Der Wind im urbanen Umfeld
Wenn er sich dem Boden nähert, trifft der Wind auf ein großes Hindernis: die Stadt. Gebäude, Straßen und Plätze lenken, beschleunigen und bremsen die Strömung und erzeugen ein komplexes aerodynamisches Umfeld.
Weit davon entfernt, gleichmäßig zu sein, ergibt sich der Wind am Boden aus der Wechselwirkung zwischen dem atmosphärischen Windprofil (das mit der Höhe wächst) und der Rauigkeit des städtischen Gefüges. Wo eine Ebene eine regelmäßige Strömung bietet, erzeugt eine dichte Stadt Zonen der Überschwindigkeit, Wirbel und ruhige Zonen — manchmal nur wenige Meter voneinander entfernt.
Diese Variationen haben sehr konkrete Folgen: Unbehagen der Fußgänger auf Plätzen und Vorplätzen, Gefährlichkeit am Fuß der Türme, Ausbreitung von Schadstoffen und Gerüchen, aber auch Windlasten auf den Fassaden und den Bauwerken. Diese Effekte schon ab dem Entwurf zu verstehen, ist wesentlich für angenehme und sichere Stadträume.
Die CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) erlaubt es, die Windströmung um die Gebäude originalgetreu nachzubilden und diese Phänomene zu kartieren. Vor jeder Studie wird eine klimatische Analyse des Standorts (Windrose, Geschwindigkeiten, Häufigkeiten je Richtung) durchgeführt, um die richtigen Randbedingungen anzuwenden und repräsentative Ergebnisse zu erhalten.
Venturi-Effekt und Kanalisierungseffekt
Der Venturi-Effekt
Der Venturi-Effekt ist zweifellos das bekannteste urbane Phänomen. Wenn zwei Gebäude nah beieinander stehen, verringert sich der dem Wind gebotene Durchgangsquerschnitt: zur Erhaltung des Durchsatzes muss die Luft beschleunigen, um die Verengung zu überwinden. Der Wind kann dann zwischen den beiden Bauwerken Geschwindigkeiten erreichen, die deutlich höher sind als die des einfallenden Windes.
Dieses Phänomen ist besonders ausgeprägt in dichten Geschäftsvierteln (vom Typ La Défense), wo die Höhe und die Konzentration der Gebäude starke Überschwindigkeiten am Boden erzeugen. Diese Zonen müssen für den Komfort und die Sicherheit der Nutzer (Vorplätze, Terrassen, Gebäudeeingänge) unbedingt berücksichtigt werden.
Der Kanalisierungseffekt (Tunneleffekt)
Der Kanalisierungseffekt, oder Tunneleffekt, tritt auf, wenn sich der Wind in eine mit seiner Hauptrichtung ausgerichtete Straße oder einen urbanen Korridor hineindrängt. Die Strömung wird dann auf der gesamten Länge der Straße konzentriert und geleitet, wo sie ihre Geschwindigkeit beibehält — oder sogar erhöht —, weil sie nicht seitlich entweichen kann.
Die geradlinigen Straßen, die überdachten Durchgänge und die Gebäudefluchten sind die günstigsten Konfigurationen. Die Ausrichtung der Bebauung gegenüber den vorherrschenden Winden ist daher ein entscheidender Entwurfsparameter, um diese windigen Korridore zu begrenzen.
Eckeffekt und Nachlaufeffekt
Der Eckeffekt
An den scharfen Kanten eines Gebäudes kann die Strömung das Hindernis nicht umfließen, ohne sich abzulösen: an den Ecken bilden sich dann lokale Überschwindigkeiten und Wirbel. Das ist der Eckeffekt: intensive Böen treten genau an den Ecken der Gebäude auf, dort wo die Fußgänger oft gehen.
Dieser Effekt erklärt, warum man häufig eine heftige Bö spürt, wenn man um die Ecke eines großen Gebäudes biegt, während der Rest der Fassade relativ geschützt bleibt. Abgerundete Formen oder Windschutzvorrichtungen erlauben es, dieses Phänomen abzumildern.
Der Nachlaufeffekt
Hinter einem Gebäude schließt sich die Luft nicht sofort: es entsteht eine Nachlaufzone, geprägt von Rezirkulationen und Wirbeln. Diese Zone ist in der mittleren Geschwindigkeit im Allgemeinen ruhiger, aber auch turbulenter und instabiler: die Böen sind dort unregelmäßig.
Der Nachlauf beeinflusst den Komfort der stromabwärts gelegenen Räume, aber auch die Ausbreitung von Rauch, Gerüchen und Schadstoffen: ein Abgas, das in eine Rezirkulationszone gerät, kann stagnieren oder zu Boden gedrückt werden, statt abgeführt zu werden. Das ist ein Schlüsselpunkt der Studien zur Luftqualität in der Stadt.
Der Downwash der Hochhäuser
Da der Wind in der Höhe schneller ist als auf Bodenhöhe, fängt ein Turm (Hochhaus) auf seiner gesamten Höhe eine kräftige Strömung ab. Ein Teil dieser Strömung wird, wenn er auf die Fassade trifft, entlang des Gebäudes nach unten gedrückt: das ist der Downwash oder Abwindeffekt.
Diese absteigende Strömung bringt Geschwindigkeiten, die für die Höhe charakteristisch sind, zu Boden — weit höher als der lokale Wind: am Fuß der Türme verbindet sie sich oft mit dem Eckeffekt und dem Venturi-Effekt, um besonders windige Zonen zu schaffen, die für die Fußgänger manchmal gefährlich sind.
Die Beherrschung des Downwash erfolgt über die architektonische Form (Rücksprünge, Podien, Vordächer, Umlenkung der Strömung) und über Gestaltungen am Boden (Überdachungen, Bepflanzung, Schirme). Indem man die Hochhäuser schon ab dem Entwurf per CFD untersucht, kann man die mittleren Geschwindigkeiten in Böengeschwindigkeiten in verschiedenen Höhen umrechnen und die kritischen Zonen identifizieren — auch für die Sicherheit der Fassadenwartungsgondeln.
Komfort, Sicherheit und Beitrag der CFD-Simulation
All diese Effekte — Venturi, Kanalisierung, Ecke, Nachlauf, Downwash — verbinden sich, um das aerodynamische Mikroklima eines Quartiers zu formen. Ihre direkte Folge betrifft den Fußgängerkomfort (die Fähigkeit, sich ohne Behinderung zu setzen, zu gehen, zu stehen) und die Sicherheit (Sturzrisiko, fortgewehte Gegenstände, schwer zu bedienende Türen).
Um diese Zonen zu qualifizieren, stützen sich die Ingenieure auf Kriterien des Windkomforts (London, Lawson, Davenport, NEN 8100), die jeder Aktivität eine Schwellengeschwindigkeit und eine Überschreitungshäufigkeit zuordnen. Die CFD-Simulation erlaubt es, diese Kriterien über den gesamten Standort zu kartieren und Gestaltungsvarianten zu vergleichen.
Kriterien London, Lawson, Davenport, NEN 8100 und Kartografie: entdecken Sie unser eigenes Dossier.
Dank dieser Studien können die Architekten und Planer schon ab dem Entwurf handeln: Ausrichtung der Bebauung, Formen, Rücksprünge, Begrünung, Windschutz. EOLIOS begleitet diese Projekte, indem es die unsichtbaren Windphänomene in klare Karten und konkrete Entscheidungen verwandelt — für komfortablere, sicherere und angenehmere Stadträume.
