Systematische Windkanaluntersuchungen zur Charakterisierung des Einflusses der urbanen Bebauungsstruktur hinsichtlich der Stadtdurchlüftung

Abstract

Anhaltende Urbanisierung und der Trend zur Nachverdichtung in Stadtgebieten stellen Stadtplaner und Ingenieure vor wachsende Herausforderungen. Eine der Hauptanforderungen ist die Sicherstellung von akzeptablen Bedingungen für die Bewohner hinsichtlich der Luftqualität. Die Luftqualität wird maßgeblich durch das urbane Ventilationsverhalten bestimmt, deren Charakteristik durch Anpassungsmaßnahmen auf der Gebäudeebene stark beeinflusst wird. Im Rahmen des Stadtklimaverbundprojektes KLIMZUG-Nord wurden am Beispiel des Hamburger Stadtteils Wilhelmsburg Modelluntersuchungen zu den Auswirkungen von lokalen Anpassungsmaßnahmen auf die urbane Durchlüftung durchgeführt. Zur Analyse des Ventilationsverhaltens und nachfolgender Bewertung der Auswirkungen von lokalen Anpassungsmaßnahmen bedarf es eines neuartigen Ansatzes. Für diese Vergleichsstudie ist eine experimentelle Methode entwickelt worden. Anhand von Tracerfreisetzungen kann mit dieser Messmethodik das instationäre Ventilationsverhalten zeitlich und räumlich hochaufgelöst bestimmt werden. Die Windkanalstudien sind an einem detaillierten Stadtteilmodell (Hamburg-Wilhelmsburg) durchgeführt worden. Aufgrund zeitlich und räumlich hochaufgelösten Messungen können die lokalen Auswirkungen von urbanen Umstrukturierungen auf die Durchlüftung der Stadtstruktur untersucht werden. Ein quantitativer Ansatz zur Bestimmung des lokalen Ventilationsverhaltens aus der Häufigkeitsverteilung der Konzentrationssignale wird vorgestellt. Die Analyse der Durchlüftung in verschieden Stadträumen zeigt individuelle Charakteristiken des lokalen Ventilationspotentials auf. Die Auswirkungen verschiedener Betrachtungszeiträume auf die Bewertung des Ventilationspotentials wurde ebenfalls untersucht.

Increasing urbanization and the trend towards densification of urban areas raise numerous challenges to city planners and engineers. To ensure acceptable conditions in air quality, the ventilation in densely built areas will remain to be a key factor of urban planning. The air quality is largely determined by the urban ventilation behavior; therefore it is essential to analyze the effects of various local adaptation measures even at building level. In the frame of the urban climate project KLIMZUG-Nord, experimental wind tunnel studies were carried out using a real urban environment to determine the effects of local adaption measures to the urban ventilation. To analyze the local ventilation behavior and to evaluate of the impact of local adaptation measures a new measurement technique is required. For this study, an experimental approach has been developed. By means of tracer releases, the transient phenomena of ventilation can be resolved temporally and spatially with high resolution. Wind tunnel studies have been conducted in the model of a realistic urban geometry (Hamburg-Wilhelmsburg). Due to the high temporal and spatial resolution of the measurements, effects of urban reconstruction can be examined. In contrast to similar approaches reported in literature, the method developed is using information masked in measured concentration fluctuations. Sensitivity studies show a high variability of the ventilation conditions within a limited area. By analyzing the frequency distributions of the concentration signals, characteristic ventilation behavior for various urban spaces can be determined. In addition, the effect of temporal resolution of the measured concentration time series on the ventilation potential was investigated.