BK3OV3: Week 3 - Vorm, ruimte, simulatie en analyse
Introductie
De kwaliteit van de virtuele simulatie van het ontwerp en de locatie is voor een groot deel afhankelijk van de kwaliteit van de belichting. Correct gesimuleerd direct en diffuus licht zijn belangrijke voorwaarden om vorm en ruimte visueel te kunnen beoordelen. De invloed van licht gaat echter verder. Het is eveneens een energiebron. Vanuit het besef dat duurzaam bouwen een noodzaak is, is er steeds meer aandacht voor licht- en zonnesimulatie met nadruk op energie.
Het is tegenwoordig mogelijk om nauwkeurige berekeningen snel uit te voeren. Omdat elke software zijn beperkingen in functionaliteit heeft, worden er tijdens het ontwerpproces vaak meerdere software pakketten gebruikt. Net als met de ontwikkelingen op het gebied van ‘real time’ visualisatie gaan de ontwikkelingen op het gebied van licht- en energiesimulatie razend snel.
Vanwege de snelheid kan deze vorm van analyse steeds vroeger in het ontwerpproces worden ingezet. Dat stelt de ontwerper in staat in een vroeg stadium van het ontwerp, als aanpassingen nog eenvoudig te maken zijn, het effect van licht op het ontwerp te analyseren. Aan de hand van de resultaten kan direct waar nodig het ontwerp aangepast worden.
Dit kan bijvoorbeeld door het veranderen van de oriëntatie van het gebouw of gevels. Dit voorkomt dat later in het ontwerpproces met veel moeite het ontwerp moet worden aangepast of dat er gekozen wordt om het probleem te verhelpen met extra voorzieningen zoals zonwering en airconditioning.
Voor het terras in de beeldentuin is het wenselijk dat zoveel mogelijk mensen in de zon kunnen zitten. Dit is een functionele eis die invloed heeft op de vorm en ruimte van de gekozen variant. De diepte van de tuin, de vorm en locatie van het ingangsgebouw zullen invloed hebben op de bezonning van het terras.
Bij het ingangsgebouw op plein-niveau is het van belang dat de mensen zo min mogelijk last hebben van de wind als ze het gebouw ingaan of verlaten.
De leerstof voor week 3
Voor de opdracht van week 3 neem je de volgende leerstof door:
Leerstof opgave: Om aan te tonen dat je tijdig de leerstof hebt doorgenomen dien je uiterlijk de maandag van week 3 onderstaande kleine opdracht te hebben ingeleverd:
De opgave van week 3
Vanuit de achtergrond dat er diverse factoren een rol spelen bij het maken van een ontwerp en het feit dat het de kwaliteit ten goede komt als je al vroeg in het ontwerpproces rekening houdt met aspecten die bepalend zijn voor de uiteindelijke prestaties van het ontwerp, betrek je deze week deze factoren bij je ontwerp.
Je begint met het stellen van een onderzoeksvraag. Wat wil je gaan onderzoeken? Je gaat vervolgens met behulp van simulatie technieken, in dit geval in Autodesk Revit en/of Autodesk Flow Design, op zoek naar een antwoord op die vraag. Dit onderzoek levert resultaten op die je interpreteert. Hopelijk vind je daarmee een antwoord op je vraag.
Je kiest één van de volgende twee onderwerpen:
- Windanalyse van het ingangsgebouw
- Bezonningsanalyse van het terras
Je exporteert het ontwerp van Rhino naar Autodesk Flow Design voor de wind analyse om zo inzicht te krijgen in het effect van de vorm van het ontwerp op de windstromen langs het gebouw. Daarnaast exporteer je het ontwerp van Rhino naar Autodesk Revit voor de bezonningsanalyse om zo een inzicht te krijgen in het effect van de vorm van het ontwerp op de schaduwwerking van het gebouw.
Uiteraard mag je allebei doen, maar begin eerst met één van deze twee. Als je daarna nog naar de bezonning van bijvoorbeeld de beeldentuin wilt kijken, dan mag dat natuurlijk. Als je een goede, uitgebreidere analyse uitvoert, waarderen we dat en krijg je een bonus. Maar zorg dat je eerst een van de twee gedegen uitvoert en breidt je onderzoek daarna pas uit.
Opdracht optie A: windanalyse ingangsgebouw
Je kijkt bij de windsimulatie naar de invloed van het ingangsgebouw op de windsterkte rondom het ingangsgebouw en de ruimte tussen het ingangsgebouw en het museum.
Omdat windsimulatie vrij complex is en je gestructureerd te werk moet gaan om bruikbare resultaten te verkrijgen, is het van belang om het zo simpel mogelijk te houden.
Dat betekent dat je de simulaties in eerste instantie uitvoert in een sterk vereenvoudigd model, waar de rest van de locatie weggelaten is. Ook de verzonken beeldentuin, terras en verbinding voor de ingang laten we nu eerst achterwege.
Reduceer de vorm van je ingangsgebouw zo ver mogelijk naar relatief eenvoudige vormen en ga daarmee kijken naar invloeden van vorm, orientatie of positie. Formuleer een onderzoeksvraag. Bijvoorbeeld: "Wat is de invloed van de hellingshoek van het dak op de windsnelheid tussen het ingangsgebouw en het museum?", of "Welke vorm van het ingangsgebouw levert de laagste windsnelheden op tussen het ingangsgebouw en het museum?" Het doel is om een gunstig windklimaat te creëren op de planlocatie en om er voor te zorgen dat er zo min mogelijk wind hinder ontstaat rond het ingangsgebouw. Het heeft geen zin om een te gedetailleerd model te maken, aangezien de simulaties op vrij grove schaal uitgevoerd worden. Bedenk dat het nu eerst om de principes gaat.
Maak een aantal varianten, minimaal 3 varianten, die je goed kan vergelijken. Bouw die op uit een paar eenvoudige solids. Vervang in het gegeven Rhino bestand het kleine kubusje door de door jou gemaakte varianten. Voer met deze varianten steeds op precies dezelfde manier een windanalyse uit in Flow Design.
Als andere studenten uit je groepje met een vergelijkbare onderzoeksvraag aan de slag gaan, kun je natuurlijk prima samenwerken en zodoende je onderzoek uitbreiden. Je maakt nog steeds drie eigen varianten per persoon.
Algemene Richtlijnen:
- Je hoeft in eerste instantie de locatie niet te oriënteren naar het noorden, hou gewoon de standaard oriëntatie bij het importeren aan.
- Zet de windrichting haaks op de gevel van het museum (270 graden)
- Zet Analysis op 2D, zodra je merkt dat dit goed te doen is op je computer zet dan de analyse op 3D
- Bij Simulation Settings, zet de resolution op 200% en verhoog de instelling staps gewijs . Stop met het verhogen van de resolutie zodra de simulaties te langzaam gaan lopen.
3D analyses leveren een nauwkeuriger beeld op van het effect van bijvoorbeeld een dak door wind die omhoog of omlaag gaat. Ze zijn echter wel een stuk langzamer dan 2D. Geef de simulatie genoeg tijd om een stabiel resultaat te bereiken.
Flow Design heeft soms de nare gewoonte om instellingen opeens te veranderen, controleer de instellingen dus bij elke simulatie. Soms kan het voorkomen dat de simulatie maar in een klein deel van de plane te zien is. Vergroot dan de windtunnel dit kan helpen.
Onderzoek, zoals ook beschreven in de TOI-Pedia,Horizontaal:
- Gebruik hiervoor de "Top" (selecteer Top icoon rechts boven in beeld)
- Onderzoek een horizontale 2D Data plane op ongeveer 1,5 m hoogte (XY vlak)
- Onderzoek de windsnelheden 5 m/s en 15 m/s (plm 3 Bft en 7 Bft)
Verticaal:
- Gebruik hiervoor de "Side " (Selecteer Side icoon rechts boven in beeld)
- Onderzoek een verticale 2D Data plane op een geschikte positie (XZ vlak)
- Onderzoek de windsnelheden 5 m/s en 15 m/s (plm 3 Bft en 7 Bft)
Uiteraard kun je naast bovenstaande extra Data Slices bekijken, als dat nodig is.
Analyseer de resultaten en trek een conclusie. Hieruit leidt je af in welke richting je het ontwerp het beste kan aanpassen voor optimale prestaties op het gebied van wind. Volgende week ga je verder met het optimaliseren.
Als je wilt kun je hierna de locatie juist oriënteren en kijken naar andere windrichtingen . Vervolgens zou je ook een gedetailleerdere versie van je ontwerp kunnen proberen te gebruiken voor de simulatie.
Opdracht optie B: bezonningsanalyse van het terras
De nadruk ligt op de effecten van de schaduw op het terras deel. Het terras zal idealiter zo min mogelijk last hebben van schaduw.
Formuleer een scenario: wanneer moet er volop zon zijn op het terras? Hieruit kun je je onderzoeksvraag halen en kun je gericht gaan onderzoeken.
Onderzoek, zoals ook beschreven in de TOI-Pedia, de beschaduwing om 12:00 uur op de 4 standaard dagen (winter, lente, zomer en herfst). Kies daarnaast nog een aantal tijdstippen, aansluitend op het scenario. Denk daarbij aan mogelijkheden als openings- en sluitingstijd, koffie- en borreltijd en zomeravonden. Je kunt het onderzoek uitbreiden met specifieke tijdstippen in een bepaald seizoen als je scenario daar aanleiding toe geeft.
Uit de verkregen resultaten trek je een conclusie en identificeer je wat je zou kunnen verbeteren. Maak op basis hiervan een aanpassing in het ontwerp en controleer op de meest significante momenten of de gekozen oplossingsrichting werkt. Volgende week ga je verder met het optimaliseren van de aanpassing(en).
Opdracht Ingangsgebouw
Je werkt het ingangsgebouw verder uit binnen de context van de locatie, beeldentuin en effecten van zon en/of wind.
Je documenteert het proces in woord en beeld en plaatst dit op je A3 poster voor week 3. Op deze poster geef je tenminste inzicht in onderstaande punten:
- Beschrijf voor de analyses een scenario dat je wilt simuleren, en leg uit waarom je dit scenario wilt simuleren.Met een scenario bedoelen we een bepaalde situatie die je zou willen simuleren. Een gebruikssituatie waarin je wilt dat je ontwerp voldoende presteert op het gebied van bezonning en/of beschutting tegen wind.
- Omschrijf welke onderdelen van het gebouw de meeste invloed hebben op het gebied van bezonning en windhinder. Illustreer dit met enkele plaatjes. Het simuleren en analyseren van wind en zon in relatie tot het gebouw leidt tot nieuw inzichten welke verwerkt zullen worden in het ontwerp. Omdat deze informatie in een vroeg stadium van het ontwerp kan worden gegenereerd in de digitale ontwerpomgeving kan de vorm van het ontwerp nog vrij simpel worden aangepast om nadelige effecten van wind en zon te vermijden. Dit kan b.v. voorkomen dat er later extra voorzieningen moeten worden getroffen zoals zonwering of windschermen.
- Omschrijf hoe het gebouw presteert op gebied van wind en zon ( zomer, lente , winter). Illustreer met plaatjes. Tijdens het ontwerpen kunnen nieuwe inzichten leiden tot drastische aanpassing van het ontwerp. Dit is inherent aan het ontwerpproces en vindt in de praktijk voortdurend plaats.
- Welke aanpassingen heb je gedaan voor het ontwerp in relatie tot windhinder en bezonning. Motiveer de keuze en illustreer dit met enkele plaatjes. Het aanpassen van de ontwerp voorkomt het toevoegen van voorzieningen om ongewenste effecten in relatie met wind en zon te voorkomen. De vorm van het ontwerp wordt in deze fase van het proces beïnvloed door de wind en zon simulatie en analyse. Deze waarden die tot nieuwe inzichten leidt beïnvloeden het ontwerp welke weer de relatie met de locatie, de ruimtelijkheid en misschien de functionaliteit beïnvloed in dit itererend ontwerpproces.
De vaardigheid die wordt opgedaan in het gebruik van licht en wind simulaties kunnen later worden toegepast in de ontwerpoefening van ON3.
Benodigde bestanden
Voor de opdracht van week 3 heb je de volgende bestanden nodig:
Locatiebestand voor windanalyseVereenvoudigde locatie t.b.v. windanalyse-
Locatiebestand voor bezonningsanalyseVereenvoudigde locatie t.b.v. bezonningsanalyse
-
Presentatie poster week 3
De presentatie poster voor week 3
Het ZIP-bestand voor de bezonningsanalyse bevat een sterk versimpeld model ten behoeve van de simulaties in Revit. Het locatiemodel uit week 2 is hiervoor te gedetailleerd. Voor de windanalyse is een nog veel verder versimpeld model gebruikt omwille van rekentijd en vergelijkbaarheid van de resultaten.
Als je op een computer werkt die geen Architectural Template heeft in Revit (bv sommige vaste computers), dan kun je gebruik maken van deze templates:
Inleveren
Je levert de producten in via de Inleverpagina
Repository
Hieronder vind je extra materiaal dat je kunt gebruiken bij de opdracht van deze week. Het bestaat uit verdiepend en verbrendend materiaal. Het is geen verplichte lesstof.
- NEN 8100: Windhinder en windgevaar in de gebouwde omgeving
via NEN Connect, toegankelijk vanaf TU Delft Campus netwerk
- NPR 6097: Toepassing van de statistiek van de uurgemiddelde windsnelheden voor Nederland
via NEN Connect, toegankelijk vanaf TU Delft Campus netwerk
- Best Practice Guideline
for the CFD Simulation of Flows in the Urban Environment
Informatie over tepassen van CFD, zoals genoemd in het college
- Quality Assurance of Microscale Meteorological Models
Informatie over het gebruik van weer-gegevens, zoals genoemd in het college
- OpenFOAM
open source CFD (Computational fluid dynamics) software package
En ter vermaak:
