1 BAKGRUNN 2 RESULTATER FRA BEREGNINGENE LOKALKLIMA GRILLSTAD MARINA - FELT B3 OG N Midlere vindhastighet innenfor planområdet NOTAT INNHOLD

Transkript

1 Oppdragsgiver: Grilstad Marina AS Oppdrag: Grilstad Marina Klimavurdering Dato: Skrevet av: Hanne C. Jonassen Kvalitetskontroll: Nina A Rieck LOKALKLIMA GRILLSTAD MARINA - FELT B3 OG N7 INNHOLD 1 Bakgrunn Resultater fra beregningene Midlere vindhastighet innenfor planområdet Vindkomfort Vurdering ulike alternativer for bygningene i nordlige del av planområdet Oppsummering anbefaling Modell og inngangsdata Beskrivelse av vindmodellen Bygningsdata, terreng og vegetasjon Bakgrunns vindforhold for Grilstad Marina Vindkomfort BAKGRUNN I forbindelse med detaljregulering av felt B3 og N7 på Grillstad Marina er Asplan Viak bedt om å utføre en lokalklimavurdering av det foreslåtte utbyggingsmønsteret for området. Arbeidet tar dels utgangpunkt i notatet som ble utarbeidet for regulering/konsekvensutredning av Grillstad Marina i 2008, men da planområdet ligger vindeksponert til har det vært nødvendig å utføre supplerende vindsimuleringer. Vindsimuleringene er utført av Civitas v/ Erik Berge. 2 RESULTATER FRA BEREGNINGENE 2.1 Midlere vindhastighet innenfor planområdet I Figur 2-1 er vist midlere vindhastighet i 2 m høyde over bakken basert på vinddata for hele året. Generelt ser vi at bygningsmassen reduserer de midlere vindhastighetene i forhold hastighetene på vest-, øst- og nordsiden av planområdet. Men enkelte områder viser også høyere vindhastigheter. Områdene med høyest årsmiddelvind er røde og vi finner de på det

2 Side 2 av 17 østligste hjørnet av planområdet og mellom de nordligste bygningene. Innenfor flere av gårdsrommene er det relativt lave middelvinder. Vindkomfort refereres vanligvis til hvor ofte vinden er sterkere enn gitte vindhastigheter (se forklaring kapittel 3). Middelvinden er derfor ikke så godt egnet til å vurdere vindkomfort. I neste avsnitt har vi presentert beregninger av vindkomfort basert på kriterier fra Tabell 1 i kapittel 3. Figur 2-1. Midlere vindhastighet innenfor planområdet i 2 m høyde. Data for alle timer hele året. 2.2 Vindkomfort Resultater simulering vind over 3,5 m/s (sittegrupper/stående fortgjengere) Figur 2-2 og Figur 2-3 viser vindkomfort for kategoriene; utearealer for sittegrupper, inngangspartier og stående fotgjengere basert på hyppighet av vind over 3.5 m/s (se også Tabell 1).

3 Side 3 av 17 Figur 2-2. Hyppighet (%) av vindhastighet over 3.5 m/s for vinterhalvåret. Lilla tilsvarer god vindkomfort. Figur 2-3. Hyppighet (%) av vindhastighet over 3.5 m/s for sommerhalvåret. Lilla tilsvarer god vindkomfort. Planområdet er forholdsvis vindeksponert og det er få områder som har gunstig vindkomfort i forhold til disse kriteriene (lilla eller lys blå farge). Dette er særlig tilfelle i vinterhalvåret, mens det i sommerhalvåret er mer gunstig innenfor gårdsrommene og i le av noen av

4 Side 4 av 17 bygningene. Tiltak for å lage gode uterom for sittegrupper og skjerming av inngangspartier anbefales Tiltak for å skjerme sittegrupper og inngangspartier Tiltak som gir god leeffekt kan bl a være transparente levegger (50%lukket og 50% åpne), vegetasjon med rik bladstruktur, mindre terrenghøyder. En tommelfinger-regel sier at leffekten er 2 x høyden på skjermen, dvs dersom skjermen er 5 meter høy vil den gi en skjermingseffekt 10 meter bak skjermen. Eksempler på lokale skjermingstiltak: Resultater simulering vind over 5,5 m/s (gående fotgjengere) Vi har videre vurdert vindkomfort for; gående fotgjengere i Figur 2-4 og Figur 2-5. Gående fotgjengere vurderes opp mot vindhastigheten 5.5 m/s (Tabell 1). De lilla områdene har god vindkomfort, mens grønne, gule og brune områder er mer ugunstige. De brune områdene har dårligst vindkomfort. I vinterhalvåret er det god vindkomfort innenfor en del av gårdsrommene, mens det for store deler av arealene på sør-, øst-, nord- og vestsiden av planområdet er dårlig vindkomfort. I sommerhalvåret er det god vindkomfort de fleste stedene med unntak av enkelt utsatte hushjørner og passasjer. Særlig utsatt er passasjen mellom de to nordøstligste bygningene. Resultatene viser tydelig at det er stor forskjell i vindklimaet i Trondheimsregionen fra vinter til sommer. I Figur 2-6 har vi også vist vindkomfort for gående fotgjengere for perioden kl i sommerhalvåret. De gunstige arealene (lilla områder) er stort sett de samme som for hele døgnet sommerstid. Samtidig ser vi at arealene med redusert vindkomfort er noe større for denne perioden sammenlignet med dataene som beskriver hele døgnet i sommerhalvåret.

5 Side 5 av 17 Figur 2-4. Hyppighet (%) av vindhastighet over 5.5 m/s i vinterhalvåret. Lilla tilsvarer god vindkomfort. Figur 2-5. Hyppighet (%) av vindhastighet over 5.5 m/s i sommerhalvåret. Lilla tilsvarer god vindkomfort.

6 Side 6 av 17 Figur 2-6. Hyppighet (%) av vindhastighet over 5.5 m/s i sommerhalvåret i perioden kl Lilla tilsvarer god vindkomfort Prinsipper for lokalklimaskjerming Tiltak for å lage gode uterom for gående fotgjengere kan være beplanting og terrenghøyder, gjerne i kombinasjon med hverandre. Eksempler på lokale skjermingstiltak:

7 Side 7 av Risiko for farlige vindhastigheter i 2 m høyde. Det er ikke utarbeidet standarder for hva som kan defineres som farlige vindhastigheter innenfor et bebygd område i Norge, men en slik standard er utviklet i Nederland. Den Nederlandske vindstandarden 1NEN 8100 (2006) gir en definisjon av når farlige vindforhold kan oppstå innenfor et boligområde. For en nærmere diskusjon av NEN 8100 se 2Jansen m.fl Grensen for farlige vindforhold i fotgjengerhøyde (ca. 2 m høyde over bakken) er satt til 15 m/s. Ved en hyppighet lavere enn 0.05 % ansees vindforholdene å være ufarlige. For en hyppighet mellom 0.05 og 0.3 % (tilsvarende ca. 4 til 26 timer av året) antas dette å gi en begrenset risiko. Når hyppigheten av vindhastighet over 15 m/s er større enn 0.3 % ansees dette som farlige vindforhold. Merk at vi ikke har gjort en nærmere vurdering av hvor godt den Nederlandske standarden vil beskrive farlige vindforhold i Norge. Vindhastigheter refereres vanligvis til 10 m høyde over bakken. En vindhastighet på 15 m/s i 2 m høyde vil typisk kunne tilsvare m/s i 10 m høyde avhengig av ruheten langs bakken. Vindhastigheter mellom 20.8 m/s og 24.4 m/s i 10 m er, ifølge Beauforts vindskala, liten storm. 1 NEN Wind comfort and wind danger in the built environment, NEN 8100 (in Dutch) Dutch Standard. 2 W.D. Janssen, B. Blocken, T. van Hooff. Pedestrian wind comfort around buildings: comparison of wind comfort criteria based on whole-flow field data for a complex case study. Building and Environment, October 25, 2012.

8 Side 8 av Resultater simulering vind over 15 m/s (farlige vindsituasjoner) Siden deler av Grilstad Marina ligger eksponert for vind har vi gjort en beregning av hyppigheten av vindhastigheter over 15 m/s innenfor planområdet for å kunne gjøre en vurdering av dette. I Figur 2-7 er vist hyppighet av hastigheter over 15 m/s i 2 m høyde over bakken. I følge modellberegningene kombinert med den Nederlandske vindstandarden vil lilla områder ikke ha farlige forhold, grønne områder har en viss risiko, mens i de gule og brune områder har farlige forhold. De mest utsatte områdene er særlig passasjen lengst nord og på nordøstsiden, og områdene lengst øst i planområdet. Avbøtende tiltak i disse områdene vil være gunstig ikke bare for å forbedre vindkomforten, men også for å unngå farlige vindsituasjoner. Merk at det ikke er tatt hensyn til lokal vegetasjon og evt. andre skjermer innenfor planområdet som vil kunne redusere vindhastighetene lokalt. Beregningene presentert her kan derfor oppfattes som «konservative» eller nær en øvre grense for de forventede vindhastigheter. Figur 2-7. Hyppighet (%) av vindhastighet over 15.0 m/s i 2 m høyde over bakken. Lilla områder vil ikke være utsatt for farlige vindhastigheter ifølge modellberegningene, grønne områder har en viss risiko, mens i de gule og brune områder kan farlige vindhastigheter oppstå. Det er referert til den Nederlandske vindstandarden (NEN 8100) i forhold til definisjon av farlig vind (se kapittel 3).

9 Side 9 av Vurdering ulike alternativer for bygningene i nordlige del av planområdet Simuleringene viser at området i nord vil være vindeksponert. Slik bebyggelsesstrukturen nå foreligger vil lokalt høye vindhastigheter og lav vindkomfort særlig være utfordring mellom byggene A og B (se de påfølgende figurene på side 10-13). Det er derfor gjort vindberegninger for ulike løsninger av plassering og utforming av disse to bygningene. Hovedalternativet, heretter betegnet alt. 0, er det som ligger til grunn for beregningene presentert i foregående kapittel. I tillegg har vi sett på Alt. 1, Alt. 2 og Alt. 3, som har følgende forskjeller: Alt 1: Bygg helt ned/ ikke inntrukket 1. etg. Alt 2: Noe endret form/ vinkler Alt 3: Noe endret form/ vinkler + sokkel på midterste bygg Resultater simuleringer for ulike alternativer Beregninger er gjort for retningene SSØ, S, V og VNV som er de viktigste vindretningene sommer og vinter. Resultatene er presentert som vindhastigheter relativt til bakgrunns vindhastigheten i 100 m og med vindpiler som beskriver strømningen av luften gjennom området. Vi har bare vist resultater for retningene S og VNV. Resultatene for retningen SSØ og V samsvarer godt med resultatene for henholdsvis S og VNV for området mellom byggene A og B. For vind fra S ser vi at det er høyest hastighet mellom A og B for alt. 0. Gunstigere vindforhold oppnås for de tre andre løsningene. Løsningen med en sokkel ut på østsiden av bygg A gir den mest gunstige vindløsningen. Samtidig ser vi at alt. 2 og alt. 3 gir litt høyere vindhastigheter på det sørøstre hjørnet av bygg B og i passasjen på nordvestsiden av A. For vind fra VNV ser vi et tilsvarende bilde. Vindhastighetene mellom bygg A og B er høyest i alt. 0 og lavest i alt. 3. Beregningene viser at orienteringen av byggene vil påvirke utekomfort knyttet til vind og hyppigheten av vindhastigheter over 15 m/s i det mest utsatte området. En videre optimalisering av orienteringen av bygningen i kombinasjon med andre avbøtende tiltak kan gjøres ved hjelp av modellberegningene. Figuren nedenfor viser prinsippet et bygg med en fremskutt base:

10 Side 10 av Vind fra S Alt.0, referanse B A Alt.1

11 Side 11 av 17 Alt.2 Alt.3

12 Side 12 av Vind fra VNV Alt.0, referanse Alt.1

13 Side 13 av 17 Alt.2 Alt.3

14 Side 14 av 17 3 OPPSUMMERING ANBEFALING Da deler av Grilstad Marina ligger eksponert for vind er det utført simuleringer for retningene SSØ, S, V og VNV som er de viktigste vindretningene sommer og vinter. Slik bebyggelsesstrukturen nå foreligger, vil lokalt høye vindhastigheter og lav vindkomfort særlig være utfordring mellom byggene A og B nord i planområdet. Simuleringene viser at løsningen der bygg A plasseres på en base (framskutt sokkeletasje) gir redusert vindhastighet i passasjen mellom bygg A og B. En optimalisering av orientering og utforming av bygning (A) i kombinasjon med andre avbøtende tiltak, slik som bla innføring av vegetasjonskjermer, bør sees på i det videre arbeidet med planen. 4 MODELL OG INNGANGSDATA 4.1 Beskrivelse av vindmodellen Vi har benyttet vindmodellen UrbaWind for å beregne vindforholdene for Grilstad Marina. Modellen UrbaWind er spesielt utviklet for beregninger av vind rundt bygningsstrukturer, terreng og vegetasjon. Modellen er en såkalt CFD modell (CFD - computational fluid dynamics). Likningene som løses for middelvindhastighetene er Reynoldsmidlede Navier-Stokes likninger (RANS). Resultater fra validering av modellen er tilgjengelig på Usikkerheter i speed-up av hastigheten rundt bygninger er anslått til mellom 5 og 10 % basert på sammenligninger med målinger. Beregningene er utført for 12 uavhengige retninger. Resultatene fra hver av retningene er midlet ved hjelp av vindstatistikk hentet ut for Grilstad Marina (se kapittel 2.4). Beregningene er utført med 1-2 m avstand mellom beregningspunktene både horisontalt og vertikalt. For hver av de 12 retningene gir dette litt over 6 millioner beregningspunkter. Resultater er hentet ut i 2 m høyde over bakken. Beregningsområdet med høy oppløsning (1 m) tilsvarer området innenfor den blå rammen vist i Figur 4-1. Det røde området i figuren representerer det arealet der vinddata er hentet ut fra beregningene. Størrelsen på beregningsområdet er satt slik at luftstrømningen inn mot planområdet skal være mest mulig realistisk. 4.2 Bygningsdata, terreng og vegetasjon 3-D bygningsdata for planområdet og den nærmeste bebyggelsen er lagt inn i beregningsmodellen og de er vist i Figur 4-1. Det er antatt at området er flatt siden terrengdata ikke har vært tilgjengelige for planområdet. Merk at bygningene er modifisert slik at høyden over terrenget i terrengplanet er lik høyden de har over det virkelige terrenget. Variasjonene i terrenghøydene er små innenfor planområdet og antakelsen om et flatt terreng ansees som en god tilnærmelse i forhold vindberegningene. Vegetasjon og bygninger virker bremsende på vinden nærmest bakken. Utenfor beregningsområdet er det tatt hensyn til dette ved å legge inne en ruhetsparameter (z o)

15 Side 15 av 17 avhengig av vindretningen. Denne tar hensyn til overflatens bremsende egenskaper og påvirker vinden særlig nær bakken. Det er ikke lagt inn vegetasjon i planområdet. Beregningene kan derfor antas å representere noe høyere vindverdier enn de som faktisk vil forekomme i områder med vegetasjon. Figur 4-1. Beregningsområdet sett ovenfra. Beregningsområdet med høy oppløsning (2 m) er innenfor den blå rammen, mens området der vinddata er hentet ut er vist i rødt. Bygningene innenfor og utenfor planområdet er vist i grått. 4.3 Bakgrunns vindforhold for Grilstad Marina. Nærmeste meteorologistasjoner som observerer vind er Trondheim Voll (3.6 km mot sørvest) og Værnes (ca. 20 km mot øst). En enkel analyse av observasjonene fra disse stasjonene viser store lokale variasjoner i vindforholdene i Trondheimsregionen. Dette skyldes bla påvirkninger fra nærliggende åser, fjell og Trondheimsfjorden. Finskala vindberegninger fra meteorologiske modeller vil kunne beskrive de lokale variasjonene, og vi har derfor valgt å benytte modelldata som bakgrunns vinddata for området Grilstad Marina. Timesverdier av vinden for en 3 års periode ( ) er gjort tilgjengelig fra Meteorologisk Institutt sin finskala modell for Trondheimsregionen med 1 km avstand mellom beregningspunktene (se e- 53/general-model-description/49-mesoscale-model-harmonie for mer informasjon om modellen). Retningsfordeling er vist i vindrosene i Figur 4-2. Hastighetsfordelingen er også gitt for hver retning i henhold til fargeskalaen. De dominerende vindretningene sett over hele året er S, SSV og SSØ. Retningene VSV, V og VNV er også hyppige. De høyeste vindhastighetene er for vind fra SSØ, S og V. I vinterhalvåret (okt.-mar) dominerer retningene S, SSV og SSØ i større grad, mens i sommerhalvåret (apr.-sep.) er retningen V og NNV mest dominerende. Andelen høye vindhastigheter er størst om vinteren. Vi har også vist retningsfordelingen for ettermiddagsperioden i sommerhalvåret (kl ). I denne perioden er retningen VNV dominerende i tillegg til V og NNØ.

16 Side 16 av 17 Figur 4-2. Bakgrunns vindforhold for Grilstad Marina i 10 m høyde over bakken. Vindrose for hele året (øverst til venstre), vinterhalvåret (øverst til høyre), sommerhalvåret (nederst til venstre) og sommerhalvåret mellom kl. 16 og 20 (nederst til høyre). Hastighetsfordelingen (m/s) i henhold til fargeskalaen er gitt for hver vindretning. Data levert av Meteorologisk Institutt. 5 VINDKOMFORT Når vindkomfort skal vurderes, er det viktig å ta hensyn til at den oppleves forskjellig avhengig av uteaktivitet og oppholdsrom. Eksempelvis vil en vindhastighet kunne oppfattes som uakseptabel når man sitter ute og spiser, mens samme vindhastighet oppfattes som akseptabel når man beveger seg til og fra et hus. Ved hjelp av komfortkriterier kan vindhastigheter relateres til utekomfort avhengig av aktivitet og oppholdsrom. Lawsons komfortkriterier, utviklet ved Universitetet i Bristol, England over en 30 års periode, er en anerkjent internasjonal klassifisering av vindkomfort. I dette arbeidet har vi utnyttet Lawsons komfortkriterier (se Tabell 1 for definisjoner). Tabell 1. Lawsons komfortkriterier. Oppholdsrom/Aktivitet Akseptabelt (1) Utearealer for sittegrupper 4 % > 3.5 m/s

17 Side 17 av 17 (2) Inngangspartier for bygninger 4 % > 3.5 m/s (3) Fotgjengerområder for stående 6 % > 3.5 m/s (4) Fotgjengerområder 6 % > 5.5 m/s (5) Fotgjengere til og fra arbeidet 2 % > 8.0 m/s (6) Veier og parkeringsplasser 2 % > 10.5 m/s Vi ser at Lawsons kriterier gir prosentvis andel av tiden over en viss vindstyrke som antas som «akseptabel» for et gitt oppholdsrom eller aktivitet. Eksempelvis antas det som akseptabelt at vindhastigheten er over 3.5 m/s inntil 4 % av tiden for utearealer for sittegrupper, mens det er akseptabelt at vindhastigheten er over 5.5 m/s inntil 6 % av tiden for fotgjengerområder. Lawsons komfortkriterier inneholder også en klassifisering av «uakseptable» vindforhold, som ikke er tatt med i tabellen. Denne klassifiseringen vil i mange tilfeller kunne akseptere noe høyere vindhastigheter enn de som er gitt i Tabell 1. Det er viktig å være klar over at vindkomfort til en viss grad vil være subjektiv, og at komfort knyttet til vind kan oppfattes forskjellig fra en person til en annen. Utekomfort vil også være avhengig av andre meteorologiske parametere slik som temperatur og solforhold. Vindforholdene nær Trondheimsfjorden er slik at det må forventes at vindkomfortkriterier beskrevet i Lawsons tabell overskrides mange steder. Det er likevel nyttig å gjøre en vindkomfortanalyse, med tanke på å vurdere hvilke områder innenfor planområdet som er gunstige eller ugunstige og hvor vindavbøtende tiltak bør etableres.