Das Windfeld um ein Gebäude ist nicht einfach ruhiger, als es ohne das Gebäude wäre — in manchen Bereichen ist es deutlich stärker.
Beschleunigungsmechanismen
Fallwind. An einer hohen Fassade trifft der schnellere Wind der oberen Lagen auf die Fläche, und ein Teil davon wird nach unten gelenkt; so gelangt die Energie der oberen Lagen bis auf Bodenhöhe.
Eckenbeschleunigung. Wenn die absteigende Strömung um die Gebäudeecken streicht, beschleunigt sie. Die unangenehmsten Zonen auf Fußgängerhöhe liegen typischerweise dort.
Kanalisierung. Ein enger Durchgang zwischen zwei Gebäuden verdichtet und beschleunigt die Strömung.
Durchgänge unter Stützen. Sie erzeugen einen Kurzschluss zwischen der Vorderseite mit hohem und der Rückseite mit niedrigem Druck; die Strömung durch sie ist sehr schnell.
Das Kriterium ist nicht die mittlere Geschwindigkeit
Komfort- und Sicherheitskriterien sind über die Überschreitungshäufigkeit definiert: An welchem Anteil des Jahres eine bestimmte Geschwindigkeit überschritten wird. Das heißt, eine einzelne Windrichtung genügt nicht — mehrere Richtungen müssen beurteilt und mit der örtlichen Windrose gewichtet werden.
Das Kriterium hängt zudem von der Nutzung ab: Für eine Sitzfläche ist die zulässige Geschwindigkeit niedriger als für einen Gehweg.
Anforderungen an die Modellierung
Atmosphärische Grenzschicht. Das Eintrittsprofil kann nicht gleichförmig sein; die Geschwindigkeit nimmt mit der Höhe zu, und auch das Turbulenzprofil muss vorgegeben werden. Ein flaches Eintrittsprofil trifft die bodennahen Geschwindigkeiten systematisch falsch.
Gebietsgröße. Um das Gebäude muss genügend Abstand bleiben und der Versperrungsgrad niedrig gehalten werden. Siehe die Notiz zu Randbedingungen.
Die Ablösung beherrscht das Bild. Die Ablösung an scharfen Ecken ist durch die Geometrie festgelegt, die Modellempfindlichkeit ist also geringer — das ist der angenehme Teil dieses Problems. Siehe die Notiz zur Ablösung.
Die Nachbarbebauung gehört ins Modell. Nachbargebäude lenken die Strömung; ein freistehendes Einzelgebäude ist nicht realistisch.
Referenzen
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8), 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6