Komfort wiatrowy pieszych: sprawić, by miasto dało się użytkować.

Wiatr, martwy punkt projektów miejskich

Projekt może być doskonały na papierze i mimo to dać plac, po którym nie da się chodzić: wiatr jest jedynym parametrem komfortu zewnętrznego, którego nie widać na żadnym planie zagospodarowania.

Każdy budynek zmienia przepływ powietrza daleko poza granicami swojej działki. Wieża przechwytuje szybkie wiatry z wysokości i odsyła je ku ziemi; dwa blisko siebie stojące budynki ściskają strumień i go przyspieszają; otwarty plac staje się korytarzem. W skali pieszego zjawiska te przekładają się bardzo konkretnie: trudne do otwarcia drzwi wejściowe, opustoszały taras, zachwiany wózek dziecięcy, plac, przez który przechodzi się biegiem. To właśnie tę niewidzialną drogę powietrza symulacji CFD czyni widocznym, jeszcze przed budową.

Stawka jest również ekonomiczna. Parter handlowy z wietrznym placem wynajmuje się gorzej; nieużywalny taras to zaprogramowana powierzchnia, która nic nie przynosi; opustoszała przestrzeń publiczna to stracona inwestycja w zagospodarowanie. Analiza komfortu wiatrowego zabezpiecza wartość użytkową tych powierzchni zewnętrznych, tak samo jak analiza konstrukcyjna zabezpiecza budynek.

Co wiatr robi z miastem

Wiatr miejski nie jest jednorodnym strumieniem spowalnianym przez budynki: to układ przyspieszeń i recyrkulacji rządzony geometrią. Gdy powietrze napotyka elewację, dzieli się: część omija narożniki, przyspieszając, część opada wzdłuż elewacji aż do gruntu, część wciska się w ulice poprzeczne. Każdy układ urbanistyczny ma własną, niepowtarzalną sygnaturę przepływową.

Uproszczony schemat skutków wiatru w mieście

Te mechanizmy się nakładają: zbicie strugi przy wieży zasila efekt Venturiego, który wychodzi na plac w turbulentnym śladzie. W efekcie powstają place publiczne zamienione w wietrzne korytarze, wejścia do budynków wystawione na nagłe porywy, nieużywalne tarasy, a niekiedy niebezpieczne obciążenia przeszkleń lub lekkich konstrukcji.

Jak ocenia się komfort wiatrowy?

Komfortu wiatrowego się nie ogłasza, mierzy się go względem znormalizowanych podstaw. Najczęściej stosowane jest kryterium Lawsona, uzupełnione holenderską normą NEN 8100: oba przypisują każdej funkcji dopuszczalną prędkość wiatru i częstość jej występowania. Im bardziej statyczna funkcja, tym ostrzejsze wymaganie: na chodniku tranzytowym toleruje się więcej wiatru niż na tarasie kawiarni.

Końcowa mapa zestawia te progi ze statystyką wiatrów lokalnych: każdy punkt terenu otrzymuje klasę funkcji, którą realnie może pomieścić. To narzędzie programowania w takim samym stopniu jak weryfikacji: mówi, gdzie umieścić taras, plac zabaw czy wejście, a gdzie trzeba będzie zastosować osłony.

Wybór podstawy normowej następuje przy ustalaniu zakresu, z inwestorem i ewentualnie jednostką kontrolną: jedne przetargi narzucają Lawsona, inne NEN 8100, jeszcze inne kryterium miejskie. Nasze mapy powstają w podstawie wymaganej przez Państwa dokumentację i mogą zostać opracowane w kilku podstawach dla tego samego terenu.

Cyfrowy tunel aerodynamiczny: co odtwarza model

Nasz cyfrowy tunel aerodynamiczny odtwarza teren takim, jaki będzie: geometrię projektu oraz jego otoczenia miejskiego w promieniu kilkuset metrów, bo to sąsiednie budynki kształtują wiatr napływający. Model jest następnie wystawiany na statystyczne wiatry danego terenu, kierunek po kierunku, i odtwarza pole prędkości w każdym punkcie na wysokości pieszego.

Na najbardziej wrażliwych terenach sięgamy po LES (Large Eddy Simulation): zamiast uśredniać turbulencję, obliczenia rozwiązują same porywy. Widać wtedy, jak wiatr żyje w mieście, podmuch po podmuchu, i wychwytuje się chwilowe szczyty, które podejście uśrednione zaniża. To dziś najbliższy odpowiednik fizycznego tunelu aerodynamicznego, z informacją w każdym punkcie terenu.

„Na narożniku wieży prędkość wiatru może być blisko dwukrotnie większa od wiatru napływającego: a to właśnie tam znajdują się wejścia.”

Wyniki to nie tylko jedna uśredniona mapa: opracowujemy mapy dla poszczególnych kierunków wiatru (aby zrozumieć, który sektor tworzy daną strefę dyskomfortu), mapy sezonowe (tarasu letniego nie ocenia się po styczniowych sztormach) oraz przekroje pionowe w punktach charakterystycznych, od gruntu po szczyt wież. To ta szczegółowość pozwala potem projektować osłony celowane zamiast rozwiązań ogólnych.

Cały proces przebiega według stałego schematu: zebranie danych klimatycznych, budowa i obliczenie modelu, analiza pól prędkości, a następnie przełożenie ich na zalecenia projektowe, przeliczane aż do zatwierdzenia.

Od diagnozy do poprawionego projektu

Mapa komfortu ma wartość tylko wtedy, gdy zmienia projekt. Każdy zidentyfikowany punkt krytyczny (przyspieszenie narożnikowe, efekt Venturiego, wystawiony taras) omawiamy z projektantami i przekładamy na rozwiązania możliwe do sprawdzenia: ekrany i parawany wiatrochronne, zadaszenia i okapy, cofnięcia elewacji, zieleń dobrana pod kątem przepuszczalności albo po prostu przeniesienie wrażliwych funkcji. Każdy wariant jest ponownie symulowany: zalecamy tylko to, co działa w obliczeniach.

Parawan wiatrochronny — komfort skweru

Dobrze zwymiarowany parawan wiatrochronny ukierunkowuje przepływ i tworzy strefę osłoniętą na wysokości użytkowania, nie wywołując uciążliwych turbulencji w śladzie poniżej. Dobór wymiarów (wysokość, przepuszczalność, usytuowanie) ustala się w symulacji, a nie na oko.

To samo podejście sprawdza się poza gęstym miastem. Na wsi i na przedmieściach powietrze krąży swobodniej: letni wiatr chłodzi, ale silne wiatry nasilają wychłodzenie wiatrowe i erozję. Przemyślane rozmieszczenie żywopłotów, drzew i naturalnych barier ogranicza wpływ porywów bez pogarszania wentylacji naturalnej, z uwzględnieniem zmian sezonowych i ukształtowania terenu.

Dobierać funkcje do stref wiatrowych

Mapa komfortu to nie tylko narzędzie weryfikacji: to plan programowania funkcji. Każda strefa terenu otrzymuje klasę funkcji (długie siedzenie, stanie, chodzenie), a klasa ta bardzo konkretnie mówi, co dana przestrzeń może sprzedać: taras restauracji opłaca się wyłącznie w strefie „długiego siedzenia”, targ czy kioski wymagają strefy „stania”, a zwykły ciąg pieszy zadowala się strefą „chodzenia”. Zamiast rozmieszczać funkcje na planie, a potem odkrywać problemy, dopasowuje się program do rzeczywistego klimatu terenu.

To bezpośrednia kwestia wartości nieruchomości: przy tej samej powierzchni użytkowalny balkon, taras czynny przez cały rok czy przyjazny parter wynajmują się i sprzedają lepiej. Zwłaszcza w wysokościowcach, gdzie ekspozycja rośnie z wysokością, analiza określa kondygnacja po kondygnacji, jaki rodzaj przestrzeni zewnętrznej można uczciwie obiecać.

Szerzej, takie spojrzenie otwiera drogę do urbanistyki wiatru: projektowania miasta jako środowiska klimatycznego, w którym organizuje się funkcje. Ciągi piesze prowadzą przez strefy spokojne, funkcje statyczne skupiają się w osłoniętych zakątkach, a korytarze przewietrzania są zachowywane, aby chłodzić i oczyszczać, zamiast być zabudowywane. Wiatr przestaje być narzuconym ograniczeniem i staje się daną programową, tak samo jak nasłonecznienie czy hałas.

Bezpieczeństwo wiatrowe i dokumentacja formalna

Poza komfortem kryteria wyznaczają osobny próg bezpieczeństwa: powyżej mniej więcej piętnastu metrów na sekundę poryw może wytrącić pieszego z równowagi, tym bardziej osobę starszą, dziecko czy rowerzystę. Analiza wskazuje strefy, w których ten próg może zostać przekroczony, zwłaszcza w otoczeniu wysokościowców, wyjazdów z parkingów i ciągów rowerowych, oraz wymiaruje potrzebne osłony.

Analiza ma również wartość dokumentacyjną. Coraz więcej samorządów oczekuje analizy komfortu wiatrowego na etapie pozwolenia na budowę dla obiektów wysokich lub dużych założeń. Nasze mapy, oparte na znormalizowanych podstawach, wpisują się w dokumentację planistyczną i specyfikacje techniczne; naturalnie przedłużają się w obliczenia ciśnień wiatru na elewacje według Eurokodu 1, gdy w grę wchodzi konstrukcja.

Poza wiatrem: komfort termiczny na zewnątrz

Wiatr to tylko jedna ze składowych komfortu odczuwanego na zewnątrz. Ta sama symulacja obejmuje, gdy projekt tego wymaga, nasłonecznienie i cienie, temperaturę promieniowania powierzchni mineralnych oraz wilgotność, aby ocenić całościowy komfort termiczny na zewnątrz: plac osłonięty od wiatru, lecz zalany słońcem, latem pozostaje niekomfortowy, i odwrotnie, dobrze ukierunkowany wiatr chłodzi betonowy plac.

Takie zestawienie prowadzi do subtelnych decyzji projektowych: ustawienia stref odpoczynku tak, by łapały letni wiatr i chroniły przed zimnymi wiatrami zimowymi, umieszczenia zieleni tam, gdzie jednocześnie chłodzi i osłania, oraz sprawdzenia, czy rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w otoczeniu (jezdnie, wyrzutnie wentylacji, rampy dostaw) nie pogarsza stref przebywania. Przygotowuje też projekty na przyszłe lata, w których pasywne chłodzenie przestrzeni publicznych staje się pełnoprawnym kryterium projektowym.

Metoda EOLIOS: inżynierowie, którzy zajmują się także urbanistyką

CFD nie jest dla nas ćwiczeniem z wizualizacji: to narzędzie projektowania miasta w rękach inżynierów, którzy na co dzień pracują z architektami, architektami krajobrazu i inwestorami.

Zamiast oddawać raport, optymalizujemy projekt razem z zespołami projektowymi. Każdy punkt krytyczny omawiamy na warsztatach, przekładamy na zalecenia z wartościami liczbowymi i przeliczamy aż do rozwiązania wpisanego w architekturę. Działamy od szkicu po pozwolenie na budowę, przy wieżowcach dzielnic biznesowych, szkołach, dachach, obiektach sportowych i przestrzeniach publicznych, we Francji i za granicą. Wyniki mają postać obrazów i animacji 3D zrozumiałych dla wszystkich uczestników projektu, użytecznych zarówno na naradzie projektowej, jak i w dokumentacji formalnej.

Ta specjalizacja nie działa w oderwaniu: łączy się z pozostałymi kompetencjami z obszaru Powietrze i wiatr. Ten sam model dzielnicy zasila obliczenia ciśnień wiatru na elewacje dla konstrukcji i przeszkleń, analizę rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń i odorów w otoczeniu oraz analizę wysp ciepła. Dla inwestora to jeden model, kilka odpowiedzi i jeden rozmówca.