De wind in de stad
Naar het maaiveld toe stuit de wind op een groot obstakel: de stad. Gebouwen, straten en pleinen buigen de stroming af, versnellen en remmen ze, wat een complexe aerodynamische omgeving oplevert.
De wind op maaiveldniveau is verre van uniform: hij volgt uit de wisselwerking tussen het atmosferische windprofiel (dat met de hoogte toeneemt) en de ruwheid van het stedelijk weefsel. Waar een vlakte een regelmatige stroming geeft, brengt een dichte stad zones met snelheidspieken, wervels en rustige zones voort, soms op enkele meters van elkaar.
Die verschillen hebben heel concrete gevolgen: hinder voor voetgangers op pleinen en voorpleinen, gevaar aan de voet van torens, verspreiding van verontreinigende stoffen en geurhinder, maar ook windbelasting op de gevels en de bouwwerken. Deze effecten al in de ontwerpfase begrijpen is essentieel voor stedelijke ruimten die aangenaam en veilig zijn.
De CFD-simulatie (Computational Fluid Dynamics) maakt het mogelijk de windstroming rond de gebouwen nauwgetrouw na te bootsen en die fenomenen in kaart te brengen. Vóór elk onderzoek gebeurt een klimaatanalyse van de locatie (windroos, snelheden, frequenties per richting), om de juiste randvoorwaarden op te leggen en representatieve resultaten te verkrijgen.
Venturi-effect en kanaliseringseffect
Het venturi-effect
De venturi-effect is zonder twijfel het bekendste stedelijke fenomeen. Wanneer twee gebouwen dicht bij elkaar staan, wordt de doorstroomdoorsnede die de wind ter beschikking heeft kleiner: door het behoud van het debiet moet de lucht versnellen om de vernauwing te doorlopen. Tussen de twee bouwwerken kan de wind dan snelheden bereiken die duidelijk hoger liggen dan die van de aanstromende wind.
Dit fenomeen is bijzonder uitgesproken in dichte zakenwijken (type La Défense), waar de hoogte en de dichtheid van de gebouwen sterke snelheidspieken op het maaiveld veroorzaken. Die zones moeten beslist worden meegenomen voor het comfort en de veiligheid van de gebruikers (voorpleinen, terrassen, gebouwentrees).
Het kanaliseringseffect (tunneleffect)
De kanaliseringseffect, of tunneleffect, treedt op wanneer de wind een straat of stedelijke corridor binnendringt die samenvalt met zijn heersende richting. De stroming wordt dan gebundeld en geleid over de hele lengte van de straat, waar ze haar snelheid behoudt — of zelfs verhoogt — omdat ze zijwaarts niet kan ontsnappen.
De rechte straten, overdekte doorgangen en rijen gebouwen zijn de meest gunstige configuraties. De oriëntatie van de bebouwing ten opzichte van de heersende wind is dus een bepalende ontwerpparameter om die windgangen te beperken.
Hoekeffect en zogeffect
Het hoekeffect
Bij de scherpe randen van een gebouw kan de stroming het obstakel niet omzeilen zonder los te laten: aan de hoeken, snelheidspieken en wervels. Dat is het hoekeffect: net op de hoeken van de gebouwen ontstaan krachtige windstoten, precies waar voetgangers vaak lopen.
Dit effect verklaart waarom men vaak een plotse rukwind voelt bij het omslaan van de hoek van een groot gebouw, terwijl de rest van de gevel relatief beschut blijft. Afgeronde vormen of windschermen kunnen dit fenomeen dempen.
Het zogeffect
Achter een gebouw sluit de lucht zich niet onmiddellijk: er ontstaat een zogzone, gekenmerkt door recirculaties en wervels. Die zone is doorgaans rustiger in gemiddelde snelheid, maar ook turbulenter en instabieler: de windstoten zijn er onregelmatig.
Het zog beïnvloedt het comfort van de ruimten stroomafwaarts, maar ook de verspreiding van rook, geuren en verontreinigende stoffen: een uitstoot die in een recirculatiezone belandt, kan blijven hangen of naar het maaiveld worden gedrukt in plaats van te worden afgevoerd. Dat is een sleutelpunt van onderzoek naar luchtkwaliteit in de stad.
De downwash bij hoogbouw
Omdat de wind op hoogte sneller is dan op maaiveldniveau, onderschept een toren (hoogbouw) een krachtige stroming over haar volledige hoogte. Een deel van die stroming wordt bij het raken van de gevel naar beneden gestuurd langs het gebouw: dat is het neerwaartse windstroomeffect of downwash.
Die neerwaartse stroming brengt snelheden die kenmerkend zijn voor de hoogte naar het maaiveld, veel hoger dan de plaatselijke wind: aan de voet van torens gaat hij vaak samen met het hoekeffect en het venturi-effect en vormt zo bijzonder winderige zones, soms gevaarlijk voor voetgangers.
De downwash wordt beheerst via de architecturale vorm (terugliggende delen, podia, luifels, omleiding van de stroming) en via inrichting op maaiveldniveau (luifels, groen, schermen). Door de Hoogbouw al in de ontwerpfase met CFD te onderzoeken, kunnen de gemiddelde snelheden worden omgezet in stootwindsnelheden op verschillende hoogten en kunnen de kritieke zones worden aangewezen — ook voor de veiligheid van de gondels voor gevelonderhoud.
Comfort, veiligheid en de bijdrage van CFD-simulatie
Al deze effecten — venturi, kanalisering, hoek, zog, downwash — werken samen en vormen het aerodynamische microklimaat van een wijk. Hun directe gevolg betreft het windhinder voor voetgangers (kunnen zitten, wandelen of staan zonder hinder) en de veiligheid (risico op vallen, op wegwaaiende voorwerpen, op deuren die moeilijk opengaan).
Om die zones te kwalificeren, baseren ingenieurs zich op comfortcriteria windhinder (London, Lawson, Davenport, NEN 8100) die een grenssnelheid en een overschrijdingsfrequentie aan elke activiteit koppelen. Met CFD-simulatie kunnen we in kaart te brengen die criteria over de hele locatie en inrichtingsvarianten vergelijken.
Criteria London, Lawson, Davenport, NEN 8100 en kartering: ontdek ons dossier daarover.
Dank zij dit onderzoek kunnen architecten en ontwikkelaars al in de ontwerpfase ingrijpen: oriëntatie van de bebouwing, vormen, terugliggende delen, vergroening, windschermen. EOLIOS begeleidt die projecten door de onzichtbare windfenomenen om te zetten in heldere kaarten en concrete beslissingen, voor stedelijke ruimten die comfortabeler, veiliger en aangenamer zijn.
