Best practice: Berekening voor efficiëntere dakconstructies

Binkz is een Canadees bedrijf dat gespecialiseerd is in Computational Fluid Dynamics (CFD)-consulting. Eén van de diensten die Binkz aanbiedt, is een applicatie om sneeuwverplaatsing en –transport te berekenen. De uitkomsten kunnen gebruikt worden om daken te ontwerpen die zowel veilig als kostenefficiënt zijn.

Close-up van Cartesius super computer

snowFoam

In Nederland is sneeuw geen punt, maar in Canada en Scandinavië kunnen sneeuwverplaatsing door de wind en sneeuwophoping ernstige schade toebrengen aan daken en gebouwen. Binkz heeft een applicatie ontwikkeld onder de naam snowFoam. Ziad Boutanios, hoofdingenieur bij Binkz, legt uit hoe die werkt: “Onze applicatie berekent de sneeuwverplaatsing en –ophoping als gevolg van natuurlijke sneeuwval en herverdeling door de luchtstroming. De applicatie geeft ook inzicht in het gewicht en de dikte van sneeuw op een dak, rondom gebouwen en obstakels en zelfs over een landschap. De applicatie biedt onze klanten een betrouwbare manier om het gewicht van de sneeuw te berekenen en dat te vergelijken met de sterkte van een dak. Op deze manier kunnen ze zwakke plekken in een dak identificeren die zouden kunnen bezwijken onder een zware sneeuwlast.”

ontwerpvoorbeeld van Snowfoam

Ontwerpvoorbeeld van Snowfoam

Betrouwbare aanpak

De nieuwe applicatie verschilt van traditionele manieren om sneeuwophoping en –gewicht te berekenen, waarbij sneeuw en lucht als een mengsel worden opgevat. “Deze benadering heeft zeer grote fouten tot gevolg als het gaat om sneeuwverplaatsing door de lucht op daken en rondom gebouwen”, legt Ziad uit. “In onze aanpak worden de sneeuw en de luchtstroming afzonderlijk behandeld. We berekenen de verbinding van sneeuw en lucht zonder gebruik te maken van empirische formules. Dit vermindert het aantal rekenfouten enorm en leidt tot betrouwbare resultaten.” De applicatie van Binkz is goed nieuws voor gebouwen met relatief platte daken, zoals supermarkten, waar sneeuw gemakkelijk kan ophopen. Ingenieurs en bouwkundigen die sneeuwproblemen willen vermijden, hebben de neiging hun daken te degelijk te ontwerpen, wat leidt tot onnodige kosten. Met snowFoam beschikken ze over een kostenefficiënt gereedschap dat ze helpt te bepalen hoe sterk hun dak moet zijn.

“SURFsara heeft ons experiment tot ontwikkeling laten komen op de nationale supercomputer Cartesius en gaf ons dagelijks ondersteuning bij het draaien van de simulaties en het bewerken van de resultaten."

Fortissimo

Om de applicatie te testen in een high performance computing (HPC)-omgeving, heeft Binkz samengewerkt met VORtech en SURFsara in een Fortissimo-project. VORtech is een Nederlands bedrijf dat grondige kennis over wiskundige modellering, simulatie en algoritmes combineert met state-of-the-art methodes voor softwareontwikkeling. VORtech zorgde voor een gedetailleerde analyse van de performance van de applicatie in de HPC-omgeving van SURFsara, waar de applicatie parallel op tientallen processoren draaide. “Dit is nodig omdat snowFoam veel rekenkracht vergt vanwege de zeer nauwkeurige behandeling van de sneeuw en luchtstroming”, zegt Ziad. “De analyse van VORtech stelde ons in staat om de best mogelijke instellingen te kiezen, waardoor we de beste performance konden realiseren.”

Visualisatie op afstand

Ziad was ook blij met de hulp van SURFsara: “SURFsara heeft ons experiment tot ontwikkeling laten komen op de nationale supercomputer Cartesius en gaf ons dagelijks ondersteuning bij het draaien van de simulaties en het bewerken van de resultaten. SURFsara gaf ons ook toegang tot remote visualisatie. Hierdoor konden we de resultaten van de simulaties op afstand analyseren, zonder dat we steeds de tientallen gigabytes aan data hoefden te downloaden die snowFoam voor elke simulatie genereert.”

Dit artikel is eerder gepubliceerd in het Jaaroverzicht 2015