Ein neues Software‑Werkzeug namens „Energy Diagram“ wurde entwickelt, um bereits in frühen Planungsphasen die windtechnische Umgebung von Gebäuden zu optimieren. Das Tool soll die Lücke zwischen dem gestalterischen Denken von Designern und den wissenschaftlichen Methoden von Ingenieuren schließen.

Problemstellung

Bislang fokussieren gängige Simulationsprogramme die Analyse auf späte Entwurfsstadien, wodurch die Auswirkungen kleiner geometrischer Entscheidungen auf Energieeffizienz und thermischen Komfort kaum berücksichtigt werden. Dieser Umstand erschwert es Designern, fundierte Entscheidungen bereits im Konzeptstadium zu treffen.

Entwicklung des Tools

Durch eine vergleichende Analyse vorhandener Software und eine Befragung von Designern wurde ein Grey‑Box‑Ansatz konzipiert. Das Verfahren kombiniert zweidimensionale Zonenmodelle, die mittels Lattice‑Boltzmann‑Methode vereinfacht werden, mit tiefen neuronalen Netzen (DNNs). Auf diese Weise können Windfelder aus architektonischen Diagrammen heraus berechnet werden, ohne aufwendige CFD‑Simulationen durchführen zu müssen.

Validierung

Die Vorhersagegenauigkeit des „Energy Diagram“ wurde anhand von Windkanal‑Experimenten, Feldmessungen und CFD‑Simulationen geprüft. Für einen Würfel‑Testfall ergab sich ein mittlerer absoluter prozentualer Fehler (MAPE) von 16,85 % gegenüber den Experimenten und 10,45 % gegenüber den Simulationen. Für einen Lesesaal‑Testfall lagen die Werte bei 19,21 % (Messungen) bzw. 13,79 % (Simulationen).

Praxisanwendung

In einem Architekturstudio wurde das Tool eingesetzt, um die visuelle Integration, den geometrischen Übergang und die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine zu untersuchen. Die Designer berichteten, dass die unmittelbare Rückmeldung zu windtechnischen Auswirkungen die iterative Gestaltung erleichtere.

Bedeutung für die Branche

Das Ergebnis zeigt, dass ein benutzerzentriertes, visualisiertes Simulationsinstrument Designer befähigt, proaktiv an nachhaltigen Bauprojekten mitzuwirken. Durch die frühe Einbindung von Winddaten könnten Energieverbrauch und thermischer Komfort bereits im Entwurf verbessert werden.

Dieser Bericht basiert auf Informationen von PLOS ONE, lizenziert unter Creative Commons BY 4.0 (Open Access). Wissenschaftliche Inhalte, offen zugänglich.