Institutionen för Teknik och Samhälle Byggdesign – Examensarbete Maj 2006
Vind i Bebyggd Miljö
Åsa Johansson
Jeanette Sandberg
Förord
Denna uppsats utgör resultatet av studier på Malmö Högskola, Teknik och Samhälle, Byggdesign. Examination sker den 7 juni 2006.
Vi vill tacka Erik Johansson, HDM, för en uppmuntrande attityd och visat intresse för vårt ämne. Likaså Lennart Wern, David Segersson och Jan Andersson, SMHI Norrköping, för en informativ och trevlig dag. Vi vill även tacka professor Johnny Kronvall, som presenterade idén och ämnet mer ingående för oss.
Vi hoppas att denna studie blir till nytta och kommer till användning för nutida och framtida intresse och arbete i detta ämne.
Jeanette Sandberg & Åsa Johansson Malmö maj 2006
Sammanfattning
Målet med detta examensarbete har varit att undersöka kunskapsnivån angående vind i bebyggd miljö hos verksamma inom stadsplanering, arkitekter och inom berörda utbildningar samt tillgängligheten på hjälpmedel och information.
Vinden påverkas starkt av landskapets utseende. Skog, hav, stad och kuperad terräng har alla olika vindförutsättningar. Inom urban miljö bestäms vindförhållandena av
bebyggelseutformningen och byggnadernas omgivning.
Historiskt har vindplanering varit en naturlig del av planerandet, inte minst då det gäller jordbruk. Under årens lopp har människor tagit lärdom av tidigare erfarenheter vilket har lett oss fram till dagens kunskapsläge med en rad olika tumregler och hjälpmedel, varav det senaste består i numeriska datorbaserade analysverktyg så som Computational Fluid
Dynamics.
En god och komfortabel utemiljö utgår ifrån hur vi människor upplever den. Vinden kan göra att det känns upptill 10°C kallare jämfört med då det är vindstilla. I vårt nordliga klimat kan en god vindplanering förlänga utesäsongen avsevärt. Genom att vara medveten om fördelarna och utnyttja dem, samt undvika nackdelarna kan komforten förbättras ansenligt i ett område och även uppnå en social förbättring samt mindre energianvändning för
husuppvärmning.
Slutsatsen visar att vindplanering är något som ofta glöms bort i praktiken och i
utbildningarna, även om tillgängligheten på information är relativt god. För att få ett större hänsynstagande till vind i planeringen krävs en tydlig ansvarsfördelning, uppställda komfortkriterier med kopplade enkla åtgärden samt en allmän attitydförändring.
Nyckelord: Vind – bebyggd miljö, numerisk vindtunnel, vindskydd – bebyggd miljö, vindkomfort, vindplanering
Abstract
The objective of this essay has been to examine the level of knowledge concerning wind comfort at pedestrian level in an urban environment among architects, planners and related educations and also to assess the availability of information and technical aids.
The wind is strongly affected by the typography and the roughness of the terrain.
Woodlands, oceans, cities and mountainous landscape all have different wind conditions. In an urban environment these conditions are set by the building design and the surroundings. Historically, wind planning has been a natural factor in the planning process, especially in an agricultural context. Experience has, from trial and error over the years, led us to what we know today and given us a series of tools and directives, of which the latest are numerical computer based analytical aids, such as Computational Fluid Dynamics.
A comfortable pedestrian environment is based on human experience. Wind can cause us to perceive a temperature that is up to 10°C colder compared to calm conditions. In northern climates such as our own, a well planned outer surrounding can extend the summer season considerably. By being aware of the pros and cons of air movement the quality of the wind environment can improve noticeably in a residential area and even create better social conditions and decrease the energy use for heating.
The conclusion shows that wind planning is often neglected in practice as well as in
education, even though the availability of information is relatively good. In order to achieve a greater consideration to wind in the planning process, clear responsibilities are required along with comfort criteria with simple measures of improvement and a general change in attitude.
Keywords: Air movement – urban environment, boundary layer wind tunnel, windbreak – urban environment, pedestrian comfort, wind planning, wind protection
Innehållsförteckning
Innehållsförteckning... 1
1. Inledning... 3
1.1 Bakgrund ... 3
1.2 Syfte ... 3
1.3 Avgränsningar i tid och rum ... 4
1.4 Frågeställningar... 4
2. Metod ... 5
2.1 Ämnesval ... 5
2.2 Övergripande angreppssätt ... 5
2.3 Konkret angreppssätt... 5
2.3.1 Arbetsgång ... 5
2.3.2 Materialbearbetning... 6
2.3.3 Felkällor ... 6
3. Teori... 7
3.1 Vind ... 7
3.1.1 Uppkomst ... 7
3.1.2 Vinddata... 7
4. Planeringsaspekter... 9
4.1 Översiktlig planering ... 9
4.1.1 Kustklimat... 10
4.1.2 Kuperat landskap ... 11
4.1.3 Skog ... 12
4.1.4 Stad ... 13
4.2 Detaljplanering... 14
4.2.1 Vind kring byggnader ... 14
4.2.1.1 Strömning kring en byggnad ... 14
4.2.1.2 Balkonger och loftgångar... 16
4.2.1.3 Passager... 17
4.2.1.4 Byggnadsgruppering... 18
4.3 Vind och snö ... 21
4.4 Vind och regn... 22
5. Vindskydd ... 23
5.1 Läeffekt... 23
5.2 Vindskyddets täthet och form ... 23
5.3 Växtlighet som vindskydd ... 25
6. Kunskapsläget ... 26
6.1 Historisk bakgrund ... 26
6.1.1 Växtlighet som vindskydd i öppen mark ... 26
6.1.2 Vind kring byggnader ... 30
6.2 Vindkännedom hos studenter och yrkesverksamma ... 34
6.2.1 Arkitekt ... 34
6.2.2 Stadsplanerare/Fysisk planerare ... 34
6.2.3 Landskapsarkitekt... 34
6.2.4 Byggingenjör... 35
7. Verktyg/Hjälpmedel ... 36
7.1 Vindtunnelsimulering ... 36
7.2 Numeriska vindsimuleringar... 38
7.2.1 CFD ... 38
7.2.1.1 Hur fungerar CFD hos SMHI? ... 38
7.2.2 ENVI-met... 40
7.3 Jämförelse mellan numerisk och fysisk vindsimulering... 41
7.4 Klimatstatistik ... 42
7.5 Bestämning av vindförhållanden enligt M. Glaumann ... 43
7.5.1 Råhetsklassning ... 44
7.5.2 Topografi... 45
7.5.3 Byggnadshöjd... 45
8. Effekter av vindplanering ... 46
8.1 Energianvändning ... 46
8.2 Komfort ... 48
8.3 Social betydelse... 50
9. Diskussion ... 52
9.1 Landskap... 52
9.2 Vindskydd... 52
9.3 Verktyg ... 53
9.4 Sverige och Världen ... 53
9.4 Kunskapsläget ... 54
9.5 Utbildningar ... 55
10. Slutsats... 56
10.1 Kunskapsläget ... 56
10.2 Utbildningsmöjligheter... 56
10.3 Hjälpmedel... 57
10.4 Ansvar... 57
10.5 Framtida utveckling i branschen ... 57
10.5 Fortsatta studier... 58
11. Källförteckning... 59
11.1 Litterära källor... 59
11.2 Artiklar... 60
11.3 Elektroniska källor ... 61
12. Bildreferenser ... 62
Bilagor ... 64
1. Inledning
1.1 Bakgrund
Överallt i vår omgivning finns det platser, privata eller offentliga, som upplevs som ogästvänliga, ruggiga eller kanske rentav som ”blåshål”. Otaliga studier har gjorts för att främja bättre inneklimat medan planeringen av uteklimatet kring våra byggnader, allt som oftast, förbises eller hamnar lågt ner på prioriteringslistan.
I ett land som Sverige, där städerna lever upp när vårsolen tittar fram, skulle sommarmånaderna kunna förlängas avsevärt genom god vind- och klimatplanering. En studie gjord 1990-91 av SCB visar att vi svenskar endast spenderar 45 minuter per dag utomhus på vardagarna och 1 timme på helger och lediga dagar. Enligt den danska arkitekten Jan Gehl, är utevistelsen vår viktigaste sociala miljö. Den måste därför ha goda kvaliteter som får oss att sakta ner och stanna upp på platsen, som t ex ett bra mikroklimat.1
För väder och vind påverkar oss ständigt och ibland kanske mer än vad vi vill erkänna, men vad kan vi göra för att påverka klimatet? Klimatförhållanden över större områden är inte mycket att göra åt, och man kan beakta dem som givna förutsättningar. Lokalt kan dock förhållandena variera mycket, och det är dessa vi kan utnyttja genom god planering av våra byggnader, gator och torg. I detta arbete kommer vi att titta närmare på hur man planerar för vind i bebyggd miljö.
Planeringen för en god utemiljö skapar inte bara en gästvänligare och behagligare omgivning utan går också i linje med ett energieffektivt tänkande och främjar ett hållbart samhälle.
1.2 Syfte
Examensarbetet syftar till att ge en allsidig och relativ uttömmande beskrivning av dagens kunskapsläge när det gäller vindplanering i bebyggd miljö, något som i praktiken mycket ofta försummas. Arbetet ska utmynna i en sammanfattning av vad som görs idag, tillgänglighet av vindfakta och användandet av detta. Syftet med arbetet är även att visa varför det är viktigt att ta hänsyn till vind vid planering av nya bebyggda områden och vilka fördelar som en god planering för med sig.
1
1.3 Avgränsningar i tid och rum
Detta examensarbete omfattar 10 poäng vilket har medfört att vi valt att begränsa oss till att beskriva kunskapsläget då det gäller vindens påverkan på utemiljön. Detta betraktas ur en lokal synvinkel, begränsat till södra Sverige där vi har vår referensram. I ett större sammanhang hade det varit naturligt att titta på vinden som en del i stadsklimats-problematiken, men i detta fall ges inte tiden.
Vi har också valt att fokusera vindens effekter kring ett mänskligt perspektiv, därför tar vi inte upp problematiken kring vindlaster på byggnader och inte heller det som berör vindenergi eller vindkraft. Däremot berörs kortfattat hur vind och energianvändning hänger samman. Ytterligare intressanta aspekter som endast tas upp i korthet är drivbildning av snö, slagregn på fasader samt föroreningsspridning.
En central del i arbetet är olika typer av vindskydd där växtlighet spelar en stor roll. Vi tar dock endast upp själva fenomenet och går inte djupare in på olika arters lämplighet då detta ligger utanför vårt kunskapsområde.
1.4 Frågeställningar
• Hur är kunskapsläget hos:
Stadsplanerare, arkitekter och andra berörda verksamma inom detta område?
• Hur behandlas vindplanering inom olika svenska utbildningar?
• Vilka hjälpmedel finns att tillgå?
• Varför skall man planera för vind? Vem ska ta ansvaret?
2. Metod
2.1 Ämnesval
Vi kom först i kontakt med ämnet hösten 2005 då professor Johnny Kronvall presenterade sin idé för oss; Vind i bebyggd miljö. Nästan alla människor har referens till extremt vindutsatta ställen, inte minst vi studenter vid Malmö Högskola, Teknik och Samhälle. Därför väcktes intresset för att ta reda på de grundläggande orsakerna för vindförhållandena i urban miljö.
2.2 Övergripande angreppssätt
Denna studie grundar sig på ett kvalitativt angreppssätt då vi har genomfört en noggrann litteraturinventering och undersökt kunskapsläget hos berörda.
Då vi har ett kvalitativt tillvägagångssätt har vi, då det gäller intervjuer, använt oss av ostrukturerade sådana. Detta främst för att intervjuerna genomfördes i början av vår efterforskning och vi då vid tillfället inte hade en mer ingående och djupare kunskap av ämnet. Därför skapade vi inför varje intervju ett övergripande PM, med rubriker som minneshjälp, där sedan intervjupersonerna fick prata fritt om ämnet. Av den orsaken kan intervjuerna mer liknas vid samtal.
2.3 Konkret angreppssätt
2.3.1 Arbetsgång
En jämn takt vad det gäller den disponerade arbetstiden har försökts hållas. Uppsatsarbetet inleddes med vidare samtal med professor Johnny Kronvall om hur uppgiften skulle definieras och riktas. Även ett visst kunskapsutbyte skedde inledningsvis då Johnny har kunskap i ämnet samt innehar relevant litteratur. Arbetet fortsatte med ytterligare litteraturinventeringar samt upprättandet av kontakter med Stadsplanerare, utbildningsansvariga på respektive program samt SMHI. För hjälp med en djupare litteratursökning bokades en tid på Malmö Högskola, Teknik och Samhälles bibliotek. Genom detta möte fick vi kontakt med Erik Johansson, HDM (Housing Development & Management), LTH, forskar kring stadsklimat i varma regioner i Marocko och Sri Lanka.
2.3.2 Materialbearbetning
Samtliga källor som vi använt oss av för att komma fram till våra slutsatser har vi sammanställt och bearbetat analytiskt för att enkelt kunna beskriva dem i sammanhanget. De intervjuer som genomförts har legat till grund för våra slutsatser samt skapat vidare frågor kring ämnet. Resultatet av intervjuerna är inte nödvändigtvist vedertagna fakta.
Då vårt syfte med detta arbete är att kartlägga kunskapsläget har vi använt oss av bilder ifrån vår litteratur och elektroniska källor. Detta för att på ett tydligare sätt koppla bilderna till texten.
2.3.3 Felkällor
En grundläggande felkälla torde vara att vi har liten egen erfarenhet och tidigare kunskap inom ämnet. Till detta kommer också att folk i branschen har relativt dålig kunskap om vindplanering, varför det ofta uppstår missförstånd och svårigheter att få kontakt med rätt personer. Dessutom präglas inte sällan samtal med berörda av förutfattade meningar, som t ex att det saknas en koppling mellan teknik och samhälle.
Eftersom arbetet delvis gjorts med hjälp från SMHI och det faktum att SMHI arbetar kommersiellt med vindplaneringsrådgivning, kan vissa avsnitt vara mindre objektiva, likaså kan delar av texten påverkas av att de grundar sig på utländsk litteratur, såväl kulturellt som språkligt.
3. Teori
3.1 Vind
3.1.1 Uppkomst
Luften sätts i rörelse genom att variationer av lufttrycket ger upphov till en kraft, gradientkraften G, som ämnar till att jämna ut tryckskillnaderna. På grund av jordens rotation, corioliskraften C, böjer vinden av åt höger i sin rörelseriktning till dess att jämvikt har uppnåtts mellan krafterna. Då friktion ej inverkar på luftens rörelse, blåser vinden i stort sett längs isobarerna, linjer för lika tryck. Så fungerar det ovanför atmosfärens friktionsskikt. Närmare jordytan bromsar friktionen vindhastigheten samtidigt som vindens riktning kommer att förändras, som nämnts ovan.
Den storskaliga luftströmningen i atmosfären över Skandinavien, har i genomsnitt en riktning från väst-sydväst. Emellertid gör de ständiga lågtrycken att vinden växlar kraftigt till både styrka och riktning. På norra halvklotet blåser vinden runt ett lågtryck moturs och under de dagar det tar för ett lågtryck att passera kommer vinden att blåsa i många olika riktningar. På en plats där topografi eller andra hinder inte stör vinden förekommer därför alla vindriktningar nästan lika ofta under ett år, dock en viss övervikt för vindar ifrån sydväst till väst.1
3.1.2 Vinddata
När det gäller vindplanering är det vindförhållandena där vi vistas som är intressanta, d v s en höjd på ungefär 2 m över marken. Denna nivå kallas för vistelsenivån. Vindhastigheten vid de meteorlogiska mätstationerna mäts dock på en höjd av 10 m över en öppen yta (standardförhållanden). Det är för att undvika de mest lokala påverkningarna och att värdena ska kunna användas över ett större område.2Mätstationerna finns oftast i samband med
flyg-eller fyrplatser, där vinden får verka relativt ostört. De vindhastigheter som redovisas i en väderleksrapport är därför inte sällan många gånger högre än förekommande vindhastigheter inne i en stad.3
Eftersom marken är ojämn, kommer en friktion mellan luft och mark att uppstå (markfriktion), och därmed kommer medelvindhastigheten alltid att vara lägre på 2 m över marken än på 10 m nivån. På en öppen yta 2 m över marken, är vindhastigheten bara ca 70 % av den genomsnittliga hastigheten på 10 m. Inne i bebyggelsen kommer medelvindhastigheten ytterligare att sänkas. Där är den ungefär bara 1/4 eller 1/5 av den fria vindens hastighet. Reduceringens storlek beror självklart på hur bebyggelsen ser ut och hur strömningen kommer att påverkas av ett hinder. Även om medelhastigheten inne i staden är
1 Glaumann; Nord, 1993, s. 25-26 2 Holmér; Lindquist, 1980, s. 53 3 Glaumann; Nord, 1993, s. 87
Fig. 3.1 Medianhastighet, m/s, på 10 m höjd.
lägre, kan stadens maxhastighet bli större än maxhastigheten uppmätta vid standardförhållanden. Det har sin grund i att vindmiljön i staden är mer eller mindre turbulent och byig. Det innebär att vinden blir oregelbunden till riktning och hastighet, även inom mycket korta avstånd.1
Förr i tiden, innan det fanns mätinstrument, grundades vinddatan på observationer, t ex förstärkningar p g a byggnader och dylikt, istället för mätningar. Vinden uppskattades efter syn- och kännbara effekter till sjöss, som t ex vågornas utseende. Eftersom havsytan inte ger upphov till någon friktion, ger iakttagelserna av vindhastigheten till havs en bra uppskattning av den verkliga ostörda vinden. Denna skala kallas för Beaufort-skalan, efter kommendörkapten Francis Beaufort som tidigt 1800-tal utvecklade denna bedömningsskala. Skalan har senare omarbetats till att även gälla landförhållanden. Då grundar den sig på hur löv och grenar rör sig, träden svajar o s v samt även effekten på människor.2
Vinduppskattningen efter Beaufort-skalan blir beroende av observatörens erfarenhet men ger ändå en fingervisning om hur vinden påverkar byggnation, natur och människor.3
Vindens medianvärde i Sverige är ca 3 m/s i inlandet och 6-8 m/s vid kusten. Hur snabbt vinden minskar inåt land beror på topografin (se kap. 4.1 Översiktlig planering) och var i landet man befinner sig. Det är nämligen blåsigare i södra Sverige än i norra, figur 3.1. Detta förhållande gäller även i inlandet. Under vintern är det i allmänhet blåsigare än under sommaren, men samtidigt är det vanligare med helt vindstilla dagar under vintern än på sommaren. Storm och oväder är vanligast under höst och vinter. I genomsnitt varierar därför vindhastigheten inte särskilt mycket under året. Den genomsnittliga vindshastigheten vintertid har ingen utpräglad dygnsvariation. Under årets varma perioder har dock vindhastigheterna en daglig variation med svaga vindar under natten och högre hastigheter under dagen. Denna variation återspeglas även i ett genomsnitt över dygnsvariationerna.4 1 Glaumann; Westerberg, 1988, s. 62 2 Se bilaga A 3 Glaumann; Nord, 1993, s. 87 4 a.a., s. 25-26
4. Planeringsaspekter
Ett stadsklimat är inte konstant utan består av en mängd variationer av olika klimat på en lokal nivå, där t ex vindförhållandena kan skilja sig mycket. Varje enskild byggnad ger i sig själv upphov till ett specifikt lokalklimat. Med ett ökande antal byggnader kommer klimatvariationerna att bli allt större och mer noterbara. En oförsiktig planering, i både den översiktliga och detaljerade planeringen, kan därför skapa ett ogynnsamt vindklimat i området.1
4.1 Översiktlig planering
Vindplanering på en översiktlig nivå innebär att bedöma vilka vindproblem som finns i området. Vissa markområden, beroende på i vilken sorts miljö byggnation ska ske, kan t ex vara utsatta för extra mycket vind eller ligga i vindriktningen för föroreningar, och är då mindre lämpliga för bostäder.
Den översiktliga nivån ger endast en grov beskrivning av vindförhållanden på en plats och även om området på en översiktlig nivå inte är lämplig ur vindsynpunkt, så kan det finnas ett läge inom detta område som ändå har gynnsamma förutsättningar.2
Vid den översiktliga planeringen kan användandet av klimatstatistik och andra specialutredningar, såsom luftföroreningar, vara till hjälp.3Ett platsbesök kan även vara till
stor hjälp, där spår i terrängen, orsakad av den mest förhärskande vindriktningen, lätt upptäcks. T ex kan lutande trädstammar samt snödrivor, informera om vindriktning och läområden. Vegetationen tenderar även att vara frodigare i läområden.4 (Se även kap. 7
Verktyg/Hjälpmedel).
I Sverige har vi fyra olika landskapstyper som bör skiljas åt vid vindplanering:
• Kustlandskap
• Kuperat landskap
• Skog
• Stad
Dessa områden har specifika vindegenskaper som ska beaktas eftersom ett landskap både styr och förstärker vinden men kan även också ha en försvagande inverkan på vinden.
1 Eliasson; Svensson, 1999, s. 8 2 Glaumann; Nord, 1993, s. 69-70 3 a.a., s. 74 4 Eliasson; Svensson, 1999, s. 42
4.1.1 Kustklimat
Ett kustläge är oftast extremt vindutsatt, och vindhastigheterna uppgår inte sällan till dubbelt så höga hastigheter som i inlandet. Kustzonens egna vindklimat beror p g a att land-och vattenmassorna lagrar värmen på olika sätt då de värms upp. Under sommarhalvåret, dagtid uppstår en sval sjöbris med en vindhastighet på ca 5-7 m/s.1
Sjöbris uppstår eftersom luften närmast jordytan värms upp avsevärt mer över land än över hav, varpå luften stiger uppåt över land. Den varma landsluften strömmar sedan ut mot havet och ersätts på en låg nivå av svalare luft ifrån havet. Fenomenet sjöbris når sitt klimax strax efter middagstid. Under natten vänder cirkulationssystemet och en så kallad landbris uppstår. Landbrisen är dock inte lika kraftig som sjöbrisen, utan har en vindhastighet runt 1 m/s.
Vid sjöbrisens uppkomst på dagarna blåser vinden praktiskt taget vinkelrätt mot kusten. Med tiden böjs den av, p g a jordens rotation, så att den blir mer parallell med kustbandet. Beroende på kustzonens topografi, når sjöbrisen olika långt in över landet. Vid en brant och klippig kust kanske den inte märks alls medan den i ett flackt kustlandskap kan kännas av flera mil in i landet. Även riktningen på brisen påverkas av kustzonens utformning. Sjö- och landbris kan bli ett extra stort problem då de förstärker en mera storskalig luftströmning men samtidigt kan de även utnyttjas då de kan försvaga en förhärskande vindriktning.
Land- och sjöbrisfenomenen kan även uppstå vid större sjöar men är vanligast och bäst utvecklade i kustzonerna.
En annan anledning till att högre vindhastigheter uppmäts längs kustzonerna är att havsytan inte har samma friktionsverkan som en markyta inne på land har. En vind som sveper fram över en vattenyta kommer inte att bromsas upp av en skrovlig yta och minskar därmed inte sin hastighet.2
1
Eliasson; Svensson, 1999, s. 17
2
Fig. 4.1 Hastighetsförhållanden vid en brant med lutning <1:3.
Fig. 4.2 Relativa vindhastigheter vid obevuxna åsar.
4.1.2 Kuperat landskap
1En plats vindförhållanden påverkas starkt av terrängens topografi. På öppna fält och höjder uppnås högre vindhastigheter än i t ex skogsområden och inne i städer. Den kritiska zonen i ett kuperat landskap är strax nedanför ett krön, på lovartsidan. Även krönets sidor kan bli relativt vindutsatta. Vid kullar och åsar med en lutning <1:3 följer luftströmmen ofta kullens former, i både lovart och lä. En enkel tumregel för att uppskatta vindhastigheten är att hastigheten vid ett krön av en kulle ökar dubbelt så mycket
som dess lutning upp till lutningen 1:3. Är t ex lutningen 1:20 ökar således hastigheten med 2·0,20 d v s en överhastighet på 40 % vid krönet. Figur 4.1. Hastighetsskillnaderna i ett kuperat landskap beror även mycket på väderlek och vindens hastighetsnivå. Vid mycket stark vind minskar ofta skillnaderna och motsatsen då det blåser svaga vindar.
Vid branta sluttningar uppstår ett ostadigt vindklimat precis framför och bakom sluttningen. Även ett begränsat område på läsidan, som kan sträcka sig upp emot 30 hinderhöjder, kan bli ostadigt. Beroende på höjden av kullen eller sluttningen kan vindhastigheten minska med hälften eller ännu mer, med start av reduceringen strax bakom kullen och upp emot ca 10 hinderhöjder nedströms.2Figur 4.2.
1
Se bilaga B
2
Fig. 4.3 Jämförelse av vindriktning mellan a) en dalgång och b) till havs.
Växtlighet har en reducerande inverkan på vindens effekt. Redan ett glest trädbestånd över en kulle har en kraftig reducerande effekt på vindhastigheten, upp till hälften jämfört med ett kalt krön, nere på vistelsenivån. Likaså en terräng som är lätt kuperad och trädbevuxen minskar vindhastigheten uppe på höjderna. Träden i sänkorna tenderar nämligen till att växa sig högre än de uppe på krönet och terrängen får en mer jämn trädtoppsnivå och därmed ett jämnare luftflöde över landskapet.
Dalgångar får inte sällan en förstärkning av vindhastigheten då luften pressas samman genom den trånga passagen som en dalgång bildar. Det uppstår även en stark styrning av vinden i dalgångens längdriktning. Figur 4.3 visar fördelningen av vindhastigheterna och vindriktningar i en dalgång jämförelsevis för en fritt belägen fyr på ungefär samma breddgrad, där lokala störningar saknas.1 Om en ostörd
vind får fritt blåsa rakt eller snett in i en dalgång kommer vindhastigheterna att öka med ca 10-20 % medan om den blåser tvärs dalgången minskar med ca 20-30 %. 2
I dalgångar förekommer även ett liknande fenomen till kustzonens termiska cirkulationssystem, här kallad berg- och dalvind. Dalvind uppstår under soliga dagar. Dalgångens sluttningar värms då upp och luften stiger över sluttningarna. Eftersom en tryckgradient har skapats, strömmar luften in mot bergssidorna. Den motsvarande bergsvinden förekommer nattetid och då p g a att sluttningarna nu avger sin värmeenergi och luften kyls av. Tryckmönstret vänder då och luften strömmar ner i dalen igen.3
4.1.3 Skog
En skog skapar en lugn och komfortabel vindmiljö. Skogen ger ett mycket effektivt vindskydd, och inte sällan är vindhastigheten på vistelsenivån inne bland träden bara ca 10 % av hastigheten utanför trädzonen. Även en gles skog ger ett gott allmänt vindskydd. Vinden tränger in ca 100-400 m in i skogen, beroende på höjd, täthet, årstid mm, då skogen angränsar till vatten eller ett öppet fält. Vindreduktionen är stor ända upp till trädtopparna och är sedan relativt jämnsvag ner till marken. I Sverige, och andra länder med liknande klimat, är det viktigt att komma ihåg att årstidsbetingade variationer förekommer, t ex mellan en lövskog under sommaren och vintern. Den läeffekt som ett lövträd har, ökar med ca 20-30 % när löven slagit ut i förhållande till när grenarna är kala. Även vilken slags skog
1 Glaumann; Nord, 1993, s. 34-35 2 Glaumann; Westerberg, 1988, s. 58 3 Eliasson; Svensson, 1999, s. 16
det är spelar in. En hög tallskog får en något högre vindhastighet vid marken vid blåsig väderlek eftersom den har kala stammar som inte hindrar vinden. 1
Eftersom det blåser mindre under än över trädtoppsnivån, är det viktigt att bebyggelsen hålls lägre än omgivningens träd och andra höga hinder på blåsiga platser. En samling högre träd inne i bebyggelsen har även en stor positiv inverkan på det allmänna vindskyddet (se kap. 5 Vindskydd).2Blåsigheten ökar ofta till det dubbla då man bygger högre än
trädtopps-nivån eller helt tar bort en befintlig skog när ett nytt bostadsområde ska exploateras inom skogsmarken.3
4.1.4 Stad
Klimatet inne i staden avviker på flera sätt ifrån lansbygdens klimat, inte bara vindförhållandena utan t ex temperatur, föroreningshalt och avdunstning är specifika för en stad. En stad påverkar vindförhållandena på två grundläggande sätt, aktiv vindverkan och passiv hindereffekt.
Den aktiva inverkan uppkommer i situationer då stadens värmeö är väl utvecklad. En värmeö uppkommer eftersom staden producerar en högre koncentration av luftföroreningar och överskottsvärme. Det lägger sig över staden som ett lock och då stannar värmen kvar över staden. Temperaturskillnaderna mellan stad och omgivande landsbygd initierar då till ett termsikt cirkulationssystem, där den varma stadsluften stiger och ersätts av sval luft från omlandet som strömmar in mot de centrala delarna. Omlandsbrisen är mest utvecklad i större städer och då i de lägre luftskikten. Fenomenet uppträder under klara och, i stadens omland, relativt lugna kvällar. Det kan även förekomma termiska cirkulationssystem i mikroskala inne i staden i anslutning till gator, innergårdar etc.4
Den passiva vindverkan är en följd av exponerade material i stadsmiljön, byggnadshöjd och struktur; stadslandskapets skrovlighet. Vindhastigheten kommer därför att i allmänhet att reduceras samtidigt som turbulensen förstärks p g a byggnadernas inbördes orientering. I anslutning till de separata huskropparna kommer virvlar att bildas samt vindförstärkning och läeffekter att uppstå (se kap. 4.2 Detaljplanering).5
1 Glaumann; Westerberg, 1988, s. 62 2 a.a., s. 25 3 a.a., s. 62 4 Eliasson; Svensson, 1999, s 25 5 Glaumann; Nord, 1993, s. 39
4.2 Detaljplanering
Bebyggelse ger upphov till mer eller mindre byiga förhållanden i vistelsenivån. Ju högre vindhastighet desto mer byigt blir det. Vindbyarna kan vara irriterande eller direkt farliga. En person som rundar ett hushörn i en blåsig utemiljö kan momentant utsättas för så starka vindkrafter att hon tappar balansen.1 Vid detaljerad planering gäller det att anpassa
bebyggelsen till det rådande landskapet och klimatet. När en tomt bebyggs kommer vinden att förstärkas eller reduceras, i vilken utsträckning är svårt att förutse. Det är viktigt att redan på ritningsstadiet ta hänsyn till de aktiviteter som kommer att bedrivas runt byggnaden, t ex har en parkeringsplats inte lika strikta vindkriterier som en uteservering, en lekplats eller en gångbana.2
4.2.1 Vind kring byggnader
4.2.1.1 Strömning kring en byggnad
När vinden träffar ett hinder kommer luftens strömningsmönster att ändras, och virvlar att uppstå. Virvlarna kommer att öka vindens turbulens. Virvlarna som uppstår kan tillsammans med vindens byighet, växelvis motverka eller förstärka varandra. Det är denna samverkan som kan ge upphov till relativt starka vindar även i ett läområde, trots att vindens medelhastighet där är låg. Turbulensintensiteten (ett mått på vindhastighets-variationen i relation till medelvindhastigheten, d v s hur oregelbunden strömningen är) får sitt maximum då vindhastigheten är som lägst och vice versa.
Då vinden träffar t ex en byggnad, kommer den att förstärkas och ändra riktning kring hörnen i lovart. På den fasad som ligger på lovartsidan, kommer luften att dela sig och strömma upp över taket, ned över fasaden och runt sidorna. Den punkt där luftens strömningsmönster bryts kallas för stagnationspunkt. Stagnationspunkten ligger på byggnadens centrumlinje, ca 3/4 upp på fasaden. Under stagnationspunktens nivå framför byggnaden, kommer en återströmning att bildas. Även bakom byggnaden och i vakområdena på ett horisontellt tak, kommer mer eller mindre slutna cirkulationer att uppstå. Återströmningen bakom byggnaden sträcker sig till en bakre stagnationspunkt nedströms. Vid husets bakre hörn kommer virvlar med en vertikal axel att bildas.3 Det är
ofta den nedåtriktade vinden, som bildas vid stagnationspunkten, ifrån högre byggnader som ger upphov till vindproblematiken i gatunivå.4 Enligt en undersökning gjord av BRE
(Building Research Establishment, Storbritannien) börjar människor att tycka att vinden nere på vistelsenivå är ett problem vid byggnader som är högre än 25 m (ungefär 6 våningar) eller om byggnaden är mer än dubbelt så hög som omgivande bebyggelse.5
1 Glaumann; Westerberg, 1988, s. 28 2 Eliasson; Svensson, 1999, s. 34 3 Glaumann; Westerberg, 1988, s. 112-113 4 Eliasson; Svensson, 1999, s. 29 5 Oke, 1987, s. 272
Fig. 4.4 Vakområdets bredd minskar i takt med den mot vinden projicerade ytan.
Fig. 4.5 Hastigheten nästan fördubblas vid vinkelrät anblåsning.
Det vakområde som uppstår bakom byggnaden är till stor del helt slutet. Området är så slutet att ett utsläpp, t ex av rök, nästan helt skulle stanna kvar och koncentrationen skulle fortsätta att öka om inte vindriktningen ändras. Ett annat problem med byggnaders vakområden är att snö och löv lätt ansamlas där.
Ett vakområdes utsträckning beror på byggnadens höjd, längd och bredd. Områdets storlek ökar med byggnadens höjd och längd men inte nämnvärt med dess djup. Figur 4.4. Vakområdet bakom små rektangulära hus sträcker sig mellan 2-5 hinderhöjder. Vid en lång byggnad kan djupet på vaken bli upp till 8-10 hinderhöjder. Vakområdets utsträckning beror även på byggnadens utformning och vindens anblåsningsvinkel mot fasaden.
Hastighetsvariationen kring en byggnad har det principiella utseendet som visas i figur 4.5. På lovartsidan minskar hastigheten, för att sedan snett ut från kanterna börja öka. Vinden kommer alltså att påverka ett relativt stort område kring byggnadens hörn. Ju större hus, och därmed mer exponerad yta, desto större blir tryckskillnaderna mellan lovart och lä, och ju större tryckskillnad desto större hastighetsökning. Vid mycket höga hus har hastighetsökningar vid hörn på mer än 2,5 gånger uppmätts. Vindhastigheten vid ett hushörn i normala fall varierar från ca 0,2-2 gånger medelvindhastigheten. När det gäller punkthus blir överhastigheten lägre och även läområdet mindre.1
1
Fig. 4.6 En utdragen bottenvåning minskar vindhastigheten vid gatunivå. Fig. 4.7 Avtrappning m h a en sidobyggnad.
Byggnadens utformning och material påverkar starkt tryckfördelningen över fasaderna och turbulensen. För att motverka att vinden förstärks på vistelsenivå runt stora byggnader, ska bottenvåningen låtas vara större än övriga våningar, figur 4.6. Därmed kommer vinden nedåt att brytas innan den når marknivån och de
största hastigheterna har då förflyttats till bottenvåningens tak. Tyvärr blir då bottenvåningens tak olämplig som vistelseyta. När det gäller lägre byggnader kan det räcka med att sätta skärmar eller planteringar framför byggnaden istället för att få lä på lovartsidan och därmed uppnå hastighetsreduktioner i passager och runt hörn.1
Att åtgärda blåsiga hörn är även det komplicerat. Det optimala är att försöka undvika att förlägga gångvägar och vistelseytor till sådana lägen. Extrema vindhastigheter kan förhindras genom en lägre utbyggnad vid hörnet eller genom ett hinder, figur 4.7. Tyvärr är det svårt att få växter att ta sig i sådana lägen, och agera som ett ensamt vindskydd.2
Hus som har en mer utpräglad strömlinjeform får en bättre vindmiljö vid marken då de erbjuder ett mindre luftmotstånd. I allmänhet ger pyramidformade hus och hus med mer runda former mindre luftmotstånd. Mindre luftmotstånd innebär mindre turbulens, mindre tryckskillnader samt mindre ofrivillig ventilation, dvs mindre vindberoende energiförluster.3
Hur vinden agerar runt enskilda byggnader är tämligen välstuderat, men när byggnader grupperas i närheten av varandra kommer det att bli mer komplicerat och svårare att förutsäga. För att kunna planera effektivt i ett område som innefattar mer än en byggnad, krävs närmare studier, antingen i en vindtunnel eller i ett numeriskt beräkningsprogram, t ex CFD (se kap. 7 Verktyg/Hjälpmedel).4
4.2.1.2 Balkonger och loftgångar
Då byggnaden är försedd med balkonger spelar vindriktningen stor roll för vindförhållandena. Vid t ex ett 8-våningshus blåser det ca 1,5 gånger så mycket på översta balkongen som vid marken vid den mest förhärskande vindriktningen. Vid den gynnsammaste riktningen blåser det ungefär hälften så mycket som vid marken. I regel blåser det även mer på de översta balkongerna när dessa ligger på läsidan gentemot om de skulle ligga i lovart.
Placeringen av balkongerna i sidled på samma våningsplan har inte någon större betydelse, så länge de inte löper runt hörnet, eftersom de då kommer att utsättas för en ökad vindhastighet. Bäst skyddade är balkonger som ligger utanpå fasaden och med gavlar som
1 Glaumann; Westerberg, 1988, s 28-29 2 a.a., s. 28-29 3 a.a., s. 26 4 Eliasson; Svensson, 1999, s. 29
Fig. 4.8 På ett åttavåningshus krävs det ett skärmtak som är minst 3,5 m djupt om vindmiljön ska förbättras. En passage förbättras avsevärt om den förlängs utanför fasaden.
löper från mark till tak. Sådana balkonger är till och med betydligt bättre vid vissa vindriktningar än balkonger som ligger i fasadlivet.
Hus med loftgångar kan få problem med vinden, speciellt besvärande kan vinden var på loftgångar då husen är stora. Även här spelar vindriktningen in i hur stort problemet kommer att bli. Vid en anblåsning snett framifrån, nästan parallellt med loftgången, kommer vindhastigheten att bli som störst. Om huset har ett sadeltak eller ett valmat tak kommer vindhastigheten på den översta loftgången att bli något högre än om det förses med ett plant tak. Loftgångarna kan ges ett extra vindskydd då huset har ett utanpåliggande trapphus.1
4.2.1.3 Passager
Hörnen på en byggnad är, som ovan nämnt, ett kritiskt område där höga vindhastigheter lätt uppstår. Dock kan öppna passager genom och mellan hus ge ännu större problem med blåsten än vad hörn ger. En passage mitt på byggnaden kommer att bli blåsig eftersom huset punkteras just där tryckskillnaden mellan lovart och läsidan är mycket stor. Hur blåsigt det blir beror på byggnadens storlek och framför allt höjden på den. I modellförsök har en hastighetsförstärkning mellan 1,7-3 gånger uppmätts i en genomgående passage på ett 8-våningshus.
Höjden på byggnaden är den orsak, som sagts ovan, som bidrar mest till att öka vindhastigheterna i passager men även omgivande bebyggelses höjd och anblåsningsvinkeln har stor betydelse. Blåsigheten kommer att minskas betydligt om omgivande bebyggelse inte understiger 2/3 av höghusets höjd. Däremot kommer bland de högsta vindhastigheterna att uppstå då vinden blåser mot fasaden i en sektor om ca ± 45° från vinkelrätt anblåsning. Blåsigheten ökar även något om passagebredden ökas.2
Det är svårt att åtgärda problemet med en blåsig passage. Det gäller att leda undan vinden så att den drivande tryckdifferensen inte påverkas. Med ett stort skärmtak kan en viss förbättring uppnås. Härmed kommer lovartfasadens nedåtgående luftström att riktas åt sidorna och ge upphov till att tryckskillnaderna mellan läsidan och skärmtakets framkant blir mindre. För att få en betydande vindreduktion bör skärmtakets djup vara minst 15 % av hushöjden, figur 4.8. Om inte skärmtaket löper längs hela fasaden, bör
passagen förlängas på båda sidor om byggnaden. Förlängningen kan utföras så att passagemynningen placeras framför fasaden, likt en veranda med hela sidostycken. Då förhindras tillströmningen av luft ifrån sidor och snett uppifrån.3Ett annat sätt är att placerar
dörrar på båda sidor av passagen, men även då kan det uppstå problem. Eftersom vindtrycket kan vara relativt stort kan dörren bli svår att öppna men även dubbla dörrar kan
1 Glaumann; Westerberg, 1988, s. 115 2 a.a., s. 116 3 a.a., s. 29
Fig. 4.10 Vindhastigheter kring vinklade byggnader samt kringbyggda gårdar.
bli ett problem, om de ska öppnas samtidigt. Åtgärder som t ex dörrar minskar i normala fall inte vindproblemet, eftersom de inte påverkar tryckskillnaden mellan lovart och lä. Vindproblemet skulle dock minska, om dörrarna är placerade på en förlängd passage.
Kring byggnader som bildar passager genom husens inbördes placering, beror blåsigheten till stor del på passagebredden och graden av överlappning. Vinkelställda byggnader fungerar som en strut och samlar in och förstärker vinden. Ett stort överlapp ger lägre hastigheter mellan husen än hus med en bred passage (8 m) som placeras hörn mot hörn. Om passagen skulle vara 4 m istället för 8 m skulle de högre vindhastigheterna uppstå vi de överlappande byggnaderna. När det gäller passager som hus bildar har husens längd en mindre betydelse. Det är byggnadshöjden som ökar blåsigheten kraftigt.1Figur 4.9.
4.2.1.4 Byggnadsgruppering
I mycket blåsiga lägen gäller det att ha en gruppering av husen så att de skyddar varandra. Om en byggnad är vinklad kommer det att uppstå större läområden kring den än vad det gör runt en rak byggnad, oavsett vilken anblåsningsriktning vinden har. Även vid ett innerhörn kommer det alltid att finnas mer eller mindre lä, oavsett vindriktning.2Figur 4.10.
1
Glaumann; Westerberg, 1988, s. 116
2
a.a., s. 118
Fig. 4.9 Hastighetsökning vid passager bildade av byggnadernas inbördes placering.
Fig. 4.11 Plan över Bo01:s skyddande innerkvarter.
Fig. 4.12 Utnyttja vegetation och topografi för att få ett gynnsamt vindklimat inne i bebyggelsen.
Fig. 4.13 Särskilt blåsigt kan det bli på marken framför det högre huset, när avståndet mellan husen är något mindre än det högre husets höjd.
I allmänhet minskar vindhastigheten bland husen med bebyggelsetätheten. Men det som har störst betydelse för vindförhållandena är hushöjden. Låga, jämnstora byggnader som ligger tätt, ger en bra vindmiljö. Kvarteren ska också vara så slutna som möjligt. Genomgående vägar och stråk samt öppna ytor bör undvikas, i alla fall i den mest förödande vindriktningen. Där blir gatumiljön skyddad och vindhastigheterna blir inte sällan lägre än på den omgivande landsbygden. Om husen dock skulle vara högre än 25-30 meter skulle vindmiljön i gatunivå bli sämre, och vind-hastigheterna bli högre än jämförande landsbygd. Det beror på att byggnader som sticker upp över omgivningen för ner kraftiga höjdvindar till gatunivå.1 Av samma anledning ska bebyggelse i
skogslandskap helst hållas under trädtoppsnivå. För att få en bättre vindmiljö i ett kuperat landskap kan bebyggelsen kompletteras med vegetation så att vinden leds över bebyggelsen samt att bebyggelsen placeras i lä bakom höjden.2Figur 4.12.
I vissa fall kommer den omgivande bebyggelsen inte att försvaga vindhastigheten, utan orsaka en förstärkning istället. En byggnad som är avsevärt högre än sin omgivning kommer att föra ner stora luftmängder (se kap. 4.2.1.1 Strömning kring en byggnad) till vistelsenivån. Om den högre byggnaden har en lägre byggnad framför sig kommer den lägre att förstärka återcirkulationen, lovartvirveln, framför den högre byggnaden, och vindkomforten kommer där att bli dålig. Storleken på förstärkningen beror på avstånd och byggnadshöjder, figur 4.13.
1
Eliasson; Svensson, 1999, s. 25
2
Fig. 4.14 Optimala sol- och vindförhållande uppnås då avståndet mellan husen är 5-8 hinderhöjder samt med gles växtlighet.
Att åtgärda t ex ett torg som har blivit extra blåsigt p g a att höga byggnader är placerade i anslutning till det, är mycket svårt eftersom de tryckskillnader som ligger bakom, är orsakade av hela byggnadskroppar. Vissa förbättringar av den direkta närmiljön inom torget går att få genom olika skärmarrangemang.
Mellan parallella byggnader kan det uppstå relativt kraftiga virvlar i både lovart- och läområdena, p g a återcirkulationen. Vindhastigheterna mellan byggnaderna kommer att vara högre vid marknivån än vid taknivån. Det kommer att blåsa mindre på den första gården än på de efterföljande gårdarna nedströms. Då det gäller lamellhusgårdar kommer inte vindförhållandena att skilja sig så mycket vid vinkelrät anblåsning. Vid sned anblåsning kommer däremot husens bortre del av lovartsidan att utsättas för virvlar, med sitt maximum på vistelsenivå. Hur vindarna kommer att böjas av och vilken kraft de kommer att få inne på en gård, är svårt att säga i förväg. De vindriktningar som kan uppstå inom en innergård kan, p g a återcirkulationen, på många ställen t o m blir vinkelräta den fria vinden. Hur stor vindreduktionen kommer att bli mellan husen beror på gårdsdjupet. Ett djup på mellan 5-8 hushöjder kommer att ge en relativt stor reduktion över hela ytan, figur 4.14. Om gårds-djupet blir större än 10 hushöjder kommer läverkan från husen att försämras betydligt.1
1
Fig. 4.15 Snöansamling vid olika hinder. Streckade områden får mindre snö p g a högre vindhastigheter.
Fig. 4.16 Vindskydd ska placeras ca 10 hinderhöjder uppströms från vägar för att underlätta framkomlighet.
4.3 Vind och snö
På en blåsig plats i vintertid kan snöns drivbildning bli ett betydande problem. Drivbildningarna orsakas av den vindriktning som är dominerande när snön faller samt även starkt påverkad av starka vindar som får snön att virvla upp. Inte sällan lägger sig snödrivorna ungefär likartat ifrån år till år. Snö, liksom andra lättransporterade partiklar som t ex löv och regn, ansamlas i läzoner. Därför kommer det vara mindre snö i lovart och mer i lä. I allmänhet blir snödjupet störst där vindhastigheten är minst. På grund av detta är det bättre att anlägga entréer, uteplatser och olika slags kommunikationsytor så att de blir fria från snödrivor i snörika områden. Vistelseytor ska dock försöka hållas till läområden, i alla fall då det inte snöar.
De kraftiga och snöförande vindarna kommer från nord till ostliga riktningar. Detta gäller på de flesta håll i Sverige. Då kommer snöutfallet att bli stort på ytor som vänder sig mot sydväst. Det är inte bara höga hinder som påverkar var drivbildningen kommer att ske. Snödriften kommer igång vid ca 3-5 m/s och då transporteras snön inom några decimeter över snöytan. Därför kommer även t ex ett lågt staket eller ett buskage att till stor del påverka drivbildningen. Figur 4.15.
Det är viktigt att känna till den drivbildande vindriktningen, speciellt i snörika områden, men även i områden som bara drabbas ibland. Att planera för drivbildningen underlättar arbetet med plogning men kan även förhindra trafikolyckor.1Snöskydd för vägar består ofta
av träd eller snöskärmar. För att få ett effektivt skydd ska avståndet till det som ska skyddas vara ungefär 10-15 hinderhöjder för täta skärmar och för glesare skärmar ungefär 15-20 hinderhöjder. Inom bebyggelsen kan snöröjningen underlättas då vindskydd placeras cirka 10 hinderhöjder i lovart om gångvägar och entréer, figur 4.16.
1
Snökanten framför byggnader blir ofta mycket tydlig. Det beror på att en stabil virvel framför lovartfasaden har bildats och sopat bort snön framför huset. Virveln begränsas av ett utskjutande tak eller en motstående lägre byggnad inom ett hushöjds avstånd. Lovarthörnen på en byggnad har blivit rensopade ifrån snö. Husgavlarna bakom lovarthörnen kommer att bli snörika p g a att en viss återcirkulation finns. I vakområdet bakom en byggnad, kommer snön att ansamlas, ibland ända upp till taknocken. Storleken på ansamlingen beror delvis på takvinkeln. Ett långt sluttande tak kommer att minska snöansamlingen i lä. Taken själva kommer också att utsättas för mer eller mindre snö. En hög takvinkel kommer att öka snöansamlingen på takfallet i lä.1
4.4 Vind och regn
Regnutfallet blir, som ovan nämnt, större i läområdena än på en öppen yta då det blåser. Kombinationen av vind och regn varierar stort i hela landet. I Torslanda blåser det 98 % av tiden då det regnar, medan det i Sveg blåser bara 8 % av tiden. Vindhastigheten bestämmer till en viss del mängden regn i läområdena. Vindstyrkan vid regn varierar även kraftigt mellan olika geografiska platser. I Sveg uppnår medelhastighet bara till 2 m/s jämfört med i Torslandas 8 m/s.
I kustnära områden är slagregnsmängderna stora. Det regn som vinden för med sig faller ut där vindhastigheten förstärks. Vid hushörn t ex, där vinden snabbt ändrar riktning, följer inte regnet med vinden, utan faller utanför strömmen. Det kan skapa problem vid stora fasader med stor vindexponerad yta, där hörn och takfot blir utsatta för stora mängder regn. När luftströmmen går nerifrån och upp kommer den att föra med sig regn under fönsterplåtar och takfot, och man kan därför vid en dålig konstruktionslösning få problem med inträngande vatten.
Det vinddrivna regnet kan göra regn- och vindskydd betydligt sämre. Det bör därför fördelaktigt utformas med både tak och skärmväggar, i områden där stark vind ofta förekommer tillsammans med regn.2
1
Glaumann; Westerberg, 1988, s. 140
2
5. Vindskydd
Vindskydd används för att minska vindhastigheten och vindturbulensen. Inne i bebyggelse kan syftet med ett vindskydd vara att skydda bebyggelsen i sin helhet, för att få en lägre vindavkylning eller vindskydd i utemiljön, runt t ex vistelseytor. Bebyggelsen i sig minskar ett vindskydds läeffekt p g a att den ger upphov till en mer turbulent vind än ute på ett fält. Ett vindskydd påverkar inte bara vindhastigheten utan även fuktigheten i mark och luft, temperatur samt strålningsbalansen genom himmelsavskärmning. Därför bör materialen i läområdena vara av sådan sort att de torkar upp snabbt.1
Det finns huvudtyper av anlagda vindskydd. Dels fjärrskydd, som är höga och relativt glesa och huvudsakligen består av trädplanteringar och dels närskydd, som är lägre och tätare, t ex plank, buskage m m. Fjärrskydden har till uppgift att ge ett allmänt vindskydd åt stora ytor medan närskydden är till för att kraftigt reducera vinden över ett litet område.2
5.1 Läeffekt
Den läeffekt som en skärm ger uttrycks i procent av ostörda vindförhållanden. Om en skärm t ex betecknas med 68 %, innebär det att skärmen kommer att reducera vindens framfart med 68 %.3
Mätningar visar att ett mycket tätt vindskydd reducerar vindhastigheten kraftigt men hastigheten kommer dock att tillta snabbare på läsidan än vid mindre täta vindskydd. Hur stor permeabilitet en vindskyddande skärm ska ha beror på storleken av den yta som den ska skydda, höjden över marken och den vindreduktion som ska uppnås.4 Täta eller något
genomsläppliga vindskydd, närskydd, har till uppgift att kraftigt reducera vinden över en mindre yta, t ex uteplatser, balkonger eller andra platser där människor mer eller mindre kommer att vistas sittande.5
5.2 Vindskyddets täthet och form
6Strömningsmönstret runt en tät skärm är i regel densamma som mönstret runt ett skivhus. Vid hörnen bildas det rejäla virvlar som mattas av nedströms. Precis som bakom skivhusen kan det förekomma starka vindstötar även i lä hos täta skärmar. Vindhastigheten reduceras framför skärmen för att sedan öka nedströms ovanför skärmen.
1 Glaumann; Westerberg, 1988, s. 124 2 a.a., s. 18 3 a.a., s. 124 4 a.a., s. 126 5 a.a., s. 30 6 Se bilaga C
Fig. 5.2 Optimalt lädjup nås då skärmens längd är minst 15 hinderhöjder.
En permeabel skärm minskar virvelbildningen eftersom den minskar tryckskillnaderna mellan lovart och lä. Vindreduktionen bakom och framför en permeabel skärm blir mindre än vid en tät skärm, men läområdet kommer att sträcka sig längre bakom skärmen.1
Läområdets djup är också beroende av skärmens längd. Beroendet gäller upp till en längd på 10-15 hinderhöjder, figur 5.2.2
Hålformen i skärmen har även betydelse för vindreduktionseffekten, eftersom formen kan ge upphov till olika tryckfall över hindret. Skärmar som är tunna, t ex av metall, ska ha hål av storleken minst några millimeter. Tjockare skärmar, t ex håltegel, måste ha en större håldiameter, mer än en centimeter, för att uppnå ett likvärdigt vindskydd. Läområdets storlek och form påverkas även av anblåsningsvinkeln. Vid mer än 30° vinkel kommer läområdet att minska snabbt, upptill ca 60° där minskning nästan stannar av. Detta innebär ett visst vindskydd, 30 % skydd, även när vinden blåser parallellt med skärmen.3
Om en skärm är öppen i underkant kommer uppehållsytan bakom skyddet att få en förhöjd vindhastighet men ett djupare vakområde. Om skärmen däremot är öppen eller gles i överkant blir det mindre turbulens men vakområdet kommer då att bli litet.4För att minska
tryckskillnaderna mellan lovart och lä vid ett tätt vindskydd, ska vinden föras upp av ett hinder. Hindret kan bestå av buskage eller träd, figur 5.1.5
Vid användandet av täta skärmar kan hörnen bli väldigt blåsiga. Problemet går att minska med t ex en avtrappning av skärmen, att göra den permeabel vid kanterna eller att plantera växter där. Även öppningar i växtridåer, t ex för att släppa igenomen en väg, ger vindförstärkningar. Utvinklingar och överlappning kring öppningen kan minska blåsten där, genom att en större mängd luft tvingas upp över hindret.6 Ett flertal hinder inom
varandras påverkan, d v s ett avstånd på upp till 40
1 Glaumann; Westerberg, 1988, s. 126 2 Se bilaga C 3 Glaumann; Westerberg, 1988, s. 128 4 a.a., s. 130 5 a.a., s. 31 6 a.a., s. 29-31
hinderhöjder, ger en större sammanlagd effekt än om varje enskilds effekt skulle summeras. Vinden reduceras mer ju närmare de står varandra. Optimalt är 8-10 hinderhöjder vid relativt täta hinder, glesare hinder kräver ett mindre avstånd.1
5.3 Växtlighet som vindskydd
En läplantering skiljer sig i effektivitet och planeringsmässigt ifrån t ex en tät skärm. Grenar och löv rör sig mer eller mindre beroende på vindhastigheten, och eftersom en plantering inte blir den andra lik, kan effektivitet och planeringsprinciper bara beskrivas i stora drag. En läplantering tappar dessutom en viss effekt då, och om, de tappar sina löv.
En läplantering som det ej går att se igenom, räknas med att ha ungefär samma läverkan som en skärm med samma mått och 20 % permeabilitet. En rad björkar på sommaren har en vindreducerande effekt som en skärm med 50 % hålighet. Vintertid har en lövträdsridå samma läverkan som en skärm med 70 % hålighet. Lövträdsridån vintertid motsvarar en genomsiktlighet på ca 50-60%.
Att använda sig av träd som vindskydd, och då i störst utsträckning som ett fjärrskydd, tar lång tid innan ett fullgott skydd har uppnåtts. Det kan ta upp 20-30 år. Vid ett helt nytt område ska därför skyddande träd i så stor utsträckning som möjligt sparas eller om det är möjligt, plantera träd i förväg i ett område som ska exploateras långt senare. Annars är användandet av snabbväxande arter i kombination av mer effektiva vindskyddsarter ett alternativ. De snabbväxande arterna tas sedan bort i takt med att de permanenta träden växer upp.2Vid valet av växter är det viktigt att välja dem som tål hård vind. Sådana växter
är t ex hagtorn, nyponros och naverlönn.3
Enradiga planteringar, såsom alléer, som innan använts inom jordbruket är inte lika bra lämpade för bebyggelse. Det beror på att alléerna är relativt glesa nedtill och det blir därför en förstärkt vind under kronan och en bit nedströms. Planteringar upp till en tjocklek av 10 m bör ha en jämn täthet och kompletteras med buskvegetation som hindrar vinden nedtill. I bredare planteringar är inte tätheten lika viktigt.4
1
Glaumann; Westerberg, 1988, s. 130
2
a.a., s. 133
3
Lindholm; Kristensson; Nilsson, 1988, s. 22
4
Fig. 6.1 Sandstorm i Texas på 1930-talet.
6. Kunskapsläget
6.1 Historisk bakgrund
Människan har under alla år försökt att skydda sig från naturens element och har med tiden lärt sig att förädla den konsten. Om man väljer ett modernare perspektiv ser vi att odlings-och betesmark har spelat en stor roll för hur metoderna för vindskyddsanvändande har utvecklats. Här spelar läplanteringar, i form av träd och buskar, en viktig roll. Även i städerna fyller växterna en stor funktion då det gäller vindreducering, men på ett annorlunda sätt. Här är det framför allt byggnadernas design och placering som påverkar vindmiljön.
6.1.1 Växtlighet som vindskydd i öppen mark
Läplanteringar är inget modernt påfund, även om det till stor del kom att utvecklas under 1900-talet. Man tror sig veta att människor under medeltiden utnyttjade växtplanteringar för att skydda sina odlingsmarker från vinden, bl a i Skottland.1 Även i området runt
Rhônefloden i Frankrike finns en månghundraårig tradition att plantera träd och buskar som skyddande väggar.2
De mer storskaliga läplanteringarna, eller läbältena, kom att växa fram i Nordamerika och Sovjet under tidigt 1900-tal. I USA handlar det om den vidsträckta prärien i Dakota, Nebraska, Kansas och Oklahoma där års-nederbörden är mycket låg. Den torra jorden förs lätt med av de ständigt återkommande stormarna.3 Detta
skapade naturligtvis ett stort problem för markägarna och har ofta omskrivits inte minst i skönlitteraturen. Den amerikanske författaren John Steinbeck
är en av dem som i Vredens Druvor skildrar hur den ökända stormen 1934 drog med sig uppskattningsvis 300 miljoner ton jord, figur 6.1. Dessa erosionsskador ledde till en storsatsning på vidsträckta läplanteringar.4
1 Fritzbøger, 2002, s. 43 2 Chandler, 1967, s. 145 3 Jensen, 1959, s. 205 4 Fritzbøger, 2002, s. 43
Fig. 6.2 Läplanteringar kring danska odlingsmarker.
Samma sak gäller den sovjetiska steppen där det 1946 bestämdes att alla statliga lantbruk skulle vindskyddas. Under de följande 25 åren kom närmare en miljon km av läbälten att planteras.1 Dessa utbredda läplanteringar har en mer eller mindre skogliknande karaktär
med en bredd på omkring 50 meter istället för de enkelradiga trädplanteringarna vi är vana att se här hemma. Detta beror på att de enstaka raderna av trädskärmar helt enkelt inte klarar av att stå emot de kraftiga vindarna under någon längre tid även om det har visat sig att skärmarnas läeffekt är bättre jämfört med de breda skogbältenas.2(Se även nedan)
På den ukrainska slätten används också vindskyddsplanteringar, men då fram för allt för att komma till rätta med problemet som snödrivbildningen skapar på vintern. Läplanteringarna är då glesare nertill och tätare uppåt. Detta har den negativa effekten att vinden inte reduceras optimalt intill skyddet men gör att snön sprids ut på en större yta och inte ansamlas i stora drivor.
I Australien används läplanteringar i syftet att skydda betande djur över stora områden. I det fallet är höga och täta planteringar att föredra.3
I våra trakter är det framför allt Danmark som har varit föregångaren då det gäller vindskydd av öppen mark. Figur 6.2. Detta beror till stor del på att 1/7 del av Danmarks lantbruksareal uppskattas ha försvunnit på grund av jordflykt. Sand- och jordflykt har sen hundratals år tillbaka varit en avgörande faktor i utformningen av odlingsmarkerna. Även husens utseende och placering har fått uttryck av vindens ständiga påverkan, inte minst på den västra delen av Jylland. Där hade husen ofta små gluggar till fönster och låg med kortsidan mot blåsten från väst. Vinden sägs också ha bidragit till den västjyska strävsamheten som gärna omtalas av lokala poeter.4
Det var inte bara skönlitterära texter som uppmärksammade vindens effekter, utan så småningom uppmärksammades det även inom politiken. På tidigt 1800-tal skrev den danske ekonomen J. Hansen om fördelarna med läplanteringar:
” Når stormen trænger sig mot jorden og finder modstand af træer, hække etc førend den når jorden, er det jo naturligt, at luften herved får et tilbagetryk, som gør at en anden luft for denne må give plads, og på grund heraf er det jo indlysende, hvorledes det går til, at man i en vel omplantet mark med levande hegn, endog i kendelig blæst næsten ikke føler sådant”.5
1
Fritzbøger, 2002, s. 43
2
Jensen, 1959, s. 205
3
Lindholm; Kristensson; Nilsson, 1988 s.25
4
Fritzbøger, 2002, s. 31
5
Fig. 6.3 Skillnaden mellan breda skogsbälten och enkla trädrader ur vindskyddsaspekt.
Fig. 6.4 En av Danmarks första vindtunnlar från 1930-talet.
Under mitten av 1800-talet börjar flera städer i Europa ta till sig tankar om växtlighet som en viktig del för klimattänkandet och inte bara för ekonomisk vinning. På 1870-talet kom de första danska statliga anslagen till läplanteringar, men man hade fortfarande ont om faktiska bevis för trädens positiva påverkan på klimatet.
Ett steg närmare dessa faktiska bevis togs i slutet av 1870-talet då fysikern Poul la Cour anställdes på Askovs Højskole. Han intresserade sig mycket för vindkraftens möjlighet att omvandlas till elektricitet men gjorde också mätningar ute i fält kring vindskyddsplanteringar. Han presenterade 1889 sina resultat som visade att marken kring vindskydd hade en högre temperatur än den oskyddade. Han fann också att den skyddade marken hade en bättre vattenbalans.1
Vidare fältmätningar gjordes 1902 av J. Brüel. Han undersökte effekterna av läplanteringarnas olika avstånd. Han konstaterade att vinden slog ner och därmed tog bort läeffekten mittemellan fem meter höga planteringsrader med 190 meters mellanrum.2 Just
förhållandet mellan vindskyddens avstånd och höjd är något som fortsatte att intressera forskare, inte minst Martin Jensen på 1950-talet. Han tittade på skillnaden mellan breda skogsbälten och enkla trärader för att jämföra dess läeffekter. Hans resultat visade att tre rader, med cirka 100 meters mellanrum, av läplanteringar med en höjd av 5 meter både reducerade vinden betydligt mer än ett 500 meter brett skogsparti och att det dessutom skyddade ett större område.3Figur 6.3.
Det var på 1900-talet som forskningen kring vindens effekter och möjligheter började ta fart på allvar, inte minst tack vare ovannämnda man; Martin Jensen. Han var en ung student som även arbetade som assistent på Danmarks Tekniske Højskole under 1930-talet. Skolan hade vid denna tidpunkt förvärvat en vindtunnel och Jensen var med som assistent till professor Nøkkentved under de tidiga försöken. Figur 6.4. Med hjälp av vindtunneln kunde man nu under kontrollerade förhållanden styra
1 Fritzbøger, 2002, s. 36 2 a.a., s. 38 3 Jensen, 1959, s. 205
Fig. 6.5 Skötsel av läplanteringar
vindens riktning samt hastighet och tillsammans med fältmätningar få fram trovärdiga resultat. Några av de tidiga resultaten som kom fram ur detta var att läplanteringarna inte blev bättre ju tätare de var, eftersom tätheten gör att det skapas turbulens och därmed ökad vindhastighet. Fortsatta undersökningar ledde till en banbrytande avhandling och Jensens utnämning till polyteknisk doktor 1954.1
En annan forskare som, under 30-talet, intresserade sig för läplanteringar var Knut Oldenburg. Hans undersökningar visade att trädarternas olika egenskaper spelade stor roll då det gällde vindtålighet och vindreducering. Rönnen t ex minskade vinden med 1/3 då den bar löv men bara med 1/8 under vintern. Oldenburg ansåg därför att barrträd var att föredra för att skapa ett jämt skydd över hela året.2
Läplanteringar kom att få ytterligare uppmärksamhet i och med 1938 års stormperiod som var värre än vanligt och drabbade stora delar av Jyllands jordbruksmarker. Skadornas omfattning kom att starta en landsomfattande hjälpinsamling och bidrog också till att frivillig-organisationen Det Flyvende Korps kom att ta del i arbetet med läplanteringar.3Figur 6.5.
Under 50- och 60-talen var många av de gamla vindskyddsplanteringarna uttjänta och det fanns ett behov av att vidareutveckla tidigare kunskaper. En man vid namn W. Nägeli var verksam inom området och intresserade sig för att se hur spridda träd eller trädgrupper klarar vindreducering i jämförelse med de traditionella trädraderna. Han använde beteslandskap i Schweiz för sina mätningar och konstaterade att denna splittrade struktur kunde reducera vinden med 50-60 %.4
Slutligen kan det sägas att dagens läplanteringar är resultatet av flera hundra års trial and error. Långt ifrån alla trädsorter klarar konstant vindbelastning, men det är i själva verket inte det enskilda trädet som inverkar på läeffekten utan höjd, täthet och inbördes avstånd.
1 Fritzbøger, 2002, s. 40 2 a.a., s. 45 3 a.a., s. 33 4
Fig. 6.6 Tidigt försök för att bestämma luftrörelser kring taklutningar.
6.1.2 Vind kring byggnader
Eftersom vindhastigheten påverkar hur vi upplever temperaturen har olika forskare tittat på hur vindskydd kan ge en ökad vistelsekomfort. Detta är primärt ett behov i den urbana miljön och inte sällan används växtlighet för att minska vindhastigheterna. Vindskydd i bebyggd miljön skiljer sig dock på många sätt från dem i öppna odlingslandskap, t ex finns inte samma krav på att skydda lika vidsträckta områden och behovet av vindskyddets marksnålhet är inte heller lika utbrett.
Behovet av vindskydd i bostadsområden är mer varierat och kan delas in i tre olika grupper:
• Åtgärder för att minska förstärkta vindar kring byggnader
• Vindskydd för vistelseytor med höga läkrav, t ex lekplatser och sittplatser
• Vindskydd för att ge en allmän vindreduktion på en större yta1
Dessutom ska det passa in rent estetiskt i den kringliggande miljön.
Innan dessa krav kan uppfyllas måste kunskapen om hur luftrörelserna kring byggnaderna beter sig finnas. Tillvägagångssätten är olika och har utvecklats med tiden. Martin Jensen, som omnämnts tidigare, var tidig med att använda vindtunnelförsök. Grundprincipen för denna typ av försök är att placera huskroppsmodeller i ett slutet och kontrollerbart ”rum” och låta en fläkt fungera som vindkälla. För att åskådliggöra luftrörelserna används ofta rök eller fina partiklar. Jensen utnyttjade även vatten för att kunna utläsa rörelsemönster, t ex med hjälp av en vattenränna. En modell av ett hus läggs i rännan med kortsidan 5 mm över vattenytan och fästs på en rörlig platta som går att dra längs rännan. Aluminiumpulver strös på vattenytan för att förtydliga mönstret som uppkommer när man drar plattan.2Figur 6.6.
1
Lindholm; Kristensson; Nilsson, 1988, s. 18 - 19
2
På 50-talet fortsatte tankarna i samma banor som Nøkkentved, Jensen och deras föregångare börjat på. Intresset låg i att optimera vindskydden för boendemiljöer och handlade framför allt om täthet och avstånd. Men det hände även något nytt vid denna tidpunkt. Arkitektens roll uppmärksammades i samband med vindundersökningar. Det diskuterades om olika metoder för att bedöma vindens effekter på blivande bostadsområden. Victor Olgyay nämner I. S. Wieners (1955) tre nödvändiga typer av vinddata:
• Huvudsaklig vindriktning, procentuellt sett
• Vindhastigheten
• Generella egenskaper som t ex varma eller kalla vindar1
Generellt sett ansågs arkitekten inte behöva göra mycket mer än att tolka sina egna fysiska upplevelser av vinden på platsen alternativt ta hjälp av s k rökfacklor eller vimplar. Sverre Petterssen skriver i sin bok Introduction to Meteorology från 1941:
”It is possible to estimate the speed of the wind without the use of any instrument. The skilled observer will be able to estimate the force of the wind from the action it has on certain objects, such as smoke, flags and sails. When this is done, the wind speed is referred to what is called the Beaufort scale.” 2
Om arkitekten ändå önskade mer precisa uppgifter fanns olika mätinstrument att tillgå, exempelvis en portabel anemometer som mäter vindstyrkan eller en byvindsmätare som uppfattar de maximala vindstötarna.3
Även stadsplanerarnas roll uppmärksammades i dessa sammanhang, då diskussioner kring hur byggnader bör placeras i terrängen uppkom. Pleijel (1960) menade att stora dalar kan leda till problem vid bostadsplanering eftersom luftströmmarna kan ledas ner i dalen och åstadkomma höga vindhastigheter. På grund av detta bör gator som fungerar som transportleder för vinden, oftast långa gator längs med dalgången, brytas av.4
Inom kalla regioner är söder- eller sydöstsluttning att föredra enligt Olgyay. Han tittade då på både vindskyddsverkan samt solstrålning och för att undvika kalluftssjöar ansåg han även att bebyggelsen bör läggas i sluttningen mellanpartier. Själva bebyggelsestrukturen bör hållas tät för att skydda mot oönskade vindar men inte så tät att effekten av solinstrålning går förlorad.5
Europa låg fortfarande före länder som t ex USA i sin forskning rörande vindpåverkan på och kring byggnader mycket tack vare tidigare nämnda danska forskare och G. Eiffels ingenjörskunskaper i samband med Eiffeltornets uppförande 1919.6 Däremot
uppmärksammas, i Amerika under denna tid, problemet med vad som brukar kallas
1 Olgyay, 1963, s. 95 2 Aronin, 1953, s. 176 3 a.a., s. 177 4 Mattson, 1979, s. 136 5 Olgyay, 1963, s. 44 – 52 & 91 6 Aronin, 1953, s. 204
