20bb18791 Bijlage 13 behorende bij 21bb2532 over Hoogbouw in Rotterdam Central District Windklimaatonderzoek met behulp van CFD

Hoogbouw in Rotterdam Central District Windklimaatonderzoek met behulp van CFD

Rapportnummer OA 16281-2-RA-001 d.d. 10 maart 2020

Hoogbouw in Rotterdam Central District Windklimaatonderzoek met behulp van CFD

opdrachtgever

Gemeente Rotterdam - Stadsontwikkeling

rapportnummer

O A 16 28 1- 2 - R A - 0 01

datum

10 m a a r t 2 02 0

referentie

O O / J A / / O A 16 28 1- 2 - R A - 0 01

verantwoordelijke O.E. Otten opsteller

ir. J.T. Akhnoukh +31 858228676 j.akhnoukh@peutz.nl

peutz bv, postbus 66, 6585 zh mook, +31 85 822 86 00, mook@peutz.nl, www.peutz.nl kvk 12028033, opdrachten volgens DNR 2011, lid NLingenieurs, btw NL.004933837B01, ISO-9001:2008 mook – zoetermeer – groningen – düsseldorf – dortmund – berlijn – leuven – parijs – lyon OA 16281-2-RA-001 2

Inhoudsopgave 1

Inleiding

4

2

Normstelling en uitgangspunten

6

2.1 Beslismodel NEN 8100

6

2.2 Win dhi nd e r en win dg e va a r volg e ns N EN 8100

6

2.2.1

Windhinder

6

2.2.2

Windgevaar

7

2.3 Win dk lima at o p de lo c at ie

8

2.4 Simulatie windsnelheden met CFD

10

3

Rekenresultaten

11

4

Samenvatting en conclusies

15

OA 16281-2-RA-001 3

1

Inleiding In opdracht van Gemeente Rotterdam is met behulp van Computational Fluid Dynamics (CFD) een indicatief onderzoek verricht naar de te verwachten windklimaatsituatie rondom de geplande bebouwing in Rotterdam Central District. Voor het vervaardigen van het CFD model is onder meer gebruik gemaakt van een door de Gemeente Rotterdam aangeleverd 3D model bestaande uit het Delftsepleingebouw, een toevoeging van een 150 meter hoog volume op het Delftsepoortgebouw en op het Unileverkavel. De bestaande stedenbouwkundige omgeving en de begroeiing is meegenomen aan de hand van gegevens uit openbare bronnen. In totaal is een gebied gemodelleerd van circa 1350 bij 1050 meter. Het doel van het onderzoek was het vaststellen en beoordelen van het te verwachten windklimaat in de directe omgeving van de geplande bebouwing. In figuur 1.1 is een aanzicht weergegeven van de geplande bebouwing. Ter referentie is ook de bestaande situatie doorgerekend. Voor de opzet van het onderzoek en de beoordeling van het windklimaat is uitgegaan van de Nederlandse norm NEN 8100:2006 Windhinder en windgevaar in de gebouwde omgeving. In dit rapport wordt verslag gedaan van het verrichte onderzoek waarbij de volgende indeling is gehanteerd. In hoofdstuk 2 worden de normstelling en uitgangspunten van het onderzoek toegelicht. De rekenresultaten worden gepresenteerd in hoofdstuk 3 van dit rapport.

Tot slot is in hoofdstuk 4 een samenvatting van het onderzoek opgenomen en worden conclusies gegeven.

OA 16281-2-RA-001 4

f1.1 Het gehanteerde 3D-model voor de CFD berekeningen van de geplande situatie (geplande bebouwing in oranje)

Delftsepoort Unilever Delftse Plein 150m

150m

f1.2 Het gehanteerde 3D-model voor de CFD berekeningen van de bestaande situatie

OA 16281-2-RA-001 5

2

Normstelling en uitgangspunten

2.1 B e s l i s m o d e l N E N 8 1 0 0

De beoordeling van het windklimaat met betrekking tot windhinder en windgevaar, is in Nederland vastgelegd in de norm NEN 8100. Om te bepalen of windhinder en/of windgevaar te verwachten is, kan in eerste instantie gebruik worden gemaakt van het beslismodel in de NEN 8100. Hierin wordt onder meer beschreven in welke situaties windklimaatonderzoek nodig is. Voor gebouwen met een hoogte vanaf 30 meter wordt nader onderzoek met CFDof windtunnelsimulatie noodzakelijk geacht. Gezien de geplande bouwhoogte van 150 meter, wordt het uitvoeren van een windklimaatonderzoek als noodzakelijk beschouwd.

2.2 W i n d h i n d e r e n w i n d g e v a a r v o l g e n s N E N 8 1 0 0

De gevoeligheid van de mens voor wind is sterk afhankelijk van de activiteit waarmee men bezig is. Bij een laag activiteitenniveau (bijvoorbeeld wachten bij een bushalte, op een terrasje zitten) zullen lagere windsnelheden als hinderlijk ervaren kunnen worden dan bij een hoger activiteitenniveau. In de NEN 8100 wordt voor de beoordeling van het windklimaat derhalve onderscheid gemaakt tussen verschillende activiteitenklassen. Bij hogere windsnelheden kan tevens sprake zijn van gevaarlijke situaties zoals evenwichtsverlies bij het passeren van gebouwhoeken en dergelijke. Hiervoor wordt getoetst aan het specifieke gevaarcriterium.

2.2.1 W i n d h i n d e r

Windhinder is iets wat in geen geval geheel te voorkomen is: als het stormt is de wind hinderlijk, wat voor maatregelen er ook getroffen worden. Het is daarom ook de kans op windhinder, die maatgevend gehouden wordt voor de beoordeling van het windklimaat. Voor windhinder wordt een drempelwaarde v DR;H aangehouden van 5 m/s uurgemiddelde windsnelheid op loop- of verblijfsniveau. Bij deze windsnelheid gaan mechanische effecten bij de ervaring van het windklimaat een rol spelen zoals bijvoorbeeld het omslaan van paraplu’s, in de ogen waaien van stof en in meer extreme vorm het dichtwaaien van een autoportier en dergelijke. Aan de hand van onderstaande tabel 2.1, afkomstig uit de NEN 8100, wordt een beoordeling gegeven van de te verwachten mate van windhinder.

OA 16281-2-RA-001 6

t2.1 Criteria windhinder volgens NEN 8100 Overschrijdingskans

Kwaliteitsklasse

p(vLOK > vDR;H) in procenten van het aantal uren per jaar

Activiteit I. Doorlopen

II. Slenteren

III. Langdurig zitten

< 2,5

A

Goed

Goed

Goed

2,5 – 5

B

Goed

Goed

Matig

5 – 10

C

Goed

Matig

Slecht

10 – 20

D

Matig

Slecht

Slecht

≥ 20

E

Slecht

Slecht

Slecht

Afhankelijk van de activiteitenklasse wordt de waardering van het lokale windklimaat gekwalificeerd met ‘goed’, ‘matig’ of ‘slecht’ (zie tabel 2.1). Bij een goed windklimaat ondervindt men geen overmatige windhinder. In een situatie zonder overmatige windhinder heeft het merendeel van het publiek onder normale omstandigheden geen last van windhinder. Bij een matig windklimaat ervaart men af en toe overmatige windhinder. In een slecht windklimaat ervaart men regelmatig overmatige windhinder. In een dergelijke situatie heeft het merendeel van het publiek last van windhinder. Er wordt naar gestreefd, om binnen de verschillende activiteitenklassen, een goed, eventueel nog matig windklimaat te realiseren. Activiteitenklasse ‘langdurig zitten’ is dusdanig kritisch dat deze met terughoudendheid wordt toegepast. 2.2.2 W i n d g e v a a r

Voor windgevaar wordt 15 m/s uurgemiddelde windsnelheid als drempelwaarde v DR;G gehanteerd. Op basis van tabel 2.2, afkomstig uit de NEN 8100, wordt bepaald of sprake is van windgevaar. t2.2 Criteria windgevaar volgens NEN 8100 Overschrijdingskans

Kwalificatie

p(vLOK > vDR;G) in procenten van het aantal uren per jaar 0,05 < p < 0,30

Beperkt risico

p ≥ 0,30

Gevaarlijk

De norm stelt: “Situaties waarvoor een overschrijdingskans geldt van 0,05 < p < 0,30 mogen alleen worden geaccepteerd als deze vallen binnen activiteiten klasse I (doorlopen). Voor activiteiten klasse II en III geldt de eis p ≤ 0,05. Situaties met een overschrijdingskans van p ≥ 0,30 zijn evident gevaarlijk en behoren te allen tijde te worden vermeden; het publiek mag hier niet aan worden blootgesteld.”

OA 16281-2-RA-001 7

2.3 W i n d k l i m a a t o p d e l o c a t i e

Voor de vertaling van de resultaten van de berekeningen naar de werkelijke situatie wordt gebruik gemaakt van een windstatistiek. De NEN 8100 verwijst voor de benodigde meteogegevens naar de NPR 6097:2006 Toepassing van de statistiek van de uurgemiddelde windsnelheden voor Nederland. Met behulp van de bijbehorende software wordt voor de specifieke locatie een windstatistiek berekend op basis van meteogegevens van een groot aantal meteostations en gegevens omtrent terreinruwheden tot 6 km afstand van het plan. De terreinruwheden van het omliggend gebied worden per categorie weergegeven in figuur 2.1. De kleur geeft de terreinruwheid aan, rood staat bijvoorbeeld voor stedelijk bebouwd gebied. f2.1 Terreinruwheid tot 6 km afstand volgens NPR 6097

In figuur 2.2 is de op basis van de NPR 6097 berekende windroos op 60 meter hoogte boven de betreffende locatie weergegeven. In de windroos wordt de kans op het voorkomen van wind uit een bepaalde richting weergegeven alsmede de verdeling van windsnelheden binnen de betreffende richtingen. Uit de windroos en onderstaande windstatistiek (tabel 2.3) blijkt dat op de planlocaties met name bij wind uit het zuiden tot westen de hoogste windsnelheden optreden en dat de wind relatief vaak uit het uit het zuidwesten (210° en 240°) komt. De zuidwesten wind is hiermee voor een groot deel bepalend voor het windklimaat op de planlocaties.

OA 16281-2-RA-001 8

f2.2 Windroos betreffende locatie volgens NPR 6097

t2.3 Windstatistiek van de betreffende locatie volgens NPR 6097

OA 16281-2-RA-001 9

2.4 S i m u l a t i e w i n d s n e l h e d e n m e t C F D

Voor het uitvoeren van een windklimaatonderzoek beschikt Peutz over een eigen windtunnel. Als het gaat om relatief eenvoudige bebouwingssituaties, of bebouwingssituaties waar op voorhand van wordt verwacht dat geen grote windproblemen op gaan treden, kan worden volstaan met een numerieke simulatie met Computational Fluid Dynamics (CFD). In deze situatie is in overleg met de opdrachtgever, voouitlopend op een uitvoeriger onderzoek in de windtunnel, van deze onderzoeksmethode uitgegaan. De rekenmethode is aan de hand van eerder uitgevoerde windtunnelprojecten gevalideerd. De grenslaagstroming die in de praktijk (bij neutrale stabiliteit ten aanzien van het temperatuurprofiel) aanwezig is wordt aan de rand van het CFD-model opgewekt zodat het juiste windprofiel (afhankelijk van de terreinruwheid) wordt gesimuleerd. Verfijning van de lokale windsituatie vindt plaats door de direct omliggende bebouwing en begroeiing mee te modelleren. De windsnelheden rondom het project worden met het CFD-model voor 12 windrichtingen berekend. Met behulp van de windstatistiek voor de bouwlocatie, zoals berekend in navolging van de NPR 6097, wordt vervolgens per windrichting de overschrijdingskans voor de kritische uurgemiddelde windsnelheden van 5 en 15 m/s voor respectievelijk windhinder en windgevaar bepaald.

De totale overschrijdingskans is de som van de overschrijdingskansen per windrichting, ook wel de hinderkans en de gevaarkans genoemd. Deze worden vervolgens getoetst aan de NEN 8100 om het lokale windklimaat te kunnen beoordelen. In bijlage 1 is het technisch inlegvel, conform de NEN 8100, opgenomen. Het technisch inlegvel bevat een aantal rubrieken en aandachtspunten die een kort, schetsmatig overzicht geven van de relevante zaken van de CFD-berekeningen.

OA 16281-2-RA-001 10

3

Rekenresultaten In figuren 3.1 en 3.2 zijn aanzichten getoond van de gehanteerde rekengrids voor de geplande en bestaande situatie.

f3.1 Aanzicht oppervlakte grid rekenmodel geplande situatie

f3.2 Aanzicht oppervlakte grid rekenmodel bestaande situatie

OA 16281-2-RA-001 11

Het windklimaat wordt beoordeeld op basis van de uitgevoerde CFD-berekeningen, de windstatistiek van de betreffende locatie en de grenswaarden zoals beschreven in de paragrafen 2.2.1 en 2.2.2 betreffende windhinder en windgevaar. In figuren 3.3 en 3.4 worden middels horizontale doorsneden op hoofdhoogte (1,75 meter boven plaatselijk maaiveldniveau) de berekende hinderkans met kleurcontouren voor de respectievelijk de geplande en bestaande bebouwingssituatie weergegeven. De kleuren zijn afgestemd op de beoordelingscriteria uit de NEN 8100. Bij de beoordeling van het windklimaat wordt onderscheid gemaakt tussen de categorieën doorlopen en slenteren. Het criterium voor slenteren is van toepassing bij de gebouwentrees, verder wordt het criterium voor doorlopen gehanteerd. In slentergebieden wordt een hinderkans van minder dan 5%, overeenkomend met een beoordeling goed, nagestreefd. Het criterium voor langdurig zitten is niet toegepast. Uit de figuren kan worden opgemaakt dat in de bestaande situatie romdom Delftse Poort plaatselijk een matig tot slecht windklimaat heerst. In de geplande situatie zal in het grootste deel van het plangebied het windklimaat verder verslechteren, met name bij het Delftse Plein. Hier wordt in de geplande situatie een slecht windklimaat verwacht.

Afgezien van de grote hoogte van de Delftse Plein toren komt dit doordat de ten zuiden hiervan gelegen bestaande hoogbouw fungeert als een massief blok. Zuidwestenwind (wind uit de meest voorkomende windrichting) die richting dit blok waait, zal deels afbuigen naar de straat Weena en deels richting het Delftse Plein worden geleid. De Delftse Plein toren is niet uitgelijnd met de westzijde van het Delftse Poort kavel, waardoor de gevels van de Delftse Plein toren vervolgens de zuidwestenwind opvangen. Door drukverschillen slaat een deel van deze wind naar beneden. Verder zorgt de interactie van de Delftse Plein toren met de noordelijke bestaande Delftse Poort toren voor een trechtereffect: wind die tussen de bestaande en geplande torens waait wordt versneld. Door de geplande 150 meter hoge torens verslechterd het windklimaat op de straat Weena. Het windklimaat bij de huidige Unilever locatie is in de bestaande situatie goed voor lopen. Ook bij de entree is het windklimaat goed (beoordeeld als slenteren). Door de toegevoegde hoogbouw wordt in het loopgebied rondom de Unilever locatie plaatselijk een matig windklimaat voor doorlopen verwacht. Bij de huidige hoofdentree blijft het windklimaat goed.

OA 16281-2-RA-001 12

f3.3 Het te verwachten windklimaat in de geplande bebouwingssituatie, beoordeeld volgens de NEN 8100

f3.4 Het te verwachten windklimaat in de bestaande bebouwingssituatie, beoordeeld volgens de NEN 8100

OA 16281-2-RA-001 13

In figuren 3.5 en 3.6 zijn de contouren voor de gevaarkans weergegeven voor de geplande en bestaande bebouwingssituatie. Hierbij staat geel staat voor een beperkt risico op windgevaar en rood voor een overschrijding van het gevaarcriterium. Hieruit valt op te maken dat in de geplande situatie bij het Delftse Plein een relatief groot gebied wordt verwacht met beperkt risico op windgevaar, maar nergens in het plangebied een overschrijding van het gevaarcriterium optreedt (in beide situaties). f3.5 Gevaarkans contouren in de geplande situatie, beoordeeld volgens de NEN 8100 met een drempelwaarde van 15 m/s; geel = beperkt risico op windgevaar

f3.6 Gevaarkans contouren in de bestaande situatie, beoordeeld volgens de NEN 8100 met een drempelwaarde van 15 m/s; geel = beperkt risico op windgevaar

OA 16281-2-RA-001 14

4

Samenvatting en conclusies In opdracht van Gemeente Rotterdam is met behulp van Computational Fluid Dynamics (CFD) een indicatief onderzoek verricht naar de te verwachten windklimaatsituatie rondom de geplande bebouwing in Rotterdam Central District. Voor de opzet van het onderzoek en de beoordeling van het windklimaat is uitgegaan van de Nederlandse norm NEN 8100:2006 Windhinder en windgevaar in de gebouwde omgeving. Uit de resultaten van het onderzoek kunnen de volgende conclusies getrokken worden: − In de bestaande situatie heerst er plaatselijk een matig tot slecht windklimaat. − Bij het Delftse Plein wordt in de geplande situatie een groot gebied met een slecht windklimaat verwacht evenals een relatief groot gebied met een beperkt risico op windgevaar. In de huidige situatie is het windklimaat hier grotendeels goed voor doorlopen. − Door de toegevoegde hoogbouw wordt in het loopgebied rondom de Unilever locatie plaatselijk een matig windklimaat voor doorlopen verwacht. In de huidige situatie is het windklimaat hier goed. Bij de huidige hoofdentree blijft het windklimaat goed. − Nergens in het plangebied wordt een overschrijding van het gevaarcriterium verwacht. − Een verbetering van de windsituatie kan worden verkrgen middels aanpassingen in de bouwmassa en de terreininrichting. Dit kan desgewenst in een later stadium nader worden onderzocht.

Mook,

Dit rapport bevat 15 pagina's Bijlage 1: Technisch inlegvel numerieke simulatie

OA 16281-2-RA-001 15

Bijlage 1

Te c h n i s c h i n l e g v e l n u m e r i e k e s i m u l a t i e

Project

Projectgegevens

Projectnaam

Hoogbouw in Rotterdam Central District

Opdrachtgever

Gemeente Rotterdam - Stadsontwikkeling

Projectleider

ir. J.T. Akhnoukh, O.E. Otten

Datum

10 maart 2020

Model

Algemene gegevens van het model

Omvang gemodelleerd gebied

1350 x 1050 meter

Kerngebied

het gebied rondom de geplande nieuwbouw

Omgeving

bebouwing/begroeiing

Afmetingen model

1500 x 1200 x 500 meter

Blokkeringsgraad

<10%

Gemodelleerd groen

jaargemiddelde situatie

Onderzochte windrichtingen

12 (rondom in stappen van 30 graden)

Onderzochte configuraties

geplande en bestaande bebouwingssituatie

Computeropstelling

Specifieke gegevens van gebruikte programmatuur

Programmatuur

OpenFoam 6

Algemeen

✔

FVM (eindige volume methode)

–

FEM (eindige elementen methode)

–

anders

✔

drie-dimensionaal

–

twee-dimensionaal

✔

tijd-onafhankelijk

–

tijd-afhankelijk

✔

isothermisch

–

thermisch

–

passieve scalairs

–

actieve scalairs

Rekenrooster

circa 35 miljoen cellen; verfijning t.p.v. de geplande bebouwing

Turbulentiemodellering

k-ε-RNG-turbulentiemodel

Convectieve differentieschema's

snelheidscomponenten: Gauss turbulentie grootheden: Gauss scalaire variabelen: -

Randvoorwaarden

Gebruikte randvoorwaarden

Instroomprofiel

logaritmisch snelheidsprofiel, windrichtingen 0° t/m 330°: z 0=0.7 m en bijbehorende profielen voor k en ε

Uitlaat

constante druk

Boven-/zijwanden

gesloten, wrijvingsloos

Gegevensverwerking en -beoordeling

Informatie voor locatie en beoordeling windklimaat

Amersfoortse coördinaten van de locatie

X = 91998 Y = 437745

Toegepaste eisen

VDR [m/s]

Gewenste kwaliteitsklasse

Doorlopen

5,0

≤D

< 20

≤ matig

Slenteren

5,0

≤C

< 10

≤ matig

Zitten

5,0

≤B

<5

≤ matig

Voor comfort

Regionale correctie

Beoordeling

p(vLOK > vDR:H)

Geen correctie

Voor gevaar

Gepresenteerde resultaten

Overschrijdingskans [%]

p(vLOK > vDR;G) 15

n.v.t

0,05 < p < 0,30

beperkt risico

15

n.v.t

p ≥ 0,30

gevaarlijk

windhinder: figuren met p (v LOK > vDR:H )-waarden, gevaar: figuren met p (v LOK > vDR:G )-waarden

Opmerkingen

OA 16281-2-RA-001 1. 1