Les 1 Wind
Bouwfysica is de natuurkunde van de bouw. Natuurkundige verschijnselen waarmee de
bouwfysica zich met name bezighoudt zijn:
- Warmte
- Vocht
- Luchttransport
- Geluid
- Licht
Wat is stedenbouwfysica?
Onbebouwd gebied vs bebouwd gebied
Platteland vs stad
Natuurlijk klimaat vs microklimaat
Bij stedenbouwkundigfysica wordt er gekeken naar het gebied i.p.v. het gebouw.
Bouwen creëert een eigen microklimaat
Dit heeft gevolgen voor:
- Bezonning en daglicht
- Wind
- Akoestiek
- Warmte/ vocht
- Energie
In dit college:
- Wat is wind?
- Windklimaat
- Stromingen rond gebouwen
- Stroming nabij gebouwen
- Ontwerprichtlijnen windklimaat
Wat is wind? = Verplaatsing van luchtmoleculen. (Die daardoor een kracht kunnen
uitoefenen op een object)
Waardoor wordt wind veroorzaakt? = De verplaatsing van luchtmoleculen gebeurt altijd
van een gebied met een hogere luchtdruk (meer luchtmoleculen) naar een gebied met
een lagere luchtdruk (minder luchtmoleculen).
Hogedruk met de klok mee - Lage druk tegen de klok in
Verplaatsing van luchtmoleculen van hoge naar lage druk, maar op
het noordelijk halfrond draait de wind altijd linksom een
lagedrukgebied en rechtsom een hogedrukgebied (Corriolis-effect),
wat resulteert in veranderlijke spiraalvormige luchtstromen.
,Voor de Nederlandse context geldt: Aan de kust hogere gemiddelde windsnelheid (ca
6m/s) dan landinwaarts (ca 4m/s). Overheersende windrichting Zuidwest.
Verticaal gezien hebben wij het bij “het weer” over de onderste laag van de atmosfeer →
de troposfeer. (Tot ca 10km hoogte)
Voor stedenbouwfysica is alleen de onderste laag van de troposfeer van belang: de
atmosferische grenslaag (menglaag).
Hoogte van de luchtlaag waar de windstroming wordt beïnvloed door de ruwheid van
aardoppervlak. Hoogte circa 250-500m.
Daar waar de invloed minimaal wordt, wordt gesproken van de interne grenslaag
(menglaag). Een stad heeft dus tot op grote invloed op windrichting en snelheid. Deze
wordt echter meestal niet bewust ervaren op het maaiveld.
De gemiddelde wind op maaiveld (de stedelijke laag) is kleiner dan de wind op grotere
hoogten door de wrijving met het aardoppervlak.
Logaritmisch windsnelheid profiel
- In de interne grenslaag, boven de stedelijke laag
- Werkelijkheid veel complexer
,U staat voor snelheid
Ug = Interne grenslaag
U10 = 10 meter hoogte (meetstations KNMI)
70% van de snelheid van g
Voor de stedenbouwfysica en het stedenbouwkundig ontwerp is de invloed van de
stedelijke laag het meest relevant:
- Stroming afhankelijk van starten, gebouwvorm
- Vandaar: windtunnelonderzoek, CFD-simulaties
Oefenvraag
Waar zal de gemiddelde windsnelheid op 10m hoogte groter zijn: in een hoogbouw-
gebied of in een laagbouwgebied?
Waar zal de maximale windsnelheid op 10 m hoogte hoger zijn?
Bovenstaande vragen gaan uit van een gelijke Ug
De gemiddelde windsnelheid op 10m hoogte is groter in een laagbouwgebied
aangezien er minder “wrijving” is door de stedelijke laag tussen aardoppervlak en de
luchtstroming met Ug
De maximale windsnelheid op 10m hoogte zal hoger zijn in hoogbouwgebieden
vanwege allerlei wervelingen in de stedelijke laag
Effecten van wind
- De verplaatsing van luchtmoleculen oefent een kracht uit op een object:
windhinder.
- De verplaatsing van lucht zorgt voor verversing van de lucht: afkoeling en
verbetering luchtkwaliteit.
Bij windsnelheden boven circa 5m/s gaan mechanische effecten een rol spelen: haar
waait, kleding paraplu’s worden door de wind bewogen. Afhankelijk die men op een
zeker moment onderneemt.
Wanneer is wind gevaarlijk?
- Drempelsnelheid van U=15m/s als gevarencriterium
Wanneer is wind oncomfortabel
- Drempelsnelheid van U=5 m/s
Windhinder wordt niet bepaald door de gemiddelde windsnelheid maar door de
windvlagen en turbulentie. Dit zorgt namelijk voor een onvoorspelbaar evenwicht en
een toename in windsnelheid.
Windvlaag: toename windsnelheid in korte tijd (1,5 tot 2,0 x U) U = gemiddelde
windsnelheid loophoogte.
, Turbulentie: chaotische verandering in druk en snelheid. Hoe
ruwer de stedelijk laag (door bebouwing) hoe groter de
turbulentie.
Vergrotingsfactoren windsnelheid op loopniveau (h=1,75m)
C1 = U1,75 / U10
C1 = vergrotingsfactor (c)
U1,75 = windsnelheid op loophoogte
U10 = windsnelheid op 10m hoogte (meteo-stations)
Logwet: U175 = 0,7 x U10
Dus de gemiddelde windsnelheid op loopniveau is normaalgesproken 70% van de
snelheid op 10m hoogte.
Toename windsnelheid op loop niveau h=1,75m ten gevolge van plaatselijke turbulentie.
U0 is hier dus 0,7xU10
U1,75 = c2 X U0
Beschutte plek: c2 klein, maar turbulentie-intensiteit groot
Gebouwhoek: c2 groot, maar turbulentie-intensiteit relatief klein
Beschutte plek: c2 < 0,7
Verslechtering: c2 > 0,7 (tot ca. 1,5): risico op windhinder
Oefenvraag
In welk gebie is er sprake van windhinder of windgevaar met een uurgemiddelde
windsnelheid van 5 m/s (dichtstbijzijnde weerstation)?
Het gaat hier om de vergrotingsfactor c2. C2 =U1,8 / U10
Oftewel lokale windsnelheid met bebouwing op loophoogte (U1,8) in relatie tot de
lokale windsnelheid zonder bebouwing op hoogte (U0).
Bouwfysica is de natuurkunde van de bouw. Natuurkundige verschijnselen waarmee de
bouwfysica zich met name bezighoudt zijn:
- Warmte
- Vocht
- Luchttransport
- Geluid
- Licht
Wat is stedenbouwfysica?
Onbebouwd gebied vs bebouwd gebied
Platteland vs stad
Natuurlijk klimaat vs microklimaat
Bij stedenbouwkundigfysica wordt er gekeken naar het gebied i.p.v. het gebouw.
Bouwen creëert een eigen microklimaat
Dit heeft gevolgen voor:
- Bezonning en daglicht
- Wind
- Akoestiek
- Warmte/ vocht
- Energie
In dit college:
- Wat is wind?
- Windklimaat
- Stromingen rond gebouwen
- Stroming nabij gebouwen
- Ontwerprichtlijnen windklimaat
Wat is wind? = Verplaatsing van luchtmoleculen. (Die daardoor een kracht kunnen
uitoefenen op een object)
Waardoor wordt wind veroorzaakt? = De verplaatsing van luchtmoleculen gebeurt altijd
van een gebied met een hogere luchtdruk (meer luchtmoleculen) naar een gebied met
een lagere luchtdruk (minder luchtmoleculen).
Hogedruk met de klok mee - Lage druk tegen de klok in
Verplaatsing van luchtmoleculen van hoge naar lage druk, maar op
het noordelijk halfrond draait de wind altijd linksom een
lagedrukgebied en rechtsom een hogedrukgebied (Corriolis-effect),
wat resulteert in veranderlijke spiraalvormige luchtstromen.
,Voor de Nederlandse context geldt: Aan de kust hogere gemiddelde windsnelheid (ca
6m/s) dan landinwaarts (ca 4m/s). Overheersende windrichting Zuidwest.
Verticaal gezien hebben wij het bij “het weer” over de onderste laag van de atmosfeer →
de troposfeer. (Tot ca 10km hoogte)
Voor stedenbouwfysica is alleen de onderste laag van de troposfeer van belang: de
atmosferische grenslaag (menglaag).
Hoogte van de luchtlaag waar de windstroming wordt beïnvloed door de ruwheid van
aardoppervlak. Hoogte circa 250-500m.
Daar waar de invloed minimaal wordt, wordt gesproken van de interne grenslaag
(menglaag). Een stad heeft dus tot op grote invloed op windrichting en snelheid. Deze
wordt echter meestal niet bewust ervaren op het maaiveld.
De gemiddelde wind op maaiveld (de stedelijke laag) is kleiner dan de wind op grotere
hoogten door de wrijving met het aardoppervlak.
Logaritmisch windsnelheid profiel
- In de interne grenslaag, boven de stedelijke laag
- Werkelijkheid veel complexer
,U staat voor snelheid
Ug = Interne grenslaag
U10 = 10 meter hoogte (meetstations KNMI)
70% van de snelheid van g
Voor de stedenbouwfysica en het stedenbouwkundig ontwerp is de invloed van de
stedelijke laag het meest relevant:
- Stroming afhankelijk van starten, gebouwvorm
- Vandaar: windtunnelonderzoek, CFD-simulaties
Oefenvraag
Waar zal de gemiddelde windsnelheid op 10m hoogte groter zijn: in een hoogbouw-
gebied of in een laagbouwgebied?
Waar zal de maximale windsnelheid op 10 m hoogte hoger zijn?
Bovenstaande vragen gaan uit van een gelijke Ug
De gemiddelde windsnelheid op 10m hoogte is groter in een laagbouwgebied
aangezien er minder “wrijving” is door de stedelijke laag tussen aardoppervlak en de
luchtstroming met Ug
De maximale windsnelheid op 10m hoogte zal hoger zijn in hoogbouwgebieden
vanwege allerlei wervelingen in de stedelijke laag
Effecten van wind
- De verplaatsing van luchtmoleculen oefent een kracht uit op een object:
windhinder.
- De verplaatsing van lucht zorgt voor verversing van de lucht: afkoeling en
verbetering luchtkwaliteit.
Bij windsnelheden boven circa 5m/s gaan mechanische effecten een rol spelen: haar
waait, kleding paraplu’s worden door de wind bewogen. Afhankelijk die men op een
zeker moment onderneemt.
Wanneer is wind gevaarlijk?
- Drempelsnelheid van U=15m/s als gevarencriterium
Wanneer is wind oncomfortabel
- Drempelsnelheid van U=5 m/s
Windhinder wordt niet bepaald door de gemiddelde windsnelheid maar door de
windvlagen en turbulentie. Dit zorgt namelijk voor een onvoorspelbaar evenwicht en
een toename in windsnelheid.
Windvlaag: toename windsnelheid in korte tijd (1,5 tot 2,0 x U) U = gemiddelde
windsnelheid loophoogte.
, Turbulentie: chaotische verandering in druk en snelheid. Hoe
ruwer de stedelijk laag (door bebouwing) hoe groter de
turbulentie.
Vergrotingsfactoren windsnelheid op loopniveau (h=1,75m)
C1 = U1,75 / U10
C1 = vergrotingsfactor (c)
U1,75 = windsnelheid op loophoogte
U10 = windsnelheid op 10m hoogte (meteo-stations)
Logwet: U175 = 0,7 x U10
Dus de gemiddelde windsnelheid op loopniveau is normaalgesproken 70% van de
snelheid op 10m hoogte.
Toename windsnelheid op loop niveau h=1,75m ten gevolge van plaatselijke turbulentie.
U0 is hier dus 0,7xU10
U1,75 = c2 X U0
Beschutte plek: c2 klein, maar turbulentie-intensiteit groot
Gebouwhoek: c2 groot, maar turbulentie-intensiteit relatief klein
Beschutte plek: c2 < 0,7
Verslechtering: c2 > 0,7 (tot ca. 1,5): risico op windhinder
Oefenvraag
In welk gebie is er sprake van windhinder of windgevaar met een uurgemiddelde
windsnelheid van 5 m/s (dichtstbijzijnde weerstation)?
Het gaat hier om de vergrotingsfactor c2. C2 =U1,8 / U10
Oftewel lokale windsnelheid met bebouwing op loophoogte (U1,8) in relatie tot de
lokale windsnelheid zonder bebouwing op hoogte (U0).
