{"id":3652,"date":"2018-08-06T11:16:28","date_gmt":"2018-08-06T09:16:28","guid":{"rendered":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/?p=3652"},"modified":"2018-09-24T15:48:37","modified_gmt":"2018-09-24T13:48:37","slug":"4-3-ursachen-des-natuerlichen-luftaustausches","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/4-3-ursachen-des-natuerlichen-luftaustausches\/","title":{"rendered":"4.3 Ursachen des nat\u00fcrlichen Luftaustausches"},"content":{"rendered":"

4.3.1 Windstr\u00f6mungen und Winddruck<\/h2>\n

Windprofile und Bebauung<\/h3>\n

In der 500\u202fm bis 1000\u202fm m\u00e4chtigen untersten Luftschicht, auch atmosph\u00e4rische Grenzschicht genannt, wird die geostrophe Str\u00f6mung (ungest\u00f6rte, laminare Windgeschwindigkeit in oberen Luftschichten) durch Reibung an der Erdoberfl\u00e4che gebremst. Das dadurch entstehende H\u00f6henprofil der Windgeschwindigkeit v(z)<\/i> l\u00e4sst sich u.\u2009a. durch folgenden Potenzansatz beschreiben (vgl. Abb. 4.5):<\/p>\n

(4.5)<\/div>\n

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Der Exponent \u03b1<\/i> h\u00e4ngt im Allgemeinen nur von der Rauhigkeit der Erdoberfl\u00e4che ab.<\/p>\n

Bei bekannter Gradienth\u00f6he (z<\/i>G<\/sub>)<\/i>\u00a0\u2013 eine haupts\u00e4chlich durch die Bodenrauhigkeit bestimmte H\u00f6he, in der der Wind die geostrophe Windst\u00e4rke (ungebremste Windgeschwindigkeit v<\/i>G<\/sub>) erreicht\u00a0\u2013 kann der Gradientwind (v<\/i>G<\/sub>)<\/i> direkt aus Windgeschwindigkeitsmessungen in Bodenn\u00e4he ermittelt werden oder umgekehrt. \u00dcblicherweise werden in der Meteorologie Windgeschwindigkeiten<\/i> f\u00fcr eine Referenzh\u00f6he von 10\u202fm \u00fcber Grund<\/i> angegeben.<\/p>\n

Die bei einer Meteo-Station gemessene Windgeschwindigkeit (Referenzh\u00f6he h<\/i>M<\/sub>, Windprofilexponent \u03b1<\/i>M<\/sub>) l\u00e4sst sich rechnerisch \u00fcber die ungest\u00f6rte Geschwindigkeit des Windes in geostropher H\u00f6he an den Geb\u00e4udestandort (Referenzh\u00f6he h<\/i>0<\/sub>, Windprofilexponeten \u03b1<\/i>0<\/sub>) transferieren (vgl. Abb. 4.6).<\/p>\n

\"Parameter<\/div>\n
Abbildung\u202f4.5:\u2002Parameter des Exponentialansatzes der H\u00f6henabh\u00e4ngigkeit der Windgeschwindigkeit und daraus resultierende Windgeschwindigkeitsprofile [4.9]<\/span><\/span><\/div>\n

<\/h3>\n
\"Anpassung<\/div>\n
Abbildung\u202f4.6:\u2002Anpassung der am Standort der Meteostation gemessenen Windgeschwindigkeit an den Standort des zu untersuchenden Geb\u00e4udes via die transferinvariante, geostrophe Windgeschwindigkeit<\/div>\n

Windstr\u00f6mung in Einzelgeb\u00e4ude\u00a0\u2013 Druckbeiwerte<\/h3>\n

Ein Hindernis lenkt den Wind von seinem gradlinigen Lauf ab und zwingt ihn sowohl horizontal wie vertikal auf neue, gekr\u00fcmmte Stromlinien [4.15]<\/span><\/span>. Durch das Hindernis entstehen lokale Verdichtungen<\/i> im Stromlinienbild, und die \u00fcber das Dach hinweggef\u00fchrte oder die Ecken umstr\u00f6mende Luft wird stark beschleunigt<\/i> (vgl. Abb. 4.7).<\/p>\n

\"Vereinfachte<\/div>\n
Abbildung\u202f4.7:\u2002Vereinfachte Darstellung der Windstr\u00f6mung um ein quaderf\u00f6rmiges, freistehendes Einzelgeb\u00e4ude<\/div>\n

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Wird hingegen der Wind lokal vollst\u00e4ndig<\/i> gestaut, so baut sich gegen\u00fcber dem statischen Luftdruck in der ungest\u00f6rten Str\u00f6mung ein \u00dcberdruck auf, der sog. Staudruck p<\/i>dyn<\/sub>.<\/p>\n

(4.6)<\/div>\n

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<\/div>\n

Auf der Luvseite wird zudem bei h\u00f6heren Geb\u00e4uden in der unteren Fassadenh\u00e4lfte infolge des Windgeschwindigkeitsprofils Luft aus h\u00f6heren Schichten nach unten gesaugt. Die dadurch entstehenden Frontwirbel<\/i> weisen in der N\u00e4he der Ecken besonders grosse Bodengeschwindigkeiten auf.<\/p>\n

\u00dcber dem Dach und leeseitig des Geb\u00e4udes bauen sich Unterdruckgebiete<\/i> auf, in denen die Luft turbulent ist und in Wirbeln gefangen wird. Ausbildung und Ausdehnung dieser leeseitigen \u00abTotwassergebiete\u00bb h\u00e4ngen nicht nur von der Anstr\u00f6mung ab; sie werden auch von den Geb\u00e4udedimensionen und Dachformen beeinflusst.<\/p>\n

Diese str\u00f6mungsbedingten Druckdifferenzen entlang der Geb\u00e4udeh\u00fclle lassen sich mit Hilfe sog. Druckbeiwerte c<\/i>p<\/sub> (Widerstandsbeiwerte)<\/i> als Funktion des theoretisch zu erwartenden Staudruckes darstellen:<\/p>\n

(4.7)<\/div>\n

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Aerodynamische Untersuchungen an Modellh\u00e4usern in meteorologischen Windkan\u00e4len, das heisst in Anlagen, in denen ein m\u00f6glichst naturgetreues Windgeschwindigkeitsprofil simuliert werden kann, dienen zur Bestimmung dieser Druckbeiwerte (vgl. Abb. 4.8). Die c<\/i>p<\/sub>-Werte beziehen sich immer auf die Windgeschwindigkeit bei Referenzh\u00f6he.<\/i> \u00dcbliche Referenzh\u00f6hen sind:<\/p>\n

\"Vergleich<\/div>\n
Abbildung\u202f4.8:\u2002Vergleich von Druckverteilungen um ein freistehendes, kubisches Modellgeb\u00e4ude mit Steildach, gemessen mit und ohne Windgeschwindigkeitsprofil, mit dem Druckfeld, gemessen an einem realen Objekt gleicher Baustruktur (oberes Bild: \u2014 Natur) [4.10]<\/span><\/span><\/div>\n

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