1        Wind

De plaatselijke windsnelheid beïnvloedt:

 

  1. het energieverbruik van gebouwen;
  2. de potentiële energieopbrengst van windturbines;
  3. de verspreiding van luchtverontreiniging;
  4. het comfort van de openbare ruimte.

 

In onderstaande grafieken met gemiddelde windsnelheden van 0,5 (0-1) tot 19,5 (19-20) m/sec staan op de y-as schattingen van deze effecten als werking van de windsnelheid gegeven.

 

Figuur 62 Het negatieve effect op ventilatieverliezen in de woning stijgt vooral bij eengezinswoningen met de windsnelheid. Tussen 4 en 5 m/sec sluiten de mensen hun raam, zodat meer wind in dit interval minder ventilatieverlies oplevert (ventilatiekarakteristiek).

Figuur 63 Het geleverde vermogen van deze standaard windturbine (vermogenskarakteristiek) stijgt tot 60 kW bij een windsnelheid van 16 m/sec, daarna remmen de meeste turbines af om schade te voorkomen.

windstil zwak matig krachtig hard storm

windstil zwak matig krachtig hard storm

Figuur 64 Deze tentatieve grafiek geeft weer, dat luchtverontreiniging het best door storm kan worden verspreid tot concentraties die aanvaardbaar zijn, maar ook dat dat effect al grotendeels bij matige wind wordt bereik (luchtverspreidingkarakteristiek)t.

Figuur 65 In deze tentatieve grafiek is verondersteld, dat een zwakke wind met een gemiddelde snelheid van 1-3m/sec in de buitenruimte door de meeste mensen het hoogst gewaardeerd wordt (comfortkarakteristiek).

 

Bij deze weergave is nog geen voor 1 en 4 relevante temperatuur-invloed ingecaluleerd.

Het eerste effect, in dit hoofdstuk beperkt tot de belangrijkste (Vermeulen en Jong 1985) , de ventilatieverliezen (er zijn ook convectieverliezen en verliezen door verdamping, het opdrogen van gebouwen), verlangt minimalisatie van de windsnelheid. De vierde verlangt een optimalisatie (niet teveel, maar ook niet te weinig) naar de lage kant daar tussenin. Het doel, minimalisatie van windsnelheid is dus bijna hetzelfde. Het tweede en derde effect verlangen daarentegen maximalisatie van de plaatselijke windsnelheid. Ook zij hebben dus een gelijksoortig doel, maar tegengesteld aan het eerste en laatste effect.

 

De plaatselijk gemiddelde windsnelheid kan op nationaal (r=100km), regionaal (r=30km) en verschillende locale niveaus (r= {10, 3, 1, 0,3 en 0,1}km) door planologische en stedebouwkundige maatregelen worden beïnvloed. Deze worden in dit hoofdstuk besproken en van een theoretische achtergrond voorzien. Zij zijn niet alle even toepasbaar. Zij dragen soms een theoretisch of experimenteel karakter met een geringe opbrengst en hebben dan een didactische waarde die van pas komt bij de beschouwing van de volgende  maatregelen. De maatregelen en hun effecten worden namelijk besproken in een voorwaardelijke volgorde: elke maatregel moet worden bezien binnen de randvoorwaarden van de voorafgaande maatregelen.

Men kan dan ook geen hoofdstuk overslaan: maatregelen op het locale niveau kunnen slechts begrepen worden van uit de randvoorwaarden van het regionale niveau, en deze op hun beurt vanuit die van het nationale niveau.

 

Hier vervaagt soms de grens tussen “maatregel” en “gegeven omstandigheden”. Is de huidige Nederlandse kustvorm het gevolg van menselijke maatregelen of moet men spreken van “gegeven omstandigheden”? Een eenmaal uitgevoerde maatregel is vervolgens een gegeven omstandigheid, een voorwaarde voor volgende maatregelen. In dit hoofdstuk wordt ter wille van de duidelijkheid  en leesbaarheid alles als “maatregel” beschouwd wat afwijkt van een uitgangs- of  referentie-situatie. Daardoor bestaat het hoofdstuk uit vergelijkingen tussen telkens twee toestanden: de referentie en de toepassing van de betreffende maatregel daarin. De effecten van deze maatregel worden vervolgens gerapporteerd. Dat wil zeggen, dat daarna een vertaalslag naar lokale omstandigheden nodig is, om de gegeven inzichten contextafhankelijk toe te passen. Daartoe dienen de successievelijk toegevoegde theoretische inzichten.

 

Van belang bij deze methode van “experimentele effectrapportage” is uiteraard de keuze van de referentie. Kiest men als referentie “de gemiddelde Nederlandse buitenwijk, gevuld met referentie-laagbouwwoningen”, dan komt een vrij praktisch beeld van de maatregelen naar voren, waarbij echter andere gevallen (binnensteden, hoogbouw) uit de boot vallen. Wij hechten eraan ook enig theoretisch inzicht op het gebied van de aërodynamica te wekken, en zullen dus nog wel eens van referentie wisselen om effecten die bij de standaardreferentie niet kunnen worden gerapporteerd duidelijk te laten worden.

De referentie zal dus wel eens een theoretisch karakter dragen, zoals “een stad in de zee”of “een zee in de stad”, om de effecten van bepaalde situaties in hun extremen duidelijk te maken. In de praktijk ligt de maatregel immers altijd binnen deze extremen. Men bespreekt daardoor niet slechts een enkele maatregel, maar een reeks van maatregelen met gradueel verlopende effecten.

 

De maatregelen die in dit hoofdstuk worden besproken kunnen worden genomen in de sfeer van de:

 

·         nationale locatiekeuze (100km straal, blz. 79)

·         regionale locatiekeuze (30 km straal, blz. 91)

·         locale locatiekeuze (10 km straal, blz. 103)

·         inrichting van het buitengebied (10 km straal, blz. 100)

·         vorm van de agglomeratie (10 km straal, blz. 109)

·         globale aard van de stadsrand (3 km straal, blz. 118)

·         de totale wijkopzet (1 km straal, blz. 123) en wijkkwartieren

·         de verkaveling van buurten (300 m straal, blz. 129) en buurtkwartieren

·         stedebouwkundige details op ensemble- of vlekniveau (100 m straal, blz. 131), verdeeld in 4 hectares

·         gebouwniveau (straal 30m blz. 139)

·         het microklimaat, van belang voor planten en dieren (straal 10m blz. 140).

 

De voorwaardelijkheid naar twee richtingen spreekt voor zichzelf. Op elk niveau moet worden uitgegaan van een referentie op elk ander niveau om de varianten van het eigen niveau te kunnen overzien. Dat schept moeilijkheden bij de vergelijking van de maatregelen op verschillende schaalniveaus, omdat de referenties moeten wisselen, wil men een wat breder inzicht in de effecten bereiken.

 

Een ander probleem is, dat voor elk effect (energiebesparing, energieopwekking, luchtverontreiniging en comfort) andere kenmerken van de wind van belang zijn. Voor de energiebesparing is immers bijvoorbeeld de windstatistiek in het winterseizoen van belang, voor de andere effecten die van het hele jaar, eventueel gespecificeerd naar seizoen. Wij gaan uit van de windstatistiek van het hele jaar, tenzij anders vermeld.

 

1.a                      Nationale Locatiekeuze

1.a.1    Inleiding

Welk verschil maakt het uit wanneer wij bijvoorbeeld een nieuwbouwlocatie bij Amsterdam of bij Eindhoven kiezen ten aanzien van het energieverbruik, de mogelijkheid energie uit wind op te wekken, de verspreiding van luchtverontreiniging en het comfort van de buitenruimte?

Om milieu- en energieplanologisch in deze opzichten een goede afweging te maken van verschillende bouwlocaties op dit nationale niveau moet men op eenvoudige wijze de windstatistiek per locatie kunnen berekenen. Van deze berekening geven wij hier een korte beschrijving.

 

In Nederland wordt op meer dan 50 plaatsen regelmatig de windsnelheid gemeten (zien onderstaande figuur links).

 

 

 

Figuur 66 Windstations in het tijdvak 1945-1980

(Selectie, gebruikt in Wieringa en Rijkoort, 1983, p. 28)

Figuur 67 Jaargemiddelde potentiele windsnelheid

(Wieringa en Rijkoort, 1983, p. 84)

De windstations registreren nog windvlagen die slechts 5 seconden duren. Alle metingen worden over het uur gemiddeld tot de “uurgemiddelde windsnelheid”. Uit deze uurgemiddelden kan een jaargemiddelde worden berekend: de “jaargemiddelde windsnelheid”.

De obstakels rondom het windstation introduceren een afwijking waardoor deze gegevens niet zonder meer toepasbaar zijn in naburige locaties. De correctie naar een “standaard-terreinruwhied 3” (grasland), en een standaardhoogte van 10 meter levert de “jaargemiddelde potentiele windsnelheid” die in de rechter figuur is weergegeven. Via locale terreingegevens (ruwheidsklassen) kan hieruit weer voor naburige locaties en hoogten de gemiddelde windsnelheid worden teruggerekend.

1.a.2    Nadere specificatie van de windstatistiek

In het jaargemiddelde van de windsnelheid zijn echter een aantal gegevens verloren gegaan die van belang zijn voor het energieverbruik, de potentiele energieopbrengst, de verspreiding van luchtverontreiniging en het comfort van de open ruimten bij verschillende windsnelheden. In de eerste plaats mist de specificatie naar windrichting en de statistische opbouw naar verschillende windsnelheden over het hele jaar. Daartoe moeten wij toch terug naar de bronnen: de “distributieve frekwentieverdeling van de uurgemiddelde windsnelheid per windrichting, herleid naar 10 m hoogte boven open terrein “ per windstation.

In de onderstaande tabel is deze frekwentieverdeling voor het windstation Schiphol in de jaren 1951 t/m 1976 gegeven, in aantallen per 10 000 waarnemingen.

 

Snelheids KLASSE*

Stil of variabel

 

 

O**

 

 

Z

 

 

W

 

 

N

TOTAAL

m/sec

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

 

vk

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

348

10

8

11

10

12

16

14

16

15

9

13

14

148

1,5

78

39

43

50

51

58

72

53

66

51

36

44

55

618

2,5

15

59

82

98

80

97

132

111

119

84

68

79

102

1111

3,5

2

88

118

133

94

118

155

160

125

106

84

94

107

1382

4,5

 

86

132

136

86

124

150

170

113

110

77

87

87

1358

5,5

 

82

110

101

55

86

121

157

113

112

74

76

71

1158

6,5

 

74

112

82

46

71

100

163

119

109

73

76

66

1091

7,5

 

46

88

52

22

47

73

113

123

98

58

62

42

824

8,5

 

38

59

29

8

27

51

92

90

77

48

37

26

582

9,5

 

21

44

17

5

17

32

68

84

59

40

29

15

431

10,5

 

13

29

14

3

10

21

52

70

45

30

17

7

311

11,5

 

8

14

6

1

4

13

32

53

32

19

10

4

196

12,5

 

4

8

3

 

2

8

25

45

26

14

7

3

145

13,5

 

1

3

1

 

1

4

15

30

17

7

4

2

85

14,5

 

1

2

1

 

 

1

8

20

9

4

3

 

49

15,5

 

 

1

 

 

 

1

6

12

6

3

1

 

30

16,5

 

 

 

 

 

 

 

3

8

4

3

1

 

19

17,5

 

 

 

 

 

 

 

2

8

4

2

 

 

16

18,5

 

 

 

 

 

 

 

2

5

3

1

 

 

11

19,5

 

 

 

 

 

 

 

1

2

1

1

 

 

5

20,5

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

3

21,5

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

2

22,5

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

TOTAAL

443

570

853

734

461

674

950

1247

1225

970

651

640

601

10000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* Hier staat alleen het midden van de klasse ± 0,5 vermeld.

 

 

 

 

 

 

 

 

** Hieronder is de windrichting in 'uren van de klok' gegeven, waarbij 12 uur overeenkomt met het Noorden.

    '12 uur' staat dan voor alle windrichtingen tussen -10 en 10 graden uit het Noorden.

 

 

 

 

Figuur 68 Frekwentieverdeling w van de Windsnelheid per klasse vk

Schiphol 1951 t/m 1976 per 10 000.  Bron: Vermeulen/Hoogeveen/Leene (1983) Bijlage 4.27

 

 

 

Figuur 69 Windroos, per 10 000 waarnemingen

 

Bovenstaande tabellen zijn in principe beschikbaar voor elk windstation, niet alleen gesommeerd over het gehele jaar (zoals bovenstaande tabel), maar ook alleen over het zomerhalfjaar (mei t/m oktober) of het winterhalfjaar (november t/m april), of zelfs per maand van het jaar. De gemiddelde windsnelheid vg is uit een dergelijke tabel berekend als:

 

 

Dit klopt met Figuur 67 Jaargemiddelde potentiele windsnelheid.

 

In de laatste rij zijn alle waarnemingen gespecificeerd naar windrichting (Figuur 69). Aangezien het om 10000 waarnemingen gaat, kan men uit deze windroos direkt aflezen dat in Schiphol meer dan 12% van de wind uit de richtingen 7 en 8 komt, dat is grofweg een kwart uit het ZuidWesten.

 

Voor de raming van de effecten van maatregelen is het enkele getal voor het gemiddelde van vele windsnelheden nog te grof, al is dat gespecificeerd naar windrichting. Zo kunnen de windsnelheden lager dan het gemiddelde windsnelheid over het algemeen een gunstige invloed op het comfort van de openbare ruimte hebben, terwijl de hogere snelheden juist een ongunstige invloed hebben. Iets dergelijks geldt voor het energieverlies uit woningen en het opwekken van windenergie.

Een nader inzicht in de distributieve verdeling van snelheden per windrichting is dus gewenst. InFiguur 70 zijn voor 12 windrichtingen uit bovenstaande tabel grafieken gemaakt, alsmede van het totaal. Het totaal aantal waarnemingen voor alle windrichtingen was gesteld op 10 000. Daarvan is 1358 keer (13,58%) een windsnelheid tussen 4 en 5 m/sec gemeten.

........................................................................................................................................................  

 

 

 

Figuur 70 Windsnelheid per richting Schiphol

Figuur 71 Weilbull-benadering

 

 

In de rechterfiguur is een wiskundige benadering van deze verdeling gegeven, de Weilbull kansdichtheidsfunctie. Hier is op de y-as de kansdichtheid van de werkelijke windsnelheden bij de eerder berekende gemiddelde windsnelheid van de 5,442 m/sec uitgezet. Ook hier ligt de top in de buurt van 13,58% kans op 4,5 ± 0,5 m/sec. Het gemiddelde ligt in de windstatistiek iets hoger dan de top (modus). Met deze functie kunnen we voor elke locatie in Nederland uit de gemiddelde windsnelheid van Figuur 67 de verdeling van windsnelheden in grasland terugrekenen. Deze benadering kan ook per richting worden toegepast. De formule voor de windsnelheid v bij een gemiddelde vg luidt:

 

Daarin is C een vormparameter en a een schaalfactor die voor elke locatie anders zijn (Figuur 72):

 

 

vorm

schaal

% uit windrichting (‘uren’ uit het Noorden, 0 is windstil of variabel):

 

 

 

 

 

 

O

 

 

Z

 

 

W

 

 

N

 

C

a

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Beek

2,01

0,042

2

7

9

7

3

4

10

20

17

8

4

4

4

Den Helder

2,00

0,014

1

6

7

8

6

5

10

13

12

10

8

8

7

Eelde

1,74

0,059

3

6

8

8

7

5

9

14

14

10

7

5

4

Eindhoven

1,86

0,052

8

7

8

5

6

6

7

13

16

9

6

5

4

Schiphol

1,86

0,032

4

6

9

7

5

7

10

12

12

10

7

6

6

Vlissingen

1,95

0,025

1

9

9

6

4

5

9

13

13

11

6

7

7

 

Figuur 72 Weilbullparameters en aandeel windrichtingen voor 12 waarnemingsstations.

 

Deze tabel geeft bovendien de richtingspecifieke gegevens voor een windroos.

1.a.3    De opbrengst van windturbines

Het aantal waarnemingen is evenredig met het aantal uren dat de wind van een gegeven snelheid en/of uit een bepaalde richting waait. De verhouding tussen het totaal aantal uren in een jaar en het totale aantal waarnemingen (hier 8766/10000) geeft het aantal uren per jaar waarvoor een waarneming van een bepaalde windsnelheidsklasse staat.

Met dit gegeven kan bijvoorbeeld de jaarlijkse energieopbrengst van een windturbine op 10m hoogte met een bepaalde vermogenskarakteristiek zoals in Figuur 63 ceteris paribus staande in een terrein met tot in de verre omtrek ruwheidsklasse 3 (grasland) worden geschat volgens het volgende schema:

 

 

Figuur 73 De berekeningswijze van de opbrengst van een windturbine

Bron: Westra en Tossijn (1980), blz. 37

 

Bij een nationale vergelijking speelt de windrichting nog niet zo’n grote rol als bij het effect op het energieverbruik van woningen en het comfort van de openbare ruimte, omdat een turbine in tegenstelling tot de bebouwing gewoonlijk met elke windwichting kan meedraaien. Meer in detail zullen we de ruwheden van het omringende terrein in verschillende windrichtingen in de beschouwing moeten betrekken, en dan moeten we deze berekening voor elke windrichting afzonderlijk gewogen uitvoeren. Aangezien dit schema in principe ook gebruikt kan worden voor de schatting van het effect van de nationale locatiekeuze op het verschil in energieverbruik van woningen, het comfort van de buitenruimte en de verspreiding van luchtverontreiniging, zullen wij deze berekening allereerst in zijn eenvoudigste vorm voor het verschil in opbrengst van windturbines in de buurt van Schiphol en Eindhoven uitvoeren.

 

In Figuur 74 links zijn de snelheidsfrekwenties per windrichting in de tabel van blz.81 enFiguur 70 nog eens samengevat tot een totale frekwentieverdeling waarin het aandeel van elke windrichting (cumulatief) nog herkenbaar is gebleven. Het aantal waarnemingen is omgerekend naar uren per jaar.

Het uitgangspunt blijft de standaardhoogte van 10 meter (z=10) en een terreinruwheid vergelijkbaar met open grasland. Op lagere schaalniveaus gaan we ook hierin nader variëren.

 

 

 

 

Figuur 74 De berekening van de opbrengst van een windturbine

 

In het midden is nog eens een variant van  Figuur 63, het vermogen dat een referentie-windturbine bij elke windsnelheid afgeeft weergegeven. In de rechter figuur is per windsnelheidsklasse het product van dit vermogen en het aantal uren van de linker figuur weergegeven. De turbine levert de meeste energie bij 8 a 9 m/sec, al ligt daar niet het grootste wind-aanbod. Men kan dit narekenen door een willekeurig getal (x 8766/10000) uit de tabel van blz. 81  te vermenigvuldigen met het vermogen in de corresponderende windsnelheidsklasse van de middelste figuur.

 

Ook in de rechter figuur is het aandeel van elke windrichting zichtbaar gebleven. Het is niet verwonderlijk dat de bijdrage van het ZuidWesten (210° en 240° of 7 “uur” en 8”uur” uit het Noorden) het grootst is. Aan deze zijde moet men de turbine dus niet afschermen. Toch is het de vraag of de windturbine wel aan de ZuidWestzijde van een stad moet worden geplaatst. Daarmee schermt men immers de nog aanzienlijke bijdrage van het NoordOosten (30° en 60° ofwel 1 uur en 2 uur) af. Men kan beter de geringe bijdrage van 4 uur (120°) afschermen door de turbine iets boven het Westen van de stad te plaatsen (300° ofwel 10 uur).

 

Tot zover een locatie in de buurt van Schiphol. In Figuur 75 zijn de opbrengsten op de locaties Schiphol en Eindhoven met elkaar vergeleken volgens de vuistregel voor de opbrengst van windturbines:

 

 

waarin :   E                = totale jaarlijkse energieproductie in kWh/ m² jaar
vg               = het jaargemiddelde van de uurgemiddelde windsnelheid
O                = rotoroppervlak
er is 10m hoogte verondersteld, maar daarop kan gecorrigeerd worden

 

De totale opbrengst van een referentie-windturbine van 340 m2 over alle windrichtingen, op 10 m hoogte, aan alle kanten omgeven door open grasland, is in Schiphol ca. 100 000 kWh per jaar en in Eindhoven ca. 50 000 kWh.

 

Voor Schiphol:

2*5,4³     = 315 kWh/ m²

x 340 m² =   107 000   kWh

Voor Eindhoven:

2*4,25³   = 154 kWh/ m²  

x 340 m² =   522 000   kWh

 

Figuur 75 De opbrengst van windturbines in Schiphol en Eindhoven met een vuistregel

bij 2 gemiddelde windsnelheden

 

Deze vuistregel differentieert uiteraard niet naar hoogte, soort molen, windrichting, frekwentieverdeling en dergelijke.

 

In Figuur 76 is evenals in alle voorafgaande berekeningen uitgegaan van 10 m hoogte en de ruwheids­karakteristiek van open grasland, de internationale standaard voor het verzamelen van locale windgegevens. Dit voldoet voor een vergelijking van landsdelen, maar is niet realistisch ten aanzien van de opbrengst van windturbines, omdat deze meestal hoger staan opgesteld, en dus ook hogere windsnelheden vangen.

 

 

 

Figuur 76 Bijdrage per windrichting

Figuur 77 Windsnelheidsfactor voor de  hoogte

 

 

In Figuur 77 is aangegeven hoe de snelheid ten opzichte van de internationale standaard in open grasland met de hoogte verloopt (windsnelheidsfactor voor de hoogte z). Dit verloop komt nader aan de orde in paragraaf 5.3.3.

 

Aangezien de opbrengst van windturbines (zie de vuistregel op blz. 84) evenredig is met de derde macht van de windsnelheid, kan men de gegevens in Figuur 76 voor hogere turbines hiermee aanpassen. Zo is de windsnelheid op 20 meter een factor 1,13 hoger (zie de aangegeven punt) dan op 10 meter. Tot de derde macht gebracht wordt deze factor 1,44. Hiermee kan men de opbrengst op 10m vermenigvuldigen om de opbrengst op 20 meter te verkrijgen (voor Schiphol en Eindhoven respectievelijk ca. 155 000 kWh en 75 000 kWh per jaar). De absolute verschillen tussen beide locaties worden hierdoor groter, evenals de verschillen in de bijdragen van verschillende windrichtingen. ZuidWestenwind wordt daardoor belangrijker, maar de invloed van de afscherming door stedelijke bebouwing wordt bij groeiende hoogte daartegenover minder belangrijk.

 

Een betere manier om ook andere hoogten dan 10 meter in de beschouwing te betrekken is, om reeds in het begin, bij de interpretatie van de tabel op blz. 81 de windsnelheidsklassen met genoemde factor te vermenigvuldigen. Men moet dan echter bij de vermenigvuldiging met de vermogenskarakteristiek daarin ook andere intervallen kiezen. Terwille van de eenvoud is daarvan in deze paragraaf afgezien. Het gaat hier immers slechts om globale locatieverschillen op nationaal niveau en een eerste indruk van de berekeningswijze.

 

In de volgende paragraaf wordt niet meer gebruik gemaakt van de windfrekwentietabellen, maar van de Weilbul-benadering. Deze maakt het mogelijk de hoogte en de plaatselijke ruwheid reeds vanaf het begin op eenvoudige  wijze te integreren in de berekening.

1.a.4    Energieverlies uit woningen

De hier besproken berekeningswijze kan, los van de vuistregel voor windturbines, in principe ook worden toegepast op het energieverlies van woningen, de verspreiding van luchtverontreiniging of het comfort van de buitenruimte, wanneer men voor deze aspecten de eigenschappen van een stadsrand op dezelfde wijze zou kunnen vastleggen als de vermogenskarakteristiek van een windturbine (zie blz. 77). Het energieverlies uit woningen bestaat niet alleen uit ventilatieverlies, maar ook uit verliezen door convectie en verdamping. Beide laatste worden hier als minder belangrijk (zie Vermeulen en Jong, 1985) buiten beschouwing gelaten.

 

Voor het ventilatieverlies uit woningen moeten wij ons vooral beperken tot windgegevens van het stookseizoen. Deze verschillen niet belangrijk van de beter toegankelijke gegevens van het winterhalfjaar. Uit Figuur 78 en Figuur 79 blijkt, dat de potentiële windsnelheid in het winterhalfjaar voor elke windrichting ca. 10% hoger is dan over het hele jaar genomen.

 

 

 

Figuur 78 Winterhalfjaarsnelheden Schipho

Figuur 79 Winterhalfjaarsnelheden Eindhoven

 

 

 

Winterafwijkingen in kans op wind uit een bepaalde richting (het aantal uren) zijn te verwaarlozen (zie Figuur 80 en Figuur 81).

 

 

 

Figuur 80 Kans op wind in  Schiphol

Figuur 81 Kans op wind in Eindhoven

In Figuur 82 is Figuur 62, de “ventilatiekarakteristiek” van een gemiddelde eengezinswoning en een gemiddelde flatwoning nog eens weergegeven. In deze grafiek is rekening gehouden met het bewonersgedrag om bij lagere windsnelheden dan ca. 5 m/s ramen open te zetten. In het vervolg zal blijken, dat dit gedrag het effect van windwerende maatregelen in de woonomgeving, zodra deze ertoe leiden dat de gemiddelde windsnelheid beneden de 5 m/s daalt, gedeeltelijk teniet doet.

 

 

 

Figuur 82 Ventilatiekarakteristiek

Figuur 83 Totale verliezen per woning

 

 

 

Volgens een analoge benadering als bij de berekening van de opbrengst van windturbines, zij het dit keer alleen voor het winterhalfjaar (met ca. 10% hogere windsnelheden) zou in Schiphol bij een gemiddelde eengezinswoning in het vrije veld 6861 kWh (som van de waarden per windrichting in Figuur 83) ventilatieverlies worden geleden en in Eindhoven 5557 kWh, dat is 1300 kWh minder. Bij een gemiddelde flatwoning zou dat echter respectievelijk 2516 en 2626 kWh zijn. In een flatwoning bij Schiphol leidt men dus 110 kWh MINDER warmteverlies doordat de bewoners aldaar hun ramen niet zo snel zullen openzetten.

1.a.5    Temperatuur-invloeden

Aan welke kant kan men nu de woning het best afdekken: aan de koudste Oostkant of aan de kant vanwaar de meeste wind komt, de ZuidWestkant?

Antwoord op deze vraag vergt de invoer van temperatuurgegevens. We kiezen een benadering met wind- en temperatuurgegevens op het windstation Eelde (met een windregime tussen dat van Schiphol en Eindhoven in) tussen begin december en eind februari op basis van TNO m 86/406 (De Gids, 1986). Deze benadering geeft een “weegfactor” waarbij het totale warmteverlies door

ventilatie wordt verdeeld over de windrichtingen. Vermenigvuldigt met genoemde totale verliescijfer voor twee woningen in Schiphol en Eindhoven geeft dit als volgt de bijdragen per windrichting.

 

 

 

Figuur 84 Ventilatieverliezen met temperatuurweging per windrichting Schiphol

Figuur 85 Ventilatieverliezen met temperatuurweging per windrichting Eindhoven

 

 

Hieruit blijkt dat afscherming naar het Oosten (3”uur” of 90°) bijna evenveel effect heeft als afscherming naar het ZuidWesten (8 “uur” of 240°), hoewel uit de laatste richting de meeste wind waait. De lokale verschillen in windstatistiek naar richting zoals op Figuur 80 en Figuur 81 weergegeven zijn hierin nog niet verdisconteerd. Daardoor zijn alle grafieken gelijkvormig, hoewel bijvoorbeeld in Eindhoven de wind relatief vaker uit het ZuidOosten waait. Dergelijke minmale verschillen zijn hier echter verwaarloosd.

1.a.6    Het comfort van de buitenruimte

Indien men dezelfde beschouwingswijze wil volgen ten aanzien van het comfort van de buitenruimten in stedelijke uitbreidingswijken, dan zou men een “comfortkarakteristiek” moeten samenstellen, waarbij voor elke windsnelheid wordt aangegeven hoe deze worden gewaardeerd. In Figuur 65 en Figuur 86 is daartoe een niet nader onderbouwde poging gedaan, die slechts kan dienen om de wijze van benadering te illustreren. Daarbij is ervan uitgegaan, dat windstilte, zwakke en matige wind positief worden gewaardeerd, terwijl windsnelheden hoger dan 5 m/s in toenemende mate negatief worden gewaardeerd. Temperatuur-invloeden zijn niet verrekend.

 

 

 

Figuur 86 Tentatieve comfortkarakteristiek

Figuur 87 Waardering per windrichting (…)

 

 

 

In Figuur 87 is de waardering van elke windsnelheid weer vermenigvuldigd met het aantal uren van voorkomen, gespecificeerd naar windrichting. bij deze comfortkarakteristiek zou Schiphol voor alle windrichtingen te samen ca. 11 000 punten, en Eindhoven 16 000 punten krijgen, al scoort Eindhoven niet op alle windrichtingen beter.

De vraag is weer, naar welke kant men het best afgeschermd kan zijn. Dit blijkt nu voor Schiphol en Eindhoven verschillend. In Schiphol kan men zich het best afschermen naar het NoordOosten en het ZuidWesten, maar in Eindhoven wegen de zwakke en matige winden zwaarder in positieve zin. In Eindhoven kan men zich bij deze uitgangspunten beter naar het Oosten, Westen en Noorden afschermen, zo afscherming al wenselijk is.

1.a.7    De verspreiding van luchtverontreiniging

De verspreiding van luchtverontreiniging is toenemend gebaat bij hogere windsnelheden, maar er is waarschijnlijk sprake van een verminderde meeropbrengst met de windsnelheid.

De grafieken zouden er – opnieuw zonder onderbouwing – als volgt kunnen uitzien.

 

 

 

Figuur 88 Tentatieve Luchtverspreidingskarakteristiek

Figuur 89 Waardering per windrichting

 

 

 

Door de altijd positieve relatie met de windsnelheid, vertoont de waardering waarschijnlijk grote overeenstemming met de windrozen op blz. 83.

De totale waardering voor alle windrichtingen is in deze vrijblijvende benadering voor Schiphol ca. 16000 en voor Eindhoven ca. 12500.

1.a.8    Samenvatting nationale vergelijking

Als we de locaties Schiphol en Eindhoven samenvattend vergelijken uit het oogpunt van de vier effecten die met wind te maken hebben, dan kan met de nodige reserves ten aanzien van de grondslag van de twee laatste criteria – voor elke windrichting globaal gesteld worden dat de locaties als volgt “op winst” staan:

CRITERIUM

WINDRICHTING

1 2  3  4  5  6

7 8 9 10

11 12 TOT

1 minimaliseren

ventilatieverlies

E E E E E E

E E E E

E   E   E

2 maximaliseren

windenergie 

S S S S S S

S S S S

S   S   S

3 maximaliseren

verspreiding luchtverontr. 

S S S S S S

X E S S

S   S   S

4 optimaliseren

comfort buitenruimte  

E E E E E E

E E E E

E   E   E

 

 

 

 

 

S: Schiphol beter E: Eindhoven beter X: Even goed

 

Figuur 90 Vergelijking van de locaties Schiphol en Eindhoven op 4 criteria

 

De zwaarte van de locatievoorkeur kan in de grafieken worden afgelezen, de prioriteit voor een bepaald criterium is een kwestie van beleid.

Ten aanzien van het tweede criterium kan worden opgemerkt dat het verschil in ventilatieverliezen voor flatwoningen gering is ( 110 kWh/ jr.) en paradoxaal genoeg door bewonersgedrag in het voordeel van Schiphol uitkomt, maar voor eengezinswoningen aanzienlijk (1300 kWh/ jr.).

Een meer precieze analyse naar temperatuurgevoeligheid zou naar bepaalde windrichtingen tot andere conclusies kunnen leiden, maar deze analyse is achterwege gebleven.

1.b                     Regionale Locatiekeuze

Wij zullen ons in deze paragraaf beperken tot de regio's die een windstatistiek hebben, vergelijkbaar met het windstation Schiphol. Dankzij de Weilbull- benadering (zie Figuur 71) hebben wij niet meer de hele tabel van blz. 81 nodig. Wij kunnen volstaan met de kans (het aantal uren per jaar) dat wind uit een bepaalde richting optreedt en de windsnelheid uit die richting, zoals in grafiekvorm weergegeven in Figuur 80 en nog eens in tabelvorm Figuur 91.

 

WINDRICHTING :

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

TOT*

in graden :

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

0

 

 

 

 

O

 

 

Z

 

 

W

 

 

N

 

heel jaar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m/sec  gemiddeld

5,30

5,68

4,89

4,19

4,71

5,08

6,14

6,97

6,51

6,14

5,44

4,67

5,43

uren/ jaar

500

747

643

404

519

832

1074

1072

850

574

563

528

8766

*inclusief perioden van windstilte of variabele richting

 

Figuur 91 Potentiële windsnelheden Schiphol

 

In deze paragraaf worden de windsnelheden voor het winterseizoen (van belang voor de berekening van ventilatieverliezen) op 10% boven het jaargemiddelde gesteld. Het aantal uren wind uit een bepaalde richting wordt voor zomer- en winterhalfjaar gelijk gesteld aan de helft van bovenstaande waarden.

 

Uit het vorige hoofdstuk kunnen we globaal opmaken aan welke kanten afscherming vanuit bepaalde gezichtspunten de moeite loont bij een windstatistiek zoals bij het windstation Schiphol.

 

Criterium

Mogelijke afschermingsrichtingen

(in volgorde van optimaal effect)

1 maximaliseren opbrengst windenergie 

............................................................................................ (zie blz. 85 ) 4,5,3,0,1

2 minimaliseren ventilatieverlies

(zie blz. 88) 8,3,7,2,9

 

Figuur 92 Meest geëigende afschermingsrichtingen bij windstatistiek Schiphol

 

Tot hier zijn de locaties middels een eenvoudige benadering vergeleken. De gevonden waarden mogen dan ook niet te absoluut worden geïnterpreteerd. De belangrijkste vereenvoudiging gold het uitgangspunt van een gelijke ruwheid in de omgeving van de locatie. Dit uitgangspunt kan bij de regionale locatiekeuze niet meer gehandhaafd blijven. Op het regionale niveau wordt onder meer de afschermde werking door beplanting en bebouwde oppervlakken manifest.

1.b.1    Ruwheid van het terrein

De regionale locatiekeuze legt de nieuwe bebouwing al of niet in de luwte van bestaande bebouwing of beplanting of - en dat mogen wij niet vergeten - legt oude bebouwing in de luwte van de (veelal beter tochtdicht gemaakte) nieuwe bebouwing. Het is dus maar de vraag of de nieuwe bebouwing altijd in de luwte gelegd moet worden. In de vorige paragraaf zijn behalve dit argument, nog andere argumenten aan de orde geweest die in bepaalde regio’s bijvoorbeeld pleiten voor een ZuidWestligging ten opzichte van de stad (comfort, verspreiding van luchtverontreiniging, mogelijkheden om wind te vangen).

 

Voor het windonderzoek worden de volgende ruwheidsklassen onderscheiden (Figuur 93), de ruwheidsparameters in de laatste twee kolommen zullen we in paragraaf 5.3.3 op blz. 107 gebruiken.

 

 

Ruwheidsklassen

 

a

z0 (m)

1

·                     open zee 

·                     plas met vrije strijklengte van ten minste 1 kilometer

0,12

0,0002

2

·                     landoppervlak zonder obstakels of begroeiing :

o                                            wad

o                                            strand 

o                                            ijsvlakte

o                                            sneeuwlandschap zonder bomen

·                     plas met strijklengte van >1 km

0,15

0,005

3

·                     vlak land met alleen oppervlakkige begroeiing (gras) en geïsoleerde, ijle obstakels:

o                                            startbanen

o                                            weideland zonder windsingels

o                                            braakliggend bouwland

0,17

0,03

4

·                     Bouwland met regelmatig laag (<0,5 m ) gewas

·                     weideland met sloten die minder dan twintig slootbreedten van elkaar liggen

·                     verspreide obstakels op onderlinge afstand van meer dan twintig maal hun eigen hoogte:

o                                            lage heggen

o                                            enkelvoudige rij kale bomen

o                                            alleenliggende boerderijen

mits toegepast op hoogten >10 m.

0,20

0,1

 

 

 

 

 

5

·                     bouwland met afwisselend hoge en lage gewassen

·                     wijngaarden , maisvelden en dergelijke

hoogte h: kleiner dan 2 m

 

 

 

 

·                     invloedrijke obstakels met onderlinge afstand van omstreeks 15 maal hun eigen hoogte :

o                                            rijen bebladerde bomen

o                                            lage boomgaarden

hoogte h: tussen 2 en 5 m.

0,22

0,25

 

 

·                     obstakelgroepen gescheiden door open ruimten van omstreeks 10x de typische obstakelhoogte:

o                                            grote boerenhofsteden

o                                            stukken bos 

o                                            verspreid struikgewas 

o                                            Jong dicht opeengeplant bos 

o                                            boomgaardgebieden 

hoogte h: tussen 3 en 10 m

0,26

0,5

7

·                     bodem regelmatig en volledig bedekt met vrije grote obstakels, met tussen gelegen ruimten niet groter dan een paar obstakelhoogten:

o                                            grote bossen

o                                            de laagbouw in dorpen 

o                                            voorsteden 

hoogte h: tussen 10 en 15 m

0,31

1

8

·                     centrum van grote stad met afwisselend hoogbouw en laagbouw 

·                     grote bossen met veel onregelmatige grote open plekken

hoogte h: groter dan 10 m

0,38

2

 

Figuur 93 Ruwheidsklassen

 

Wij zullen onze beschouwing nu toespitsen op de locatie van een nieuw woongebied (ruwheidsklasse 7) tussen Zoetermeer en Voorburg (Leidscheveen tegen Voorburg aan en een theoretisch VoZo tegen Zoetermeer aan) en in de volgende paragraaf op de locatie van een verschillende formaten en soorten groen en bebouwing (ruwheden 6, 7 en 8) tussen Zoetermeer en Delft (Randstad-Groenstructuur en de inmiddels gerealiseerde uitbreiding Rokkeveen ).

 

 

Figuur 94 Den Haag – Zoetermeer – Delft (Citydisc/Top.Dienst)

 

 

1.b.2    Invloed van regionale woningbouwvarianten bij Westenwind

Referentie

In Figuur 95 is een uitsnede van 30° over 10 km vanuit Zoetermeer in de windrichting “9 uur“ gemaakt. Daaronder zijn de styleringen gegeven van deze referentie en de gedachtenexperimenten die op de volgende bladzijden nader worden uitgewerkt. De cijfers verwijzen naar de landschapstypen die op blz. 92 in beeld zijn gebracht en windtechnisch een bepaalde “ruwheid“ vertegenwoordigen. Onder de stylering van de referentie zijn enkele uitgangspunten voor de berekening weergegeven. Zoetermeer is zone 0.

 

 

 

Figuur 95 Voorburg - Zoetermeer referentie

Figuur 96 Profiel van de gemiddelde windsnelheid

 

 

In Figuur 96 is het gedrag van de wind op 20 meter hoogte gegeven in de referentiesituatie.

 

Losstaand en aangebouwd

In Figuur 97 is losstaand de nieuwe woningbouwlocatie van ca. 8500 woningen “Leidscheveen” gebouwd. Deze stedelijke bebouwing remt de wind op 20 m hoogte plaatselijk af tot minder dan 4 m/s, maar dat heeft weinig effect op de 3,5 km verderop gelegen bebouwing van Zoetermeer (nog afgezien van het daar aanwezige randgroen). De energieproductie van een denkbeeldige windturbine uit Westenwind loopt aan rand terug van 10530 tot 9670kWh/jaar, het ventilatieverlies uit eengezinswoningen van 750 tot 730 kWh in de winter.

 

 

 

Figuur 97 Voorburg met Leidscheveen – Zoetermeer

Figuur 98 Voorburg -  Zoetermeer variant

 

 

In Figuur 98 is een denkbeeldige variant uitgewerkt, waarbij inplaats van Leidscheveen de nieuwe woningbouwlocatie VoZo (Voorburg-Zoetermeer) tegen Zoetermeer zou zijn aangebouwd. In dat geval loopt de opbrengst van een denkbeeldige turbine aan de oude stadsrand van Zoetermeer terug met 10530 – 3010 = 7520 kWh/jr. voor de Westenwind en vergelijkbare hoeveelheden voor de wind uit de “uurrichtingen“ 7,8,10 en 11. Hetzelfde geldt voor het ventilatieverlies van de eengezinswoning: 750 – 580 = 170kWh/won voor de “uurrichting” 9 en een bedrag in dezelfde orde voor de richting 7, 8,10 en 11 (d.w.z. in het totaal ca. 850 kWh). Deze effecten nemen echter snel af met de afstand tot de stadsrand.

 

1.b.3    Invloed van regionale woningbouwvarianten bij Oostenwind

Referentie

In Figuur 99 zijn de referentie en de ruwheden van enkele varianten (losstaand en aangebouwd) gegeven voor de Oostenwind (uurrichting 3). Het betreft hier het effect op Voorburg.

......................................................................................................................................................

 

 

Figuur 99 Zoetermeer - Voorburg referentie

Figuur 100 Profiel van de gemiddelde windsnelheid

 

 

Hierbij valt onmiddellijk de lagere windsnelheid uit het Oosten op ten opzichte van de Westenwind in de voorafgaande voorbeelden. Voor zover de wind al wordt afgeremd, is deze afremming van minder betekenis. Een denkbeeldige windturbine heeft aan de stadsrand van Voorburg, voor zover aan de Oostenwind te danken, een opbrengst van 3070 kWh/jr. De ventilatieverliezen per eengezinswoningwoning, voor zover aan de Oostenwind te danken, zijn beperkt tot 460 kWh per winterhalfjaar.

 

Losstaand en aangebouwd

In Figuur 101 is weer de losstaande locatie Leidscheveen gebouwd. De opbrengst van de denkbeeldige windturbine bij Voorburg loopt terug met ca. 1000 kWh/jr. voor wat betreft de verminderde wind uit het Oosten, en soortgelijke bedragen voor de uurrichting 4 en 5. Iets dergelijks geldt voor de ventilatieverliezen. Het verschil is hier slechts 23 kWh. In Voorburg staan echter oudere woningen, waarvan het ventilatieverlies hoger is dan dat van de gemiddelde eengezinswoning, zodat het verlies als gevolg van (de bovendien koudere) Oostenwind hoger kan uitkomen.

......................................................................................................................................................

 

 

Figuur 101 Zoetermeer – Voorburg met Leidscheen

Figuur 102 Zoetermeer – Voorburg variant

 

 

In de rechter figuur is weer aangegeven wat het effect zou zijn bij direct tegen Voorburg aanbouwen. Ten opzichte van de referentie is de opbrengst van de denkbeeldige windturbine met 3070 – 710 = 2360 kWh/jr. afgenomen voor uurrichting 3, het ventilatieverlies 460 – 400 = 60 kWh/won, eventueel vermenigvuldigd met een factor voor het verschil in luchtdichtheid bij oudere woningen en het grotere temperatuurverschil bij Oostenwind. Ook hier gelden soortgelijke bedragen voor andere uurrichtingen. Omdat het hier om directe aanbouw gaat, heeft de afscherming echter in meer richtingen effect, bijvoorbeeld 2,3,4,5,6 en 7, zodat het totale effect over alle windrichtingen toch aanzienlijk zou kunnen zijn.

 

1.b.4    Samenvatting van Oost- en Westwaartse invloeden

Samenvattend verhouden de ventilatieverliezen ten gevolge van Westen- en Oostenwind in de referentie-situatie, bij de zelfstandige bouw van Leidscheveen en VoZo aangebouwd tegen Voorburg of Zoetermeer zich als volgt.

......................................................................................................................................................

 

 

Figuur 103 Invloed stenwind Op Zoetermeer

Figuur 104 Invloed Oostenwind Op Voorburg

 

 

Voor de invloed van de Oostenwind hebben de verschillende varianten minder effect dan die van Westenwind, doordat de Westenwind vaker en harder waait (zie blz. 86). De lagere temperatuur van de Oostenwind zou dit verschil kunnen compenseren, doch is hier dit niet in de berekening betrokken. Behalve door het verschil in frequentie en snelheid van Westen- en Oostenwind is het aanbouwen van Leidscheveen tegen Voorburg ook minder effectief doordat het landschap voor Voorburg in de referentiesituatie al ruwer is dan dat voor Zoetermeer.

 

Tot zover is alleen het effect van de varianten op het ventilatieverlies in de Oostrand van Voorburg en de Westrand van Zoetermeer aan de orde geweest. Voor VoZo is aanbouwen aan Zoetermeer voor de Westenwind een achteruitgang ten opzichte van een locatie in de luwte van Den Haag, maar ten opzichte van de Oostenwind juist een vooruitgang.

Aansluiting op Den Haag zou voor Leidscheveen voor de Westenwind enige vooruitgang betekenen en voor de Oostenwind weinig achteruitgang.

Door het ontbreken van de temperatuurgegevens heeft een algemene verlies- en winstrekening voor alle betrokken standsranden weinig zin.

Dit geldt temeer, omdat voor VoZo ook effecten dwars op te windrichting en belangrijke rol spelen. Deze 'laterale’effecten hangen samen met de totale vorm van de agglomeratie en worden nader onderzocht in paragraaf 5.3.4, blz. 109.

 

Men kan eventueel met het oog op de andere criteria, andere ventilatiekarakteristieken en andere schaalniveaus uit het voorgaande ook concluderen, dat eventuele afschermende maatregelen zo dicht mogelijk bij de betrokken woningen genomen moeten worden, niet alleen omdat zij daardoor bij de woningen de laagste windsnelheid veroorzaken, maar ook omdat zij dan de grootste groep (en daardoor meer windrichtingen) afschermen.

Het effect op de andere criteria wordt hier niet nader bekeken. Er bestaan echter gegevens om voor elk punt in een gegeven windprofiel een windfrequentieverdeling te berekenen en te vermenigvuldigen met de gevoeligheid karakteristieken van het betreffende criteria.

Zo kan men bovendien nagaan of de regionale locatie keuze wellicht bij een andere ventilatiekarakteristiek (door de ouderdom van de woning of het gedrag van zijn bewoners) enig gewicht in de schaal legt.

 

Bovenstaande berekeningen vormen voorts randvoorwaarden voor de berekening van maatregelen op de lagere niveaus.

1.b.5    Regionale invloeden van de inrichting van het buitengebied

Referentie en varianten

In de vorige paragraaf is duidelijk gebleken dat ruwheden die direct aan het bebouwde gebied grenzen de belangrijkste invloed hebben. In deze paragraaf zullen wij de invloed van deze ruwheden meer in detail bekijken, mede in verband met de voorkomende soort begroeiing in het buitengebied. In Figuur 105 is weer een uitsnede van dertig graden gemaakt over tien kilometer, dit keer vanuit Zoetermeer in de windrichting '8 uur' naar Delft met de stylering en van de referentie en de gedachten-experimenten die nader worden uitgewerkt.

 

 

 

Figuur 105 Delft -oetermeer referentie

Figuur 106 Profiel van de gemiddelde windsnelheid

 

 

Aanliggende en losstaande groengebieden

De ruwheden op grote afstand, leggen, zoals eerder is aangetoond, minder gewicht in de schaal dan de dichtbij gelegen ruwheden. Dit blijkt wanneer we Delft en de Delftse Hout samentrekken tot een zone met ruwheid 6 (zie Figuur 107).

 

 

 

Figuur 107 Delft - Zoetermeer vereenvoudigde rerentie

Figuur 108 Delft - Zoetermeer met Rokkeveen

 

 

In Figuur 107 is te zien dat als de stedelijke bebouwing van Delft dezelfde ruwheid zou hebben als de Delftse Hout (6), dat dit bij de stadsrand van Zoetermeer nauwelijks invloed zou hebben op de windsnelheid (6,67 m/sec in Figuur 106 tegen 6,47 m/sec in Figuur 107). Wij gaan dus uit van de vereenvoudigde referentie in bovenstaande figuur.

 

Snelwegen, spoorlijnen en groengebieden

In Figuur 108 is de wijk Rokkeveen aangelegd. Hoewel dit een groot effect heeft op het totale windprofiel, heeft dit voor de huidige stadsrand van Zoetermeer minder invloed dan wij zouden verwachten, omdat de afremming boven Rokkeveen op verrassende wijze grotendeels teniet wordt gedaan door de snelweg A12 en spoorlijnen tussen Rokkeveen en het bestaande Zoetermeer.

Hoewel de windsnelheid aan de thans bestaande stadsrand van Zoetermeer nu is teruggelopen van 6,74 tot 5,92 m/s, geeft dit voor deze windrichting slechts een winst van ca. 90 kWh (1 m3 aardgas) per eengezinswoning per jaar op de ventilatieverliezen in deze windrichting en iets minder in de aangrenzende windrichtingen.

In Figuur 109 is, behalve die nieuwe wijk Rokkeveen, ook een regionaal groengebied tussen Delft  en Zoetermeer aangelegd. De ruwheid van dit gebied wordt geschat op 6 (zie blz. 92).

 

 

 

Figuur 109 Delft - Zoermeer met groenstructuur

Figuur 110 Delft - Zoetermeer met boszone

 

 

In Figuur 110 is behalve de groenstructuur ook boszone aangelegd. Beide gevallen maken voor de thans bestaande stadsrand onderling weinig verschil. Het effect wordt meer dan teniet gedaan door de snelweg. De windsnelheid is ten opzichte van de referentie teruggelopen van 6,74 naar respectievelijk 5,45 en 5,35 m/sec, maar het grootste deel werd reeds door de aanleg van Rokkeveen bereikt. Aan de stadsrand leiden de eengezinswoningen nu tot ten gevolge van wind uit deze richting ca. 150 kWh minder ventilatieverlies per jaar en voor de aangrenzende windrichtingen weer iets vergelijkbaars, maar kleiner.

 

Zwaar bos versus bouw- en weiland

In Figuur 111 is ten opzichte van het vorige experiment niet uitgegaan van een zwaar bos met uw het klasse 7, maar met een ruwheidsklasse 8. De windsnelheid aan de oude stadsrand loopt hierdoor nog enigszins terug (5,25 m/sec), maar dit heeft weinig betekenis.

 

 

 

Figuur 111 Delft - Zoetmeer met zware boszone

Figuur 112 Delft Zoetermeer, de invloed Delft en omgeving

 

 

In Figuur 112 is in deze situatie nog eens het effect nagegaan van de verder afgelegen ruwheden. Delft en de Delftse Hout zijn weggedacht , voor de zware boszone is bouw - en weiland gedacht. Hierdoor stijgt de windsnelheid toch nog van 5,25 naar 5,71 aan de oude stadsrand.

1.c                      Locale maatregelen

1.c.1     Locale afscherming van woongebieden

Referentie en varianten

Uit het vorige hoofdstuk is duidelijk, dat de invloed van een snelweg vrij groot is: eventuele windwerende maatregelen moeten zo dicht mogelijk tegen het betrokken woongebied genomen worden. Wij verschuiven daarom ons aandachtsgebied binnen de vorige locatie nog eens naar Rokkeveen zelf. Dit woongebied wordt niet door een brede weg of breed water afgesloten van het voorliggende landschap, zodat de windwerende ruwheden direct tegen het woongebied zullen aanliggen. Wij zullen nu de volgende experimenten doen:

 

 

 

Figuur 113 Delft Rokkeveen referentie

Figuur 114 Verloop windsnelheid

 

 

 

Uit Figuur 114 valt af te lezen hoe de wind na de stabiel veronderstelde afremming boven Delft haar snelheid boven de Delftse Hout op het iets hoger niveau stabiliseert en vervolgens boven het wijde landschap eerst snel en vervolgens wat langzamer haar snelheid opbouwt tot 6,52 m/sec. De wijk Rokkeveen zal haar vervolgens weer afremming tot minder dan 4,61 m/sec.

 

Groengebied

In Figuur 115 is tussen Delft Rokkeveen een groenstructuur met een ruwheid 6 aangelegd. De windsnelheid aan de rand van Rokkeveen neemt daardoor aanzienlijk af van 6,52 tot 4,73 m/sec en het ventilatieverlies per woning per jaar voor zover te wijten aan de wind uit deze richting, van ca. 987 kWh tot ca. 797 kWh (verschil 190 kWh).

 

 

 

Figuur 115 Delft - Rokkeveen met groenstructuur…)

Figuur 116 Delft - Rokkeveen met groene zone

 

 

 

Uit Figuur 116 is af te lezen, dat een dergelijk resultaat niet geëvenaard wordt door een groene zone van slechts duizend meter direct tegen het woongebied aan . De snelheid loopt dat geval slechts terug tot 5,23 m/sec, maar het ventilatieverlies van de direct aan de rand gelegen woningen bedraagt nog ca. 846 kWh (verschil 141 kWh).

De vraag is nu of een hogere ruwheid dan 6 op deze korte afstand wellicht aan de eisen voldoet.

 

Bos

In Figuur 117 en Figuur 118 is de groene zone van de vorige experiment vervangen door boszone met respectievelijk een ruwheid van 7 en 8.

 

 

 

Figuur 117 Delft - kkeveen met boszone

Figuur 118 Delft - Rokkeveen met zware boszone

 

 

 

Uit deze experimenten blijkt dat een boszone van 1000m met een ruwheid van 7 ongeveer hetzelfde effect heeft als 6000m groenstructuur met een ruwheid van 6. Een boszone met een ruwheid van 8 en vrij hoge bomen (15 meter) brengt de windsnelheid reeds in de eerste honderden meters aanzienlijk terug en vervolgens tot 2,90 m/sec aan de stadsrand, waardoor het ventilatieverlies, voorzover te wijten aan wind uit deze richting daalt tot ca. 663 kWh. Boven de stedelijke bebouwing zal de windsnelheid echter weer snel toenemen en zich stabiliseren op ca. 4,2 m/sec.

1.c.2     Samenvatting groengebieden

De conclusies uit reeks experimenten kunnen als volgt worden samengevat.

 

 

 

Figuur 119 Invloed ZuidWesten wind op Zoermeer

Figuur 120 Invloed ZuidWesten wind op Rokkeveen

 

 

 

Het effect van een maatregel in het buitengebied op de eerste 100 meter van stadsrand wordt reeds voor een groot deel teniet gedaan door open zones van 200 meter (water, wegen , gasvelden) tussen de afscherming en de bebouwing. Dat blijkt nog eens bij de vergelijking van beide bovenstaande grafieken. Toch is de bouw van Rokkeveen gunstig voor de bestaande rand van Zoetermeer: het zal eengezinswoningen aan de rand 100 kWh per jaar kunnen schelen. De aanleg van groenstructuur tussen Delft en Zoetermeer kan daaraan nog eens ca. 50 kWh toevoegen. Zonder ‘open gat’ tussen de afscherming en de stadsrand kunnen eengezinswoningen aan de rand maximaal tot 300 kWh aan ventilatieverlies besparen (zwaar bos), maar deze winst loopt zeer snel terug met de afstand tot stadsrand. Andere maatregelen zoals groenstructuur, en normaal bos of een groenzone, brengen ongeveer de helft daarvan op. De winst is op 1000m vanaf de stadsrand tot ca. 1/10 teruggelopen.

 

Het gaat hier om het effect op 1 van de 12 windrichting. De cijfers mogen met een factor 3 tot 5 vermenigvuldigd worden naarmate door de maatregel meer windrichtingen worden afgeschermd dat de hier beschouwde.

1.c.3     Het verloop van de windsnelheid met de hoogte

De voorgaande berekeningen zijn stilzwijgend beperkt tot snelheidsverschillen in de richting van de wind zelf (de `x-richting'). In Figuur 77 is terloops gewezen op het belang van de snelheidsverschillen met de hoogte ('z - richting'), maar vervolgens is de beschouwing beperkt tot een hoogte van 10m (internationale standaard voor windmetingen) en in de daarop volgende paragrafen tot een hoogte van 20m (daar is de wind meestal niet belangrijk gestoord door individuele gebouwen).

Over windsnelheidverschillen loodrecht op de windrichting in de breedte ('laterale' snelheidsverschillen) is nog helemaal niet gezegd. Stilzwijgend is ervan uitgegaan dat de ruwheden in de styleringen zich loodrecht op het vlak van tekening 'oneindig' zouden voortzetten.

 

Deze simplificaties kunnen bij wij bij de bespreking van maatregelen op dit schaalniveau niet meer volhouden: de Noord- en Zuidrand van een bebouwde oppervlakte (‘ruwheidseiland’) ondergaat bijvoorbeeld nog een niet te verwaarlozen invloed van de wind uit het Westen en het Oosten die buiten de Noord- en Zuidgrens ongestoord blijft. Het windonderzoek heeft experimentele resultaten opgeleverd, waarmee deze ‘laterale' invloeden kunnen worden geraamd . Daarbij hebben wij echter ook enig inzicht nodig in de snelheids­ontwikkeling in de hoogte.

 

De windsnelheid v als werking van de hoogte z (v(z), windprofiel) kan globaal beschreven worden met een exponentieel verloop (Figuur 121) in de door het aardoppervlak afgeremde luchtlaag (grenslaag, met een dikte d3, variërend tussen 500 en 250m), meer precies met een logaritmisch verloop (Figuur 121 en Figuur 122) voor het 10% onderste deel daarvan (wandlaag met een dikte d2=0,1 x d3, variërend tussen 50 en 25m, zie Voorden 1982, Appendix B). Dichtbij de bodem (viskeuze onderlaag, hier gesteld op d1=0,1 x d2) is het verloop parabolisch (Figuur 122). De figuren geven een voorbeeld van het verloop bij een windsnelheid van 10 m/sec op 500 meter hoogte boven het centrum van een grote stad met afwisselend hoog- en laagbouw of een groot bos met veel onregelmatige open plekken. Daarbij worden turbulenties en wervels verwaarloosd

 

 

 

Figuur 121 Exponentiëel v3() en logaritmisch verloop v2(z2)

Figuur 122 Logaritmisch en parabolisch

 

 

 

De windsnelheid op 10m hoogte kan uit Figuur 122 worden afgelezen in het gestippelde deel (logaritmisch verloop). De windsnelheid is daar in dit geval ruim 4 m/sec. Het onderste parabolische deel heeft in een stedelijke omgeving door de grote turbulentie slechts theoretische waarde.

De achterliggende formules zijn:

 

Machtwet: exponentieel verloop in het bovenste deel van de grenslaag tot zijn bovengrens in meters d3,

bijv. 500m

Logaritmisch verloop voor het  10% onderste deel tot de bovengrens van de wandlaag in meters  d2,

bijv. 50m

Parabolisch verloop in de viskeuze onderlaag tot zijn bovengrens in meters d1,

bijv. 5m.

Domein (z, de onafhankelijk variabele hoogte, waarvan de windsnelheid afhankelijk is)

 variëert tussen:

Uitgangs-windsnelheid:

vd3=windsnelheid aan de bovenkant van de grenslaag

Wandschuifspanningssnelheid:

(volgt uit v2(z2))

Parameters die van de ruwheid afhankelijk zijn (zie Figuur 124l):

a = ruwheids-exponent

d0 = ruwheidslengte z0

d3 = grenslaagdikte zG

 

Figuur 123 Formules voor het windprofiel in de hoogte

 

 

De benodigde waarden van de ruwheidsafhankelijke parameters uit de onderste regel van deze tabel zijn al op blz. 92 bij de verschillende ruwheden vermeld en worden hieronder herhaald met enkele andere uit het windonderzoek bekende parameters per ruwheidsklasse.

 

Ruwheidsklasse

Figuur 124 Ruwheidsafhankelijke parameters uit formules die in het windonderzoek gebruikt worden.

d3

a

d0

 

 

 

zG

 

z0

D(h)

b

m

 

m

 

 

 

1

250

0,12

0,0002

0

 

0,07

2

275

0,15

0,005

0

 

0,08

3

300

0,17

0,03

0

 

0,09

4

350

0,20

0,1

0

 

0,11

5

400

0,22

0,25

0,7

0,3

0,14

6

450

0,26

0,5

0,7

 

0,16

7

475

0,31

1

0,8

 

0,18

8

500

0,38

2

0,8

 

0,20

Vet: veelgebruikte waarden. Overig: interpolaties.

Met deze parameters kan men de windsnelheid v ter hoogte van de bovenkant van de grenslaag d3 (vd3) berekenen als men de windsnelheid v op een willekeurige hoogte z2 (vz2) kent. Deze is voor z2=10m hoogte in heel Nederland bekend voor ruwheidsklasse 3, maar men kan hem ook zelf meten. De formule is:

 

 

Deze windsnelheid vd3 is uitgangspunt voor bovenstaande exponentiële en logaritmische formules. De logaritmische formule geeft met deze waarde bijvoorbeeld iedere windsnelheid z2 tussen d1 en d2;

 

 

In deze logaritimische formule is dit keer de wandschuispanningssnelheid vws ingevuld.

Hiermee kan uit de windsnelheid op een bepaalde hoogte het hele windprofiel worden teruggerekend.

1.c.4     De vorm van een stad

In Figuur 125 is het resultaat weergegeven van een windtunnelproef, nader beschreven in (Vermeulen 1986) 'Experimenteel onderzoek ten behoeve van de modelbeschrijving van driedimensionale ruwheidsovergangen'. Deze proef dient als referentie voor de gedachten-experimenten die volgen.

 

In een gladde omgeving treden boven ruw gebied in de hoogte discontinuïteiten in de windsnelheid op. Aan het begin van het ruwe oppervlak (x = 0) is nog het gelijkmatige snelheidsprofiel van bladzijde 108 aanwezig, zoals zich dat over een langere afstand instelt boven hun ruwheden van de z0 = 0,05 mm (ruwheidsklasse 6). Boven het ruwe oppervlak bouwt zich echter een eigen snelheidsprofiel op met kleinere snelheden dan boven het gladde oppervlak. Op enige hoogte boven het ruwe oppervlak geldt echter nog het oude profiel. De hoogte tot waar het nieuwe profiel zijn invloed doet gelden wordt de ‘interne grenslaagdikte ' (Di) genoemd. De ontwikkeling van deze grenslaag is in de tekening in stippen weergegeven. Na het ruwe oppervlak herstelt zich echter het oude profiel weer tot een tweede grenslaaghoogte. De eerste grenslaaghoogte hoogte (D1) bedraagt op 300 cm van de eerste ruwheidsovergang 16,5 cm , de tweede (D2) 9,5 cm in de gebruikte makette.

 

 

 

Figuur 125 Windsnelheidsprofielen in de hoogte

Figuur 126 Windsnelheidsprofielen in de breedte

 

 

 

In Figuur 125 is de toestand weergegeven wanneer het ruwe oppervlak zich loodrecht op het vlak van tekening 'oneindig ' zou voortzetten. Figuur 126 geeft op 3,9 cm. hoogte de toestand in y-richting weer van een windtunnel-experiment waarbij niet meer sprake is van een zich 'oneindig' voortzettende ruwe zone, maar van een ‘ruwheidseiland’, waarlangs de wind zich ook ongestoord verplaatst. Het experiment betrof slechts het rechter deel van de tekening, maar deze situatie is gespiegeld ter wille van de duidelijkheid.

Aan het begin van het ruwe oppervlak (x = 0) gedraagt zich de wind nog ongestoord zoals boven een glad vlak. Na 50 cm is de snelheid boven het ruwe vlak gedaald , maar aan weerszijden heerst nog de snelheid van het gladde vlak. Tussen beide snelheden ontwikkelt zich en lateraal overgangsgebied. De breedte van het overgangsgebied blijkt nu volgens het voorgaande experiment naar weerskanten van de laterale ruwheidsovergang 1,2 maal zo groot te zijn als de interne grenslaagdikte D1.

 

Aangezien de interne grenslaagdikte D1 ongeveer eentiende van de afstand x tot de voorkant van het ruwheidseiland bedraagt, kan bijvoorbeeld een overgangsgebied na 1000m reeds 120m het ruwe gebied zijn binnengedrongen. Indien dit gebied 240m breed is, ontmoeten hier beide overgangsgebieden elkaar zodat de windsnelheid naar dit punt door interactie van beide overgangsgebieden, ondanks het ruwe oppervlak weer gaan stijgen.

Bij smalle stedelijke gebieden met de kop naar het Zuiden kan dus bijvoorbeeld bij Zuidenwind niet alleen de Zuidrand, en door het laterale effect de Oost- en Westkant met een verhoogd windsnelheid te maken krijgen maar zelfs ook de windafwaarts gelegen Noordkant.

Om deze interactie nader te onderzoeken is een windtunnel-experiment gedaan met een smal ruwheidseiland. In Figuur 127 ziet men de plattegrond en het kopse aanzicht van het model en hypothesen met betrekking tot het overgangsgebied.

 

 

 

Figuur 127 Interactie bij smal ruwheidseiland

Figuur 128 Meetresultaten naar hoogte x = 100 cm.

 

 

 

In Figuur 128 zijn de meetresultaten gegeven nabij het punt waar de interactie zal moeten beginnen (x = 100cm). Achter dit punt (het horizontaal gearceerde gebied in Figuur 127) zou de windsnelheid weer moeten oplopen. Indien men deze meetresultaten bekijkt, vallen de volgende afwijkingen op:

 

1 de windsnelheid midden boven het ruwe gebied zakt tot een lager niveau terug dan uit  Figuur 125 en Figuur 126 bij x = 100cm mocht worden verwacht (8,6 m/sec tegen 9,25 m/sec );

2 het overgangsgebied buiten het ruwe oppervlak is breder dan 1,2 * D1 = 10,2 cm;

3 het overgangsgebied binnen het ruwe gebied is smaller dan 10,2 cm.

 

Deze afwijkingen kunnen worden verklaard uit de mogelijkheid tot uitwijken die bij een smal ruwheidseiland aan de wind gegeven wordt ('initiële interactie '). In Figuur 129 is deze nieuwe veronderstelling weergegeven. De scheve aanstroming die reeds in de kop door het uitwijk-effect wordt veroorzaakt, leidde bij het ruwe oppervlak dat in de proef gebruikt werd, tot een hogere ruwheid dan bij loodrechte aanstroming. Daarmee is het eerste effect verklaard.

Het uitwijken geeft echter ook een verbreding van het overganggebied naar buiten .

 

 

 

Figuur 129 Initiële interactie

Figuur 130 Rekenkundige benadering

 

 

 

In Figuur 130 nu aangegeven hoe de windsnelheid in de overgangzone rekenkundig kan worden benaderd . Daarbij wordt ervan uitgegaan dat overeenkomstig de grafieken in de voorafgaande paragrafen de windsnelheid buiten de overgangszone respectievelijk boven het gladde en het ruwe oppervlak (en de bijbehorende interne grenslaagdikten) bekend zijn. Het verschil tussen beide snelheden moet in de overgangszone worden overbrugd . Ter hoogte van de laterale ruwheidsovergang is boven het ruwe oppervlak reeds ca. 65 % overbrugd , de overige 35 % wordt boven het gladde oppervlak overbrugd.

Bij en 'breed' ruwheidseiland worden beide over een afstand van 1. 2*D1 overbrugd. Bij een ruwheidseiland dat smaller is dan 200 maal zijn ruwheidslengte (niet de lengte van het eiland) treedt initiële interactie op, en daardoor wordt het windsnelheidsverschil met name boven het gladde gebied over veel grotere afstand overbrugd, en boven het ruwe gebied over een iets kleinere afstand . Bij de meetresultaten , weergegeven Figuur 128, was te breedte (25 cm) ca. 80 maal de ruwheidslengte (z0 = 0,3 cm ). Dit is veel minder dan 200. Door de initiële interactie werd de 65 % windsnelheidsverhoging boven het gebied globaal over een afstand van 1 D1 (8,5 cm) overbrugd, de resterende 35 % over een afstand van ca. 2*D1 (17 cm).

 

Wij kunnen nu terugkeren naar het experiment van blz. 95 betreffende Leidscheveen. Indien wij de referentie (Figuur 100) en het eerste experiment (Figuur 101) over elkaar leggen krijgen wij het volgende beeld.

 

 

 

Figuur 131 Westen wind in en om Leidscheveen

Figuur 132 Stylering Leidscheveen

 

 

 

In Figuur 132 is Leidscheveen gestyleerd als een vierkant van 2 bij 2 km. Het is een 'breed‘ ruwheidseiland, omdat het breder is dan 200 maal de ruwheidslengte van 1m die bij ruwheidsklasse 7 hoort (zie blz. 92 en 109). Het overgangsgebied zal dus 1. 2* D1 m het gebouwde gebied kunnen binnendringen.

 

Figuur 133 en Figuur 134 zijn een detail van Figuur 131 en Figuur 132. In Figuur 133 zijn nog eens te snelheden buiten en boven Leidscheveen weergegeven zoals zij zich in eerdere experimenten voordeden. Het verschil tussen beide is onder in de grafiek weergegeven . De overbrugging van dit verschil vindt voor 65 % boven het ruwe oppervlak plaats. Zo kan men de windsnelheid aan de rand van de bebouwing berekenen. Op de ZuidOost hoek van Leidscheveen is de windsnelheid door laterale effecten dus opgelopen tot 5 m/sec, terwijl in eerdere berekeningen op die hoogte voor het gebouwde gebied in windsnelheid van 3,7 m/sec is aangehouden. Deze snelheid wordt aan de Oostrand pas bereikt op ruim 300 meter (1. 2*D1) van de Westrand .

 

 

 

Figuur 133 Gegeven windsnelheden Leidscheveen

Figuur 134 Verdeling over de buitenste zone

 

 

 

In Figuur 134 is het verloop van 1,2*D1 binnen het bebouwde gebied getekend (West -, Zuid - en Oostrand vallen samen met de randen van de grafiek ). D1 is berekend volgens de methode (Vermeulen 1983). Deze lijn scheidt twee windregimes: de aan de Westzijde snel af lopende windsnelheid boven Leidscheveen en de aan de Zuidzijde oplopende windsnelheid aan de rand van de bebouwing. Hoe deze oploopt, kan in Figuur 133 worden afgelezen. Het verloop aan de Oostzijde tussen 5 m/sec aan de Zuidkant tot 3,7m/sec op 350m van de rand verloopt volgens eerder genoemde benadering rechtlijnig.

Door de punten van gelijke windsnelheid aan de Oost - en Zuidrand met elkaar te verbinden, ontstaan 'hoogtelijnen' van gelijke windsnelheid op 20m hoogte.

 

In Figuur 135 en Figuur 136 is een variant van Leidscheveen beproefd met zijden van 1 bij 4km. Daartoe is in de linker figuur de grafiek van de vorige bladzijde zodanig geëxtrapoleerd dat hij dit vlak geheel bestrijkt. Er treedt interactie op achter het punt waar de 1,2*D1-lijnen elkaar snijden. De 'hoogtelijnen’ in het interactiegebied kunnen volgens Vermeulen (1986) eenvoudig worden verbonden .

 

 

 

Figuur 135 Langwerpig Leidscheveen met kop in wind

Figuur 136 Verschil tussen kop of flank in de wind

 

 

 

In Figuur 137 is het model nog eens in zijn ware proporties getekend. De 'hoogtelijnen' van 4, 4,5 en 5m/sec zijn uit Figuur 135 overgenomen. Voor het geval ‘flank in de wind' kon uit dezelfde grafiek geput worden als voor ‘kop in de wind’ zij het, dat daartoe alleen de eerste 1000m van de grafiek noodzakelijk was. Uit deze figuren blijkt duidelijk, dat de wind op de lange zijde een veel geringer oppervlak aan laterale windsnelheidsverhoging wordt blootgesteld. Deze conclusie is in strijd met de intuïtieve opvatting dat met het oog op het weren van wind lange stroken stedelijk gebied 'met de kop in de wind' moeten liggen. Het is op deze schaal beter langwerpige stedelijke gebieden met een brede zijde op de ZuidWesten wind te oriënteren .

De vraag is nu, hoeveel deze maatregel oplevert. In onderstaande figuren is een stylering van beide gevallen gegeven op een hectare - raster.

 

 

Figuur 137 Windsnelheden per hectare

 

 

Gesteld dat in dit gebied 40 woningen per hectare aanwezig zijn. Uit het ventilatieverlies per woning voor deze categorieën windsnelheid bij Westen wind, kan nu het totale verschil worden berekend :

 

Windsnelheid

kops

zijkant

Ventilatieverlies in kWh bij Westenwind

m/sec

ha

ha

Per woning

Per ha.

Totaal kops

Totaal zijkant

3,75

88

252

504

20160

1774080

5080320

4,00

98

90

521

20840

2042320

1875600

4,25

12

 

539

21560

258720

 

4,50

120

58

557

22280

2673600

1292240

4,75

34

 

577

23080

784720

 

5,00

48

 

597

23880

1146240

 

Totaal

400

400

 

 

8679680

8248160

 

Figuur 138 Verschil in ventilatieverlies bij kopse en zijwaartse aanstroming

 

 

Het verschil in ventilatieverlies tussen beide oriëntaties bedraagt 431520 kWh per jaar (ca. 27 kWh per woning gemiddeld). Dit bedrag kan echter niet als winst worden geboekt door langwerpig stedelijk gebied een kwart slag te draaien. Bij elke oriëntatie dient immers het effect van ten minste vier windrichtingen te worden geanalyseerd . De winst is dan het verschil in effect van twee windrichtingen kops en twee andere in de flank.

In de windrozen op blz. 86 zijn zowel wat betreft de kans op wind als zijn snelheid, pieken te zien in het ZuidWesten en in het NoordOosten. Wanneer wij hierop in twee experimenten respectievelijk de kop en de flanken oriënteren, wordt het grootste verschil gevonden. Het uitvoeren van deze theoretische experimenten is nog niet gebeurd, zodat we ons voorlopig tevreden stellen met een kwalitatieve conclusie. Deze luidt, dat langwerpige stedelijke gebieden met het oog op het weren van wind het beste dwars op de meest voorkomende windrichting , d.w.z. NoordWest-ZuidOost georiënteerd kunnen worden.

Wat hiervan het gevolg is voor het vangen van wind, het comfort van de buitenruimte en de verspreiding van luchtverontreiniging, is hier niet nader bestudeerd.

1.c.5     De spreiding van het stedelijke oppervlak

Rest nog de vraag, of een niet-langwerpige ('compacte') vorm van de stad beter is dan een al of niet gunstig georiënteerde langwerpige stad of een gespreide vorm. Aangezien het effect van langwerpigheid zo afhankelijk is van de oriëntatie, kan deze vraag wat dat betreft niet voor alle gevallen beantwoord worden. Voor de Westenwind in het geval Leidscheveen geldt in elk geval het volgende.

 

In Figuur 139 zijn drie windcategorieën in een hectare-raster weergegeven.

 

 

 

Figuur 139 Compacte stad

Figuur 140 Gespreide opzet

 

 

 

Uit het ventilatieverlies per woning voor de categorieën windsnelheid 3,75, 4 en 4,50 m/sec bij Westenwind, kan weer het volgende verschil worden berekend :

 

Windsnelheid

Compact

Gespreid

Ventilatieverlies in kWh bij westenwind

m/sec

ha

ha

per woning

per ha

totaal compact

totaal gespreid

3,75

250

160

504

20160

5040000

3225600

4,00

72

128

521

20840

1500480

2667520

4,50

78

112

557

22280

1737840

2495360

Totaal

400

 

 

 

8278320

8388480

 

Figuur 141 Verschil in ventilatieverlies bij compacte en gespreide stad

 

 

Het verschil in ventilatieverlies tussen beide vormen van bebouwing bedraagt voor Westenwind 110160 kWh per jaar (ca. 7 kWh per woning gemiddeld). Aangezien snelheid en frequentie van de Westenwind iets boven het gemiddelde van alle windrichtingen ligt, kan men dit bedrag met ca. 10 vermenigvuldigen om de totale besparing globaal te schatten.

Over het effect op de andere windafhankelijke aspecten is hiermee uiteraard nog niets gezegd.

De vergelijking met langwerpige vorm van de vorige bladzijde is moeilijker te maken door de oriëntatie-gevoeligheid. Wanneer wij echter uitgaan van het gemiddelde van het effect van aanstroming op de korte zijde en dat van de aanstroming op de lange zijde (8463920 kWh), dan zal uit het oogpunt van het weren van wind de langwerpige opzet nog slechter zijn dan de gespreide opzet.

 

Hieruit blijkt wel heel duidelijk dat met name bij lange stadsranden het laterale effect belangrijker is dan het frontale effect van de wind op een ruwheidseiland.

Dit is dan ook de belangrijkste conclusie van deze paragraaf die ons in de volgende paragraaf van nut kan zijn.

1.c.6     Grote openingen in de stadsrand

Met het in de vorige paragraaf ontwikkelde instrumentarium kunnen wij ook iets zeggen over de vormgeving van stadsrand. Daarmee is het laagste schaal niveau bereikt waarop wij met behulp van ruwheidsberekeningen voorspellingen kunnen doen omtrent het windgedrag bij bebouwde gebieden. Op nog lagere schaalniveaus treden zodanige lokale verstoringen op van het globale beeld, dat niet meer van een algemene ruwheid kan worden uitgegaan. Voor die niveaus zijn dan ook afzonderlijke windtunnel-experimenten ontwikkeld, die beogen het verband te leggen tussen belangrijke stedebouwkundige uitgangspunten en het gedrag van de wind als gevolg daarvan.

 

Op het niveau van de globale vorm van de stadsrand kan echter nog gebruik gemaakt worden van de ruwheidsbenadering ('korrelgrootte' ca. 100 meter straal) die in de vorige paragrafen is ontwikkeld. Wij beperken ons hier tot de vraag welk effect grote openingen in de stadsrand hebben op het windgedrag. Dergelijke openingen kunnen stedebouwkundig wenselijk zijn om plaats te maken voor grote toegangswegen (met geluidszones), of om een verbinding te maken tussen grote groene ruimten in de stad met het buitengebied, of om het buitengebied in 'groene lobben' weer intensief met de woongebieden (en dus met de wind) in contact te brengen.

 

In Figuur 142 is een model getekend van een kleine stad (ca. 50 duizend inwoners) waarbij in het buitengebied van alle kanten het bebouwde gebied binnendringt. Als referentie dienen de voorbeelden uit de vorige paragraaf.

 

 

 

Figuur 142 Kleine stad met lobben

Figuur 143 Windsnelheidsprofiel doorsnede A

 

 

 

In Figuur 143 is het windsnelheidsprofiel voor doorsnede A aangegeven voor de westenwind in geval het model zich op de plaats van VoZo zou bevinden, zodat een vergelijking met de voorbeelden uit de vorige paragraaf mogelijk is.

In Figuur 144 is hetzelfde profiel voor doorsnede B gegeven, terwijl in Figuur 145 de laatste 3000m van beide profielen over elkaar heen geprojecteerd zijn. Onder in deze figuur is het verschil vB-vA tussen beide profielen aangegeven. Dit verschil moet dus lateraal worden overbrugd over een afstand 2*1,2*D1.

 

 

 

Figuur 144 Windsnelheid profiel doorsnede B

Figuur 145 Verschil profiel A en B

 

 

 

Zoals in de vorige paragraaf is uiteengezet wordt dit verschil voor 65% in het gebied overbrugd, zodat de snelheid op de rand van het bebouwde gebied daaruit kan worden afgeleid (Figuur 145).

 

Uit deze gegevens en het verloop van D1 kan men in beide onderstaande gevallen weer per hectare de windsnelheid schatten. In de linker figuur is uitgegaan van een aan alle kanten binnendringend buitengebied. In de rechter figuur moet men zich de binnendringende gebieden voorstellen als geheel met bos beplant, zodat de ruwheid overeenkomt met de stedelijke bebouwing en het bebouwde oppervlak gelijk blijft.

 

 

 

Figuur 146 'Open' Stadsrand

Figuur 147 'Gesloten' stadsrand

 

 

 

Uit het ventilatieverlies per woning voor de categorieën windsnelheid 3,75, 4, 4,5 en 5 meter per seconde bij westen wind, kan weer het volgende verschil worden berekend:

 

Windsnelheid

Open

Gesloten

Ventilatieverlies in kWh bij westenwind

m/sec

ha

ha

per woning

per ha

totaal open

totaal gesloten

2,75

154

305

504

20160

3104640

6148800

4,00

184

74

521

20840

3834560

1542160

4,50

106

82

557

22280

2361680

1826960

5,00

21

4

597

23880

501480

95520

Totaal

465

465

 

 

9802360

9613440

 

Figuur 148 Verschil in ventilatieverlies bij ‘open’ en ‘gesloten’ stadsrand

 

 

Het verschil in ventilatieverlies tussen beide stadsrandvormen bedraagt 188920 kWh per jaar (Ca. 10 kWh per woning). Indien wij dit bedrag met een kleine reductie voor alle windrichting en aan houden door het weer te vermenigvuldigen met 10, komen wij op een winst van ca. 100 kWh per woning voor 1860 woningen.

1.c.7     Van berekenbaar ‘ruw oppervlak’ naar verkavelingen in de windtunnel

In de vorige hoofdstukken ging het voornamelijk om plaatsing van homogene ruwheden die vanuit het woongebied slechts naar één windrichting tegelijk effect sorteerde.

Wat de berekeningen van ventilatieverliezen op de lagere schaalniveaus gecompliceerd maakt, is het feit dat per maatregel meer windrichtingen tegelijk beinvloed worden, terwijl de windrichting ten minste drie keer in de berekeningen als afzonderlijke variabele terugkeert.

 

Men kan zich deze complicatie voorstellen als 3 draaischijven met hetzelfde middelpunt die ten opzichte van elkaar tot een groot aantal varianten kunnen worden gecombineerd.

 

 

Figuur 149 Drie maatniveaus waarin met de oriëntatie rekening gehouden moet worden

 

 

Op de buitenste draaischijf is de lokale windstatistiek afgebeeld, zoals deze geldt voor de buitenkant van het stedebouwkundige fragment dat wij in beschouwing willen nemen. Voor alle 12 windrichtingen geldt een eigen windstatistiek (gemiddelde snelheid, aantal uren van voorkomen per jaar, temperatuur) die per windrichting door de omgeving kan worden de invloed (W1, W2, W3...). Dit was het object van onderzoek in de vorige hoofdstukken.

Op de tweede draaischijf is een Noordpijl (b1) van het beschouwde fragment afgebeeld.

In de volgende hoofdstukken is de stand van de gehele verkaveling ten opzichte van deze pijl eveneens variabel (b1,2,3 ...).

Op de middelste draaischijf is tenslotte weergegeven dat in het stedebouwkundige fragment de bouwblokken verschillen in oriëntatie (a1,2,3 ...) vertonen.

Deze wijzigen alle in gelijke mate ten opzichte van de windstatistiek wanneer men het Noordpijl (b1,2,3 ...) wijzigt.

 

In de voorgaande hoofdstukken is het effect van landelijke en stedelijke ruwheden op de windsnelheid van het telkens 1 windrichting (West) bekeken. Via een 'ventilatiekarakteristiek' werd deze snelheid boven de stedelijke ruwheid omgerekend in het bij deze gemiddelde snelheid te verwachten ventilatieverlies uit de onderliggende woningen, welke oriëntatie ('a') de gevel of een verkaveling ook had; a en b werden dus verwaarloosd. De richtingen werden niet met elkaar vergeleken, omdat het ging om maatregelen die slechts vanuit een 1 windrichting (West) effect hadden.

De stedelijke oppervlakken werden als amorfe ruwheid in het beeld betrokken, zodat het geen zin had deze binnen de gegeven locatie te 'draaien' (naar andere 'b’ ten opzichte van de Noordpijl).

 

In de windtunnelproeven ten behoeve van de volgende hoofdstukken zijn alleen de tweede en de middelste draaischijf gevarieerd. Achttien verschillende verkavelingen zijn in de windtunnel van TNO-Apeldoorn vanuit zeven verschillende hoeken (0 t/m 90 graden met stappen van 15) met een enkele windsnelheid en een gestandaardiseerd voorland aangeblazen. In de interpretatie van de volgende hoofdstukken zijn van de 7 gemeten hoeken slechts 4 (0 t/m 90 graden met stappen van 30) gebruikt.

 

In Figuur 150 is bijvoorbeeld de berekeningswijze van de voorafgaande hoofdstukken toegepast op een situatie zoals die in de windtunnelproeven voor de volgende hoofdstukken zijn gesimuleerd, indien dit een Noordenwind zou zijn geweest.

 

 

Figuur 150 Benadering van de windtunneltuatie als ruwheidsklasse 7 bij Noordenwind

 

 

Wanneer men met de tot hiertoe gehanteerde berekeningswijze de situatie in de windtunnel voor alle windrichtingen simuleert, verkrijgt men de bijdrage aan het totale ventilatieverlies (kolommen A en C) in Figuur 151. Merk op dat een laagbouwwoning (door de verschillende windstatistiek per windrichting gecombineerd met het bewoners gedrag) anders reageert op de verschillende windrichting en dan de hoogbouwwoning (zie kolommen B en D).

 

 

 

 

 

zonder temperatuurinvloed

 

met temperatuurinvloed

 

temp.invloed

 

 

 

laagbouw

hoogbouw

 

laagbouw

hoogbouw

 

laagb

hoogb

windrichting

 

A

B

C

D

 

E

F

G

H

 

E/A

G/C

'uren'

graden

 

kWh

 

kWh

 

 

kWh

 

kWh

 

 

 

 

1

30

 

322

6%

154

6%

 

227

4%

101

4%

 

70%

66%

2

60

 

492

9%

228

9%

 

570

10%

254

10%

 

116%

111%

3

90

 

405

7%

201

8%

 

681

12%

304

12%

 

168%

151%

4

120

 

246

4%

129

5%

 

504

9%

225

9%

 

205%

174%

5

150

 

369

7%

186

8%

 

238

4%

106

4%

 

64%

57%

6

180

 

530

10%

259

10%

 

377

7%

168

7%

 

71%

65%

7

210

 

729

13%

232

9%

 

731

13%

326

13%

 

100%

141%

8

240

 

769

14%

315

13%

 

819

15%

365

15%

 

107%

116%

9

270

 

591

11%

253

10%

 

631

11%

281

11%

 

107%

111%

10

300

 

389

7%

172

7%

 

349

6%

156

6%

 

90%

91%

11

330

 

366

7%

173

7%

 

260

5%

116

5%

 

71%

67%

12

0

 

329

6%

167

7%

 

149

3%

67

3%

 

45%

40%

 

Totaal

 

5537

100%

2469

100%

 

5536

100%

2469

100%

 

 

 

 

Figuur 151 Bijdragen aan het totale ventilatieverlies per windrichting

 

 

Uit de onderste regel valt op te maken dat het totale ventilatieverlies niet verschilt wanneer men de temperatuurinvloed in de beschouwing betrekt, deze verschillen komen pas tot uitdrukking wanneer men de ventilatieverliezen per windrichting bepaalt.

1.c.8     Temperatuur-invloeden

In de voorafgaande hoofdstukken is systematisch afgezien van temperatuurverschillen tussen de windrichtingen onderling, omdat betreffende maatregelen slechts naar één windrichting effect hadden en onderling vergeleken konden worden bij constante windrichting. De bijdragen aan het ventilatieverlies uit een windrichting werd per maatregel direct afgeleid uit de betreffende (meer of minder afgeremde) windsnelheid en het aantal uren dat wind uit deze richting waait. Als meer windrichtingen in de beschouwing moeten worden betrokken, kan deze vereenvoudiging niet meer worden volgehouden.

 

In de kolommen E en G van Figuur 151 worden de totalen die met de ruwheidsmethode zonder temperatuurinvloeden zijn berekend, met behulp van weegfactoren, ontwikkeld in MT-TNO 86-014601/13932-300/TVC teruggerekend naar de windrichtingen met temperatuurinvloed. Zij vormen daarmee een referentie vanuit de ruwheidsberekeningen uit de vorige hoofdstukken met de meer gedetailleerde benadering op grond van windtunnelproeven uit de volgende hoofdstukken. De kolommen E/A en G/C  geven en geïmproviseerde maat voor de temperatuurinvloed op zichzelf per windrichting en maken de uitkomst van beide berekeningswijzen ook voor andere situaties enigszins met elkaar vergelijkbaar. Hoewel de temperatuurinvloeden anders inwerken op laagbouw dan op hoogbouw, zijn zij hier nog voor beide categorieën op gelijke wijze meegewogen.

 

 

 

Figuur 152 Ventilatieverlies in kWh per windrichting zonder temperatuurinvloed:

kolommen A en C uit Figuur 151

Figuur 153 Geïmproviseerde correctie op temperatuur: kolommen E/A en G/C uit Figuur 151

 

 

 

Oostenwinden (3 ‘uur’), komen minder voor dan ZuidWestenwinden (7 ‘uur’), maar zij zijn kouder en hebben daardoor een groter aandeel in het ventilatieverlies. Dat blijkt uit Figuur 153.

 

1.d                     Wijk- en buurtvarianten

1.d.1    Windtunnelproeven

Op het niveau van wijken en buurten zijn door TNO (Visser 1986) 4 proeven gedaan op 4 volledig in makette 1: 500 uitgewerkte configuraties (Jong 1986) van ca. 1 x 1 km reëel. In elk van de 4 makettes zijn ca. 30 maal 2 meetpunten aangebracht op de drukverschillen te meten aan de voor-en achterzijde van de verschillende bouwblokken midden in de wijk.

 

 

1 laagbouw aan de rand

 

 

2 hoogbouw aan de rand

 

3 randgroen

 

4 centraal groen

 

Figuur 154 Wijkconfiguratiesn de windtunnel met meetpunten

Linksboven in de configuraties vindt men telkens het kwart van een wijkvoorziening, zodat elke km2 als een schakelbaar ‘wijkkwartier’ om dit centrum kan worden gedacht. Elke configuratie is uit 9 (één centrale en 8 perifere) buurtkwartieren van 300 x 300m opgebouwd en elk buurtkwartier bestaat weer uit 9 hectares (ensemble~ of vlekkwartieren) van precies 100 x 100m (één centrale en 8 perifere). De wijkstraten zijn beplant met bomen, de buurtstraten en erfstraten niet. De configuratie is vanaf de buitenzijde aangeblazen van Noord tot Oost (90 graden uit het Noorden). Aan de Zuid- en Westzijde maakt de configuratie als wijkkwartier deel uit van een denkbeeldige wijk met gelijkmatige ruwheid.

In deze paragraaf gaan wij in op de verschillen tussen de vier configuraties onderling. De proeven zijn niet geëvalueerd op de mogelijkheid om rekenmodellen te ontwikkelen.

 

De over alle meetpunten gemiddelde verschillen tussen de configuraties zijn opvallend klein. De km2 kan dus nog met een algemeen ruwheidkarakter benaderd worden om zulke verschillen te kunnen achterhalen. Er zijn echter wel grote verschillen tussen verschillende locaties binnen de configuraties (zie Figuur 176 en Figuur 179). Het gaat hier om details op ensemble- of vlekniveau in een buurtomgeving, die het best geïnterpreteerd kunnen worden wanneer ook hectareniveau in theoretische zin behandeld is. Deze verschillen komen pas in paragraaf 5.5.5 nader aan de orde, nadat in paragraaf 5.5.3 de rekenmethode voor het hectareniveau in praktijk gebracht is. In Figuur 155 zijn de hectareverkavelingen die in de configuraties zijn toegepast weergegeven.

 

In configuratie 1 en 2

Vrije sect. 30w/h 10m

Hoek1a 22w/ha 22m

Hof1 96 w/ha 15,5m

Hof4 53,3w/h 10m

In configuratie 2

 

In configuratie

3 en 4:

Lijn10 84w/ha 17m

Lijn12 53w/ha 10m

 

Figuur 155 Hectares, toegepast in de configuraties van 4 windtunnelproeven

 

 

In paragraaf 5.5 gaan wij nader in op de resultaten van 14 windtunnelproeven door TNO (Visser 1987) op hectareniveau: 7 met en 7 zonder groen. Daar zijn een aantal theoretische repeterende punt-, lijn-, hoek- en hof- verkavelingen met een doorsnede van ca. 500m reëel, in makette op schaal 1:250, met elkaar vergeleken op de windkracht die de totale verkaveling van de wind uit verschillende richtingen ondergaat. Uit deze proeven heeft TNO wel een algemene rekenwijze ontwikkeld voor zich in twee richtingen herhalende verkavelingen. Daarmee zijn vervolgens meer hectaretypen doorgerekend. In de 4 configuraties uit deze paragraaf zijn de winddrukverschillen tussen voor- en achtergevel gemeten

1.d.2    Drukverschillen tussen voor- en achtergevel

Het ventilatieverlies van een woning is niet alleen afhankelijk van de windstatistiek die kan worden afgeleid uit de jaargemiddelde windsnelheid vg op z=10m hoogte bij het dichtstbijzijnde meteostation (vg(10), bijvoorbeeld 5,4m/sec voor Schiphol), maar ook van de omgeving en de oriëntatie van het bouwblok. Uit deze meer plaatselijke factoren volgt een drukverschil tussen voor- en achtergevel, dat bepalend is voor het uiteindelijke ventilatieverlies.

 

Dit drukverschil is evenredig met de stuwdruk van de wind, 0,5 x r x vg(10)2. Hierin is r (‘ro’) de dichtheid van de lucht. Via windtunnelmetingen is het voor de ventilatie bepalende gewogen drukverschil over loef- en lijzijde van de bouwblokken bepaald. Deelt men dit drukverschil door bovengenoemde stuwdruk, dan verkrijgt men een evenredigheidsfactor die onafhankelijk is van de windsnelheid.

De dimensieloze evenredigheidsfactor is dan universeel toepasbaar en wordt hier gebruikt onder de naam 'DCp(10)'. Het resultaat van de windtunnelproeven is uitgedrukt in DCp(10). In Figuur 156 is weergegeven hoe het totale ventilatieverlies van een woning in de buurt van Schiphol (vg(10) = 5,4m/sec) over alle windrichtingen samenhangt met DCp(10). Door het bewonersgedrag in hoogbouw leidt bij deze vg(10) een toenemend drukverschil tot minder ventilatieverlies! Binnenwijks is de opbrengst van windturbines minder relevant. Het drukverschil zegt echter wel iets van het comfort van de openbare buitenruimte en de verspreiding van luchtverontreiniging, al zullen wij ons verder toeleggen op het ventilatieverlies.

 

 

 

 

graden uit de y-as

 

Locatie

0

30

60

90

gem.

1

0,00

0,18

0,32

0,32

0,21

2

0,10

0,16

0,07

0,04

0,09

3

0,10

0,02

0,10

0,02

0,06

4

0,02

0,14

0,24

0,05

0,11

5

0,12

0,08

0,11

0,11

0,11

6

0,34

0,38

0,02

0,04

0,20

7

0,34

0,26

0,10

0,04

0,19

8

0,08

0,05

0,12

0,16

0,10

9

0,35

0,28

0,11

0,05

0,20

10

0,10

0,00

0,10

0,12

0,08

11

0,11

0,12

0,02

0,05

0,08

12

0,10

0,19

0,24

0,19

0,18

13

0,01

0,10

0,12

0,01

0,06

14

0,18

0,08

0,04

0,05

0,09

15

0,02

0,13

0,25

0,38

0,20

16

0,10

0,19

0,14

0,13

0,14

17

0,02

0,12

0,22

0,30

0,17

18

0,18

0,11

0,01

0,16

0,12

19

0,19

0,16

0,01

0,06

0,11

20

0,02

0,08

0,19

0,07

0,09

21

0,04

0,10

0,14

0,01

0,07

22

0,00

0,16

0,12

0,16

0,11

23

0,38

0,36

0,30

0,13

0,29

24

0,14

0,32

0,35

0,35

0,29

25

0,17

0,06

0,28

0,24

0,19

26

0,53

0,28

0,05

0,12

0,25

27

0,23

0,20

0,04

0,22

0,17

28

0,34

0,03

0,22

0,48

0,27

29

0,13

0,08

0,07

0,05

0,08

30

0,06

0,01

0,08

0,02

0,04

31

0,08

0,07

0,02

0,10

0,07

32

0,05

0,07

0,16

0,30

0,15

Gem.

0,14

0,14

0,14

0,14

0,14

 

 

Figuur 156 Ventilatieverlies bij vg(10) = 5,4m/sec

Figuur 157 DCp(10) in de meetpunten van configuratie 1

 

 

 

In Figuur 157 is voor configuratie 1 per meetpunt de gemeten DCp(10) weergegeven, voor 4 richtingen (van 0 tot met 90 graden met stappen van 30) vanuit de y-as van de tekening (elke richting zou op zich het noorden kunnen zijn). In de meest rechtse kolom is het gemiddelde voor elk meetpunt gegeven en in de onderste regel het totale gemiddelde.

Kijkt men eerst naar de meest rechtse kolom, dan blijken de meetpunten 23 en 24 de grootste drukverschillen op te lopen, 23 bij aanblazen onder 0 graden, 24 bij aanblazen onder 60 en 90 graden. Het gaat hier dan ook om hoogbouw aan een kruispunt van brede wegen. Dit is het soort details dat in paragraaf 5.5.5 aan de orde komt. In deze paragraaf zullen wij vooral op de onderste regel letten en de vergelijking daarvan met de andere configuraties.

1.d.3    Bouwblokrichting, hoog- en laagbouw

In de onderste regel van Figuur 157 valt onmiddellijk op, dat de richting van waaruit configuratie 1 wordt aangeblazen bij gelijkblijvende windstatistiek niet uitmaakt. Dit is alleen het geval bij configuratie 1. Het wordt waarschijnlijk het best verklaard doordat in de verkaveling de helft van het aantal doorgemeten bouwblokken loodrecht staat op de andere helft. Daardoor compenseert telkens het minimum ventilatieverlies van het ene bouwlok het maximum van een ander bouwblok. Dit is niet het geval bij de configuraties 3 en 4: daarin is hoofdzakelijk van één verkavelingsrichting sprake.

 

Dat neemt uiteraard niet weg, dat configuratie 1, aangeblazen met de verschillende geaarde winden uit Noord, NoordOost en Oost (d.w.z., wanneer de y-as ook naar het noorden wijst), uit verschillende richtingen verschillende ventilatieverliezen zal leiden. Deze zijn echter niet uit te verkaveling, maar uit de windstatistiek van verschillende windrichtingen te verklaren (zie Figuur 158 links).

 

In kWh bij vg=5,4m/sec van 0 (–15 tot 15) tot 90 (75 tot 105) graden uit het noorden

Indien y naar het Noorden wijst

(29,4% van alle ventilatieverliezen)

Indien uit elke richting de Noordenwind zou waaien (2,7% van alle ventilatieverliezen)

hoofdrichting

0

30

60

90

100%

hoofdrichting

0

30

60

90

gem.

gemiddeld

 

 

 

 

 

gemiddeld

 

 

 

 

 

Laagbouw

142

224

554

651

5344

Laagbouw

142

147

145

143

144

Hoogbouw

87

135

338

400

4954

Hoogbouw

87

89

89

88

88

 

Figuur 158 Ventilatieverliezen in configuratie 1

 

 

De configuraties zijn in de proeven slechts over een kwart van alle richtingen aangeblazen. Het totale ventilatieverlies per woning valt dus niet te berekenen, omdat de invloed van de verkavelingen naar de andere richtingen onbekend is. Er is wel een 'schijnbaar totaal' berekend door aan te nemen dat ieder meetpunt over de andere drie kwarten op dezelfde wijze door de verkaveling zal worden afgeschermd als naar het gemeten kwart. In dat geval hebben wij hier met 4 van de 12 windrichtingen 29,4% van het ventilatieverlies berekend. Het schijnbare totaal is dan 100%.

Daarmee hebben wij getal dat met de referentie uit vorige hoofdstukken te vergelijken valt: gemiddeld 5537kWh voor laagbouw en 2469kWh voor hoogbouw. Behalve grote verschillen tussen de meetpunten onderling, valt weer op, dat het laagbouwgemiddelde over de hele verkaveling hoger ligt (5344kWh) en het hoogbouwgemiddelde beduidend lager (3266 kWh). Per windrichting zij de eerste vier regels van de kolommen E en G uit de tabel Figuur 151 op blz. 122 vergelijkingsmateriaal.

 

 

 

 

 

0

30

60

90

totaal

0

30

60

90

totaal

laagbouw

149

227

570

681

5537

142

224

554

641

5344

hoogbouw

67

110

254

304

2469

87

135

338

400

3266

 

 

 

 

Figuur 159 Uit de ruwheidsberekeningen

 

Figuur 160 Meting en berekening windtunnel

 

 

 

 

Indien bij de andere configuraties ook dergelijke verschillen voorkomen, kan de conclusie zijn, dat de ruwheid in de windtunnel bij de ruwheidsberekeningen in paragraaf 5.3.7 wellicht wat te laag geschat is (ruwheidsklasse 7 voor het stedelijk gebied zou dichter bij 8 mogen zijn).

 

De rechter Figuur 158 geeft de verschillen tussen de locaties en richtingen, voorzover te wijten aan de verkaveling, beter weer, doordat van een standaardwind (in dit geval de Noordenwind) is uitgegaan. De hoogbouwwoningen komen in deze presentatie duidelijk uit als woningen met een ventilatieverlies dat kleiner is dan 100kWh, de laagbouwwoningen komen zonder uitzondering uit boven de 100kWh. Hiermee is dan 2,7% van het schijnbaar totale ventilatieverlies weergegeven. Dit type tabellen zullen wij vooral benutten in paragraaf 5.5.

1.d.4    Wijkopzet

Wij zullen nu vooral aandacht geven aan verschillen tussen de configuraties onderling.

 

 

 

Configuratie 2

Configuratie 3

Configuratie 4

hoofdrichting

0

30

60

90

gem.

0

30

60

90

gem.

0

30

60

90

gem.

gemiddeld

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DCp(10)

0,11

0,14

0,18

0,12

0,14

0,07

0,08

0,05

0,01

0,05

0,08

0,11

0,05

0,01

0,06

 

Figuur 161 DCp(10) in verschillende wijkconfiguraties

 

 

Allereerst valt op dat het gemiddelde drukverschil bij woningen in configuratie 2 (hoogbouw aan de rand) bij standaardwind over vier richtingen gelijk is (0,14) aan dat van configuratie 1 (laagbouw aan de rand). Per richting zijn er dit keer wel verschillen. Aangezien de verschillende windrichtingen een verschillende bijdrage leveren, kan men bij deze gelijkheid nog niet concluderen, dat het ventilatieverlies in beide configuraties gelijk is.

 

De vergelijking met configuraties 3, randgroen en 4, centraal groen laat echter wel ruimte om reeds te veronderstellen dat in die configuraties met gelijke bouwblokrichting minder ventilatieverliezen geleden worden, omdat in alle richtingen lagere drukverschillen bij de standaardwind optreden.

Het verschil tussen beide (randgroen en centraal groen) is te verwaarlozen!

 

Dit blijkt ook uit onderstaande tabellen waarin weer op grond van Figuur 156 voor een locatie nabij Schiphol de ventilatieverliezen in zijn berekend.

 

 

 

Configuratie 2

Configuratie 3

Configuratie 4

hoofdrichting

0

30

60

90

gem.

0

30

60

90

gem.

0

30

60

90

gem.

gemiddeld

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Laagbouw

136

217

563

626

5245

132

209

491

523

4634

136

219

490

526

4661

Hoogbouw

90

185

474

540

3304

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figuur 162 Ventilatieverliezen bij richtingen Noord tot Oost in drie configuraties

 

 

Het totale gemiddelde ventilatieverlies is in de niet gestrekte configuraties 2 en 3 weliswaar hoger, maar dat is verklaarbaar uit de bouwbloklrichtingsverschillen en het aanzienlijke aandeel hoogbouw (HB) in configuratie 2. Indien men alleen naar de laagbouwwoningen (LB) kijkt, scoren gestrekte configuraties 3 en 4 ca. 400kWh lager dan 2, terwijl 2 met hoogbouw aan de rand ca. 100kWh lager scoort dan 1.

Het totale gemiddelde van configuratie 1 met laagbouw aan de rand is weliswaar hoger dan dat van 2 met laagbouw aan de rand, maar ook dat is verklaarbaar uit het verschillend aandeel relatief luchtdichte hoogbouw. In het verschil tussen 1 en 2 valt op, dat de laagbouw in 2 weliswaar ca. 100kWh lager scoort, terwijl de hoogbouw in ventilatieverlies aan de rand daar juist ca. 40kWh hoger scoort.

Oppervlakkig gezien zou dit verklaard kunnen worden uit het feit dat hoogbouw in 2 de laagbouw beschermt, terwijl dat in 1 andersom is. Dit kan echter niet juist zijn, want Figuur 156  toont aan, dat door het bewonersgedrag de hoogbouw paradoxaal genoeg bij meer wind juist tot minder ventilatieverlies zal leiden.

1.d.5    Aanstromingsrichtingen

De verklaring moet komen uit de rechter Figuur 158, waarbij de windstatistiek van verschillende richtingen wordt weggeselecteerd, uitgaande van standaardwind uit vier gemeten richtingen (in dit geval de Noordenwind).

 

 

Configuratie 2

Configuratie 3

Configuratie 4

hoofdrichting

0

30

60

90

gem.

0

30

60

90

gem.

0

30

60

90

gem.

gemiddeld

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Laagbouw

136

143

148

137

141

132

138

129

116

129

136

144

128

115

131

Hoogbouw

90

89

88

90

89

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figuur 163 Ventilatieverliezen als gevolg van een standaard (Noorden-)wind

 

 

Bij vergelijking van configuratie 2 (hoogbouw aan de rand) met de overeenkomstige tabel van configuratie 1 (laagbouw aan de rand, de rechter Figuur 158) blijken de verschillen in de hoogbouw niet verklaard te worden door de schuine aanstromingsrichtingen van 30 en 60 graden, maar door de loodrechte aanstroming van 0 en 90 graden: de verliezen hiervan zijn bij 2 hoger. En verklaring is hier, dat in 2 meer hoogbouw door hoogbouw wordt afgeschermd, zodat meer bewoners en ramen openzetten dan in 1.

Het afschermende werking van hoogbouw ten opzichte van laagbouw is eveneens aanwijsbaar, maar beslaat over het geheel genomen hoogstens 100kWh (ca. 10 m3 aardgas) per woning. Deze kleine winst is alweer niet te danken aan de schuine aanstromingsrichtingen maar aan de loodrechte.

Ook de afschermende werking van randgroen voor de hele wijk imponeert niet (nog geen 30kWh per woning). Zij is alleen voelbaar de woningen aan de rand (een verschil van ruim 200kWh).

 

1.d.6    Dwarsplaatsing van bouwblokken

Wat overblijft is het wat grotere verschil tussen 1 en 2 enerzijds en 3 en 4 anderzijds (600 en 700kWh per laagbouwwoning). Dit wordt echter geheel verklaard door het ontbreken van dwarsplaatsing in 3 en 4 (alle gevels zijn evenwijdig), zodat hier de wind uit 90 graden nauwelijks weerstand ondervindt en dus ook weinig ventilatieverlies kan veroorzaken.

Dit logenstraft bijvoorbeeld de aanbeveling om af te schermen met laagbouwwoningen. Het middel is erger dan de kwaal. De aanbeveling zou zelfs kunnen zijn, zomin mogelijk dwarsplaatsing te realiseren al zou dat het comfort van de buitenruimte niet ten goede komen. De gevels zouden dan zoveel mogelijk op Zuid (-NoordOost) en Noord gericht moeten worden, zodat de koude oostenwind en de veel voorkomende ZuidWestenwind langswaait zonder drukverschillen op te wekken.

1.d.7    Hoofdoriëntaties

In alle gevallen blijkt trouwens het maximum verlies bij schuine aanstroming (30 of 60 graden) op te treden (zie Figuur 164). Dit betekent waarschijnlijk dat men bij verkavelingen met twee onderling loodrechte verkavelingsrichtingen, een van beide het best pal op Oost of ZuidWest kan richten, zodat in de andere richting extra gespaard wordt. Dit levert per saldo meer op, dan wanneer men ze beide half spaart met schuine aanstroming.

 

 

 

Figuur 164 Het effect van een standaard (noorden-) wind bij verschillende aanstroomhoeken.

Figuur 165 Het effect uit alle richtingen.

 

 

 

Om deze hypothese te staven is configuratie 2, waarbij de verschillen tussen rechte en schuine aanstroming het grootst zijn, voor twaalf Noordpijlen doorgerekend. De resultaten zijn in Figuur 165 weergegeven. Oriëntatie pal op 90 (Oost) of 240 graden (ZuidWest) uit het noorden blijkt inderdaad goed maar het resultaat valt zwaar tegen, omdat de aanliggende eveneens hoog scorende oriëntaties (60, 120, 210 en 270) met hun schuine aanstroming toch weer veel schade aanrichten en daarmee het effect tot een onbetekenend resultaat dempen.

Dit is uiteraard niet het geval met de configuraties 3 en 4. Een precieze doorrekening van het effect bij deze configuraties is niet gebeurd, omdat deze verkavelingsvariabelen zelf nog uitgebreid in paragraaf 5.5.5 aan de orde komen.

 

Conclusie kan zijn, dat maatregelen op de wijkniveaus slechts plaatselijk effect sorteren. De grote verschillen die binnen de wijk per locatie aanwijsbaar zijn, middelen over de hele wijk genomen zozeer uit, dat verschillen tussen de opzet van verschillende configuraties onderling marginaal worden.

De proeven op wijkniveau zullen hun rendement dus vooral op het laagste niveau (paragraaf 5.5.5) moeten krijgen.

1.e                     De verkaveling van hectares

1.e.1    Van windtunnelproeven naar berekeningswijze

Op grond van 14 windtunnelproeven op verschillende in twee richtingen repeterende punt-, lijn -, hoek - en hofverkavelingen met en zonder groen is een berekeningswijze ontwikkeld die een voorspelling geeft van de drukverschillen tussen de voor- en achtergevels van de betrokken woningen (Visser 1987). De berekening levert voor elke gevel een waarde voor DCp op. Deze is gedefinieerd als het gemiddelde drukverschil tussen loef- en lijzijde van de lokale wind op de hoogte z, ofwel DCp(z). Als referentiehoogte z is 2,5 maal de gebouwhoogte genomen.

 

De berekening kan een schatting maken voor verkavelingen met ten hoogste twee hoofdrichtingen. Voor de twee hoofdrichtingen moet afzonderlijk worden bepaald wat de DCp zou zijn bij loodrechte aanstroming (DCp0) van betrokken hoofdrichting. De gevels mogen door 'knikken' tot een maximum van 30 graden afwijken van de hoofdrichting, zonder dat men van een tweede hoofdrichting hoeft uit te gaan. De te verwachten DCp per aanstroomrichting is voor de hectaretypen van 100 x 100m in Figuur 166 berekend.

 

*Punt01 10m

*Punt02 10m

Punt03 10m

*Punt04 10m

Punt05 10m

*Punt06 10m

Punt07 15,5m

Punt08 15,5m

*Punt09 22m

Punt10 22m

Lijn01 10m

*Lijn02 10m

Lijn05 10m

Lijn06 10m

Lijn07 15,5m

*Lijn08 22m

Lijn09 22m

*Hoek01 22m

Hoek02 22m

*Hof01 15,5m

Hof02 10 en 15,5m

Hof03 10m

*Hof04 10m

*Hof05 15,5m

 

Figuur 166 Hectaretypen waarvoor DCp(z) is berekend

 

 

In Figuur 167 is het resultaat van deze berekeningen weergegeven.

 

 

hoogte

vert.opp.

zonder groen

met groen 6m hoog

met groen 10m hoog

 

m

F/O

N

+30

+60

+90

gem.

N

+30

+60

+90

gem.

N

+30

+60

+90

gem.

Punt01

10

0,24

0,14

0,13

0,09

0,00

0,09

0,13

0,12

0,09

0,00

0,09

0,12

0,11

0,08

0,00

0,08

Punt02

10

0,24

0,14

0,13

0,09

0,00

0,09

0,13

0,12

0,09

0,00

0,09

0,12

0,11

0,08

0,00

0,08

Punt03

10

0,24

0,19

0,17

0,13

0,00

0,12

0,18

0,17

0,12

0,00

0,12

0,12

0,19

0,11

0,00

0,11

Punt05

10

0,16

0,19

0,17

0,12

0,00

0,12

0,18

0,17

0,12

0,00

0,12

0,12

0,19

0,11

0,00

0,11

Punt06

10

0,30

0,14

0,13

0,10

0,00

0,09

0,14

0,13

0,09

0,00

0,09

0,13

0,12

0,08

0,00

0,08

Punt07

15,5

0,14

0,23

0,21

0,15

0,00

0,15

0,22

0,20

0,14

0,00

0,14

0,20

0,19

0,13

0,00

0,13

Punt08

15,5

0,21

0,16

0,15

0,11

0,00

0,11

0,16

0,14

0,10

0,00

0,10

0,14

0,13

0,03

0,00

0,08

Punt09

22

0,09

0,20

0,19

0,13

0,00

0,13

0,20

0,10

0,10

0,00

0,10

0,20

0,19

0,13

0,00

0,13

Punt10

22

0,18

0,19

0,18

0,13

0,00

0,13

0,19

0,18

0,10

0,00

0,12

0,18

0,12

0,12

0,00

0,11

Lijn01

10

0,24

0,21

0,19

0,14

0,00

0,14

0,20

0,18

0,13

0,00

0,13

0,18

0,12

0,12

0,00

0,11

Lijn02

10

0,24

0,21

0,19

0,14

0,00

0,14

0,20

0,19

0,13

0,00

0,13

0,18

0,17

0,12

0,00

0,12

Lijn05

10

0,32

0,14

0,13

0,03

0,00

0,08

0,13

0,12

0,08

0,00

0,08

0,12

0,11

0,09

0,00

0,08

Lijn06

15,5

0,25

0,20

0,19

0,13

0,00

0,13

0,19

0,18

0,10

0,00

0,12

0,18

0,16

0,12

0,00

0,12

Lijn07

11

0,18

0,28

0,26

0,18

0,00

0,18

0,27

0,24

0,18

0,00

0,17

0,24

0,22

0,16

0,00

0,16

Lijn08

22

0,35

0,12

0,11

0,08

0,00

0,08

0,12

0,11

0,08

0,00

0,08

0,11

0,10

0,07

0,00

0,07

Lijn09

22

0,35

0,12

0,11

0,08

0,00

0,08

0,12

0,11

0,08

0,00

0,08

0,11

0,10

0,07

0,00

0,07

Hoek01

22

0,18

0,28

0,26

0,18

0,00

0,18

0,28

0,26

0,18

0,00

0,18

0,27

0,24

0,19

0,00

0,18

Hoek02

22

0,35

0,28

0,26

0,18

0,00

0,18

0,28

0,26

0,18

0,00

0,18

0,27

0,24

0,18

0,00

0,17

Hof01

15,5

0,25

0,14

0,13

0,09

0,00

0,09

0,13

0,12

0,09

0,00

0,09

0,12

0,11

0,08

0,00

0,08

Hof01>

15,5

0,19

0,25

0,23

0,17

0,00

0,16

0,24

0,22

0,16

0,00

0,16

0,22

0,20

0,15

0,00

0,14

Hof02

10

0,16

0,22

0,20

0,14

0,00

0,14

0,21

0,19

0,14

0,00

0,14

0,19

0,18

0,17

0,00

0,14

Hof02>

15,5

0,19

0,25

0,23

0,17

0,00

0,16

0,24

0,20

0,16

0,00

0,15

0,22

0,20

0,15

0,00

0,14

Hof03

10

0,16

0,22

0,20

0,14

0,00

0,14

0,21

0,19

0,14

0,00

0,14

0,19

0,18

0,10

0,00

0,12

Hof03>

10

0,12

0,33

0,30

0,21

0,00

0,21

0,31

0,28

0,20

0,00

0,20

0,28

0,26

0,10

0,00

0,16

Hof04

10

0,24

0,26

0,24

0,17

0,00

0,17

0,25

0,23

0,16

0,00

0,16

0,23

0,21

0,15

0,00

0,15

Hof05

15,5

0,37

0,19

0,18

0,13

0,00

0,13

0,18

0,17

0,12

0,00

0,12

0,17

0,15

0,11

0,00

0,11

gemiddeld

 

 

0,20

0,19

0,13

0,00

0,13

0,20

0,18

0,13

0,00

0,12

0,08

0.17

0,12

0,00

0,12

 

Figuur 167 DCp(z) voor 4 aanstroomrichtingen bij 23 verkavelingstypen

 

 

Bij Hof01, ~02 en ~03 moest de DCp tweemaal bepaald worden, omdat er twee hoofdrichtingen zijn. Dit hoefde bij Hoek 1 en 4 en bij Hof 4 en 5 niet. Deze typen hebben weliswaar ook twee hoofdrichtingen, maar deze hebben vrijwel dezelfde karakteristiek (gevellengte, aantal woningen enz.). De tweede hoofdrichting staat echter loodrecht op de eerste, zodat bij de berekening van de gemiddelde ventilatieverliezen de tweede hoofdrichting in het schema omgekeerd moet worden gelezen (90 graden is 0 graden, 60 is 30 enzovoort). Deze bewerking is in Figuur 168 toegepast.

1.e.2    De invloed van bomen

 

 

zonder groen

met groen 6m hoog

met groen 10m hoog

hoofdrichting

0

30

60

90

gem.

0

30

60

90

gem.

0

30

60

90

gem.

gemiddeld

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Laagbouw

162

249

599

507

5162

161

247

594

506

5230

158

244

585

505

5075

Hoogbouw

90

136

343

414

3343

90

136

343

414

3343

90

136

343

414

3347

 

Figuur 168 Ventilatieverliezen als gevolg van een standaard Noordenwind

 

 

De gemiddelde invloed van het groen krijgt pas enige betekenis bij grotere hoogten dan 6m. De meeste bomen bereiken dat pas na 10 jaar. Het gemiddelde verschil tussen het effect van groen van 6 en 10m hoog komt voor de laagbouw bij Noordenwind neer op ca. 100kWh verschil voor het 'schijnbaar totaal' (100 procent) van alle windrichtingen. Dat neemt niet weg, dat plaatselijk ook kleinere bomen grotere invloed kunnen hebben (zie blz. 137!)

1.e.3    Repeterende hectares met volwassen bomen

We zullen daarom onze beschouwing nu beperken tot hectares met bomenrijen van 10m hoog.

Indien men bij de hoek- en hofverkavelingen de invloed van de twee hoofd-bouwblokrichtingen naar rato van het aantal betrokken woningen middelt, verkrijgt men voor de hoek- en hofverkavelingen getallen die vergelijkbaar zijn met getallen voor punt- en lijnverkavelingen.

Vervolgens moet men niet alleen met Noordenwind rekening houden, maar met de twaalf windrichtingen die in de windstatistiek worden onderscheiden.

 

Het kwart dat berekend is, beslaat slechts bij hoge uitzondering ook een kwart van de totale ventilatieverliezen. Dit is bijvoorbeeld het geval wanneer men het berekende kwart (0 tot 90 graden uit de y-as) laat wijzen naar de windrichtingen West tot Noord. Voor elke andere windrichting zal berekende kwart soms meer, soms minder dan 25% aan het ventilatieverlies bijdragen, afhankelijk van de windstatistiek die de bebouwing tegenover zich krijgt. Dit aandeel is voor twaalf windrichtingen berekend.

 

Vervolgens is voor iedere verkaveling dat betreffende aandeel aangevuld tot 100% 'schijnbaar totaal verlies'. Dat gebeurt hier met meer recht dan in de vorige paragraaf, omdat nu de veronderstelling globaal juist is dat de betreffende woning naar 4 kwarten op dezelfde wijze repeterend met dezelfde verkaveling wordt afgeschermd. De resultaten voor de punt- en lijnverkavelingen bij elke oriëntatie van de y-as zijn hieronder weergegeven.

 

 

 

Figuur 169 Ventilatieverlies van punthectares

Figuur 170 Ventilatieverlies van lijnhectares

 

 

 

De punt- en lijnverkavelingen hebben ongeveer dezelfde spreiding. Het grootste ventilatieverlies lijdt men volgens deze benadering wanneer men punt- en lijnverkavelingen 7 met hun gevels pal op het Westen (270 graden) zet, het kleinste wanneer men de gevels van lijnverkavelingen 5 of puntverkavelingen 1,2 en 6 naar het Noord-NoordWesten (330 graden) keert. Het totale verschil bedraagt ruim 1000kWh.

 

1.e.4    De vergelijking van hectare-verkavelingen

 

In Figuur 171 zijn de hectare-verkavelingen op ventilatieverlies met elkaar vergeleken.

 

 

Vent.verl.

Hoogte

Dichtheid

Afstand

 

kWh/won

m

won./ha

m

Lijn05

4789

10

64

15

Punt01&02

4795

10

48

15

Punt06

4817

10

48

17

Punt08

4901

15

72

18

Hof01

4906

15

96

40

Punt05

4980

10

36

23

Punt03

4982

10

48

23

Lijn06

5008

15

64

40

Lijn01&02

5025

10

48

23

Punt07

5068

10

64

35

Hof02

5086

14

64

40

Hof03

5130

10

48

40

Lijn07

5187

11

64

40

 

 

Figuur 171 Hectare-kenmerken op volgorde van verlies

Figuur 172 Relatie verlies met blok-afstand

 

 

 

Lijn05

*Punt01

*Punt02

*Punt06

Punt08

*Hof01

Punt05

Punt03

 

Lijn06 10m

Lijn01

*Lijn02

Punt07

Hof02

Hof03

Lijn07

 

 

Figuur 173 Hectares op volgorde van ventilatieverlies

 

 

Het is opmerkelijk dat lijn05 en lijn07, de hectares met de laagste en hoogste ventilatieverliezen, dezelfde (hoge) dichtheid hebben (64 woningen in de hectare) en vrijwel dezelfde hoogte (respectievelijk 10 en 11 meter). Met hoogte of dichtheid heeft het ventilatieverlies dan ook vrijwel geen relatie!

Bepalend is de frontale dichtheid: het vertikale oppervlak F dat de wind per horizontaal oppervlak O (hier de hectare) ontmoet: F/O. Deze aerodynamische grootheid lag overigens ten grondslag aan de berekeningen in Figuur 167 en uit zich stedebouwkundig vooral in de afstand tussen de bouwblokken (zie Figuur 172), zodat daarmee een redelijke relatie bestaat (getekend is een polynome regressielijn) zij het, dat die bij grotere bouwblokafstanden dan 30m weer behoorlijk uitéénlopen.

 

In Figuur 174 zijn op dezelfde wijze de hofverkavelingen uitgezet. Allereerst valt op, dat de door plaatsing de oriëntatiegevoeligheid afvlakt: er zijn minder verschillen door oriëntatie. De afzwakking is het sterkst bij hof04 en hof05 omdat de loodrechte blokken hier vrijwel even lang zijn.

Vervolgens is het opmerkelijk, dat de grootste bouwblokhoogten (15,5 meter bij hof01 en hof05) ongeveer 200kWh minder ventilatieverlies opleveren dan de lagere (10m bij hof03 en hof04).

 

 

 

Figuur 174 Ventilatieverlies van hofhectares

Figuur 175 Ventilatieverlies van hoogbouwhectares

 

 

 

In Figuur 175 is - onvergelijkbaar sterk uitgerekt - weergegeven in hoeverre de hoogbouw in verschillende verkavelingen nog invloed ondervindt van variatie de windrichting. De totale variatie beslaat hier nog geen 100kWh, zodat uit een oogpunt van energiebesparing nadere analyse niet noodzakelijk is. Het wetenschappelijk oogpunt is echter interessant op te merken, dat door het bewonersgedrag de krommen hun top hebben waar de eengezinswoningen een dal hebben en omgekeerd. Dwarsplaatsing (hoek01 en hoek04) leidt ook hier tot afzwakking.

1.e.5    Hectares in de ruimtelijke context van hun buurt

Gewapend met de kennis van paragraaf 5.5.3 en 5.5.4 kunnen wij nu terugkeren naar de resultaten van de windtunnelproef op wijk- en buurtniveau uit paragraaf 5.4.

Deze proeven leveren niet alleen een indruk van de verschillen tussen configuraties als geheel, maar zij zijn ook interessant materiaal op het niveau van de stedebouwkundige details.

Wij beperken ons hier tot de metingen van de loodrechte aanstroming 0 en 90 graden uit de y-as van de tekening. We gaan voorts uit van een standaard (Noorden-)wind, zodat het hier weergegeven ventilatieverlies 2,7% van het totale ventilatieverlies als gevolg van wind uit alle richtingen beslaat.

De wind ontmoet in beide gevallen (0 en 90 graden) op ca. 300m uit de stadsrand een buurtweg van ca. 30m breed, en op ca. 600m een wijkweg met bomen van ca. 70m breed.

 

De ruwheidsbenadering uit paragraaf 5.3.7 zou voor hoogbouw in de eerste honderd meter uit de rand van de stad een toenemend verlies aangeven dat zich stabiliseert op ongeveer 75 kWh, voor laagbouw een afnemend verlies dat zich stabiliseert op ongeveer 150 kWh. In Figuur 176 zijn de berekeningen uit windtunnelmetingen uit paragraaf 5.4 van de Configuraties 1 en 2 uitgezet als werking van hun afstand tot de stadsrand.

 

Configuratie 1 laagbouw aan de rand (…)

Configuratie 2 hoogbouw aan de rand (…)

 

Figuur 176 Verliescijfers voor Noordenwind naar afstand tot de stadsrand in Configuraties 1 en 2

 

 

De windtunnelproeven geven nu een duidelijk onderscheid tussen laag- en hoogbouw aan de rand!

 

Het grootste verlies van configuratie 1 wordt in meetpunt 15 geconstateerd, waar een woongebouw van 15,5 meter hoog aan een 15 meter brede straat zonder bomen staat en over voorland van 10m hoge woningen wordt aangeblazen. Het kleinste verlies bij de eengezinswoning wordt geleden in meetpunt 13, een woning die over een binnenhof wordt aangeblazen. Het verschil tussen beide bedraagt ca. 80kWh, hetgeen als 2,7 procent overeenkomt met een schijnbaar totaal van bijna 3000kWh over alle windrichtingen.

 

 

 

 

 

Meetpunten 1, 9, 15, 29, 32

Meetpunten 5, 6, 7, 9

 

Figuur 177 Meetpunten in Configuratie 1 in een straal van 300m

 

 

De meetpunten 1, 6, 7, 9, 15 en 32 worden alle over een ca. 40 meter brede buurtstraat zonder bomen aangeblazen en scoren daardoor hoog.

De meetpunten 5, 17 en 29 worden over veel bredere wijkstraat van 80 tot 100m breed aangeblazen, maar in deze straat staan bomen van 6m hoog. Het plaatselijk belang van bomen in grote stedelijke ruimten is hiermee aangetoond, aangezien zij hiervoor tenminste 40kWh verschil per woning voor Noordenwind (overeenkomend met een schijnbaar totaal van ca. 1500kWh), verantwoordelijk kunnen worden gesteld.

 

In configuratie 2 liggen de meetpunten 7, 11 en 14 aan een buurtstraat van ca. 40m zonder bomen, maar meetpunt 14 worden de overkant afgeschermd door hoogbouw van 22 meter hoog, en scoort daarom veel lager. Het minimum voor de eengezinswoningen (meetpunt 10) wordt hier verklaard door de 10m smalle erfstraten waarover de betrokken gevel wordt aangeblazen. Het maximum (meetpunt 25) is waarschijnlijk te wijten aan de ligging aan de rand van de makette.

 

 

 

 

 

Meetpunten 10, 14, 25

Meetpunten 7, 11

 

Figuur 178 Meetpunten in Configuratie 2 in een straal van 300m

 

 

In onderstaande figuren zij dezelfde gegevens als in Figuur 176 weergegeven voor de configuratie 3 en 4. Daarin komt geen hoogbouw voor.

 

Configuratie 3 groen aan de rand

Configuratie 4 groen in het centrum

 

Figuur 179 Verliescijfers voor Noordenwind naar afstand tot de stadsrand in Configuraties 3 en 4

 

 

Het meetpunt 27 in configuratie 3 ligt weer aan de 40m brede buurtstraat zonder bomen. De reeks meetpunten 20, 18, 15 en 16 liggen aan de 70m brede wijkstraat met bomen en scoren ditmaal ongeveer even hoog. De minima 2, 17, 19 en 21 worden alle over een achterterrein aangeblazen en liggen aan 10m brede erfstraten.

 

 

 

 

 

Meetpunten 15, 17, 18, 19, 22 in Configuratie 3

Meetpunten 17, 18, 19 in Configuratie 4

 

Figuur 180 Meetpunten in Configuratie 3 en 4 in een straal van 300m

 

 

In configuratie 4 wordt het extreem hoge maximum (meetpunt 18) veroorzaakt door de ligging aan het 300m brede open groen in het centrum van het wijkkwartier. Kennelijk helpen de wijkstraatbomen hier niet erg. De minima, 21, 6, 5 en 17 liggen weer aan de kleine erfstraatjes. Meetpunt 19 ligt ook aan een klein straatje maar wel de eerste straat achter het groen van meetpunt 18, en dat is daar nog steeds merkbaar.

 

1.f Windeffecten op gebouwniveau   Ir. M. van der Voorden

De windeffecten op gebouwniveau worden beschreven in het betreffende diktaat ‘Windhinder’ van ir. M. van der Voorden. Onderstaande paragrafen zijn daaruit geciteerd of aangeduid voor zover zijn logisch in dit hoofdstuk zouden passen.

1.f.1      De noodzaak van windtunnelproeven op gebouwniveau

‘Op gebouwniveau worden generaliserende berekeningen zo onbetrouwbaar, dat windtunnelproeven meer zekerheid geven.

In deze paragraaf wordt een en ander gezegd over de noodzaak van windtunnelproeven, de voorwaarden waaraan bij uitvoering van deze proeven minimaal moet zijn voldaan en over de meetinstrumenten, die voor de bepaling van luchtsnelheden kunnen worden gebruikt.

Behalve over deze punten zal ook in en ander worden gezegd over de gangbare methoden, die worden toegepast om te komen tot een voorspelling van het voor het te verwachten windklimaat in de gebouwde omgeving.

 

Zoals uit de voorgaande paragrafen is duidelijk geworden, wijkt het stromingsbeeld rondom een gebouw altijd sterk af van dat in het vrije veld. Duidelijk zal zijn, dat wanneer aan het windklimaat rondom het gebouw eisen worden gesteld, het stromingsbeeld in voldoende mate bekend moet zijn om te kunnen beoordelen of aan deze eisen wordt voldaan.

De vraag is nu, hoe dit stromingsbeeld - zowel in bestaande als in nog te realiseren situaties - kan worden bepaald.

Omdat het voor het hier bekeken stromingsprobleem onmogelijk is gebleken de in de stromingleer bekende differentiaalgelijkingen met bijbehorende randvoorwaarden op te lossen, valt 'berekening' met behulp van de stroming weer als mogelijkheid af.

In  (Voorden 1982,appendix F) is aangegeven, hoe bij bepaalde stromingsproblemen - door het opstellen van een aantal makro-balansvergelijkingen - wel enig inzicht kan worden verkregen in de samenhang tussen optredende drukken en snelheden in het stromingsveld zonder dat het zojuist genoemde, ingewikkelde stelsel differentiaalvergelijkingen hoeft te worden opgelost. Met behulp van deze balansvergelijkingen kan een globale indruk worden verkregen van de optredende drukken en snelheden rond een bouwblok (Voorden 1982, appendixG).

 

Een andere mogelijkheid is het verkrijgen van inzicht aan de hand van metingen, waarbij onderscheid kan worden gemaakt tussen metingen in bestaande situaties en metingen in modellen.’

1.f.2      Gelijkvormige stroming PM

1.f.3      Meetinstrumenten PM

1.f.4      Voorspelling van het windklimaat in de gebouwde omgeving PM

1.f.5      Windhinder rondom alleenstaande hoogbouw PM

1.f.6      Windhinder rondom enkele veel toegepaste gebouw- en verkavelingstypen PM

1.f.7      Het windklimaat in de gebouwde omgeving PM

1.f.8      Windhinder PM

1.f.9      Ontwerpregels PM

1.g                     Microklimaat P.M.

Met ‘microklimaat’ wordt een wetenschapsgebied bedoeld dat het binnenklimaat (tochtverschijnselen) en het buitenklimaat op kleine schaal omvat. Het buitenklimaat op kleine schaal is bijzonder van belang voor de plantengroei. Hier komt de samenhang met  bezonning, temperatuur en licht aan de orde. Op kleine afstand kunnen tijdelijk grote temperatuurverschillen optreden die verband houden met wind.