Vindskjerming av Nye Gamlingen utendørsbasseng i Stavanger

Transkript

1 Rapport Dato: Outdoor Environment Technology AS Postboks 197, 8503 Narvik Telefon: (+47) Foretaksregisteret Organisasjonsnr.: NO MVA Tittel: Vindskjerming av Nye Gamlingen utendørsbasseng i Stavanger Lokalisering av prosjekt: Utkanten av Stavanger Oppdragsgivers ref.: Prosjektleder Bernt Krogh bernt.krogh@stavanger.kommune.no Oppdragsgiver: Stavanger Eiendom Stavanger Kommune Postboks 8001, 4068 Stavanger Vår ref.: Per-Arne Sundsbø, Dr ing Klassifisering: - Oppdragskategori: Lokalklimavurdering ift utbyggingsforslag/regulering Analyse/vurdering av lokale vindforhold Forslag til klimaskjermende tiltak Antall sider: Dato: Kontroll: 15 (inkl. vedlegg) PAS Ansvarlig sign.: Per-Arne Sundsbø, Dr ing Sammendrag I forbindelse med planforslag/utbygging av nytt utendørs helårsåpent badeanlegg i Stavanger, er det utført en analyse av lokale vindforhold mht vindskjerming over bassengflatene. Dette basert på de lokalt fremherskende vindretninger fra NNV, S og SSØ. Badeanlegget er relativt gunstig lokalisert ift vind fra sørlig sektor, der hovedbygningen, terreng og omliggende vegetasjon gir en betydelig vindskjermende effekt. Anlegget er noe mer eksponert ift vind fra NNV og rapporten inneholder flere forslag til vinddempende tiltak. Viktigst er økning av høyden på vindskjerm mot NNV. Hensyn til solinnfall og utsyn er viktig for utendørs badeanlegg, men det vil alltid være vindfulle uværsdager der hensyn til vindskjerming er viktigst. Det anbefales derfor anretning av nærvindskydd som enkelt kan skyves foran bassengene. Hensynet til utekomfort i sonene rundt utendørsbassengene er i stor grad er sammenfallende med behovet for vindskjerming av bassengflatene.

2 INNLEDNING Outdoor Environment Technology AS (OET) er engasjert av Stavanger Eiendom for å utføre en lokalklimaanalyse med vekt på vind og vindskjerming ift utbyggingsforslag for Nye Gamlingen utendørsbasseng i Stavanger. Nåværende Gamlingen 25 meters basseng ble bygget i 1956 og anlegget skal flyttes grunnet omlegging av E39 og tunnel fra Ryfast som vil komme opp der anlegget nå ligger. I praksis er det ikke mye som kan flyttes og nytt anlegg skal bygges ved Mosvangen camping. For å redusere varmetap fra det nye utendørsbassenget, skal anlegge planlegges slik at vindhastighetene over vannflaten dempes mest mulig. Best vinddempning oppnås vanligvis gjennom et samspill mellom hensiktsmessig utforming av bygningsvolumer, terreng og lokale skjermingstiltak (vindgjennomtrengelige strukturer og/eller beplantning). Bygningenes lokalisering og utforming setter ofte «standard» for vindpåvirkning i omkringliggende uteområder og må derfor planlegges mest mulig skjermende. Oppdragsbeskrivelse: Oppbygging av 3D simuleringsmodell med terreng & bygningsvolumer, ut fra digitale data fra oppdragsgiver. Numeriske simuleringer av vindfelt rundt aktuelle bygningsvolumer og tilhørende skjermingstiltak, som følge av fremherskende vindretninger. Analyse av resultatene fra de numeriske simuleringer i forhold til planlagt/tilsiktet disponering av bygninger og omkringliggende utearealer. Forslag til eventuelle klimaskjermende tiltak/endringer (bygningsdesign & skjermingstiltak). Rapportering i form av en kort rapport med illustrasjoner og analyse (oversendes i pdf-format). Vindanalysen dekker ikke effekter fra små bygningsdetaljer, mindre strukturer, vegetasjon (foruten trær angitt av oppdragsgiver). Høye vindhastigheter vil kunne oppstå fra andre retninger enn de som er angitt som fremherskende. Hovedforutsetninger for vindklimatisk tilpasning i reguleringsarbeidet: Sikre at nybygging medfører tilfredsstillende vinddempning over bassengflaten og omkringliggende uteområder. Side 2 av 15

3 VINDPÅVIRKET VARMETAP FRA NYE GAMLINGEN UTENDØRSBASSENG Vindeksponering av utendørsbasseng medfører generelt stor økning av fordampning og varmetap fra vannflaten. Helåpent utendørsbasseng i Stavanger vil naturlig nok medføre betydelige driftsutgifter. Ved en utendørstemperatur på 5 C, vil en økning i vindhastighet på 1.3 m/s, fordoble varmetapet, se tabell under. I perioden fra november til ut i april måned, er den lokale middeltemperaturen lavere 5 C (månedsnormaler, ; Stavanger-Våland). Lokal vindskjerming i form av omliggende beplantning, gjerder og skjermer kan dermed medføre en betraktelig reduksjon i varmetapet fra bassengene. Tabell 1. Varmetap fra bassengoverflate som funksjon av vindstyrke, ved temperaturer fra på 20 til -13 C (tabell oppgitt av oppdragsgiver). Varmetap fra bassengflatene er avhengig av en rekke faktorer, som vind, turbulens, temperatur, relativ fuktig nedbør, solinnfall, ol. En «nøyaktig» modellering med kvantifisering av varmetapet ut fra tilgjengelige værobservasjoner, krever et svært omfattende meteorologiske datagrunnlag med samtidige observasjoner av vindretning, vindhastighet, temperatur, relativ fuktighet, nedbør, solforhold m.m., fordelt ned på timesbasis og målt over en representativ periode. I tillegg må datagrunnlaget være basert på «on-site» observasjoner, da det oftest ligger noe usikkerhet i «overføring» av komplette værdata fra de nærmeste meteorologiske målestasjoner til det aktuelle utbyggingsområdet. Et slikt omfattende meteorologisk datagrunnlag foreligger sjeldent og spesielt gjelder dette for områder med kuperte terrengformasjoner og ellers varierte topografiske forhold. Denne analysen er basert på 3D-modellering/simulering av lokalt vindfelt rundt aktuelle bygningsvolumer i omliggende terrengformasjoner, ut fra lokalt fremherskende vindretninger. Vurdering av vindforhold og forslag til skjerming, er gjort med utgangspunkt i å oppnå best mulig vindskjerming over bassengflatene for det aktuelle utbyggingsforslaget. Det antas at hensynet til utekomfort i stor grad er sammenfallende med behovet for vindskjerming av bassengflatene. Side 3 av 15

4 LOKALE VINDFORHOLD Nærmeste meteorologiske stasjon ligger på Våland, ca 1.1 km fra site og vindforholdene målt ved denne stasjonen er representative for det aktuelle utbyggingsområdet. Figuren under viser vindroser, frekvensfordeling av vind på månedsbasis og middeltemperaturer fra målestasjon Stavanger-Våland. Det er her i hovedsak to lokalt fremherskende vindsektorer. Sommerhalvåret er dominert av vind fra nord-nordvestlig retning og vinterhalvåret er dominert av vind fra sør til sør-sørøst. Figur 1. Vindroser, frekvensfordeling av vind på månedsbasis ( ) og middeltemperaturer (månedsnormaler ) fra målestasjon Stavanger-Våland (44640). Figur 2. Lokalisering av det aktuelle utbyggingsfeltet (i rødt) i forhold til målestasjon på Våland, her angitt med helårs vindrose. Side 4 av 15

5 Sør Rapport Vindskjerming av Nye Gamlingen utendørsbasseng i Stavanger Fremherskende vindforhold ved det aktuelle utbyggingsområdet På bakgrunn av tilgjengelig meteorologiske vindstatistikk, analyse av lokal topografi m/omliggende bebyggelse, er det antatt at følgende vindretninger er fremherskende rundt badeanlegget: SSØ (150 ) og S (180 ) er fremherskende vindretninger (vindsektor) i perioden oktober-mars. Løvfrie trær i vinterhalvåret medfører her mindre lokal skjerming enn i sommerhalvåret. Vindsimuleringene mht vind fra S og SSØ utført med relativ åpen omliggende vegetasjon (relativt løvfritt). NNV (330 ) er fremherskende vindretning i perioden april-sept. Vindsimuleringene mht vind fra NNV utført med relativ tett omliggende vegetasjon (løv på trærne). Utbyggingstomta er mindre utsatt og relativ bedre skjermet, ift vind fra vestlig sektor (se figur under). Andre vindretninger vil tidvis kunne oppstå i det aktuelle utbyggingsområdet, men fremherskende vindretninger antas som viktigst mht denne analysen. Årsvindrose Stavanger-Våland Figur 3. Den aktuelle utbyggingstomta (innringet i rødt) med angivelse av fremherskende vindretninger. Side 5 av 15

6 MODELLERING Terreng og volumoppbygging Digital modell av aktuelle bygningsvolumer i terreng er utarbeidet av OET ut fra data fremskaffet av oppdragsgiver. Omkringliggende nabobebyggelse som kan innvirke på vindforholdene er inkludert, se figurene under. På grunn av oppløsning og tilgjengelig datakraft, er bygningene er representert som hovedvolumer uten unødvendige detaljer. En forenklet modell av terreng og bygninger er tilstrekkelig for å simulere de ønskede vindeffekter som følge av fremherskende vindretninger. Figur 4. 3D-modell av terreng og bygningsvolumer utarbeidet av OET, for simulering av vindfelt rundt aktuelt utbyggingsforslag. Skjerm/gjerde på nordvestsiden av bassengområdet har en høyde på ca m. Side 6 av 15

7 Numerisk strømningsmodell Computational Fluid Dynamics (CFD) er benyttet for å utføre numeriske strømningsberegninger iht den aktuelle problemstillingen. CFD-modellen løser ligningene for strømning i væske og gass og beregner strømninger ut fra gitte parametere og betingelser. Eksempelvis kan dette være eksterne luftstrømmer rundt bygningsvolumer i terreng, interne luftstrømninger i rom, strømninger av vann i rør og kanaler etc. Den numeriske strømningsmodellen er basert på en tredimensjonal, endelig differanse metode som løser tidsavhengige problemer ved hjelp av bevarelseslovene for masse, impuls (Navier-Stokes ligningene). Ligningene er løst ift et hensiktsmessig, tilpasset, beregningsnett som beskriver geometriske strukturene som man er interessert i å modellere strømning rundt. I simuleringene er det benyttet en RNG-turbulensmodell. Prinsippskisse av grensebetingelsene for simuleringsområdet er vist i figuren under. Innfallende vindprofil er basert på tidsmidlede vindhastigheter og friksjon/ruhet er valgt i forhold til lokale terreng terrengforhold. Høyde Symmetri - grensebetingelse Log vind profil basert på referanse vind på 10 meters høyde og terrengruhet. Utstrømning Bygninger & Terreng 10 m Figur 5. Vertikalsnitt av numerisk beregningsmodell med definerte grensebetingelser. Referansevind er vindstyrke på 10 meters høyde. Vindhastigheter er beregnet med en oppløsning ned til m. Simuleringene er utført uten hensyn til mindre bygningsdetaljer og mindre beplantning. Alle simuleringene er utført med en middelvindhastighet på 8 m/s med en referanse på 10 meters høyde. Det tilsvarer en vindstyrke i underkant av frisk bris. Figur 6. Flyfotos fra det aktuelle området, som viser henholdsvis høst og sommersituasjon. Tettere vegetasjon i sommerhalvåret medfører generelt bedre vindskjerming av badeanlegget. Side 7 av 15

8 S Rapport Vindskjerming av Nye Gamlingen utendørsbasseng i Stavanger RESULTATER, DISKUSJON & ANALYSE Resultater fra simulering av fremherskende vindforhold rundt utbyggingsforslag Figurene under viser utsnitt av resultater fra numeriske simuleringer av frisk bris fra henholdsvis NNV, S og SSØ, rundt utbyggingsforslag for Nye Gamlingen utendørsbasseng. Resultatene er vist i form av vindhastigheter nær terreng- og bygningsflater. Det er her simulert med relativt tett vegetasjon for vind fra NNV og relativt åpen vegetasjon med lite løv, for vind fra S og SSØ. Simuleringsmetoden er tidsavhengig og resultatene viser vindforholdene ved et gitt tidspunkt. Aktuelle vindforhold er alltid av turbulent natur, der det vil oppstå variasjoner i både hastighet og retning over tid. Likevel, gir de presenterte resultatene et godt bilde av hovedtendenser i strømningsfeltet. De største vindhastighetene oppstår som ventet rundt hjørner av bygninger, tak og utstikkende terrengformasjoner. Badeanlegget vil generelt være mest eksponert ift vind fra NNV, deretter vind fra henholdsvis S og SSØ. Dette til tross for at vind fra NNV er simulert med tettere vegetasjon. Figur 7. Utsnitt av resultater fra simulering av vindhastigheter rundt utbyggingsforslag for Nye Gamlingen utendørsbasseng, ved vind fra NNV, S og SSØ, sett ovenfra og i perspektiv. Fargeskalaen indikerer vindhastighet nær terreng- og bygningsflater (rød = høy, blå = lav hastighet). Det nordvestlige gjerdet er her simulert som tett. Side 8 av 15

9 Figuren under viser vindhastigheter i vertikalsnitt gjennom badeanleggets hovedbygning, i retning av respektive fremherskende vindretninger. Hovedbygningen og anleggets plassering i terrenget, har en betydelig skjermende effekt ift vind fra sørlig sektor. Fra NNV Fra S Fra SSØ Figur 8. Vertikalsnitt fra vindsimuleringer rundt utbyggingsforslag for Nye Gamlingen utendørsbasseng, ved vind fra NNV, S og SSØ. Snittene er følger respektive vindretninger og fargeskalaen indikerer vindhastighet (rød = høy, blå = lav hastighet). Badeanlegget er mer skjermet ift vind fra sørlig sektor, enn fra NNV. Det nordvestlige gjerdet i utkanten av badeanlegget er her modellert som en tett skjerm og har en høyde på m. Gjerdet er tiltenkt å ha en vindskjermende effekt ift vind fra nordlig sektor, men ser ikke ut til å ha noen betydelig virkning ift bassengoverflatene, se snitt under. Gjennomtrengelige vindskjermer vil ikke skjerme over skjermhøyden og skjermingen avtar her raskt med distansen fra skjermen. Vinden viser også en tendens til å akselerere under og mellom trekronene/løvverket på de store trærne som ligger opp mot badeanlegget. Fra NNV Fra NNV Figur 9. Vertikalsnitt fra vindsimuleringer gjennom ytre skjerming og over de to bassengflatene ved vind fra NNV. Fargeskalaen indikerer vindhastighet (rød = høy, blå = lav hastighet) og vektorene viser retning og styrke. For oversiktens skyld er ikke alle kalkulerte vektorer angitt. Det nordvestlige gjerdet er her simulert som tett. Side 9 av 15

10 Vindskjerming av uteområder på terrengnivå Gjennomtrengelige strukturer, som delvis åpne skjermer eller vegetasjon, er oftest mer effektive for vindskjerming enn ikke-gjennomtrengelige strukturer. Gjennomtrengelige strukturer fungerer her ved at de delvis slipper vinden gjennom, med reduserte hastigheter nedstrøms som resultat. En tett skjerm er i utgangspunktet lite gunstig mht vindskjerming, i og med at vinden slår over skjermen og skaper en nedstrøms virveldannelse som kan være mer ugunstig mht vindstyrke og turbulens. For skjermer med åpninger i størrelsesorden 10-15cm, gir en åpningsgrad på 30-50% ofte den beste vindskjermingseffekten. Eksemplet er illustrert i figuren under. Videre vil små åpninger på skjerm med samme åpningsgrad, gi virkningen av en tettere skjerm. Figur 10. Vindfelt rundt frittstående gjennomtrengelige skjermer på flatmark, her illustrert med strømlinjer. Skjermene består av horisontale åpninger med bordbredde lik 15cm. Åpningsgrad (porosity) lik 0.99 representerer en mer eller mindre åpen skjerm, mens porøsitet lik 0.08 svært tett. Vegetasjon er også effektiv for lokal vindskjerming. Inne i en tett skog er det tilnærmet vindstille, uansett vindforhold. Rekker med trær, såkalte «shelterbelts» har lenge vært benyttet for vindskjerming av åpent åkerland, med en skjermingseffekt tilsvarende gjennomtrengelige skjermstrukturer. Bruk av skjermende beplantning alene kan ofte være en utfordring. Vekstene må ha passende «jevn» geometrisk struktur samtidig, være robuste gjennom hele året og ha en tilfredsstillende vekst/levetid. Er vekstene for tette, vil vinden oppfatte som hinder og passere rundt. Tette vekster fungerer best i samspill med andre vekster/skjermer og er i utgangspunktet uegnet som gjennomtrengelige vindskjermende strukturer. Relativt frittstående beplantning fungerer ofte bedre sammen med gjennomtrengelige vindskjermer, se eksempel under. Figur 11. Eksempel på skjerming der beplantning benyttes i kombinasjon med delvis åpen vindskjerm/vegg. Slik skjerming kan benyttes for å dempe vindhastigheter langs bygningsfasadene, rundt bygningshjørner og i uteoppholdssoner. Side 10 av 15

11 Vindskjerming av Nye Gamlingen utendørsbasseng For at lokale vindskjermer skal være effektive rundt uteoppholdssoner, må skjermingen være tilstrekkelig høy og nær, noe som i utgangspunktet vil redusere utsyn. Et sentralt poeng med utendørsbading er nettopp det å være ute og solinnfall og utsyn er av høyeste betydning. Best mulig vindskjerming oppnås generelt gjennom kombinasjoner av fordelaktig lokalisering av anlegg, terrengtiltak, utforming & lokalisering av omkringliggende bygningsvolumer, beplantning og vindskjermende konstruksjoner. Det aktuelle badeanlegget ser ut til å være relativt gunstig lokalisert ift vind fra sørlig sektor. Hovedutfordringen er å etablere tilfredsstillende vindskjerming fra NNV. Den planlagte skjermen mot nordlig sektor er i utgangspunktet for lav til å gi god skjermvirkning helt inn mot bassengflatene. En gjennomtrengelig utforming (50%) vil øke nedstrøms skjermingseffekt, men ikke tilstrekkelig. Resultater fra simulering av vind fra NNV rundt utbyggingsforslag med økt skjermhøyde Figur viser utsnitt av resultater fra numeriske simuleringer av frisk bris fra NNV, der resultater er gitt fra henholdsvis simulering uten tiltak, med økt skjermøyde til 3m og med økt skjermhøyde til 3m uten de nærmeste nordlige trærne. Skjermhøyde ca 1m Skjermhøyde ca 3m Skjermhøyde ca 3m & uten de nærmeste trærne Figur 12. Vertikalsnitt fra vindsimuleringer gjennom ytre skjerming og over den vestlige bassengflaten ved vind fra NNV. Fargeskalaen indikerer vindhastighet (rød = høy, blå = lav hastighet) og vektorene viser retning og styrke. For oversiktens skyld er ikke alle kalkulerte vektorer angitt. Side 11 av 15

12 Skjermhøyde ca 1m Skjermhøyde ca 3m Skjermhøyde ca 3m & uten de nærmeste trærne Figur 13. Vertikalsnitt fra vindsimuleringer gjennom ytre skjerming og over den østlige bassengflaten ved vind fra NNV. Fargeskalaen indikerer vindhastighet (rød = høy, blå = lav hastighet) og vektorene viser retning og styrke. For oversiktens skyld er ikke alle kalkulerte vektorer angitt. Side 12 av 15

13 Skjermhøyde ca 1m Skjermhøyde ca 3m uten de nærmeste trærne Skjermhøyde ca 3m Figur 14. Utsnitt av resultater fra simulering av vindhastigheter rundt utbyggingsforslag for Nye Gamlingen utendørsbasseng, ved vind fra NNV, sett ovenfra og i perspektiv. Fargeskalaen indikerer vindhastighet nær terreng- og bygningsflater (rød = høy, blå = lav hastighet). For å analysere endring i vindhastighet over bassengarealene ift varmetap og avdunstning, er skjærspenningen mot vannflaten ( ) summert for begge bassengområdene. I den numeriske modellen inkluderer dette innflytelsen av turbulens. Økning av skjermhøyden til ca 3m medfører: Vindreduksjon for badeanlegget som helhet Mindre reduksjon mht vindhastighet og turbulens mot vannflatene Økning av skjermhøyden til ca 3m og fjerning av trærne nærmest skjermen medfører: Ytterligere vindreduksjon for badeanlegget som helhet 33% reduksjon av vindhastighet mot vannflatene Side 13 av 15

14 KONKLUSJON/SAMMENDRAG I forbindelse med planforslag/utbygging av nytt utendørs helårsåpent badeanlegg i Stavanger, er det utført en analyse av lokale vindforhold med utgangspunkt i å oppnå best mulig vindskjerming over bassengflatene. Dette basert på de lokalt fremherskende vindretninger fra NNV, S og SSØ. Best vinddempning oppnås vanligvis gjennom et samspill mellom hensiktsmessig utforming av bygningsvolumer, terreng og lokale skjermingstiltak (porøse strukturer og/eller beplantning). Vurdering av vindforhold rundt det aktuelle utbyggingsforslaget Det aktuelle badeanlegget ser ut til å være relativt gunstig lokalisert ift terreng og omliggende vegetasjon. Bygningens plassering gir en betydelig skjermende effekt ift vind fra sørlig sektor. Terreng og vegetasjon gir relativt god skjerming ift vind fra vestlig sektor. Badeanlegget vil være mest eksponert ift vind fra NNV og vinden vil forsterkes under og mellom trekronene på de store løvtrærne som ligger opp mot badeanlegget. Den planlagte skjermen mot nordlig sektor er i utgangspunktet for lav til å gi god skjermvirkning helt inn mot bassengflatene. En gjennomtrengelig utforming (50%) av skjermen vil øke nedstrøms skjermingseffekt, men ikke tilstrekkelig. Forslag til vindskjermende tiltak rundt Nye Gamlingen utendørsbasseng Vindskjermen/gjerdet mot nordlig sektor foreslås utformet 50% åpen og økt til en høyde på 3m, som angitt i appendiks. Den siste østlige delen av skjermen gir liten vindskjermende effekt ift vind fra NNV og kan utformes etter behov. Den foreslåtte skjermen gir ikke så ubetydelig utsyn og kan også utformes med seksjoner av glass, såfremt dette ikke medfører vesentlig reduksjon av åpningsgrad. Tiltaket vil ha liten betydning ift solinnfall. Vindforsterkningen under de nærmeste trekronene kan reduseres gjennom beplantning og/eller vindskjerming. Den ytre vindskjermen kan fordelaktig lokaliseres tettere mot trekronene, og her gjerne økes til høyder over 3m. Jevn og relativt lav beplantning nord-nordvest for badeanlegget og de nærmeste store trærne, vil også redusere vindforsterkningen under trekronene (tiltaket er neppe aktuelt pga for stor fortetting av landskapet). Tiltak som reduserer vindforsterkningen under de nærmeste trærne vil også redusere inndrev av løv i badeanlegget. Avrunding/oppbygging av det nordlige terrenget opp mot badeanlegget, slik at man unngår murkant mot vindretningen, vil dempe vindbelastningen noe. Ytterligere lav beplantning på nordlig side av badeanlegget vil generelt ha vinddempende effekt ift nordlige vinder. På vindfulle dager er noe vindeksponering ikke til å unngå. Det anbefales å benytte nærskydd i form små seksjoner av 50% åpne vindskjermer, som ved behov lett kan skyves foran bassengområdene. Disse bør være minimum 2m høye og viktigst er her vindskjerming ift vind fra NNV (men gjerne også ift vind fra vestlig sektor). Skyvbare seksjoner kan også være nyttige mht aktiviteter som vannpolo ol. Det antas videre at hensynet til utekomfort i stor grad er sammenfallende med behovet for vindskjerming av bassengflatene. Side 14 av 15

15 VEDLEGG VISUALISERING AV NORDLIG VINDSKJERMING Visualisering av 3m høy vindskjerm rundt aktuelt utbyggingsforslag, der skjermen har vertikalstilte bord med 50% åpningsgrad og 150mm åpninger. En øning av skjermhøyden til ca 3m, vil ha liten innvirkning på solinnfallet. Utsyn fra badeanlegget med vindskjerm som beskrevet i figuren over. Skjerm kan også utformes med seksjoner av glass, såfremt at ikke total åpningsgrad blir vesentlig redusert. Side 15 av 15