen en deuren).

Bij CFD wordt het model daartoe rekentechnisch opgedeeld in duizenden rekencellen, waarbij voor elke cel het gedrag wordt bepaald op basis van behoud van massa, energie en impuls. Er wordt rekening gehouden met de best toepasbare en bewezen submodellen voor bijvoorbeeld turbulentie, warmteoverdracht en diffusie. Dit is anders en daarmee nauwkeuriger dan bij het ‘Twee zonde brandmodel’, wat een constante rooklaag rekent. Immers, weet men niet óf dit zo bij het brandverloop blijft. Denk daarbij met potentiële invloeden van buitenaf. Ook de rookdichtheid en het zicht door de rook worden bij de toepassing van CFD inzichtelijk gemaakt. Daarnaast gaat afkoelende rook door het zwaardere gewicht ervan naar beneden zakken wat levensbedreigend kan zijn omdat dit het zicht op vluchtwegen kan belemmeren en een repressie door de brandweer bemoeilijkt. Ook dat maakt CFD inzichtelijk.

Een CFD-berekening biedt een oplossing in die situaties dat een handmatige berekening niet meer kan worden uitgevoerd. Ook kan een computerberekening als gelijkwaardigheid worden gezien op normen en regelgeving en kunnen zo afwijkingen van de regelgeving en dergelijke worden onderzocht. Evenzo wordt met de berekening beter inzicht verkregen, ook als er geen regelgeving voorhanden is.

Een CFD-berekening geeft een gedetailleerd inzicht in de stromingswerking van een ontwerp en kan een complexe situatie visueel en daardoor begrijpelijker maken. Een onderbouwing met een CFD berekening kan kosten besparen.

Meer weten, lees ook: White paper CFD computersimulatie