Analyse av lokale vindforhold rundt Kvartal 30 i Bodø

Transkript

1 Rapport Dato: Outdoor Environment Technology AS Postboks 197, 8503 Narvik Telefon: (+47) Foretaksregisteret Organisasjonsnr.: NO MVA Tittel: Analyse av lokale vindforhold rundt Kvartal 30 i Bodø Oppdragsgiver: Norconsult AS Postboks 234, NO-8001 Bodø Oppdragsgivers ref.: Line Fornes Frantzen line.fornes.frantzen@norconsult.com Klassifisering: Begrenset til kunde Oppdragskategori: Lokalklimavurdering ift utbyggingsforslag/regulering Analyse/vurdering av lokale vindforhold Forslag til klimaskjermende tiltak Vår ref.: Per-Arne Sundsbø Antall sider (inklusiv eventuelle vedlegg): 15 Dato: Utført av/ansvarlig sign.: Per-Arne Sundsbø, dr.ing. Konklusjon/Sammendrag Det er utført en lokal vindanalyse i forhold til utbyggingsforslag for Kvartal 30 i Bodø, basert på de lokalt fremherskende vindretninger fra N, V, VSV og Ø. Som forventet, vil de største vindhastighetene generelt oppstå i de øvre randsoner og rundt bygningshjørner. Bygningstekniske tiltak vil her være forskriftsmessig innfesting av beslag og lignende. Utbyggingsforslaget vil medføre noe økning av vindhastigheter i omkringliggende utearealer og mot nabobebyggelse. Dette mest i form av dreining av vind mellom bygningsvolumene og noe i form vindnedslag. Generelt vil utformingen av Kvartal 30 gi størst virkning og økning av omliggende vindhastigheter ved vind fra nord. Imidlertid vil det over året være en liten andel av store vindhastigheter fra nordlig sektor. Kvartal 30 vil gi noe økning av vindkanalisering gjennom omliggende gateløp, men vindhastighetene som her oppstår er lavere enn for eksempel rundt Kulturkvartalet. Vindhastighetene inn mellom bygningsvolumene kan reduseres med vindskjermende rekkverk i randsonene og skjerming på bakkeplan. For å kunne gi effektiv vindskjerming, må rekkverkene være minst 2m høye. På grunn av relativt høye vindhastigheter rundt bygningene, bør ytre balkonger i randsonene, utformes mest mulig lukket. Disse kan fordelaktig utformes med perforerte skyveseksjoner, som kan åpnes når været tillater det. Indre balkonger på Kvartal 30 er mer skjermet og kan utformes mer åpne.

2 INNLEDNING Outdoor Environment Technology AS (OET) er engasjert av Norconsult AS for å utføre en vurdering/analyse av lokale vindforhold rundt utbyggingskonsept for Kvartal 30, i sentrum av Bodø. Vindanalysen skal kartlegge den planlagte bygningens virkning på lokale vindforhold, og vurdere virkning av vind på fotgjengere i nærliggende gateløp og opphold på uteoppholdsareal. Analysen skal inkludere eventuelle forslag til løsninger/avbøtende tiltak for å bedre vindkomfortnivået. Målsetting for vindklimatisk tilpasning i reguleringsarbeidet: Sikre at nybygging ikke medfører uheldige vindeffekter rundt/på utbyggingsprosjektet og for omliggende bebyggelse med tilgrensende uteområder Oppdragsbeskrivelse Vurdering av fremherskende vindforhold og oppbygging og tilrettelegging av 3D simuleringsmodell, terreng & bygningsvolumer, ut fra digitale data fra oppdragsgiver. Numeriske simulering av vindfelt rundt aktuelle bygningsvolumer, som følge av 4 fremherskende vindretninger. Resultatene fra simuleringene angir hovedtendenser i vindmønsteret. Analyse av resultater i forhold til planlagt/tilsiktet disponering av bygninger og omkringliggende utearealer. Vurdering av utekomfort gjøres ut fra en overordnet analyse av vindhastighet og vindeffekter i aktuelle uteområder. Forslag til eventuelle klimaskjermende tiltak/endringer. Rapportering i form av kort rapport med beskrivende illustrasjoner og analyse. Vindanalysen dekker ikke effekter fra bygningsdetaljer, mindre strukturer, vegetasjon, variasjoner i terrengruhet, frost, tine/smeltesykluser eller eventuelle fonner fra snørydding. Vindanalysen er utført uten rekkverk på takterrassene. Høye vindhastigheter vil kunne oppstå fra andre retninger enn de som er angitt som fremherskende. Side 2 av 15

3 VINDKLIMATISKE FORUTSETNINGER Fremherskende vindforhold Det foreligger ingen tilgjengelig vind- eller værobservasjoner ved Kvartal 30 i Bodø og nærmeste værobservasjoner er utført ved Bodø Lufthavn. Vinddata fra Bodø Lufthavn er i stor grad representative for Kvartal 30 og på årsbasis er landvind fra østlig sektor dominerende. N V Ø S Vindrose Bodø lufthavn årsbasis Figur 1. Lokalisering av det aktuelle utbyggingsfeltet (rød ring) i sentrum av Bodø i forhold til Bodø Lufthavn, her markert med årsmiddelsrose (Kartkilde: Kartverket). Figur 2. Vindroser fra meteorologisk stasjon på Bodø Lufthavn, BODØ VI (kilde DNMI). Side 3 av 15

4 Vind i vintersesongen Vindrosene fra Bodø Lufthavn for månedene november til april indikerer et forholdsvis ensartet vindmønster, se figur under. Vinteren er i stor grad dominert av landvind fra sektoren Ø-ØSØ, men det blåser også noe fra sektor VSV. Fremherskende vindretning i vinterhalvåret for ytre deler av havneområdet vil være tilnærmet lik den ved lufthavnen, selv om vinden pga terreng og bebyggelsesstruktur vil dreie svakt mot nord. Fremherskende vintervindretning kommer mot det aktuelle utbyggingsområdet fra Stormyra i en sektor fra Ø dreiende mot ØSØ. Denne dreiningen blir styrt av terrengformene mellom Hunstad og Rønvik, markert med svart pil i figuren under. nov (1.2 o C) des (-1.2 o C) jan (-2.2 o C) feb (-2.0 o C) mar (-0.6 o C) apr (2.5 o C) Figur 3. Vindroser og middeltemperaturer fra meteorologisk stasjon på Bodø Lufthavn, BODØ VI , for vintermånedene november-april (kilde DNMI). Vind i vår-, sommer- og høstsesongen Figuren under viser vindroser fra Bodø Lufthavn for månedene som har gjennomsnittlige månedstemperaturer over 3 o C. Endring i vindmønsteret fra april til mai viser mindre landvind og økning i vind fra VSV til N. Dette er en trend som forsetter ut over sommeren, mens landvind fra østlig sektor avtar. Vind fra sektoren VSV-V bringer ofte nedbør i form av regn, mens vind fra VNV til N oppleves ofte som en kald sommervind. Vind fra en sektor rundt VSV medfører høyere vindhastigheter enn fra V og VNV. Det er også en viss frekvens med nordlig vind på sommeren, men denne vinden er i dette området normalt representert med lavere vindhastigheter mai (7.2 o C) jun (10.4 o C) jul (12.5 o C) aug (12.3 o C) sep (9.0 o C) okt (5.3 o C) Figur 4. Vindroser og middeltemperaturer fra meteorologisk stasjon på Bodø Lufthavn, BODØ VI , for månedene mai-oktober (kilde DNMI). Side 4 av 15

5 Fremherskende vindretninger for det aktuelle utbyggingsområdet Meteorologisk Institutt s målestasjon på Bodø lufthavn er lokalisert relativt vindeksponert ute på Bodøhalvøya. Det er grunn til å anta at vindhastighetene ved Bodø lufthavn er noe høyere og vinden mindre styrt av lokale terrengformasjoner, enn nede i sentrum av Bodø. På bakgrunn av tilgjengelig meteorologiske vindstatistikk, analyse av lokal topografi og tilbakemeldinger fra lokalkjente, antas følgende vindretninger for å være fremherskende ift det aktuelle utbyggingsområdet: Vind fra N Vind fra V Vind fra VSV Vind fra Ø Oppleves ofte som kald vind i månedene mai-aug (relativt lave vindstyrker) Ofte nedbør i form av regn/sludd Ofte nedbør i form av regn/sludd (relativt høye vindstyrker) Dominerende vindsektor, gir kald landvind i vintersesongen Andre vindretninger vil tidvis kunne oppstå og føre til uheldige vindeffekter i det aktuelle utbyggingsområdet, men fremherskende vindretninger antas her som viktigst. Figur 5. Lokalisering av planområdet (rødt felt) med angivelse av fremherskende hovedvindretninger. Side 5 av 15

6 VIND OG VINDPÅVIRKNING Vindeffekter omkring relativt høyere bygninger Bygninger som er relativt høyere enn omliggende bebyggelse er i utgangspunktet mer vindeksponert enn nabobebyggelsen og vil kunne føre til nedfallsvinder med vindrotorer og turbulens på bakkeplan, se figurene under. Nedfallsvind kan bli dreid ned foran, rundt og bak bygningen. Styrke og omfang av nedfallsvind avhenger av vindretning, bygningens størrelse, design, topografi, samt lokalisering og utforming nabobebyggelse. Figur 6. Illustrasjon av typiske vindeffekter rundt høyhus og nedfallsvinder mot bakkeplan. Reduksjon bredde eller avrunding av bygning mot innkommende vind, vil redusere muligheter for nedfallsvind. Er bygningen utformet med en basestruktur, vil denne kunne ta opp belastning fra nedfallsvind og dermed redusere vindbelastningene i det omkringliggende bakkeplanet, se figur under. Tilgrensende bebyggelse vil kunne øke effekter av nedfallsvinder. Lokalisering av en lavere bygning oppstrøms høyhuset, vil for eksempel kunne føre til økt rotordannelse på losiden og økte vindhastigheter mot bakkenivå. Fra denne rotordannelsen mellom bygningene, vil akselererte vindhastigheter oppstå på bakkeplan rundt hjørnene og videre langs sidene av høyhuset, se figuren under. Side 6 av 15

7 Effekt av vindrotorer og turbulens på bygningens leside vil også avhenge av en rekke faktorer. For den aktuelle relativt «slanke» bygningsformen, vil det i de øvre delene av bygningen oppstå betydelig med turbulens på fasaden på lesiden. Leside-rotor Losiderotor Figur 7. Illustrasjon av økt rotordannelse mellom bygninger og økte vindhastigheter mot bakkenivå, som følge av at en lavere bygning er lokalisert oppstrøms en relativt høyere bygning. Korridoreffekt Korridoreffekt kan oppstå når vinden presses sammen og får økt hastighet gjennom et trangt parti, som for eksempel en gate med forholdsvis høye bygninger som står tett på begge sider. En «vindkanal» dannet av bygninger trenger ikke nødvendigvis øke vindens hastighet mellom bygningene, men i fravær av en normal blokkering av «kanalen» vil ofte medføre større vindstyrker enn i omkringliggende områder. Trakteffekt Trakteeffekter kan oppstå når bygningsvolumer er lokalisert slik de danner en traktform slik at vinden presses sammen og øker hastigheten. Side 7 av 15

8 Vurdering av vindbelastning og komfort ved uteopphold En vurdering av komfort ved uteopphold er avhengig av en rekke parametere som aktivitetsnivå, sol, vind, nedbør, temperatur ol. Her er effektiv temperatur en sentral parameter og vindavkjøling kan oppfattes svært så forskjellig fra en person til en annen. Avklimatisering til lokale klimaforhold, er en ikke så uvesentlig faktor for oppfattelsen av utekomfort. Avhengig av type uteaktivitet, er det grunn til å anta at lokalbefolkningen ofte kan ha en noe høyere terskel i forhold til «skittvær» og har andre forventninger til været, enn vanlig er i varmere og mindre vindutsatte deler av landet. Utekomfort i vind er generelt knyttet til temperatur og vindavkjøling. Kald vind kan ødelegge en ellers solrik sommerdag, spesielt i Nord-Norge. For stillesittende uteopphold kan selv eksponering for svak vind/trekk være tilstrekkelig til å skape ubehag og slike soner bør skjermes spesielt. En detaljert beregning av lokale komfortforhold ut fra tilgjengelige værobservasjoner, krever et svært omfattende meteorologiske datagrunnlag, med samtidige observasjoner av vindretning, vindhastighet, temperatur, nedbør, solforhold m.m., fordelt ned på timesbasis og målt over en representativ periode. Datagrunnlaget må inkludere på «on-site» observasjoner, da det oftest ligger betydelige usikkerheter i «overføring» av værdata fra de nærmeste meteorologiske målestasjoner til det aktuelle utbyggingsområdet. Et slikt datagrunnlag er sjeldent tilgjengelig. Det eksisterer ingen norske komfortkriterier. I Norge er det relativt store geografiske klimatiske forskjeller og det vil lokalt over året, være ganske så store variasjoner både i temperatur og vindforhold. Vurdering av vind og utekomfort er gjort ut fra en overordnet analyse av vindhastighet og vindeffekter i personhøyde, ca. 1.75m over gjeldende terreng eller dekke. Analysen søker også og identifisere uheldige vindeffekter som følge av turbulens (sporadiske støt og kast), rotordannelser og nedslagseffekter. Det kan for eksempel, være spesielt ubehagelig for fotgjengere å komme fra et skjermet område og rett inn i et sterkt vindfelt. Dette oppstår gjerne rundt inngangspartier og rundt bygningshjørner, i overgang mellom vindutsatt sone og lesone på baksiden/forsiden av bygningen. Side 8 av 15

9 Utstrømning Analyse av lokale vindforhold rundt Kvartal 30 i Bodø ANVENDT METODE Beregningsteknikk Beregning av vindstrømninger utføres med CFD (Computational Fluid Dynamics), som er et computerbasert alternativ til vintunnelforsøk. Strømningsmodellen er basert på en tredimensjonal, endelig differanse metode som løser tidsavhengige problemer ved hjelp av bevarelseslovene for masse og impuls. Beregningsområdet er hensiktsmessig tilpasset rundt aktuelle geometriske former, der ligninger for luftens hastighet, trykk og turbulens løses i et stort antall punkter. Bestemmelse av vindforholdene i et område CFD-modeller avhenger blant annet av; størrelsen på beregningsområdet, oppløsningen av beregningsnettet (antall punkter) og beregningsområdets randsonebetingelser. Spesielt viktig er det å oppnå en realistisk fordeling av vindhastigheter i tilstrekkelig avstand fra lokalisering som skal vurderes. Prinsipp for beregningsområde rundt geometrisk modell med randsonebetingelser er vist i figuren under. Innkommende vindfelt er basert på tidsmidlede vindhastigheter og friksjon/ruhet er valgt i forhold til lokale terrengforhold. I denne analysen er det benyttet en RNGturbulensmodell. Høyde z Innkommende vindprofil - Referansevind 10 meters høyde - Lokal terrengruhet Bygninger & terreng 10 m Figur 8. Prinsipp for beregningsområde rundt geometrisk modell. Representasjon av arkitektur og terreng Geometrisk 3D modell av aktuelle bygninger, strukturer og terreng utformes med utgangspunkt i å gi en realistisk påvirkning av vindfeltet, fra påvirkende utvendige flater. Bygninger og strukturer representeres som enkle volumer, uten unødvendige detaljer. Nødvendig detaljeringsgraden avhenger av skala/omfang, hvilke vindeffekter som skal undersøkes, tilgjengelig datakraft, m.m. Omkringliggende bebyggelse inkluderes i den grad den vil innvirke på vinden i den lokalisering som skal vurderes, og representeres med avtagende detaljeringsgrad i avstand fra denne. Omfang av omliggende terreng være tilstrekkelig til å gi den riktige virkning på vindfeltet. Side 9 av 15

10 3D modell av arkitektur og terreng 3D modell av Kvartal 30 med omliggende bygninger og terreng, er utarbeidet av OET ut fra data fremskaffet av oppdragsgiver, figurene under. Figur 9. 3D modell av Kvartal 30 med omliggende bebyggelse og terreng. Lokalt fremherskende vindretninger er her markert med blå piler. Figur 10. 3D modell av Kvartal 30. Side 10 av 15

11 RESULTATER Fremherskende vindeffekter rundt Kvartal 30 Figuren t.h. viser vindbelastning og hovedtendenser i vindmønsteret rundt Kvartal 30, som følge av vind fra N, V, VSV og Ø. Vindhastigheter nær terrengog bygningsflater, er gitt i en overordnet skala fra små- til store hastigheter. fremherskende vindfelt langs gateplan/dekke nedslagsvind fra bygningsfasade på gateplan (Vindhastigheter vil variere med vindforholdene. For absoluttverdier, se de neste figurene.) Figur 11. Hovedtendenser i vindforhold rundt Kvartal 30. Side 11 av 15

12 Relativ vindhastighet i uteoppholdssoner Figur 12 viser relativ vindhastighet 1,75m over terreng/gate rundt kvartal 30, som følge av vind fra N, V, VSV og Ø. Relativ vindhastighet er her definert som forholdet mellom lokal hastighet i personhøyde (1.75m) og hastigheten i tilsvarende høyde, i det innkommende og uforstyrrede vindfeltet: Relativ vindhastighet= U sim (1.75) U ref (1.75) Relativ vindhastighet angir dermed endring i hastighet, som følge av lokale bygninger, strukturer og topografi. Relativ vindhastighet større enn 1.0, gir økning av vindhastighet i forhold til uforstyrret vind, mens verdier mindre enn 1.0 gir reduksjon. Stor relativ vindhastighet, betyr nødvendigvis ikke at vinden er sterk i aktuell sone, men at vindhastigheten øker tilsvarende i forhold til innkommende vind på terrengnivå. Lokal innkommende vind avgjør dermed hvilke verdier som gir stor hastighet rundt bygningene, men erfaringsmessig medfører relativ vindhastigheter større enn 1.5 ofte store vindhastigheter. De største vindhastighetene oppstår som regel rundt spisse hjørner og kanter av bygninger og tak, og der bygningsvolumene danner innsnevringer eller passasjer, som presser vinden sammen. Identifisering av maksimal vindforsterkning avhenger mye av analysens detaljeringsgrad. For vindsimuleringer med høy detaljeringsgrad, er det rundt vindeksponert bygningsdetaljer ikke uvanlig med relative vindhastigheter mot 2.0. Det vil si en fordobling av referanse-vindhastigheten. Det antas at vindhastighetene ved Bodø lufthavn er noe høyere enn nede i sentrum av Bodø. Vinden rundt sentrum vil også være mer styrt av lokale terrengformasjoner, slik at vind fra samme sektorer, opptrer mer samlet. Eksempelvis vil vind fra sektoren Ø-ØSØ være mer samlet rundt en retning. Frekvens av vindhastigheter ved Bodø lufthavn er ikke direkte overførbare til Kvartal 30. Vindskalaene under kan benyttes som alternativ til skala for relativ vindhastighet i figur 12. Disse representerer vindhastigheter i personhøyde over terreng, som følge av innkommende vind med henholdsvis styrke, laber bris og frisk bris. Eksempelvis er det funnet at frisk bris gir maksimale hastigheter i overkant av 10,5 m/s, på personhøyde. Sammenlignet med tilsvarende utbygginger er dette som forventet. Vindhastighetene rundt utbyggingsforslag til kvartal 30 er generelt lavere enn maksimale vindhastigheter rundt Kulturkvartalet/sjøfronten. Side 12 av 15

13 Vindbelasting i personhøyde Figuren t.h. viser relativ vindhastighet 1,75m over terreng/gate rundt kvartal 30, som følge av vind fra N, V, VSV og Ø. Figur 12. Relativ vindhastighet i personhøyde rundt Kvartal 30. Side 13 av 15

14 Figuren t.h. viser relativ vindhastighet 1,75m over dekke i kvartal 30, som følge av vind fra N, V, VSV og Ø. Figur 13. Relativ vindhastighet i personhøyde rundt Kvartal 30. Side 14 av 15

15 Forslag til skjermingstiltak Rekkverk rundt dekker og takterrasser kan utformes som vertikale vindskjermer og være effektiv i forhold til å redusere sidevind, se figuren under. Minimumshøyde på vindskjermingen er her i utgangspunktet ca. 2m, men bestemmes nærmere i prosjekteringen. Vertikale vindskjermer inne på dekker/terrasser, vil med riktig plassering, også kunne redusere nedfallsvinder. På grunn av høye vindhastigheter rundt bygningene, bør ytre balkonger og balkonger i randsonene, utformes mest mulig lukket. Disse kan fordelaktig utformes med perforerte skyveseksjoner, som kan åpnes når været tillater det. Indre balkonger på Kvartal 30 er mer skjermet og kan utformes mer åpne. Figur 14. Illustrasjon av 2m høy vindskjerm rundt gårdsrom. Deler av skjermen kan utformes som tett, med for eksempel glass, uten vesentlig tap av skjermingseffektivitet. KONKLUSJON/SAMMENDRAG Det er utført en lokal vindanalyse i forhold til utbyggingsforslag for Kvartal 30 i Bodø, basert på de lokalt dominerende vindretninger fra VSV, V, N og Ø. Som forventet, vil de største vindhastighetene generelt oppstå rundt høybyggene, i de øvre randsoner på tak og rundt bygningshjørner. Bygningstekniske tiltak mht store vindhastigheter i utsatte randsoner, veggarealer og takflater vil være forskriftsmessig innfesting av beslag og lignende. Utbyggingsforslag med høybygg i Kvartal 30 vil medføre noe økning av vindhastigheter i omkringliggende utearealer og mot nabobebyggelse. Dette mest i form av dreining av vind mellom bygningsvolumene og noe i form vindnedslag. Side 15 av 15