Parametric flow simulation for early design phase: Case study of an urban regeneration area in Izmir

Abstract

Climate change and its effects on the planning of cities require new dynamics for designing new expansion zones or neighborhood development projects. In conceptual phases, decision-makers, architects, planners, and engineers must consider extreme weather events and increased wind speeds in cities due to climate change to ensure the safety of pedestrians. Proposed building layouts, geometrical parameters, and features should be investigated in an artificial environment to satisfy wind behavior for acceptable conditions. Computational Fluid Dynamics (CFD) software provides insight into wind effects on the pedestrian level for the proposed layout of buildings and the surrounding area. This insight can boost the design process without conducting experimental wind tunnel tests. This study aims to assess the impact of building geometry (height, width, length) and building spacings in urban development projects for the safety and comfort of users in pedestrian-level wind environments with CFD simulations. The case area of this study is the first phase of an urban regeneration area in Izmir. The proposed layout is analyzed with prevailing wind speeds and directions to identify the dangerous and comfortable regions around buildings. Sub-configurations of buildings are simulated in CFD software to compare with existing wind tunnel tests for verification and validation. A design proposal with building features is evaluated with validated CFD parameters to examine the impact on pedestrian-level wind speeds. Mean speeds for corresponding comfort and safety limits of categorized human activities are compared to findings to identify suitable locations for these activities around buildings. Design parameters of urban layout; distance between buildings, height, and balconies on facades showed significant effects on pedestrian level wind environment. Building height among these parameters proved to be a decisive feature that should be considered in the early design stages.

İklim değişikliği ve bunun şehirlerin planlanması üzerindeki etkileri, yeni genişleme bölgeleri veya mahalle gelişim projeleri tasarlamak için yeni dinamikler gerektirmektedir. Kavramsal aşamalarda, karar vericiler, mimarlar, planlamacılar ve mühendisler, yayaların güvenliğini sağlamak için aşırı hava olaylarını ve şehirlerde iklim değişikliği nedeniyle artan rüzgar hızlarını dikkate almak zorundadır. Önerilen bina yerleşimleri, geometrik parametreler ve özellikleri yapay bir ortamda uygun rüzgar koşullarını sağlamak için araştırılmalıdır. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yazılımı, önerilen bina yerleşimi ve çevresindeki alan için yaya seviyesindeki rüzgar etkilerine ilişkin bilgi sağlar. Bu yaklaşımla, deneysel rüzgar tüneli testleri yapmadan projelerin tasarım sürecini hızlandırabilir. Bu çalışma, kentsel gelişim projelerinde bina geometrisi (yükseklik, genişlik, derinlik) ve binalar arası mesafelerin kullanıcıların güvenliği ve konforu için yaya seviyesi rüzgar ortamındaki etkisini HAD simülasyonları ile değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Bu çalışmanın örnek alanı, İzmir'de bir kentsel dönüşüm alanının ilk etap aşamasıdır. Önerilen yerleşim, binaların etrafındaki tehlikeli ve konforlu bölgeleri belirlemek için hakim rüzgar hızları ve yönleri ile analiz edilmiştir. Binaların konfigürasyonları, doğrulama ve geçerlilik yapmak için mevcut rüzgar tüneli testleri ile karşılaştırılarak HAD yazılımında simüle edilmiştir. Bina özelliklerini içeren öneri tasarım doğrulanmış HAD parametreleri ile yaya seviyesi rüzgar hızlarına etkilerini görmek için değerlendirilmiştir. Kategorize edilmiş insan faaliyetlerine karşılık gelen konfor ve güvenlik sınırları dahilindeki ortalama hızlar, binaların çevresinde bu faaliyetler için uygun yerleri belirlemek için bulgularla karşılaştırılmıştır. Kentsel yerleşimin tasarım parametrelerinden binalar arası mesafe, yükseklik ve balkon konumları yaya seviyesi rüzgar ortamı üzerinde önemli etkiler göstermiştir. Bu parametreler arasındaki bina yüksekliği erken tasarım sürecinde değerlendirilmesi gereken belirleyici unsur olmuştur.