Bijlage 3.7 - Windonderzoek

CFD Windklimaat onderzoek

Ontwikkeling Rokkeveen Zoetermeer P24821402e100 14 december 2021 Revisie 0

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

Project Locatie

Onderwerp Document Revisie Datum Status

Ontwikkelingsgebied Rokkeveen Zoetermeer

CFD Windklimaat onderzoek P24821402e100 0 14 december 2021 Definitief

Opdrachtgever

Badloe Adviesgroep Stekelbaarssingel 23 2492 ME Den Haag

Stromingsleer expert

Windsafe Projects Poeldonkweg 5 5216 JX ‘s-Hertogenbosch sales@windsafe.nl www.windsafe.nl

CFD expert

SIMSTUDIO International Consultants Baron de Coubertinlaan 6 2719 EL Zoetermeer info@simstudio-ic.com www.simstudio-ic.com

P24121491e100

Page 1 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

1

INLEIDING

3

1.1

Beoordelingsmethodiek

4

2

UITGANGSPUNTEN EN AANNAMEN

5

2.1

Geometrie

5

2.2

Omgeving

8

2.3

Weerdata

9

2.4

Windprofiel

10

2.5

CFD-modellering

11

3

RESULTATEN VAN DE SIMULATIES

12

3.1

Windhinder

12

3.2

Windgevaar

14

4

CONCLUSIE

15

4.1

Windhinder

15

4.2

Windgevaar

15

5

VERWIJZINGEN

16

P24121491e100

Page 2 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

1

Inleiding

Op verzoek van Badloe Adviesgroep is een windklimaat onderzoek uitgevoerd voor een ontwikkeling, gelegen in de wijk Rokkeveen in Zoetermeer. Het plan bestaat een woontoren van 24,5m. Aan de hand van de NEN8100 wordt inzicht verschaft in het windklimaat op straatniveau. Een goed windklimaat wordt door verschillende gemeenten in Nederland gezien indien ten minste wordt voldaan aan de NEN8100 classificatie matig voor de betreffende activiteit. Voor doorgaande wegen, wandelpaden en fietspaden betreft dit de classificatie doorlopen. Voor onder andere winkelgebieden, horeca en bezienswaardigheden de classificatie slenteren. Slechts voor uitzonderlijke situaties betreft dit langdurig zitten. Voor wat betreft windgevaar dient gevaarlijk te worden voorkomen. Bij een goed windklimaat ondervindt men geen overmatige windhinder. In een situatie zonder overmatige windhinder heeft het merendeel van het publiek 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. Het windklimaat wordt berekend met Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties en inzichtelijk gemaakt met de in de NEN8100 (NEN 8100 Windhinder en windgevaar in de gebouwde omgeving, 2006) omschreven methodiek, samengevat in 1.1.

P24121491e100

Page 3 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

1.1

Beoordelingsmethodiek

In de NEN8100 worden 5 kwaliteitsklassen gegeven waarbij windhinder als goed, matig of slecht wordt geclassificeerd voor een drietal activiteiten. Deze omschrijving staat voor: -

Bij een goed windklimaat ervaart men geen tot weinig overmatige windhinder. Bij een matig windklimaat ervaart men af en toe overmatige windhinder. Bij een slecht windklimaat ervaart met regelmatig overmatige windhinder.

Een zo omschreven matig windklimaat past bij de algemene ervaring van het windklimaat in Nederland. De kwaliteitsklasse is afhankelijk van het aantal uren dat de windhinder (overlast) drempelwaarde van 5 m/s naar verwachting wordt overschreden. Deze waardering is weergegeven in Tabel 1 met in groen acceptabele kwaliteitsklasse. De drempelwaarde voor windgevaar is 15 m/s (NEN8100) en wordt gekwalificeerd als aangegeven in Tabel 2. Er worden 12 windrichtingen gesimuleerd waarvan de som van het aantal uren dat de drempelwaarde wordt overschreden de kwaliteitsklasse bepaald. De beoordeling wordt uitgevoerd op 1,75 m boven maaiveld. Alle fiets- en wandelpaden rond de ontwikkeling hebben een doorloop activiteit. Om te voldoen aan deze activiteit mogen alle paden maximaal kwaliteitsklasse D hebben. Rondom entrees is een kwaliteitsklasse C vereist. Overschrijdingskans Kwaliteitsklasse In procenten van het aantal uren per jaar <2.5 A 2.5 – 5 B 5 – 10 C 10 – 20 D >20 E Tabel 1: Classificatie windklimaat conform NEN8100.

Doorlopen Goed Goed Goed Matig Slecht

Activiteiten Slenteren Langdurig zitten Goed Goed Goed Matig Matig Slecht Slecht Slecht Slecht Slecht

Overschrijdingskans Kwalificatie In procenten van het aantal uren per jaar 0,05 < 0,30 Beperkt risico > 0,30 Gevaarlijk Tabel 2: Kwalificatie tabel windgevaar conform NEN8100.

P24121491e100

Page 4 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

2

Uitgangspunten en aannamen

2.1

Geometrie

Het 3-dimensionale CFD-model is gebaseerd op het concept ontwerp van de ontwikkeling. De ontwikkeling heeft een lengte van 26m en is 19m breed. De maximale hoogte van het gebouw is 24,5m. Aan de zuidzijde van de ontwikkeling is een parkeerplaats gelegen. De omgeving is geconstrueerd aan de hand van Google Earth Pro en CadMapper. Hierin is de omgeving binnen een straal van 300m van de ontwikkeling meegenomen. In het huidige plan zijn nog geen bomen meegenomen. Daarmee wordt er uitgegaan van het worstcasescenario. Figuur 1 en Figuur 2 tonen een overzicht van het volledige 3D simulatiemodel uit verschillende richtingen. Figuur 3 en Figuur 4 een detail van het betreffende ontwikkelingsplan.

Figuur 1: 3D CFD-model, aanzicht vanuit zuidoost.

P24121491e100

Page 5 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

Figuur 2: 3D CFD-model, aanzicht vanuit noordwest.

Figuur 3: 3D CFD-model Rokkeveen, detail aanzicht 1.

P24121491e100

Page 6 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

Figuur 4: 3D CFD-model Rokkeveen, detail aangezicht 2.

P24121491e100

Page 7 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

2.2

Omgeving

Het plangebied is gelegen aan natuursteenlaan en de Scheglaan en langs de N470 in Zoetermeer. Langs de twee lanen lopen zowel wandel- als fietspaden. De ontwikkeling ligt voor de meeste windrichtingen vrij onbeschut. Aan de noordzijde is de afstand tot de omgeving het kleinst. Hier is een park gesitueerd met veel bomen. Ten zuiden van de ontwikkeling liggen verschillende kassen met een hoogte van ongeveer 6m. De minimale afstand tot deze kassen is 160m. Aan de noordwest kant van de ontwikkeling is nog een woonwijk gelegen. De huizen in deze woonwijk hebben 2 á 3 woonlagen en daarmee is de nokhoogte ongeveer 9m. In de (nabije) omgeving van het ontwikkelingsplan zijn meerdere bomen gesitueerd. Deze zijn meegenomen in het rekenmodel. Eventuele bomen binnen het ontwikkelingsgebied zijn niet meegenomen. Een luchtfoto van het gebied is weergegeven in Figuur 5.

Figuur 5: Luchtfoto locatie Rokkeveen, Zoetermeer.

P24121491e100

Page 8 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

2.3

Weerdata

Voor de analyse is de weerdata van Zoetermeer gebruikt over de jaren 12-2001 t/m 12-2021. De data is samengesteld door Meteoblue van verschillende weerstations in de buurt en met de omgevingsruwheid van Zoetermeer. De veel voorkomende windrichtingen vallen tussen zuidzuidwest tot en met westelijke richting. Samen vormen deze windrichtingen bijna 40% van het totale jaar. De gehanteerde windroos is weergegeven in Figuur 6

Figuur 6: Gehanteerde windroos.

P24121491e100

Page 9 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

2.4

Windprofiel

Het simulatiemodel is aan de randen, van waaruit de wind het model instroomt, voorzien van een windprofiel. De windsnelheid is dichter bij het maaiveld lager, door de invloed van bijvoorbeeld bebouwing en begroeiing. De mate van invloed wordt beschreven door de ruwheidlengte (Troen & Petersen, 1991). De ruwheidlengte voor het gebied rondom de ontwikkeling is vastgesteld op 0,8m. Bij het definiëren van het windprofiel is rekening gehouden met de verandering van de omgeving van het weerstation naar het gebied van interesse. Om de windstroom realistisch te kunnen simuleren is om de gemodelleerde bebouwing een box geplaatst, waar ook lucht doorheen kan stromen. De afmetingen van de box worden bepaald op basis van de hoogte (H) van het hoogste gebouw. De randen van de box bevinden zich tenminste op 5H vanaf de rand van het gemodelleerde gebied en de hoogte van de box is 6H. Stroomopwaarts is de box eveneens 5H lang en stroomafwaarts 15H. De box om het gemodelleerde gebied heen is weergegeven in Figuur 7. De box kan gezien worden als een digitale windtunnel.

Figuur 7: Box om het gemodelleerde gebied heen, ten behoeve van het windprofiel (digitale windtunnel).

P24121491e100

Page 10 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

Aan de hand van de referentie windsnelheid, referentie hoogte en ruwheidlengte kan het windprofiel worden opgesteld. Het windprofiel wordt berekend met onderstaande logaritmische vergelijking. 𝑣𝑤𝑖𝑛𝑑 = 𝑣𝑟𝑒𝑓 ∙ (

𝑧 ) 𝑧0 𝑧𝑟𝑒𝑓 ) ln( 𝑧0

ln(

)

Waar, 𝑣𝑤𝑖𝑛𝑑

Windsnelheid

[m/s]

𝑣𝑟𝑒𝑓

Referentie snelheid

[m/s]

𝑧

Hoogte boven de grond

[m]

𝑧0

Ruwheidslengte

[m]

𝑧𝑟𝑒𝑓

Referentiehoogte

[m]

2.5

CFD-modellering

De simulatie is uitgevoerd met behulp van het softwarepakket ANSYS CFX. Dit softwarepakket is geschikt voor vele toepassingen en in ruime mate gevalideerd. Het 3D CFD-model is opgedeeld in een grote hoeveelheid rekencellen. De standaard differentiaalvergelijkingen voor de stroming van fluïda worden voor elke cel opgelost. In Tabel 3 staan de belangrijkste toegepaste randvoorwaarden beschreven.

Parameter Cel type

Beschrijving

Hybride, combinatie van hexaëders, tetraëders, piramides en prismalagen Celgrootte Dynamisch, variërend tussen 0,025 tot 2,0 m in de omgeving (vlakken) groeiend met een factor 1,05 tot maximaal 25 m in het vrije volume Aantal cellen 2,8 miljoen Simulatie type Steady state Convergentie criteria RMS maximaal 1·10-4 Tijdstap 1s Aantal iteraties 500 Fluïde Lucht met constante eigenschappen Turbulentie model Shear Stress Transport model RANS Wanden Glad met stilstaande lucht (no slip) Grondvlak Ruw met stilstaande lucht (no slip) Inlet Snelheids- en turbulentieprofiel Tabel 3: CFD-modellering eigenschappen.

P24121491e100

Page 11 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

3

Resultaten van de simulaties

3.1

Windhinder

Het ontwikkelingsplan ligt vanuit de meest voorkomende windrichtingen vrij onbeschut. Hierdoor kan wind over het grasland gemakkelijk versnellen en stroomt de wind tegen de gehele gevel aan. Wanneer een gebouw aangestroomd wordt door wind, stroomt 2/3 van de hoogte naar beneden, de zogeheten downwash. Dit deel van de wind ontsluit vervolgens op maaiveld niveau om de hoeken van dat gebouw. Hierdoor kan een windversnelling op straatniveau optreden, welke tot hinder kan leiden. In Figuur 8 en Figuur 9 worden de kwaliteitsklassen rond het ontwikkelingsplan Rokkeveen weergegeven. Op de zuidoosthoek van het gebouw is een klein gebied waar niet voldaan wordt aan het windklimaat voor doorlopen. Gezien de locatie en de grootte van het gebied zal het geen groot effect hebben op eventuele wandelaars. Daarnaast zijn er rondom het bouwplan geen bomen meegenomen. Wanneer er bomen langs de zuidzijde van het parkeerterrein worden geplaatst ligt het gebouw beschutter en wordt verwacht dat het gebied met windhinder weg zal gaan. Rond de rest van de ontwikkeling treedt geen windhinder op.

Figuur 8: Acceptabele Kwaliteitsklasse voor betreffende functie.

Activiteit Langdurig zitten Slenteren Doorlopen Oncomfortabel

P24121491e100

Page 12 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

Figuur 9: Acceptabele Kwaliteitsklasse voor betreffende functie, 3D aanzicht

Activiteit Langdurig zitten Slenteren Doorlopen Oncomfortabel

P24121491e100

Page 13 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

3.2

Windgevaar

Er wordt over windgevaar gesproken als de overschrijdingskans van lokale windsnelheden hoger dan 15 m/s boven de 0,3% is. Figuur 10 toont dat er rondom het ontwikkelingsgebied Rokkeveen geen windgevaar optreedt. Hiermee kan gesteld worden dat de ontwikkeling aan de natuursteenlaan geen windgevaar zal veroorzaken op de omliggende paden en wegen.

Kwalificatie Geen risico Beperkt risico Gevaarlijk Figuur 10: Percentage windgevaar per jaar

P24121491e100

Page 14 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

4

Conclusie

Op verzoek van Badloe Adviesgroep is een windklimaat onderzoek uitgevoerd voor een ontwikkeling, gelegen in de wijk Rokkeveen in Zoetermeer. Het plan bestaat een woontoren van 24,5m. Het plangebied is gelegen aan natuursteenlaan en de Scheglaan en langs de N470 in Zoetermeer. Langs de twee lanen lopen zowel wandel- als fietspaden. Alle paden in en rond het ontwikkelingsplan hebben een doorloopfunctie

4.1

Windhinder

Bij de zuidoosthoek van het gebouw treedt een klein gebied met windhinder op. Gezien de grootte en ligging zal het effect op wandelaars klein zijn. Een mogelijkheid om dit te voorkomen is om aan de zuidzijde van het parkeerterrein bomen te plaatsen.

4.2

Windgevaar

Alle paden rondom het nieuwbouwplan zijn vrij van de categorie ‘gevaarlijk’. Hiermee kan gesteld worden dat de ontwikkeling geen windgevaar veroorzaakt.

P24121491e100

Page 15 of 16

CFD Windklimaat onderzoek Rokkeveen, Zoetermeer

5

Verwijzingen

[NL], K. (. (sd). Opgehaald van https://www.knmi.nl/nederland-nu/klimatologie/uurgegevens NEN 8100 Windhinder en windgevaar in de gebouwde omgeving. (2006, februari). Delft: Nederlands Normalisatie-instituut. Troen, I., & Petersen, E. L. (1991). Roughness Classes and Roughness Length Table in "European Wind Atlas". Risoe , Denmark: Risoe National Laboratory.

P24121491e100

Page 16 of 16