Wiatr w środowisku miejskim
Zbliżając się do gruntu, wiatr napotyka poważną przeszkodę: miasto. Budynki, ulice i place odchylają, przyspieszają i hamują przepływ, tworząc złożone środowisko aerodynamiczne.
Wiatr przy gruncie nie jest jednorodny: wynika z oddziaływania między atmosferycznym profilem wiatru (rosnącym z wysokością) a szorstkością tkanki miejskiej. Tam, gdzie równina daje przepływ regularny, gęste miasto tworzy strefy nadmiernych prędkości, wiry oraz strefy zacisza, czasem oddalone od siebie o kilka metrów.
Te różnice mają bardzo konkretne skutki: dyskomfort pieszych na placach i przed budynkami, zagrożenie u podnóża wieżowców, rozprzestrzenianie zanieczyszczeń i odorów, a także obciążenia wiatrem elewacji i obiektów. Zrozumienie tych zjawisk już na etapie projektu jest kluczowe dla przestrzeni miejskich przyjemnych i bezpiecznych.
Symulacji CFD (Computational Fluid Dynamics) pozwala wiernie odtworzyć przepływ wiatru wokół budynków i zmapować te zjawiska. Przed każdą analizą wykonuje się analizę klimatyczną lokalizacji (róża wiatrów, prędkości, częstości według kierunku), aby zastosować właściwe warunki brzegowe i uzyskać reprezentatywne wyniki.
Efekt Venturiego i efekt kanalizowania
Efekt Venturiego
Efekt Venturiego jest zapewne najbardziej znanym zjawiskiem miejskim. Gdy dwa budynki stoją blisko siebie, przekrój dostępny dla wiatru zmniejsza się: z zasady zachowania strumienia powietrze musi przyspieszyć, aby pokonać przewężenie. Między dwoma obiektami wiatr może wtedy osiągać prędkości znacznie wyższe niż wiatr napływający.
Zjawisko to jest szczególnie wyraźne w gęstych dzielnicach biznesowych (jak La Défense), gdzie wysokość i zagęszczenie budynków powodują silne nadmierne prędkości przy gruncie. Strefy te trzeba bezwzględnie uwzględnić ze względu na komfort i bezpieczeństwo użytkowników (place przed budynkami, tarasy, wejścia).
Efekt kanalizowania (efekt tunelu)
Efekt kanalizowania, zwany też efektem tunelu, pojawia się, gdy wiatr wpada w ulicę lub korytarz miejski ustawiony zgodnie z jego kierunkiem dominującym. Strumień jest wtedy skoncentrowany i prowadzony na całej długości ulicy, gdzie zachowuje, a nawet zwiększa prędkość, nie mogąc uciec na boki.
Ulice prostoliniowe, pasaże i pierzeje budynków to układy najbardziej sprzyjające. Orientacja zabudowy względem wiatrów dominujących jest więc parametrem projektowym decydującym o ograniczeniu takich wietrznych korytarzy.
Efekt narożnika i ślad aerodynamiczny
Efekt narożnika
Przy ostrych krawędziach budynku przepływ nie może opłynąć przeszkody bez oderwania: przy narożnikach, nadmierne prędkości i wiry o charakterze lokalnym. To efekt narożnika: silne porywy pojawiają się dokładnie przy narożnikach budynków, tam gdzie często poruszają się piesi.
To wyjaśnia, dlaczego często czuje się gwałtowny podmuch przy skręcaniu za narożnik dużego budynku, choć reszta elewacji pozostaje względnie osłonięta. Formy zaokrąglone lub wiatrochrony pozwalają złagodzić to zjawisko.
Ślad aerodynamiczny
Za budynkiem powietrze nie zamyka się natychmiast: powstaje strefa śladu aerodynamicznego z wyraźnymi recyrkulacjami oraz wiry. Strefa ta jest zwykle spokojniejsza pod względem prędkości średniej, ale też bardziej turbulentna i niestabilna: porywy są w niej nieregularne.
Ślad aerodynamiczny wpływa na komfort przestrzeni położonych z podwiatru, a także na rozprzestrzenianie dymów, odorów i zanieczyszczeń: emisja uwięziona w strefie recyrkulacji może zalegać lub zostać sprowadzona do gruntu zamiast zostać odprowadzona. To kluczowy element analiz jakości powietrza w mieście.
Zbicie strugi ku ziemi przy wysokościowcach
Ponieważ wiatr jest szybszy na wysokości niż przy gruncie, wieżowiec przechwytuje silny przepływ na całej swojej wysokości. Część tego strumienia, uderzając w elewację, zostaje skierowana w dół wzdłuż budynku: to zbicie strugi ku ziemi lub zbicie strugi ku ziemi.
Ten prąd opadający sprowadza do gruntu prędkości charakterystyczne dla wysokości, znacznie większe niż wiatr lokalny: u podnóża wieżowców łączy się często z efektem narożnika i efektem Venturiego, tworząc strefy wyjątkowo wietrzne, niekiedy niebezpieczne dla pieszych.
Panowanie nad zbiciem strugi ku ziemi wymaga odpowiedniej formy architektonicznej (cofnięcia, podium, daszki, przekierowanie strumienia) oraz zagospodarowania terenu (zadaszenia, zieleń, ekrany). Analizując Wysokościowiec metodą CFD już na etapie projektu, można przeliczyć prędkości średnie na prędkości porywów na różnych wysokościach i wskazać strefy krytyczne, także pod kątem bezpieczeństwa gondoli do konserwacji elewacji.
Komfort, bezpieczeństwo i wkład symulacji CFD
Wszystkie te zjawiska, czyli Venturi, kanalizowanie, narożnik, ślad aerodynamiczny i zbicie strugi ku ziemi, łączą się i kształtują mikroklimat aerodynamiczny dzielnicy. Ich bezpośrednim skutkiem jest komfort pieszych (możliwość siedzenia, chodzenia i stania bez uciążliwości) oraz bezpieczeństwo (ryzyko upadku, porwania przedmiotów, trudnych do otwarcia drzwi).
Do oceny tych stref inżynierowie stosują kryteria komfort wiatrowy (London, Lawson, Davenport, NEN 8100), które wiążą prędkość progową oraz częstość przekroczeń z każdą aktywnością. Symulacja CFD pozwala zmapować te kryteria na całym terenie oraz porównać warianty zagospodarowania.
Kryteria London, Lawson, Davenport, NEN 8100 i mapowanie: zajrzyj do naszego opracowania.
Dzięki takim analizom architekci i planiści mogą działać już na etapie projektu: orientacja zabudowy, formy, cofnięcia, zieleń, wiatrochrony. EOLIOS wspiera te projekty, zamieniając niewidzialne zjawiska wiatrowe w czytelne mapy i konkretne decyzje, dla przestrzeni miejskich bardziej komfortowych, bezpiecznych i przyjemnych.
