Rapport 126-15 Dato: 23.06.2015 Outdoor Environment Technology AS Postboks 197, 8503 Narvik Telefon: (+47) 92 46 34 30 E-mail: pas@hin.no Foretaksregisteret Organisasjonsnr.: NO 994 941 372 MVA Tittel: Analyse av lokale vindforhold rundt Kvartal 21 i Bodø Oppdragsgiver: Norconsult AS Konrad Klausens vei 8, 8003 Bodø Oppdragsgivers ref.: Jo Simen Aastorp Jo.Simen.Aastorp@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: 23.06.2015 Utført av/ansvarlig sign.: Per-Arne Sundsbø, dr.ing. Sammendrag Det er utført en lokal vindanalyse i forhold til utbyggingsforslag for Kvartal 21 i Bodø, basert på de lokalt dominerende vindretninger fra N, V, VSV og Ø. For å klargjøre eventuelle uheldige effekter som følge av utbygging, er det utført vindsimuleringer med og uten, utbyggingsforslag for Kvartal 22. 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 21, 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. Tårnhuset bidrar i utgangspunktet ikke så mye i forhold til vindkanalisering opp Dronningens gate. Generelt vil all utbygging i Kvartal 21, som er høyere enn eksisterende bebyggelse, medføre økning av vindhastigheter i omkringliggende uteområder og mot nabobebyggelse. Bygging av høyhus i Kvartal 21 uten utbygging av høyhus i kvartal 22, gir noe høyere vindbelastning i de nærliggende uteområdene og på de nærmeste bygningene. Rapporten gir forslag til vindskjermende tiltak.
INNLEDNING Outdoor Environment Technology AS (OET) er engasjert av Norconsult AS for å utføre en vurdering/analyse av lokale vindforhold rundt utbyggingskonsept for Kvartal 21, i sentrum av Bodø. Kvartal 21 planlegges oppført med en base på 4-5 etasjer og punktbygg i ytterligere 10 etasjer over basen. Bygning defineres som et høyhus, da det er vesentlig høyere enn sine omgivelser. 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 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
Analyse av lokale vindfor hold rundt Kvartal 21 i Bodø VIN DKLI MATISKE FORU T SETNI NGER Fremherskende vindforhold Det foreligger ingen tilgjengelig vind - eller værobservasjoner ved Kvartal 21 i Bodø og n ærmeste værobservasjoner er utført ved Bodø Lufthavn. Vinddata fra Bodø Lufthavn er i stor grad representative for Kvartal 21 og p å årsbasis er landvi nd fra østlig sektor dominerende. N V Ø S Vindrose 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 1961-1990 (kilde DNMI). Side 3 av 15
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 1961-1990, 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 1961-1990, for månedene mai-oktober (kilde DNMI). Side 4 av 15
Analyse av lokale vindfor hold rundt Kvartal 21 i Bodø Fremherskende vindretninger for det aktuelle utbyggingsområdet Mete o rologisk Institutt s målestasjon på Bodø lufthavn er lokalisert relativt vindeksponert u te på Bodøhalvøya. Det er grunn til å anta at v indhastighetene ved Bodø lufthavn er noe høyere og vinden mindre styrt av lokale terrengformasjoner, enn nede i sentrum av Bodø. På bakgrunn av tilgj engelig meteorologiske vindstatistikk, analyse av lokal topografi og tilbakemeldinger fra lokalkjente, antas følgende vindretninger for å være fremherskende ift det aktuelle utbyggingsområdet: Vind fra N Oppleves ofte som kald vind i månedene mai - aug (re lativt lave vindstyrker) Vind fra V Ofte nedbør i form av regn/sludd Vind fra VSV Ofte nedbør i form av regn/sludd (relativt høye vindstyrker) Vind fra Ø 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 planområde t (rødt felt ) med angivelse av fremherskende hovedvindretninger. Side 5 av 15
VIND OG VINDPÅVIRKNING Vindeffekter omkring høyhus Høyhus 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 høyhuset utformet med en basestruktur, vil denne kunne ta opp belastning fra nedfallsvind og dermed redusere vindbelastningene i det omkringliggende bakkeplanet, se figur under. Figur 7. Illustrasjon av vindfelt som treffer et høyhus med «base» mot innkommende vindretning. Side 6 av 15
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. 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 8. Illustrasjon av økt rotordannelse mellom bygninger og økte vindhastigheter mot bakkenivå, som følge av at en lavere bygning er lokalisert oppstrøms høyhuset. 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
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
Analyse av lokale vindfor hold rundt Kvartal 21 i Bodø ANVENDT METODE Beregningsteknikk Beregning av vindstrømninger utføres med CFD ( Computational Fluid Dynamics ), som er et computerbasert alternativ til vintunnelforsøk. S trømningsmodellen er basert på en tredimensjonal, endelig differanse metode som løser tidsavhengige problemer ved hjelp av bevarelseslovene for masse og i mpuls. Beregningsområdet e r hensiktsmessig tilpasset rundt aktuelle geometriske former, der l igninger 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 beregnings området, oppløsningen av beregningsnett et (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 beregni ngsområde 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 RNG - turbulensmodell. Høyde z Innkommende vindprofil - Referansevind 10 meters høyde - L okal terrengruhet g in n m tstrø U Bygninger & t erreng 10 m Figur 9. 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 på virkning av vind feltet, fra påvirkende utvendige flater. Bygninger og strukturer representeres som e nkle volumer, uten unødvendige detaljer. Nødvendig d etaljeringsgraden avhenger av skala /omfang, hvilke vindeffekter som skal undersøkes, tilgjengelig datakraft, m.m. Omkringliggende be byggelse inkluderes i den grad den vil innvirke på vinden i den lokalise ring 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
3D modell av arkitektur og terreng 3D modell av Kvartal 21 med omliggende bygninger og terreng, er utarbeidet av OET ut fra data fremskaffet av oppdragsgiver, figurene under. Figur 10. 3D modell av Kvartal 21 med omliggende bebyggelse og terreng. Lokalt fremherskende vindretninger er her markert med blå piler. Figur 11. 3D modell av Kvartal 21 med forslag til utbygging av Kvartal 22. Side 10 av 15
RESULTATER Fremherskende vindeffekter rundt Kvartal 21 Figuren under viser vindbelastning og hovedtendenser i vindmønsteret rundt Kvartal 21, som følge av vind fra N, V, VSV og Ø. Vindhastigheter nær terreng- og bygningsflater, er gitt i en overordnet skala fra små- til store hastigheter. Pilene angir fremherskende vindstrømning og vindkorridorer på gatenivå, mellom bygningene. Figur 12. Hovedtendenser i vindforhold rundt Kvartal 21, der venstre kolonne inkluderer utbyggingsforslag for Kv. 22. Side 11 av 15
Vurdering av vindforholdene rundt Kvartal 21 Figur 12 viser fremherskende vindstrømning og vindkorridorer på gatenivå, mellom bygningene rundt Kvartal 21. Venstre kolonne inkluderer her utbygging av Kvartal 22. Vindkorridorene langs Dronningens gate, Storgata og Professor Schyttes gate er i stor grad gjeldende for eksisterende situasjon, uten utbygging av høyhus i Kvartal 21. Det vil oppstå noe økning av vindhastigheter som følge av utbygging av høyhus. Vind gjennom Sandgata er ikke like gjennomgående for alle vindretninger, men det vil kunne komme inn vind fra tilgrensende passasjer mellom bygningsvolumene. Vind fra nord og vest vil dreies rund Kvartal 21 s østlige hjørne, men avrundingen av hjørnet reduserer dannelse av turbulens og vindhastigheter rundt hjørnet. Avrunding av tårnstruktur og basen rundt tårnet, reduserer nedfallsvind fra Kvartal 21 og demper vindbelastningen på gateplan og mot omliggende bebyggelse. Tårnhuset er i utgangspunktet gunstig lokalisert i forhold til fremherskende vindretninger. Det vil imidlertid være noe nedfallsvind og vindrotor på gårdsplassen mot nord, ved nordlig vind, se små piler figur 12. Dette medfører også noe vindøkning i vestlig passasje. En etablering av basevindfang mot nord, ved å trekke tårnet noe inn på basen, vil redusere eventuell nedfallsvind mot nordlig gårdsplass. Tårnhuset bidrar i utgangspunktet ikke så mye i forhold til vindkanalisering opp Dronningens gate. Den lavere delen av bygget er nok til at det her oppstår noe økte vindhastigheter. Generelt vil all utbygging i Kvartal 21, som er høyere enn eksisterende bebyggelse, medføre økning av vindhastigheter i omkringliggende uteområder og mot nabobebyggelse. Inntrukne inngangspartier på Kvartal 21 er vindklimatisk fordelaktig. Side 12 av 15
Relativ vindhastighet i uteoppholdssoner Figur 13 viser relativ vindhastighet 1,75m over terreng/gate rundt kvartal 21, som følge av vind fra N, V, VSV og Ø. Venstre kolonne inkluderer her utbygging av Kvartal 22. 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= (. ) (. ) 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 stor vindhastighet 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 (dvs. 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 21. Vindskalaene under kan benyttes som alternativ til skala for relativ vindhastighet i figur 13. 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 21 er generelt lavere enn maksimale vindhastigheter rundt Kulturkvartalet/ sjøfronten. Side 13 av 15
Vindbelasting i personhøyde Figuren under viser relativ vindhastighet 1,75m over terreng/gate rundt kvartal 21, som følge av vind fra N, V, VSV og Ø. Figur 13. Relativ vindhastighet i personhøyde rundt Kvartal 21, der venstre kolonne inkluderer utbygging av Kvartal 22. Side 14 av 15
Forslag til skjermingstiltak Av de to takarealene oppe på basen, er sonen mot Professor Schyttes gate minst vindbelastet. Rekkverk rundt takterrassene 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 takterrassen, vil med riktig plassering, kunne redusere langsgående nedfallsvind fra tårnet. På grunn av høy vindbelastning rundt tårnet, bør balkonger utformes lukket, med perforerte skyveseksjoner, som kan åpnes når været tillater det. Figur 14. Illustrasjon av 2m høy vindskjerm rundt takterrassen mot Professor Schyttes gate. 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 21 i Bodø, basert på de lokalt dominerende vindretninger fra VSV, V, N og Ø. For å klargjøre eventuelle uheldige effekter som følge av utbygging, er det utført vindsimuleringer med og uten utbyggingsforslag for Kvartal 22. 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 21 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. Bygging av høyhus i Kvartal 21 uten utbygging av høyhus i kvartal 22, gir noe høyere vindbelastning i de nærliggende uteområdene og på de nærmeste bygningene. Vindhastighetene rundt utbyggingsforslag til kvartal 21 er generelt lavere enn maksimale vindhastigheter rundt Kulturkvartalet/sjøfronten. Side 15 av 15