Metro Oostlijn Amsterdam

Transcriptie

1 Metro Oostlijn Amsterdam Oriënterend onderzoek wind en temperatuur gedreven stromingen Rapportnummer V RA d.d. 24 februari 2014

2 Metro Oostlijn Amsterdam Oriënterend onderzoek wind en temperatuur gedreven stromingen opdrachtgever G e m e e n t e A ms t e r d a m, D i e ns t M e t r o rapportnummer V RA datum 24 februari 2014 referentie DdB/LA//V RA verantwoordelijke ing. D.J. den Boer opsteller dr. ir. L. Aanen l.aanen@peutz.nl peutz bv, postbus 66, 68 zh mook, , info@peutz.nl, opdrachten volgens 'De nieuwe regeling 2011' (DNR 2011) ingeschreven kvk onder nummer lid NL-ingenieurs, iso-9001:2008 gecertificeerd mook zoetermeer groningen düsseldorf dortmund berlijn leuven parijs lyon sevilla V RA 2

3 Inhoudsopgave 1 Inleiding 4 2 Resultaten 2.1 Meteogegevens 2.2 Resultaten locatie metingen 2.3 Achtergrond van de optredende stroming Tunnelportaal Station Wibautstraat Station Weesperplein Station Waterlooplein Station Nieuwmarkt Centraal Station 2.4 Te verwachten luchtsnelheden op de perrons. 3 Samenvatting en conclusies V RA 3

4 1 Inleiding In opdracht van de Dienst Metro van de Gemeente Amsterdam is een oriënterend locatieonderzoek uitgevoerd naar de wind en thermisch gedreven stromingen in de tunnelbuis en op de verschillende perrons van de Oostlijn van de metro te Amsterdam. Het onderzoek is uitgevoerd om inzicht te krijgen in de te verwachten snelheden boven de perrons van de verschillende stations van de metrolijn en de mechanismen die tot deze snelheden leiden. Daartoe zijn gedurende twee nachten met significant verschillende meteorologische omstandigheden in de verschillende tunnelbuizen en op de verschillende perrons metingen uitgevoerd aan de temperatuur en de snelheid. De uitkomsten van het onderzoek zullen gebruikt worden bij de beoordeling van de goede werking van het ontworpen rookafvoersysteem. V RA 4

5 2 Resultaten Er zijn gedurende twee nachten metingen verricht. De metingen zijn uitgevoerd tussen ca. 1 uur en 4 uur, in de nacht van 30 januari en de nacht van 12 februari. 2.1 M e t e o g e g e v e n s Teneinde de op de locatie gemeten snelheden en temperaturen te kunnen relateren aan de heersende buitentemperatuur en windsnelheid, zijn bij het KNMI de uurlijkse meetgegevens van het dichtstbijzijnde meteostation, Schiphol, opgevraagd. Deze zijn in tabel 2.1 en 2.2 weergegeven. t2.1 Meteorologische omstandigheden in de nacht van 30 januari Datum/uur Windrichting [ ] Uurgemiddelde windsnelheid [m/s] Maximale vlaagsnelheid [m/s] Temperatuur [ C] 29 jan. 24 uur ,7 30 jan. 1 uur ,8 30 jan. 2 uur ,0 30 jan. 3 uur ,2 30 jan. 4 uur ,7 30 jan. uur , t2.2 Meteorologische omstandigheden in de nacht van 12 februari Datum/uur Windrichting [ ] Uurgemiddelde windsnelheid [m/s] Maximale vlaagsnelheid [m/s] Temperatuur [ C] 11 feb. 24 uur ,4 12 feb. 1 uur , 12 feb. 2 uur ,9 12 feb. 3 uur ,9 12 feb. 4 uur ,2 12 feb. uur , Uit de opgevraagde gegevens blijkt dat tijdens de eerste meetnacht de wind uit oostnoordoostelijke richting kwam, met een snelheid op het meteostation van ca. m/s, bij een buitentemperatuur van ca. -2 C. Tijdens de tweede meetnacht was de windsnelheid ongeveer gelijk (rond de 6 m/s), maar kwam deze uit zuid-zuidwestelijke richting, bij een buitentemperatuur van 3 tot 4 C. 2.2 R e s u l t a t e n l o c a t i e m e t i n g e n In de tabel 2.3 worden voor de verschillende tunnelbuizen en stations de belangrijkste resultaten van de metingen weergegeven. V RA

6 t2.3 Resultaten locatie metingen Tunnel/station Centraal Station Metingen 30 januari Metingen 12 februari Toegang station: stroming richting perron, 0,6 m/s, C. Toegang station: stroming richting perron, 0,9 m/s, 7 C. Op perron, lage snelheid. Op perron 0,7 m/s naar het zuiden. Entree tunnelbuis: stroming richting perron, 1 m/s, 7 C. Bij zuidelijke toegang stroming naar boven. Entree tunnelbuis: stroming richting Nieuwmarkt, 0,3 m/s, 11 C. Tunnel CS-NMT Stroming richting Nieuwmarkt, snelheid ca. 0,3 m/s, 13 C. Stroming richting Nieuwmarkt, snelheid ca. 0, m/s, 14 C Nieuwmarkt Stroming vanuit noordhal naar perron. Via beide toegangen stroming naar buiten. Op perron stroming Op perron stroming richting zuid, 0,3 m/s. richting noorden, snelheid ca. 0,3 m/s, T =14 C Via zuidhal stroming naar buiten. Tunnel NMT-WLP In tunnelbuis stroming richting Nieuwmarkt, ca. 0,8 m/s, In tunnelbuis stroming richting Nieuwmarkt, ca. 0,8 m/s, temperatuur ca. 8 C. Lucht verdwijnt vlak voor temperatuur ca. 12 C. Nieuwmarkt via stuw opening naar buiten. Waterlooplein Via noordhal instroom van lucht naar tunnelbuis NMT-WLP. Via noordhal weinig luchtuitwisseling. Via zuidhal toestroom van lucht richt perron. Via zuidhal wat toestroom van lucht richt perron. Op perron stroming richting noord, ca. 0, m/s, temp. 10 Op perron stroming richting noord, ca. 0,9 m/s. C. Tunnel WLP-WPP Lage snelheid in noordelijke richting. Snelheid 1 m/s in noordelijke richting. Weesperplein Vanuit de hal toestroom van koude lucht richting perron. Weinig uitwisseling met de verdeelhal. Significante stroming Op perron weinig stroming. over perron in noordelijk richting (tot 1 m/s). Tunnel WPP-WBS Lage snelheid (0,2 m.s) in noordelijke richting, T= 4 C. Significante snelheid (1-1, m.s) in noordelijke richting. Wibautstraat Toestroom van lucht via zuidelijke toegang. Lichte toestroom van lucht via zuidelijke toegang. Op perron lage snelheden (0,2 m/s), door stratificatie in Uitstroom via noordelijke toegang. spoorbak wat hoger (0,6 m/s) Op perron significante snelheden (0,8 m/s). Deel van de lucht stroomt door de tunnelbuis in richting Weesperplein. Tunnel WBS-portaal Stroming in de richting Wibaut, in de buurt van de Stroming in de richting Wibaut, ca. 0,8 m/s. tunnelmond door thermische effecten uitwisseling met buitenlucht. Uit de metingen blijkt dat bij wind uit zuidwestelijke richting er op de meeste stations een significante stroming over de perrons aanwezig is. Alleen op station Nieuwmarkt is de snelheid op het perron beperkt. Opvallend is, dat de snelheden op het Centraal Station in tegengestelde richting is dan op de andere stations. Gezien het feit dat de windsnelheid op het meteostation niet bijzonder hoog was, moet verwacht worden dat de snelheden over de perrons regelmatig ruim boven de 1 m/s uit zullen komen. Bij het interpreteren van de resultaten dient rekening gehouden te worden met het feit dat gedurende de nachtmetingen de verschillende toegangen tot de perrons afgesloten zijn. De daarvoor gebruikte deuren tussen halniveau en maaiveld zijn voor ca. 0% gesloten. Dit V RA 6

7 houdt in dat bij geopende deuren onder gelijke omstandigheden er een ca. twee maal zo groot debiet door de verschillende toegangen zal in- en uitstromen. 2.3 A c h t e r g r o n d v a n d e o p t r e d e n d e s t r o m i n g Teneinde een verklaring te kunnen geven voor de optredende stromingen, zijn de verschillende toegangen van het systeem bezien in relatie met de heersende windrichting T u n n e l p o r t a a l Eén van de belangrijkste toegangen tot de tunnel is het tunnelportaal aan de zuidzijde van de tunnel (zie figuur 2.1). Bij wind uit zuidelijke richtingen zal hier door afremmen van de wind een overdruk ontstaan die voor een stroming in noordelijke richting zorgt. f2.1 Situatie ter plaatse van de tunnelmond (bron: Google) S t a t i o n W i b a u t s t r a a t De toegangen van station Wibautstraat zijn voorzien van een bovengrondse opbouw, waarbij de zuidelijke toegangen open zijn aan de zuidzijde, de noordelijke toegangen aan de noordzijde (zie figuren 2.2 en 2.3). Bij wind uit zuidelijke richtingen zal er, mede door de geleiding van de bebouwing een noordelijk gerichte stroming over de Wibautstraat ontstaan. Deze induceert een overdruk op de opening aan de zuidzijde en een onderdruk op de opening aan de noordzijde, wat een stroming over het perron oplevert die in dezelfde richting is als de bij deze windrichting reeds aanwezige stroming ten gevolge van de winddruk ter plaatse van het het portaal aan de zuidzijde. V RA 7

8 f2.2 Toegangen zuidzijde Wibautstraat (bron: Google) f2.3 Toegangen noordzijde Wibautstraat (bron: Google) S t a t i o n W e e s p e r p l e i n Eén van de toegangen van het station Weesperplein ligt behoorlijk open voor wind uit zuidelijke richtingen (zuidzijde, zie figuur 2.4) en heeft een opbouw die de wind opvangt. De overige toegangen hebben niet een opbouw die de wind opvangt (zie figuur 2.). Interactie met de wind is daardoor alleen mogelijk door eventuele drukopbouw (of onderdruk) door interactie van de wind met de naastgelegen bebouwing. Omdat het station alleen een V RA 8

9 centrale toegang tot de perrons heeft, leveren eventuele druk verschillen op de toegangen geen bijdrage aan de stroming over de perrons. Een gemiddelde overdruk op de toegangen kan wel een bijdrage leveren aan de stroming. Bij de meting met wind uit zuidwestelijke richting is geen significante bijdrage van stroming over de toegangstrappen aan de stroming op het perron vast gesteld. Bij wind uit oostelijke richting was er wel een toestroom van koude buitenlucht aanwezig. Dit kan eventueel een gevolg zijn geweest van thermische effecten door het grote temperatuur verschil tussen binnen en buiten. f2.4 Zuidelijke toegang station Weesperplein (bron: Google) f2. Noordelijke toegang station Weesperplein (bron: Google) V RA 9

10 2.3.4 S t a t i o n W a t e r l o o p l e i n De zuidelijke toegang tot Station Waterlooplein ligt zeer beschut onder een brug. Hier zijn weinig wind effecten te verwachten. De noordelijke toegangen zijn wel windgevoelig (zie figuur 2.6). Opvallend hierbij is dat op beide meetnachten er lucht toestroomde via de open gelegen toegang op het Waterlooplein (zie inzet). Bij wind uit zuidwestelijke richting zijn op deze toegang winddrukken te verwachten. Bij wind uit oostelijke richting moet deze instroom het gevolg zijn van interactie met de naastgelegen bebouwing. f2.6 Locatie noordelijke toegangen station Waterlooplein (bron: Google) 2.3. S t a t i o n N i e u w m a r k t De verschillende toegangen van station Nieuwmarkt liggen vrijwel allemaal zeer beschut (zie figuren 2.7 en 2.8). Alleen de toegang op de Nieuwmarkt kan bij wind uit noordwestelijke richtingen door interactie met de omringende bebouwing op overdruk komen te staan. De overige toegangen liggen dermate beschut dat van significante windaanval geen sprake zal zijn. Bij wind uit westelijke richting is aan beide zijden van het station een forse uitstroom van lucht geconstateerd. Deze uitstroom duid er op dat de tunnelbuis bij deze windrichting door windeffecten op de andere stations op overdruk staat. V RA 10

11 f2.7 Zuidelijke toegangen station Nieuwmarkt (bron: Google) f2.8 Noordelijke toegangen station Nieuwmarkt (bron: Google) C e n t r a a l S t a t i o n Bij het Centraal station is bij de toegangen aan de stationszijde bij wind uit zuidelijke en westelijke richtingen door interactie met het stationsgebouw instroom van buitenlucht te verwachten (zie figuur 12). De toegang aan de Prins Hendrikkade ligt verdiept en beschut voor wind uit zuidelijke richtingen. Dit verklaard de stroming op het perron in zuidelijke richting bij zuidwesten wind. V RA 11

12 f2.9 Toegangen tot de metro bij het Centraal Station (foto: Peutz) 2.4 T e v e r w a c h t e n l u c h t s n e l h e d e n o p d e p e r r o n s. Het is niet mogelijk om op basis van de beschikbare meetgegevens een volledige analyse uit te voeren voor de te verwachten luchtsnelheden op de verschillende perrons bij een willekeurige windrichting. De te verwachten overdrukken en onderdrukken bij de verschillende toegangen zijn sterk windrichting afhankelijk, en door de interactie tussen de verschillende stations is het bezien van de afzonderlijke stations niet voldoende. Wel is er gemeten bij een vaak voorkomende windrichting, zuidwest, waarbij er over het algemeen relatief hoge windsnelheden te verwachten zijn (zie ook de windroos van Schiphol, figuur 2.11). f2.10 Windroos van schiphol (bron KNMI). V RA 12

13 De zogenaamde 8 percentiel snelheid, de snelheid die 8% van de tijd niet overschreden wordt, op Schiphol op een hoogte van 10 m is gelijk aan ca. 7, m/s (zie de statistiek van de potentiële windsnelheden op Schiphol zoals weergegeven in figuur 2.11). Het is vrij gebruikelijk deze snelheid te gebruiken als maximale windsnelheid waarbij een (brand) ventilatie systeem nog moet functioneren. De 8 percentiel snelheid is ongeveer 1, maal zo hoog als de snelheid tijdens de metingen. Er wordt bij de beoordeling vanuit gegaan dat bij hoge windsnelheden de wind altijd komt vanuit een hoek waarbij er ook relatief hoge snelheden op de perrons op zullen treden (als in de situatie tijdens de tweede meting). Dit leidt mogelijk tot een lichte overschatting van de maatgevende snelheden op het perron. Voor een meer gedetailleerde inschatting, waarbij de effecten van de verschillende windrichtingen op de optredende snelheden meegenomen worden, is een uitgebreide monitoringscampagne noodzakelijk. f2.11 Cumulatieve statistiek van de gemeten windsnelheden op Schiphol (bron KNMI). De gemeten snelheden boven de perrons op een aantal van de stations bedroeg ca. 1 m/s. Bij een 1, maal hogere windsnelheid zal de snelheid boven de perrons ook oplopen tot ca. 1, m/s. Rekening houdend met het feit dat onder gebruiksomstandigheden de toegangsdeuren tot de perrons volledig zijn geopend, zullen de snelheden nog wat hoger zijn. Er dient dan ook rekening gehouden te worden met een 8 percentiel snelheid van ca. 2 m/s. Hierbij is dan nog geen rekening gehouden met het feit dat er in een situatie met brand altijd een tram langs het perron staat en de rookschermen naar beneden zijn, waardoor het doorstroomd oppervlak afneemt, met hogere luchtsnelheden tot gevolg. V RA 13

14 Bij het uitvoeren van CFD berekeningen aan brand op de perrons, zou één en ander in rekening gebracht kunnen worden door of het opleggen van snelheden op de verschillende toegangen, of het aanbrengen van een drukverschil waarbij in de situatie zonder brand de snelheden over het perron de gewenste waarde hebben. V RA 14

15 3 Samenvatting en conclusies In opdracht van de Dienst Metro van de Gemeente Amsterdam is een oriënterend locatieonderzoek uitgevoerd naar de wind en thermisch gedreven stromingen in de tunnelbuis en op de verschillende perrons van de Oostlijn van de metro te Amsterdam. Het onderzoek is uitgevoerd om inzicht te krijgen in de te verwachten snelheden boven de perrons van de verschillende stations van de metrolijn en de mechanismen die tot deze snelheden leiden. Daartoe zijn gedurende twee nachten met significant verschillende meteorologische omstandigheden in de verschillende tunnelbuizen en op de verschillende perrons metingen uitgevoerd aan de temperatuur en de snelheid. De uitkomsten van het onderzoek zullen gebruikt worden bij de beoordeling van de goede werking van het ontworpen rookafvoersysteem. Uit de resultaten kunnen de volgende conclusies getrokken worden: Door windinvloeden kunnen significante luchtsnelheden op de perrons worden geïnduceerd, waarbij de luchtsnelheden op de perrons onder normale gebruiksomstandigheden kunnen oplopen tot ca. 2m/s. Doordat de snelheden worden bepaald door de geometrie van de entrees en de omringende bebouwing kan de stroming op de perrons in sommige gevallen in tegengestelde richting zijn als de wind. Tijdens de metingen zijn er een aantal mechanismen geconstateerd die leiden tot de luchtsnelheden boven het perron: Toevoer via de tunnelbuis in combinatie met toevoer via een entree (hal), afvoer via andere entree (hal) en de andere tunnelbuis. Toevoer via de ene entree (hal), afvoer via de andere entree (hal). Toevoer via een entree (hal), afvoer via de tunnelbuis Toevoer via de tunnelbuis (of buizen), afvoer via de entree(s) (hal). Gezien de complexe interactie tussen de verschillende entrees en de stations onderling is het niet mogelijk op basis van de uitgevoerde metingen per station een generieke beschrijving te geven van de optredende stromingen voor alle windrichtingen. Gezien de grootte van de te verwachten luchtsnelheden en het gekozen ventilatieprincipe, is het noodzakelijk de windeffecten mee te nemen bij het beoordelen van de goede werking van het ontworpen rookafvoer systeem. Mook, Dit rapport bevat 1 pagina's V RA 1