Numerical calculation of wind comfort for the Ruhrpark Bochum

Die Verwendung der numerischen Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, oder kurz: CFD) wird, für den ingenieurstechnischen Gebrauch immer bedeutsamer. Sie ermöglicht die Lösung strömungsspezifischer Fragestellungen mithilfe geeigneter PC-Programme. Die hierzu erforderlichen digitalen Bauwerksmodelle sind heutzutage zumeist aus anderen Planungsschritten direkt verfügbar.

Das CWE setzt unterschiedliche Techniken und Umgebungen für die Durchführung von CFD Berechnungen ein. Grundsätzlich ist der Umgang mit solchen numerischen Berechnungswerkzeugen nicht unproblematisch, da für eine realistische Abbildung des Strömungsverhaltens sowohl die Formulierung der Randbedingungen als auch die numerische Präzision entscheidend ist. Zudem befinden sich viele Algorithmen und Methoden eher noch im Forschungsstadium, auch wenn kommerzielle Softwareprodukte einen anderen Eindruck erwecken. Besonders vorteilhaft ist es deshalb, wenn Berechnungsergebnisse direkt mit experimentellen Daten aus Windkanalversuchen verglichen werden können.

Eine solche vergleichende Untersuchung wurde nun am CWE durchgeführt. In dieser Studie wurde eine CFD Software genutzt, um eine Windkomfortbewertung für das Einkaufzentrum Ruhrpark Bochum durchzuführen. Insbesondere wurden die sog. Beschleunigungsfaktoren im dicht bebauten Promenadenbereich ermittelt, die bereits im Jahr 2015 experimentell im Windkanal des CWE bestimmt wurden.

Bedingt durch die bauliche Situation und die Wechselwirkung zwischen den Baukörpern kommt es im bodennahen Bereich zu Abschattungs- und Beschleunigungseffekten. Entsprechend der vorherrschenden Windrichtung und der Häufigkeit ihres Auftretens kann damit bewertet werden, wie häufig bestimmte Windgeschwindigkeiten im Bereich der Passanten auftreten. Schließlich lässt sich daraus ableiten, für welche Nutzungsarten das Untersuchungsgebiet sinnvoll genutzt werden kann (z.B. ob Außengastronomie möglich ist oder ob geplante Erholungsflächen zum Verweilen geeignet sind). Mitunter kann auch festgestellt werden, ob bauliche Veränderungen zur Abschattung bestimmter Bereich zu überlegen sind, um bestimmte Nutzungsarten zu ermöglichen.

Im Zuge der Umgestaltung des bestehenden Einkaufsparks Ruhrpark in Bochum (RPB) waren diese Fragestellungen bereits im Jahr 2015 auf Basis von Windkanalmessungen (s. Abb. 1) untersucht und beantwortet werden.

In der aktuellen Studie wurden die vorhandenen Geometriedaten in das CFD Programm eingelesen. Die erforderlichen Randbedingungen für die Grenzschichtsimulation (Strömungseigenschaften) als auch für die numerischen Algorithmen (Vernetzung) wurden gezielt auf die Untersuchung für den Ruhrpark abgestimmt. Die Berechnung für unterschiedliche Windrichtungen konnten anschließend vollautomatisiert durchgeführt werden und waren in wenigen Stunden verfügbar.

Die Umströmungsbilder aus der CFD-Berechnung wurden anschließend mit den Visualisierungen der Windkanalversuche verglichen, um Gemeinsamkeiten und Unterschiede ableiten zu können. Es ließ sich feststellen, dass die CFD-Berechnung eine realitätstreue Bewertung der Windströmung ermöglicht.

Auf Basis der verifizierten Methodik bietet das CWE Windkomfortuntersuchungen auch allein auf Basis von CFD Berechnungen an.