Impulsfluss an vertikalen Wänden – Messung und Parametrisierung

Der globale Klimawandel hat einen großen Einfluss auf das städtische Klima, wobei sich durch die hohe Bebauungsdichte und Versiegelung viele Effekte wie Hitzewellen zusätzlich verstärken. Damit unsere Städte auch in Zukunft lebenswerte Orte bleiben, müssen diese an die veränderten klimatischen Bedingungen angepasst werden. Um diese Anforderungen umzusetzen, können dank der gestiegenen Rechenkapazitäten vermehrt wirbel- und gebäudeauflösende Large-Eddy-Simulations-(LES) Modelle wie das PALM-4U (Maronga et al., 2015) in der Praxis zur Stadtplanung eingesetzt werden. Die in diesen Modellen verwendeten Annahmen und Parametrisierungen zum Windprofil sowie Impulsfluss an vertikalen Wänden von Gebäuden basieren jedoch mangels geeigneter Daten zumeist auf Grenzschichtmessungen über nahezu homogenen Flächen (Businger, 1971). Daher stellt sich die Frage, wie gut diese Annahmen an vertikalen Wänden zutreffen. Wie sehen das Windprofil und der Impulsfluss an einer realen Fassade aus?

Zur Untersuchung dieser Fragestellungen wurden im Rahmen des „Stadtklima im Wandel [UC]²“ Projektes zwei 6 m lange Ausleger in etwa 42 m (10. Stock) und 64 m (16. Stock) Höhe an der Fassade eines insgesamt 85 m hohen Gebäudes im Zentrum von Hamburg installiert. Um detaillierte Informationen zur Turbulenz zu erhalten, werden an beiden Auslegern in 2 m, 4 m und 6 m Entfernung zur Fassade die drei Windkomponenten mit 20 Hz erfasst. Die Messungen werden seit August 2021 durchgeführt, sodass unterschiedlichste Anströmungsrichtungen des Gebäudes als auch zahlreiche synoptische Situationen von schwachem bis stärkeren Wind gemessen wurden.

Der einzigartige Messdatensatz an einer realen Hochhausfassade liefert detaillierte Einblicke in das Windprofil sowie den Impulsfluss an Gebäuden in Städten. Dies ermöglicht die Untersuchung der aktuell in vielen LES Modellen genutzten Annahmen wie zum Beispiel des logarithmischen Windprofils an Fassaden. Darüber hinaus wird die im PALM‑4U Modell verwendete Parametrisierung für den Impulsfluss mit den Messungen verglichen. Die Form des Windprofils an der Fassade ist unter anderem von der Anströmungsrichtung, der Geometrie sowie der Messposition am Gebäude abhängig. Die Turbulenzintensität nimmt unabhängig der Anströmung in allen drei Komponenten mit größerem Abstand zur Fassade hin ab. Die Ergebnisse werden in Hinblick auf verbesserte Parametrisierungen in Modellen diskutiert.

 

Literatur:

Businger, J. A., Wyngaard, J. C., Izumi, Y., and Bradley, E. F.: 1971, ‘Flux-Profile Relationships in the Atmospheric Surface Layer’, J. Atmos. Sci. 28, 181–189.

Maronga, B., Gryschka, M., Heinze, R., Hoffmann, F., Kanani-Sühring, F., Keck, M., Ketelsen, K., Letzel, M. O., Sühring, M., and Raasch, S. (2015): The Parallelized Large-Eddy Simulation Model (PALM) version 4.0 for atmospheric and oceanic flows: model formulation, recent developments, and future perspectives, Geosci. Model Dev., 8, 1539-1637, DOI:10.5194/gmd-8-2515-2015.