Productomschrijving Windhinderonderzoek

Innovatie

Echte innovatie in de bouw ontstaat in het verbeteren van de communicatie. Tekeningen, die we thans nog als informatiedragers gebruiken, zijn de bron van veel communicatie storingen, omdat een tweedimensionale weergave van een driedimensionaal product altijd aan een groot aantal beperkingen onderhevig is. De werkwijze van 3D BluePrint bij het opbouwen van een integraal 3D model in de computer neemt alle tekortkomingen van het tekenwerk weg en zal een ware revolutie in onze vakwereld betekenen. Voorwaarde is dat het 3D model wordt opgebouwd volgens het heldere regiem van de Regiplan ® Methode, waardoor ongekende mogelijkheden ontstaan. De Regiplan ® Methode geeft een typering en ordening aan van data in het 3D computermodel, waarbij de continuïteit van deze data wordt gerealiseerd door een verband te leggen met de te realiseren gebruiksruimte. Daardoor wordt het mogelijk om koppelingen te maken tussen het integrale 3D model en de in de bouw gebruikelijke berekeningsmethodieken. In de afgelopen drie jaar is door 3D BluePrint op projectbasis hard gewerkt aan het tot stand brengen van deze koppelingen. De relaties met verschillende prestatieberekeningen, met planningen en kostendatabases zijn inmiddels binnen windhinder- en windbelasting-onderzoek gerealiseerd. Aan een rechtstreekse relatie met een nieuwe vorm van een Stabu-bestek wordt gewerkt, en recent is een project succesvol afgerond voor de koppeling naar een onderzoek op het gebied van windhinder en windbelasting.

Windinvloed

Ieder bouwproject heeft met wind te maken. Windhinder spreekt voor zich, en speelt een rol bij ieder project. De vormgeving van een gebouw heeft directe invloed op het ontstaan van windversnelling en turbulentie. Ieder kent het verschijnsel van sterke windvlagen rondom vooral hoge gebouwen, waardoor het soms nauwelijks mogelijk is om een deur te openen of te sluiten. In feite zou voor ieder project een windhinderonderzoek in een zo vroeg mogelijk stadium moeten worden uitgevoerd, omdat maatregelen achteraf nooit tot een essentiële verbetering van het windklimaat leiden.... lees hier verder

Rijksgebouwendienst schrijft dit voor in haar richtlijn voor haar eigen vastgoed, maar in feite behoort iedere opdrachtgever/ontwerper deze verantwoordelijk te nemen. Vooral omdat blijkt dat soms kleine aanpassingen in een ontwerpconcept grote invloed hebben op het windklimaat. Winddruk kennen we als verschijnsel uit de constructieleer. De invloed van wind berekenen we door tot in de draagconstructie en de fundering van gebouwen. De richtlijnen van NEN 6702 geven sterk vereenvoudigde rekenregels, zodat een meer nauwkeurige berekeningsmethode vanuit feitelijke optredende krachten tot andere inzichten en zelfs tot besparingen kan leiden.

Windbelasting moet tijdig in beeld worden gebracht om te voorkomen dat schade kan ontstaan aan een gebouw. Het stukwaaien of afwaaien van gevelpanelen of dakbedekking dient te worden voorkomen door vooraf een goed inzicht te hebben in de windbelasting. Windbelasting speelt ook een rol bij het waterdicht zijn van een gebouw. Bij de detaillering moet rekening worden gehouden met tegen de gevel omhoog geblazen regenwater, dus is het van belang om dit vooraf te kunnen signaleren. Zelfs het mogelijk ontstaan van windgeluid, het irritante fluiten of gieren van de wind langs geveldelen moet vóóraf aandacht krijgen.

Onbelemmerde windaanvoer kan in specifieke situaties een rol spelen, bijvoorbeeld bij het in stand houden van een werkende molen. In zo'n situatie is veelal in het bestemmings-plan vastgelegd dat een zekere molenbiotoop moet worden gewaarborgd. Bij gebrek aan goede maatstaven wordt dan volstaan met het aangeven van een maximale bouwhoogte, maar in de praktijk blijkt dat, ook als de bebouwing binnen de aangegeven hoogte blijft, turbulentie een grote invloed heeft. Een ongelijkmatige belasting op de wieken als gevolg van ongewenste turbulentie heeft directe invloed op het functioneren van een molen. Al deze factoren leggen de verplichting bij het ontwerpende- en engineerende team om hieraan in een zo vroeg mogelijk stadium van het ontwerpproces aandacht te schenken.

Windhinderonderzoek

In principe zijn er twee manieren om de invloed van wind op een gebouw te bepalen:

•  Onderzoek in een windtunnel aan de hand van schaalmodellen;
•  Onderzoek door gebruik te maken van computersimulaties.

De eerste methode, het windtunnelonderzoek, wordt tot dusverre het meest toegepast. Alhoewel een computersimulatie veel nauwkeuriger is, werd daar weinig gebruik van gemaakt omdat de berekeningsmethode veel tijd en computercapaciteit kostte. Tevens dient er voor de berekening een apart digitaal model van het gebouw en zijn omgeving te worden gemaakt, vergelijkbaar met het analoge schaalmodel voor het windtunnelonderzoek.

De werkwijze van 3D BluePrint en de ontwikkelingen binnen de Regiplan ® Methode maken het evenwel mogelijk om het integrale 3D model van een bouwproject direct te gebruiken voor windhinderonderzoek. En de voortschrijdende ontwikkelingen op het gebied van computerkracht en snelheid zorgen ervoor dat de computersimulatiemethode een vanzelf-sprekend onderdeel gaat worden van het ontwerpproces. De noodzakelijke berekeningstijd staat een directe interactie tussen ontwerper en onderzoeker nog in de weg, maar de consequenties van aanpassingen in het ontwerp kunnen toch binnen enkele dagen worden beoordeeld. Niet alleen tijdwinst ten opzichte van windtunnelonderzoek maar ook met een grote mate van nauwkeurigheid.

Windtunnel

Het grote nadeel van het gebruik van een windtunnel is dat het een benaderingsmethode blijft. Ongetwijfeld geschikt voor basaal onderzoek, maar echt gedetailleerde informatie levert het niet op. Dat vindt zijn oorzaak door gebruik van een schaalmodel. In de aerodynamica speelt het Reynoldsgetal een grote rol, omdat de waarde die hiermee wordt berekend aangeeft in hoeverre windstroming turbulent of laminair is. Maar de formule van het Reynoldsgetal leert dat verschaling grote gevolgen heeft voor het onderzoek. Bij onderzoek met een schaalmodel zou de windsnelheid en viscositeit moeten worden aangepast tot niet te realiseren waarden. Bij vliegtuigmodellen in een windtunnel wordt daarom een ander medium als alternatief voor lucht gebruikt, maar voor de bouwwereld is dat meestal geen reële optie.

Een voorbeeld van de noodzaak van de tekortkomingen van windtunnelonderzoek zijn de recente problemen van de Erasmusbrug te Rotterdam. In het schaalmodel is de invloed van de wind op de tuien kennelijk niet duidelijk geworden. Zeker niet als ook vocht of ijsafzetting een rol speelt. In de theorie van de aerodynamica is het amper mogelijk om dit soort effecten in een schaalmodel te onderzoeken. Dat dit met computersimulaties tot de grootst mogelijke nauwkeurigheid wel mogelijk is bewijst de luchtvaart. Vocht en ijsafzetting op vliegtuigvleugels bijvoorbeeld is een bekend en beheersbaar fenomeen.


Computersimulatie

Windhinderonderzoek in de computer wordt verricht door het maken van CFD berekeningen (Computational Fluid Dynamics). Hiermee worden de windstromen in een gebied in kaart gebracht, waardoor op alle gewenste locaties in het gebied nauwkeurige metingen kunnen worden verricht.

3D BluePrint heeft een vaste samenwerking met het NRG (Nuclear Research & consultancy Group) te Petten. Men beschikt over de meest geavanceerde CFD software, en in combinatie met de daar aanwezige zeer krachtige computers is het instituut bij uitstek ingericht voor de uitvoering van gedetailleerd windhinderonderzoek. De meest gebruikelijke vorm van onderzoek naar windhinder bestaat uit het in kaart brengen van het windklimaat in een bestaande en een nieuwe situatie. Niet alleen om het gewenste comfort te realiseren, maar ook als onderdeel van een risicoanalyse op het gebied van planschade.

Van groot belang is de nauwkeurigheid van het computermodel van het project. Daarom is het 3D model volgens de Regiplan ® Methode een goede basis voor het onderzoek. Dit 3D model omvat niet alleen het bouwproject, maar ook de directe omgeving behoort standaard tot de modelopbouw. In de Regiplan ® Methode worden ook andere berekeningen aan het 3D model gekoppeld waarbij de directe omgeving van invloed is. Berekeningen op het gebied van lichttoetreding en bezonningseffecten, maar ook omgevingslogistiek als verkeersafwikkeling en bouwplaatsinrichting vragen om een 3D model waarbij een gebied met een straal van ca. 300 meter in beeld is gebracht. Omdat het 3D model van het bouwproject zeer gedetailleerd is, waarbij afhankelijk van het stadium van het ontwerp ook materialisatie reeds is aangegeven, kan dit rechtstreeks in een CFD-berekening worden ingelezen. De verdere input bestaat uit de windgegevens zoals die beschikbaar zijn van de weerstations van het KNMI. De resultaten worden berekend op basis van de NEN 8100/2005/Ontwerp, windhinder en windgevaar in de gebouwde omgeving. De resultaten worden direct verwerkt in de modellen, en in een gezamenlijke rapportage van het NRG en 3D BluePrint aan de opdrachtgever gemeld.

Molenbiotoop

Een goed voorbeeld van de mogelijkheden van een CFD-berekening is bereikt in Schipluiden. Op een locatie binnen de in het bestemmingsplan vastgestelde contouren van een molenbiotoop wordt een zorgcentrum gebouwd. Namens de zorginstelling heeft Ingenieursbureau Oranjewoud aan 3D BluePrint opdracht gegeven om een geïntegreerd totaalmodel op te bouwen en alle geëigende berekeningen uit te voeren. Programmatisch was het verlangde bouwvolume binnen de aangegeven maximale hoogte te realiseren, maar de uit oogpunt van vormgeving gewenste kapvorm kon inbreuk maken op de molenbiotoop. Normaal gesproken zou de bouwvergunning derhalve worden geweigerd, maar aan de hand van de gedetailleerde berekeningen kon worden aangetoond dat het veiligstellen van de windtoevoer een puur theoretische benadering is.


Bebouwing van Schipluiden zoals die is meegenomen in de CFD berekening.
(Zorgcentrum is oranje en molen is geel)

Kleurenweergave van gebieden met gelijke windsnelheid.
(Beperkte verstoring door zorgcentrum)


De vrije windtoevoer op de molen werd op geen enkele manier verstoord door de voorgenomen bebouwing. Sterker nog, door de vormgeving aan te passen werd met een bepaalde windrichting de windsituatie veel gunstiger omdat de bestaande turbulentie in de omgeving werd verminderd, waardoor de molen beter kan functioneren.

Gemeentebestuur alsook de Provincie werden door de berekeningen overtuigd van het gegeven dat het letterlijk toepassen van de voorschriften in dit geval een verslechtering van de situatie zou opleveren, zodat de bouwvergunning werd verleend.

Amsterdam, augustus 2005