Kromě toho ale také dochází v okolí budov při obtékání k jinému chování větru než při proudění vzduchu nezastavěnou krajinou. Toto chování větru ovlivňuje v závislosti na vlastnostech větru a budovy mikroklima u budovy a osoby v blízkém okolí. V nejhorším případě se pobývání v okolí budovy stává nepříjemným s částečně skrytými nebezpečími pro chodce a cyklisty.
Proto se analýza chování větru ve stavebnictví nevěnuje pouze určování zatížení větrem obtékaných konstrukcí, ale také větrnou pohodou chodců a cyklistů v okolí budov.
Možné jevy při proudění mezi budovami
Nejen, že budovy čelí větru přímo, ale také jeho proudění ovlivňují svým tvarem [1]. Průtok v tomto blízkém okolí se může vyvíjet zcela odlišně v závislosti na směru větru, tvaru budovy a vlastnostech větru. Jednotlivé typické jevy jsou uvedeny níže.
Souhra všech těchto jevů má vliv na městské mikroklima [1]. Výsledný tok větru přenáší vzduch, znečištění, sníh, pachy a teplo městskou krajinou v závislosti na globálně vanoucím větru, jeho lokálních zrychleních a časovém rozdělení.
Větrná pohoda
Lokálně zrychlené proudění větru a víry způsobené interakcí budov a vlastního proudění vzduchu jsou typickým znakem proudění větru v zastavěných oblastech. Turbulence a vysoké rychlosti větru způsobené kanálovým a Venturiho efektem mezi budovami a v jejich okolí pak vytvářejí nepohodu pro lidi, kteří se tam zdržují. Nepříjemný pocit vyvolává především pole proudění ve výšce hlav chodců (1,5 až 2 metry nad zemí). Ve zvláště extrémních případech vzniká navíc s výskytem vyšších rychlostí větru nebezpečí, že vítr neočekávaně strhne chodce nebo cyklistu.
Aby se zamezilo nebezpečí vyplývajícímu z účinků větru a jeho působení se stalo snesitelným, vznikla v průběhu času různá kritéria. Nejznámějšími kritérii jsou mezní hodnoty podle Lawsona, Davenporta a normy NEN 8100 [2]. Posledně jmenovaná norma uvádí kromě důležitých kritérií pohody také bezpečnostní kritéria.
Větrnou pohodu v určitém místě lze odhadnout pomocí těchto kritérií spolu se znalostí meteorologických dat a lokálních větrných poměrů. Meteorologická data udávají v posuzované oblasti četnost rychlostí větru pro každý směr. Takové datové soubory se často zobrazují v takzvaných větrných růžicích.
Globální proudění větru vytváří v dané čtvrti města či komplexu budov na základě různých efektů obtékání nekonstantní pole rychlostí proudění někdy se značnými zrychleními. Větrná pohoda chodců se pak získá vyladěním lokálních rychlostí větru s příslušnými meteorologickými četnostmi globálního proudění větru [2]. Například nizozemská norma NEN 8100 stanovuje kategorizaci pro určení pohody a bezpečnosti.
| Kategorie pohody | Střední rychlost větru [m/s] | Pravděpodobnost výskytu [%] | Aktivita | |
|---|---|---|---|---|
| A | 5 | <2,5 | Dlouhodobé sezení | |
| B | 5 | <5 | Krátkodobé sezení | |
| C | 5 | <10 | Volná chůze | |
| D | 5 | <20 | Rychlá chůze | |
| E | 5 | ≥ 20 | Nepohoda | |
| Bezpečnostní kategorie | Střední rychlost větru [m/s] | Pravděpodobnost výskytu [%] | Nebezpečí | |
| A | 15 | <0,05 | Žádné nebezpečí | |
| B | 15 | <0,30 | Omezené nebezpečí | |
| C | 15 | ≥ 0,30 | Nebezpečí |
Novostavby mění větrné poměry
Z minulosti známe různé příklady, kdy nové budovy drasticky změnily mikroklima města a s ním související pole proudění větru. Jako nejznámější představitel nepříjemného prostředí v minulosti poslouží Flatiron Building v New Yorku nebo novější příklad výškové budovy na Fenchurch Street 20 v Londýně, které se také kvůli jejímu tvaru přezdívá Walkie-Talkie nebo Pinta. Tyto a další případy ukázaly, že při výstavbě nové budovy ve stávající městské zástavbě je nutné zabývat se nejen samotnou budovou, ale také jejím okolím. Zejména výškové budovy vyšší než 25 metrů mohou díky nově vznikajícímu svislému proudění větru na fasádě výrazně změnit větrnou pohodu v okolí. Větrnou situaci okolo těchto problematických staveb lze následně vylepšit pouze ve velmi omezené míře. Někdy ji vylepší optimálně umístěné stromy, které zpomalují a odklánějí nepříjemné proudění větru.
Abychom se těmto problémům vyhnuli, je lepší znát změny větrné situace v okolí již ve fázi navrhování nové budovy nebo komplexu budov. Na základě těchto informací je možné již před výstavbou rozpoznat oblasti špatné větrné pohody a odpovídajícím způsobem změnit tvar budovy. Vzhledem k tomu, že tyto optimalizace tvaru se musí zpravidla provádět iterativně, nabízí se logicky numerická simulace proudění. Tato digitální metoda umožňuje přesně vytvořit varianty tvarů budovy, které se mají zkoumat, aniž by došlo ke ztrátě zdrojů, a může stanovit lokální rychlosti větru, které zohledňují globální situaci větru v městské části. Tento způsob může být úspornější ve srovnání se zkouškami ve skutečném větrném tunelu na zmenšeném modelu města, protože odpadne pracné vytváření modelů.
Analýza proudění větru pomocí programu RWIND Simulation
Program RWIND Simulation umožňuje provést numerickou simulaci proudění pro takové modely zástavby. Program může importovat někdy členitý, velmi detailní model města 1:1 do numerického větrného tunelu bez změny měřítka pomocí rozhraní VTP (ParaView Poly Data) nebo STL (stereolitografie). Globální větrnou situaci v zástavbě je třeba definovat pro větrný tunel pomocí pole rychlosti větru a turbulence proměnlivého s výškou. Alternativně lze importovat přímo do numerického větrného tunelu programu RWIND Simulation model pro statickou analýzu s definovanými globálními vlastnostmi větru z programu RFEM. Program RWIND Simulation následně zasíťuje volný prostor konečnými objemy a určí lokální pole proudění okolo modelu pomocí stacionárního řešiče pro nestlačitelné turbulentní proudění algoritmem SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations).
Referenční příklad E „Komplexy budov s jednoduchým tvarem budov v reálné městské zástavbě (Niigata)“ zveřejněný v „Příručce pro CFD predikci větrné situace v zástavbě“ [3] Japonského institutu architektury (AIJ) názorně ukazuje, jak nová výstavba výškových budov ovlivňuje lokální pole proudění větru v oblasti pohybu chodců.
Lokální rychlost větru se zvyšuje pro zatěžovací stav Západní vítr s globální rychlostí 3,93 m/s v referenční výšce 15,9 m nad úrovní města za budovou z 1,3 m/s před výstavbou na 4,43 m/s po výstavbě. To znamená přibližně 3,4násobné zvýšení rychlosti větru s doprovodným snížením větrné pohody chodců na náměstí před budovou.
Tato velmi vypovídající sada výsledků byla stanovena v programu RWIND Simulation na standardním počítači bez nutnosti rozsáhlého zadávání dat a vytváření sítě. Díky takovýmto výsledkům mohou urbanisté, projektanti, architekti a inženýři odvodit podmínky větrné pohody v okolí navrhované budovy.
