30 stycznia 2024 roku zostało otwarte Laboratorium Aerodynamiki Środowiskowej (LAŚ) Politechniki Krakowskiej. To wyjątkowy obiekt w skali światowej, którego ogrom możliwości badawczych pozwoli na lepsze planowanie miast, skuteczną walkę ze smogiem i rozwój energetyki wiatrowej. 

Supernowoczesne, krakowskie laboratorium 

Laboratorium Aerodynamiki Środowiskowej to niezwykły obiekt zlokalizowany na kampusie Czyżyny Politechniki Krakowskiej. Jest unikatowy na skalę światową, bowiem jako jedyny zawiera w sobie takie możliwości badawcze zlokalizowane w jednym miejscu. O komentarz poprosiliśmy kierownika infrastruktury technicznej laboratorium, dr inż. arch. Łukasza Flagę:

– Każde laboratorium aerodynamiczne jest charakterystyczne, bo jest dedykowane pod konkretny rodzaj badań, ma konkretne wymiary, parametry, własną specyfikę. Nasze, ze względu na zakres możliwych usług doświadczeń badawczych jest tym bardziej unikatowe, bo mamy w jednym obiekcie kilka laboratoriów, w tym klimatyczne, i o niespotykanej skali. W Europie, poza Czechami i Niemcami, które mają swoje tunele klimatyczne, ale małe, nasze bije ich na głowę, ze względu na to, że zakres prac badawczych w kontrolowanym środowisku jest faktycznie unikatowy. I tu, fakt, można stwierdzić, że w skali światowej. Na poziom naszej aktualnej wiedzy, chwilowo raczej nie mamy konkurencji – powiedział.

Twórcy projektu zwracają także uwagę na to, że LAŚ w całości zostało zaprojektowane i wykonane przez zespół inżynierów PK oraz polskie firmy. 

– Bardzo często polska nauka jest niedoceniana, bardzo często mówi się o tym, że nie mamy odpowiedniego potencjału. My pokazujemy, że jest dokładnie odwrotnie. Zrobiliśmy laboratorium na skalę światową, które ma ogromne możliwości badawcze – powiedział rektor Politechniki Krakowskiej, inż. Andrzej Szarata.

Celem LAŚ jest badanie oddziaływania środowiska naturalnego na obiekty infrastrukturalne, inżynierskie oraz umożliwienie analizy przewietrzania miasta. Co to oznacza w praktyce? Zacznijmy od tego pierwszego.

Jak przewidzieć reakcje infrastruktury na wiatr, deszcz i śnieg?

Politechnika Krakowska dysponuje specjalnymi mechanizmami, na podstawie których można zademonstrować, zbadać i przewidzieć wpływ czynników środowiskowych, takich jak wiatr, deszcz czy śnieg na konstrukcje budowlane. To daje ogromne przełożenie dla bezpieczeństwa osób użytkujących tego typu obiekt. 

– W budynku, w którym się znajdujemy, są zlokalizowane 3 tunele aerodynamiczne. Największy z nich przeznaczony jest do badań wysokościowych – mostów, fragmentów miast. Bateria trzech wentylatorów umożliwia tam rozpędzenie wiatru do średnio 30 m/s, w porywach mamy nawet 40 m/s, to jest w potocznym rozumieniu ponad 100km/h – mówił dr inż. arch. Łukasz Flaga, kierownik infrastruktury technicznej laboratorium.

W celu sprawdzenia wytrzymałości na wiatr o konkretnej sile, czy też obciążenia środowiskowego z powodu deszczu lub śniegu, przygotowuje się model osprzętowany specjalistyczną aparaturą.

– Mamy infrastrukturę na specjalnym ruszcie, przygotowane systemy, które umożliwiają nam zraszanie, czyli symulację różnych średnic kropli deszczu (deszczu o różnej intensywności), możliwość zamgławiania – to osobna instalacja do wygenerowania bardzo drobnej i dobrze rozproszonej chmury deszczu – i możliwość sterowania temperaturą w zakresie od -10 do 25 stopni Celsjusza, więc ta koincydencja występowania na raz ujemnej temperatury i rozpylonych, drobnych cząsteczek wodnych powoduje, że możemy wytwarzać na elementach np. elewacyjnych warstwę oblodzenia. Do tego jest rozproszony system promienników ciepła nad przestrzenią badawczą, który umożliwia rozmrażanie elementów, czyli obserwowanie tzw. przejścia przez 0 – tłumaczył Łukasz Flaga.

Przełomowe badania przewietrzania miast ze smogu

Drugą, wyjątkowo przydatną i istotną funkcją LAŚ jest możliwość analizy przewietrzania miasta, czyli wskazania, które części miasta są narażone na koncentrację zanieczyszczeń i smogu. Wyjątkowe jest to, że projekt można zbadać w dużej skali, dotychczas niedostępnej, uwzględniając dynamiczne (realne) przewietrzanie miasta i redukcji smogu na obszarach zurbanizowanych.

• Czytaj także: Już za 100 dni kopciuchy w Małopolsce będą zakazane. Na jakim etapie jest wymiana pieców w gminach? [MAPA]

W ramach tego typu eksperymentu odwzorowywany jest w bardzo precyzyjny sposób napływ wiatru z danego kierunku na układzie urbanistyki i ortografii (rzeźby terenu). W trakcie trwania takiej symulowanej, ale jednocześnie kontrolowanej sytuacji, badane jest chociażby, czy wstawienie dodatkowego budynku, nie wstawienie go lub zmiana jego wielkości spowoduje zmianę w polach prędkości wiatru. Występują takie okresy, szczególnie zimą, w których stężenie zanieczyszczeń pyłowych jest szczególnie wysokie. Wówczas, jeżeli nie występuje naturalny ruch powietrza, trzeba go wspomóc, aby, kolokwialnie mówiąc, tych zanieczyszczeń się pozbyć. Dzięki badaniom możliwa jest identyfikacja kluczowych punktów i zaplanowanie korytarzy przewietrzania miasta. 

Praktyczne zastosowanie – komu przysłużą się badania naukowców?

Gdzie znajdą zastosowanie opisane metody? Z pewnością okażą się one pomocne dla jednostek samorządowych w procesie planowania miast i zagospodarowania przestrzeni, dla architektów oraz planistów, pokazując w jaki sposób kształtować zabudowę. Tego typu badania pozwalają określić, w których miejscach następuje nagromadzenie smogu, ale też i innych zanieczyszczeń, czy wybudowanie obiektu o danych parametrach wpłynie na ten stan pozytywnie, neutralnie, czy negatywnie. 

• Zobacz też: SCT w Krakowie nie powstanie w tym roku? A kiedy?

Badania przysłużą się także branży OZE (energetyce wiatrowej) i o to zapytaliśmy eksperta, inż. arch. Łukasza Flagę. Architekt odpowiedział, podając przykład zlokalizowanego w obiekcie tunelu nr 1. W tunelu tym znajduje się wygospodarowana specjalna przestrzeń na potrzeby badania turbin wiatrowych i małych siłowni wiatrowych. Zamontowana jest tam siłownia o pionowej osi obrotu wirnika turbin wiatrowych, ale uczelnia posiada także specjalną aparaturę służącą do montażu siłowni poziomej osi obrotu, czyli klasycznych wiatraków. Dzięki tej aparaturze zyskujemy możliwość określenia tego, jak skutecznie są one zaprojektowane oraz jaki uzyskują współczynnik mocy i momentu. To podstawowe parametry, które dla konsumentów mają realne przełożenie na to ile energii i w jakich prędkościach napływającego wiatru będzie się z danego układu/systemu energetycznego uzyskiwać. 

Kilka słów o projekcie

Laboratorium Aerodynamiki Środowiskowej powstało na terenie kampusu Politechniki w Czyżynach przy al. Jana Pawła II 37. To trzykondygnacyjny budynek (w tym 1 kondygnacja podziemna)  o powierzchni 1 665 m2 i kubaturze 11 776 m3. Kluczowa infrastruktura LAŚ PK to dwa duże tunele aerodynamiczne o obiegu zamkniętym, każdy wyposażony w dwie przestrzenie pomiarowe i zróżnicowany system wentylatorów (o oryginalnej konstrukcji i geometrii, wibroizolowanych, z konfuzorami i dyfuzorami). 

LAŚ warte jest ponad 34 miliony złotych. Powstało przy wsparciu ze środków unijnych, pozyskanych przez uczelnię z Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Małopolskiego na lata 2020-2024. Dofinansowanie z UE to 17 460 966 zł, pozostałe środki na budowę pochodziły z budżetu Politechniki i Wydziału Inżynierii Lądowej PK, do którego przynależy nowopowstała jednostka. Otwarcie laboratorium wieńczy kilkadziesiąt lat doświadczeń badawczych ekspertów PK.

Źródła: Politechnika Krakowska

Fot.: Politechnika Krakowska, Paulina Tyc

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.