מבצעים אופטימיזציה לצורתן של חזיתות מורכבות של מבנים בעזרת ®COMSOL Multiphysics

מבצעים אופטימיזציה לצורתן של חזיתות מורכבות של מבנים בעזרת ®COMSOL Multiphysics

ע”י שימוש בסימולציה מולטיפיזיקלית בכדי להבין את האינטראקציה בין משתנים סביבתיים, גיאומטריים ומבניים, מהנדסים ב Newtecnic מבטיחים כי חזיתות חדשניות של בניינים הן גם מרשימות וגם ניתנות לבנייה.

דינאמיים, טקסטוראליים וסימבוליים; בין אם הם מאתגרים באופן שאפתני את כוח המשיכה או צומחים בצורה אורגאנית מהנוף, מבנים אייקוניים כוללים לעיתים קרובות חזיתות מורכבות. מתוכננים לא רק לטובת הגנה, הם גם מסדירים משתנים כמו נוחות תרמית וחזותית. כמומחית בתחום הזה, Newtecnic מתכננת ומנתחת מערכות חזית לשימוש בפרויקטים ציבוריים בפרופיל גבוה ועובדת בצמוד עם זאהה חדיד אדריכלים, פירמה המזוהה עם צורות אדריכליות נועזות וגמישות.
מייסדי Newtecnic והמנהלים הנוכחיים, אנדרו ויסמין ווטס, ידועים בשל עבודתם על פרויקטים חשובים כולל ה- Federation Square האייקוני במלבורן, אוסטרליה, ויותר עכשווי, מרכז התרבות ע”ש היידר אלייב בבאקו, אזרבייג’ן

הנורמה של Newtecnic היא לבצע כל פרויקט על פי דרישותיו של הלקוח, וכל פרויקט מצריך חשיבה הרבה מעבר לתכנון קונספטואלי בלבד. אדריכלים מספקים את הזווית האומנותית ולעיתים גם תרשימים של תכנון המבנה. לאחר מכן המהנדסים של Newtecnic בונים את החזית בשכבות, תוך וידוא כי העיצוב שומר על היצירתיות שלו ובנוסף מבטיח את אחדות המבנה.

“הלקוחות שלנו מחפשים פתרונות תכנון יישומיים וכלכליים, אשר עונים על מטרות הביצוע הדרושות, עומדים בפני תופעות סביבתיות, וקלים לתחזוקה”, אומר כרמלו גלנטה, מנהל מחלקת המו”פ ב- Newtecnic. “היבט עיקרי בעבודה שלנו הינו תיאור ההתנהגות הפיזיקלית של מערכות החזית שאנחנו מתכננים”.

ממחקרים סולאריים המאפשרים אופטימיזציה של תכנון ההצללה במטרה להפחית את נטל הקירור ולמקסם את הנוחות החזותית, עד לדרך בה סוגרים קבועים לשכבות מגן של rainscreen משפיעים על בטיחות הבידוד, ישנם אתגרים רבים שיכולים להיפתר בעזרת סימולציה.

מעבר לתכנון קונספטואלי – בזכותה של סימולציה

תוכנת ®COMSOL Multiphysics הפכה לכלי מפתח עבור Newtecnic. גלנטה מסביר: “אנחנו למעשה יכולים לעשות הכל במסגרת של תוכנות סימולציות אחת. אני משתמש ב- ®COMSOL כדי לחקור את אפקט הגישור התלת מימדי – הדרך בה חומרים מוליכים מאוד חודרים את הבידוד – על כל ההתייעלות האנרגטית של המבנה, מעריך את הטמפ’ המקס’ של הרכיבים, ובוחר את המוצר או החומר המתאימים ביותר. אני יכול להעריך את לחצי שכבת המגן על המבנה עבור שלבי תכנון סכמתיים, ולחקור חזיתות מורכבות יותר בהן אוורורים מכאניים וטבעיים פועלים בו זמנית. אני גם יכול להעריך כיצד תצורות תכנון שונות ישפיעו על הביצוע ההיגרותרמי של מערכת החזית”.

ע”י שימוש בפונקציית ייבוא CAD הזמינה בתוכנת ®COMSOL, גלנטה פעמים רבות מייבא גיאומטריות מורכבות, לרוב מתוכנות Autodesk AutoCAD ו- Rhinoceros. השימוש בתוכנת Autodesk Revit גם גובר ב- Newtecnic, והוא מחשיב את המודול LiveLink for Revit החדש, תוסף של ®COMSOL המאפשר למשתמשים לממשק את הסימולציות שלהם עם סביבת העבודה של Revit, כנכס עתידי רב עוצמה. גלנטה משלב בנוסף את השימוש ב- ®COMSOL עם כלי תכנון פרמטריים כגון שפת התכנות Grasshopper, שמשתמשים בה לבנייה וניתוח של גיאומטריות מורכבות במונחים של אלגוריתמים גנרטיביים.
פרויקט נוכחי אחד ב- Newtecnic כולל תכנון של מערכת חזית של בניין פרטי בפרופיל גבוה הכולל סדרה של קונכיות בטון עם תמיכה עצמית באורך שנע בין 10 ל- 80 מטר וגובה שיכול להגיע ל- 30 מטר. קונכיות הבטון מכוסות במערכת חזית rainscreen העשויה מלוחות קרמיים מעוקלים כפליים במטרה לשכפל במדויק את גיאומטריית המבנה. כל לוח נתמך בפינותיו ע”י סוגרים קבועים מותאמים העשויים מפלדת אל-חלד. סוגרים אלו מחוברים למבנה הבטון בארבע משענות. כאשר הסוגרים חודרים את שכבת הבידוד ויש להם מוליכות תרמית הרבה יותר גבוהה מאשר למבנה הבטון, הם יוצרים גשרים תרמיים דרך מעטפת החזית, דבר המפחית בצורה משמעותית את הביצוע התרמי שלהם.

ע”י ביצוע פשוט של מחקר דו-מימדי ב- ®COMSOL, גלנטה בחן כיצד אפקט הגשר התרמי שנוצר ע”י הסוגרים השפיע על התפלגות הטמפ’ בחזית. תוצאות הסימולציה הוכנסו לסקריפט של תוכנת Grasshopper בכדי להעריך שלושה תחומי עניין: אלו שהושפעו ע”י סוגר אחד, אלו שהושפעו ע”י שני סוגרים או יותר, ואלו שלא הושפעו כלל. גלנטה אחרי כן יכול היה להכין גיאומטריה מדויקת עבור המערכת, כולל כל רכיבי הבנייה. “זהו יתרון גדול מאוד להיות מסוגל לשלב שני כלים. Grasshopper מאפשרת לי לחקור את הגיאומטריה בקנה מידה גדול מאוד – זה של כל המבנה – ואז אני חוזר ל- ®COMSOL עם הידע הזה ויוצר מודל תלת מימד מפורט מאוד בכדי לתפוס את הפיזיקה האמיתית של המערכת”.

ע”י שימוש בגישה זו, גלנטה היה מסוגל לבצע אנליזה ב- 3D כדי לחקור את אפקט הגשר התרמי בסוגר ובמבנה המקיף, ולחשב את מקדם מעבר החום הגלובאלי של החזית. “השימוש בסימולציה מולטיפיזיקלית איפשר לי לפתח הבנה טובה יותר של המצב האמיתי. אני יכול לשלב זרימה עם מעבר חום דרך הולכה, הסעה וקרינה, כלומר אני יכול להעריך ביסודיות את התגובות ההדדיות של תופעות פיזיקליות שונות ולדעת את ביצועיהם של מבנים וחומרים שונים”.

הסיפור נלקח ממגזין 2015 ®COMSOL