WINDCOMFORT TER PLAATSE VAN PRIVATE BUITENRUIMTEN

Transcriptie

1 15 WINDCOMFORT TER PLAATSE VAN PRIVATE BUITENRUIMTEN EEN EERSTE AANZET TOT EENDUIDIGE BEOORDELING Steeds vaker bereikt Actiflow de vraag het windcomfort op private buitenruimten, zoals terrassen en balkons inzichtelijk te maken en waar nodig te verbeteren. Uiteraard is dit mogelijk, echter is voor de beoordeling van de resultaten geen richtlijn of normstelling beschikbaar. Daarnaast is dit specifieke onderwerp slechts sporadisch belicht in wetenschappelijk onderzoek. In onderhavig artikel wordt dan ook een eerste aanzet gegeven tot een eenduidige beoordelingsmethode voor windcomfort op private buitenruimten. Hierbij wordt extra aandacht gegeven aan de hoogte van het toetsingsvlak, de toetsingscriteria en de te hanteren windstatistiek. R.P.W. (Reinier) Maas MSc., Actiflow B.V., Breda INTRODUCTIE Het toetsen van de kwaliteit van een bouwwerk voorafgaand aan de bouwfase is een steeds vaker voorkomend verschijnsel. Dit wordt onder meer ingegeven door (slechte) ervaringen uit het verleden, innovatieve contractvormen die onder andere een gevolg zijn van deze ervaringen en zeker ook de mogelijkheden die de voortschrijdende technische ontwikkelingen bieden. Hierbij zijn de participerende partijen steeds meer geneigd om kwalitatief goede gebouwen te ontwerpen. Het begrip kwaliteit is zeer breed. Dit kan betrekking hebben op alle aspecten en participanten die met de bouw en het bouwwerk te maken hebben. In dit artikel wordt ingegaan op een aspect dat steeds meer aandacht krijgt in de praktijk, maar nog slechts sporadisch is belicht in wetenschappelijke studies, normstelling of richtlijnen. Het betreft het comfort onder invloed van wind op private buitenruimten, zoals terrassen en balkons. De huidige praktijk laat namelijk zien dat in de markt de vraag leeft om het windcomfort op private buitenruimten te beoordelen. De techniek, in de vorm van windtunnelmetingen of berekeningen op basis van Computational Fluid Dynamics (CFD), is voorhanden om dit te kunnen doen. Het ontbreekt echter aan richtlijnen en normstelling om dit ook eenduidig te doen. GESCHIEDENIS EN DE HUIDIGE STAND DER ZAKEN In de loop der tijd zijn enkele wetenschappelijke publicaties verschenen die het onderwerp windcomfort op private buitenruimten en dan met name balkons behandelen, zoals recentelijk samengevat door Blocken [1]. Een eerste aanzet is in 1990 gegeven door Murakami [9]. Zijn artikel betreffende Computational Wind Engineering (CWE) geeft een overzicht van diverse ontwikkelingen op het gebied van CFD voor CWE tot dan toe. Daarnaast wordt ook een eerste voorbeeld gegeven van de beoordeling van windstroming op balkons en de invloed van windschermen, zie figuur 1. Meer recent is het artikel door Montazeri et al. [8]. In dit artikel wordt uitgegaan van de beoordelingsmethode conform NEN 8100 [10], zie figuur 2. Voor de tussenliggende periode van 23 jaar suggereert Blocken [1] dat sinds Murakami [9] weinig progressie is geboekt aangaande CWE voor windcomfort op balkons. Gelijk aan Montazeri et al. [8] wordt in de huidige praktijk veelvuldig gebruik gemaakt van NEN 8100 [10] voor de beoordeling van windcomfort op private buitenruimten. Deze norm is echter specifiek gericht op het effect van wind op voetgangers. Dit wordt wel iets breder getrokken door naast de activiteiten doorlopen en slenteren ook langdurig zitten te benoemen. De kanttekening hierbij is dat bij langdurig zitten valt te denken aan zitten op een bankje in een park en dus niet specifiek aan private buitenruimten. BEOORDELINGSMETHODE VOOR PRIVATE BUITENRUIMTEN Daar waar NEN 8100 [10] niet toereikend is voor de beoordeling van het windcomfort op private buitenruimten kunnen aanvullingen soelaas bieden. De beoordelingsmethode conform NEN 8100 [10] kan hier een goede basis zijn aangezien deze methode leidt tot een goed beeld van het windstromingspatroon, deze beoordelingsmethode algemeen geaccepteerd is en ook internationaal wordt gewaardeerd. De aanvullingen waar onderhavig artikel op ingaat zijn: de hoogte van het toetsingsvlak de toetsingscriteria de windstatistiek De hoogte van het toetsingsvlak NEN 8100 [10], gericht op het bepalen van het effect van wind op voetgangers, definieert een loop- of verblijfsniveau. Dit is het niveau op 1,75 m hoogte boven de grond of vloer. De prestatie-eisen uit deze norm zijn vervolgens gedefinieerd op deze hoogte. De hoogte van 1,75 m mag beschouwd worden als een niveau waaronder een groot deel van de voetgangers zich bevinden. Daarnaast kan vanuit aerodynamisch oogpunt gesteld worden dat de windsnelheid onder dit niveau lager wordt. Dit is dus de maatgevende hoogte. BF_04_2014.indb :49

2 BOUWFYSICA 1 [a] Stromingspatroon op 0,50 m boven het vloeroppervlak zonder windscherm [b] Gelijk aan fi guur b, maar dan met windscherm Figuur uit Murakami [9] betreffende het effect van een windscherm op het windstromingspatroon op een balkon [a] Windcomfort op 1,70 m boven het vloerniveau op bouwlaag 15 met tweede-huid façade [b] Gelijk aan fi guur a, maar dan zonder tweede-huid façade [c] Windcomfort op 1,70 m boven het vloerniveau op bouwlaag 5 met tweede-huid façade 2 [d] Gelijk aan fi guur e, maar dan zonder tweede-huid façade Figuur uit Montazeri et al. [8] betreffende het effect van een tweede-huid façade op het windcomfort op een balkon De eerder genoemde studies naar het windcomfort op balkons gebruiken verschillende toetsingshoogten. Murakami [9] beschouwt slechts het windstromingspatroon en de invloed van windschermen en houdt hier een toetsingsvlak aan op een hoogte van 0,50 m boven het vloerniveau. Montazeri et al. [8] beoordelen daadwerkelijk het windcomfort en houden hierbij een hoogte van 1,70 m boven het vloerniveau aan. Gelijkaardig aan NEN 8100 [10] zal ook voor balkons en terrassen beschouwd moeten worden wat een representatieve situatie is. Hierbij kan bediscussieerd worden of de te definiëren normstelling moet gelden voor staande of zittende personen. Bij gebruik van private buitenruimten zal men waarschijnlijk veelal zitten en juist gedurende deze activiteit zal de wens van een goed comfort aanwe- zig zijn. Dit zal minder het geval zijn wanneer men kortdurend staat of over het balkon of terras loopt. ISO 7726 [2] biedt houvast bij het bepalen van de toetsingshoogte voor zittende personen. Deze norm geeft aan hoe diverse fysische grootheden gemeten dienen te worden in relatie tot thermisch comfort. Luchtsnelheid is hier een voorbeeld van. De aanbevolen hoogte voor het meten van luchtsnelheid voor zittende personen bedraagt 0,10 m voor de enkel, 0,60 m voor de buik en 1,10 m voor het hoofd. N.B. De in ISO 7726 [2] gegeven hoogte van het hoofd van een staande persoon bedraagt 1,70 m. Zoals eerder vermeld zal in de openbare buitenruimte de windsnelheid dicht bij het vloeroppervlak veelal het laagst zijn. Alhoewel het windstromingspatroon bij bal- BF_04_2014.indb :49

3 17 kons vaak meer complex is, zal voorgaande ook hier geldig zijn. Voor zittende personen is het daarom raadzaam het hoofdniveau aan te houden als maatgevende hoogte. Als eerste aanzet wordt dan ook een toetsingshoogte voor windcomfort op private buitenruimten voorgesteld van 1,10 m boven het vloeroppervlak. De toetsingscriteria Zoals reeds aangegeven zijn in NEN 8100 [10] toetsingscriteria weergegeven voor langdurig zitten, waarbij te denken valt aan het zitten op een bankje in het park. Daarnaast geeft deze norm aan dat de eisen voor zitten niet zijn bedoeld voor horeca-terrassen: voor dergelijke terrassen gelden hogere eisen en is een betere afscherming gewenst. Het gebruik van private buitenruimten, zoals balkons en terrassen is op enkele punten te vergelijken met het gebruik van horeca-terrassen. Dit betreft zowel de periode van gebruik (veelal de warmere perioden in het jaar) als de eisen die aan het windcomfort gesteld kunnen worden in relatie tot het gebruik van de ruimte. Janssen et al. [4] geven hierbij aan dat met de term langdurig zitten in de literatuur niet altijd hetzelfde type gebruik wordt bedoeld. In tegenstelling tot NEN 8100 [10] omschrijft Lawson [6] langdurig zitten voor overdekte buitenruimten. Hierdoor ontstaan grote verschillen in de voorgestelde toetsingscriteria, zoals weergegeven in figuur 3. Janssen et al. [4] vergelijken de diverse criteria bij toepassing op een complexe stedelijke omgeving, zie figuur 4. Met inachtneming van het feit dat specifiek gekeken is naar het voetgangersniveau kunnen de conclusies hieruit worden beschouwd. De genoemde vier toetsingscriteria van Isyumov en Davenport [3], Lawson [6], Melbourne [7] en NEN 8100 [10] laten grote verschillen zien bij toepassing op een model van de stedelijke omgeving. Ten aanzien van langdurig zitten laten de resultaten conform NEN 8100 [10] zoals verwacht meer gebieden zien die voor deze activiteit geschikt zouden zijn in vergelijking met Isyumov en Davenport [3] en ook Melbourne [7]. Dit wordt veroorzaakt door het verschil in definitie tussen langdurig zitten waar wel of niet café of restaurant terrassen worden bedoeld. Zoals gezegd is Lawson [6] hier nog strikter in aangezien hier overdekte terrassen bedoeld worden waaraan hogere eisen gesteld worden met betrekking tot het windcomfort. Indien aangenomen wordt dat onoverdekte terrassen bij cafés en restaurants qua gebruik vergelijkbaar zijn met private buitenruimten, dan leidt dit tot de volgende conclusies ten aanzien van de toetsingscriteria: Janssen et al. [4] bevestigen de gedachte dat de criteria voor langdurig zitten uit NEN 8100 [10] relatief mild zijn voor het windcomfort op private buitenruimten. De criteria van Lawson [6] zijn te streng aangezien deze van toepassing zijn op een verwacht hoog windcomfort bij overdekte terrassen. De criteria van Isyumov en Davenport [3] en Melbourne [7] zijn vergelijkbaar op het gebied van langdurig zitten. Daarnaast zijn zij van toepassing op onoverdekte terrassen. 3 Tabel uit Janssen et al. [4] met een beschrijving van de toetsingscriteria voor langdurig en kortdurig zitten met betrekking tot voetgangers Om zoveel als mogelijk aan te sluiten op de beoordelingsmethode conform NEN 8100 [10] kan een drempelsnelheid voor windcomfort, v DR,C, worden bepaald en een bijbehorende maximaal toegestane overschrijdingskans, p(v LOK > v DR,C ), waarbij v LOK de lokale uurgemiddelde windsnelheid is op het toetsingsvlak. Melbourne [7] maakt echter naast de windsnelheid ook gebruik van de standaard deviatie van de turbulente fluctuaties, σ u. Alhoewel de waarde van deze grootheid zeker te bepalen is, zal de omschrijving conform Isyumov en Davenport [3] met v LOK en v DR,C beter aansluiten op de beoordelingsmethode conform NEN 8100 [10]. Het gebruik van de toetsingscriteria conform Isyumov en Davenport [3] lijkt dan ook wenselijk. De windstatistiek Het laatste aspect dat een significant effect kan hebben op de beoordeling van het windcomfort is de te hanteren windstatistiek. Zoals reeds aangegeven zal het gebruik van private buitenruimten voor een belangrijk deel plaatsvinden gedurende de warmere perioden in het jaar. Dit vormt een belangrijk verschil met de openbare buitenruimte, waarbij het kunnen gebruiken van deze ruimte niet afhankelijk mag zijn van de periode in het jaar. De exacte keuze voor een periode die in de statistiek wordt meegenomen is weloverwogen, maar voor discussie vatbaar. Literatuur, richtlijnen en normstelling bieden hier geen houvast. Op basis van ervaring is dan ook een gebruiksperiode ingeschat van april tot en met september, de lente-/zomerperiode. Figuur 5 laat voor enkele locaties in Nederland zien hoe de windstatistiek van een geheel jaar afwijkt van die van de lente-/zomerperiode. Hierbij is gebruik gemaakt van meetdata van het KNMI [5] over de periode 1971 tot Afhankelijk van de locatie is er meer of minder verschil tussen de statistiek van een geheel jaar en de lente-/zomerperiode. Hierbij is de trend zichtbaar dat de lente-/zomerperiode een lagere gemiddelde windsnelheid kent. Ook de windrichting wijkt in deze gevallen af. BF_04_2014.indb :49

4 BOUWFYSICA ast iverse e [a] Windcomfort conform NEN 8100 [10] [b] Windcomfort conform Isyumov en Davenport [3] [c] Windcomfort conform Lawson [6] [d] Windcomfort conform Melbourne [7] 4 Figuur uit Janssen et al. [4] met een vergelijking van de diverse toetsingscriteria bij toepassing op een complexe stedelijke omgeving Een belangrijk aspect dat niet eenvoudig is mee te nemen, is het gebruik gedurende een dag. Zo is goed voor te stellen dat gebruikers van een private buitenruimte niet dag en nacht gebruik willen maken van deze ruimte. Dit is lastig in de windstatistiek te vangen aangezien het mogelijk is dat een deel van de gebruikers met name in de dagperiode gebruik willen maken van deze ruimte en een ander deel de avondperiode prefereert. Het is echter mogelijk om bovenstaande ten dele op te nemen door de toetsingscriteria hierop aan te passen. Ook hier is de aanpassing weloverwogen, maar voor discussie vatbaar. Hierbij wordt verondersteld dat men gedurende maximaal 8 van de 24 uur per dag comfortabel gebruik wil kunnen maken van de private buitenruimte. Indien de criteria van Isyumov en Davenport [3] hierop aangepast worden dan ontstaan de toetsingscriteria conform tabel 1. Tabel 1: Aanzet tot toetsingscriteria voor het windcomfort op private buitenruimten gebaseerd op Isyumov en Davenport [3] Omschrijving gebied conform Janssen et al. [4] Omschrijving gebied op de private buitenruimte Aangepaste toetsingscriteria Langdurig zitten Zone op de private buitenruimte voor plaatsing tafels en stoelen vdr,c = 3,6 m/s p(vlok > vdr,c) 4,5% Kortdurig zitten Overige deel van de private buitenruimte vdr,c = 5,3 m/s p(vlok > vdr,c) 4,5% BF_04_2014.indb 18 Hierbij is de maximaal toegestane overschrijdingskans, p(vlok > vdr,c) 24/8 groter geworden dan hetgeen vermeld in figuur 3. CONCLUSIE In onderhavig artikel is gezocht naar een beoordelingsmethode voor windcomfort op private buitenruimten, zoals terrassen en balkons. Dit aspect lijkt onderbelicht te zijn in literatuur, richtlijnen en normstelling. De beoordelingsmethode wordt gebaseerd op NEN 8100 [10]. Deze basis wordt aangehouden aangezien deze een goed beeld van het windstromingspatroon geeft, het algemeen is geaccepteerd en internationaal wordt gewaardeerd. De aanvullingen voor de beoordeling van windcomfort op private buitenruimten betreffen: de hoogte van het toetsingsvlak de toetsingscriteria de windstatistiek Op basis van literatuur en ervaringen wordt een eerste aanzet gegeven voor de invulling van deze aspecten: Een toetsingshoogte van 1,10 m boven het vloeroppervlak. Toetsingscriteria gebaseerd op Isyumov en Davenport [3] en aangepast naar de gebruiksperiode, zie tabel 1. De windstatistiek van de lente-/zomerperiode voor de betreffende de locatie, te weten de maanden april tot en met september :49

5 19 5 Vergelijking tussen de windstatistiek van een geheel jaar en die van de lente-/zomerperiode DISCUSSIE De eerste en wellicht meest belangrijke kanttekening die gemaakt moet worden is dat het hier een eerste aanzet betreft om tot een eenduidige beoordelingsmethode te komen voor windcomfort op private buitenruimten. Het betreft dus geen eindproduct, maar een startpunt. Input is dan ook zeker wenselijk en wordt zeer gewaardeerd. Dit maakt dat de discussie voorzien kan worden van een groot aantal punten, waarvan er hier enkele zijn weergegeven. In het artikel is gebruik gemaakt van weloverwogen keuzes vanuit ervaringen uit de praktijk en een niet-uitputtend literatuuronderzoek. Hierdoor kunnen andere ervaringen en verder literatuuronderzoek leiden tot beter gedefinieerde en wellicht andere of aangescherpte keuzes. De keuze voor de toetsingscriteria is voor een groot deel gebaseerd op de beschouwing door Janssen et al. [4] en de onderliggende criteria van Isyumov en Davenport [3], Lawson [6], Melbourne [7] en NEN 8100 [10]. De omschrijving van de ruimten die hier beoordeeld worden komt nergens exact overeen met een private buitenruimte, zoals die in onderhavig artikel wordt bedoeld. Het is mogelijk dat dit specifieke type ruimte afwijkende toetsingscriteria vereist. Als basis is gekozen om de beoordelingsmethode uit NEN 8100 [10] voor een groot deel aan te houden. Dit wordt als een goede basis verondersteld en dit maakt het mogelijk dat de beschouwing van windcomfort op private buitenruimten parallel aan het beschouwen van windhinder en windgevaar kan worden uitgevoerd. Wellicht zijn er redenen om voor een andere opzet te kiezen en indien nodig dienen deze te worden onderzocht. In de beschouwing is slechts het aspect wind meegenomen. Hierbij kan uiteraard de kanttekening geplaatst worden dat meer aspecten een rol spelen bij comfort. Zo omschrijft Stathopoulos [11] de aspecten luchttempera- tuur, relatieve luchtvochtigheid, zonnestraling, luchtkwaliteit, kleding, leeftijd, geslacht en dergelijke. De combinatie van al deze aspecten definieert de comfortbeleving. Om de comfortbeleving te beoordelen kunnen al deze aspecten afzonderlijk of waar mogelijk gecombineerd beoordeeld worden. n BRONNEN [1] Blocken, B., 50 Years of computational wind engineering: past, present and future, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 129, , 2014 [2] ISO 7728, Ergonomics of the thermal environment instruments for measuring physical quantities, 1998 [3] Isyumov, N., Davenport, A.G., The ground level wind environment in built-up areas, Proceedings of fourth international conference on wind effects on buildings and structures, Heathrow, UK, Cambridge University Press, , 1975 [4] Janssen, W.D., Blocken, B., van Hooff, T., Pedestrian wind comfort around buildings: comparison of wind comfort criteria based on whole-flow field data for a complex case study, Build. Environ. 59, , 2013 [5] KNMI: [6] Lawson, T.V., The wind content of the built environment, J. Ind. Aerodyn. 3, , 1978 [7] Melbourne, W.H., Criteria for environmental wind conditions, J. Ind. Aerodyn. 3, , 1978 [8] Montazeri, H., Blocken, B., Janssen, W.D., van Hooff, T., CFD evaluation of new second-skin facade concept for wind comfort on building balconies: casestudy for the Park Tower in Antwerp, Build. Environ. 68, , 2013 [9] Murakami, S., Computational wind engineering, J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn. 36, , 1990 [10] NEN 8100, Wind comfort and wind danger in the built environment, 2006 [11] Stathopoulos, T., Wind and comfort, Proceedings of the fifth European and African conference on wind engineering, Florence, Italy, Firenze University Press, K67 K82, 2009 BF_04_2014.indb :49