Klima i byer

Innføring

Oppgavesett: Vind i byene

Oppgaveark 3: Ekserimenter med vind i byene

1. Vind i byen

Luft i byer blir varmet opp raskere enn i landlige omgivelser, spesielt på sommerdager. Dette gjør at vi får områder med lavt trykk i byene og høyere trykk i de landlige omgivelsene rundt byene. Trykkforskjellen gjør at luft beveger seg inn i byene fra landlige omgivelser. Lufta følger korridorer som skapes av hovedveier, og på veien minsker lufthastigheten med opptil 50 prosent. Når lufta når sentrum av byen, øker vindhastigheten med opptil 20 prosent når lufta runder gatehjørner og virvler kan dannes.

I sentrum av byen øker lufttemperaturen og den varme lufta stiger langs høye husvegger opp mot atmosfæren. Deretter beveger lufta seg tilbake til forstedene som såkalt anti-bris. Så kjøles lufta ned, blir tyngre, synker og kommer deretter tilake til byen som urban bris.

Sammenlikn vindmønster på landet og i byen med sirkulasjonen av luft i tropiske områder eller sirkulasjonen av luft over land og sjø. Spør geografilæreren din om detaljer.

2. Eksperiment

Du kan finne ut hvordan vind skaper virvler med dette eksperimentet

2.1 SIKKERHETSINFORMASJON

- Utfør disse eksperimentene kun i et fyikk- eller kjemilaboratorium eller utendørs i en sandkasse.
- Sørg for at en voksen er til stede hele tiden.
- Følg instruksjonene nøye. Ild og elektrisk strøm er farlig.
- Ha sand, et brannteppe og et brannslukningsapparat for hånden.
- Ikke slukk brann med vann. Bruk sand, brannteppe eller brannslukningsapparat.
- Dersom du ikke klarer å slukke brannen, utløs brannalarmen, forlat bygningen og ring brannvesenet.

 Du trenger:

Utstyr du trenger til eksperimentet.  Foto: Gert Bauer.

Materiell:

1. sementblokk eller asbestplate som base
2. ull, saks og lim til å sette fast klossene med
3. klosser/murstein (eller melkekartonger fylt med vann) som modeller for hus
4. kloss dekket av aluminiumsfolie til å ha brensel på
5. lighter og røkelseskjegler som kan være brensel og skape røyk
6. hårtørker med et papprør som er festet med tape - dette skal være vinden
7. spruteflaske med vann som kan brukes til å skape røyk fra kjeglene
8. en tavle til bakgrunnen.

 2.2 Rigging av eksperimentet

Rigg for eksperimentet.  Foto: Gert Bauer.

Fest små hyssingbiter til sidene av klossene så du kan se hvordan lufta går forbi dem. Still klossene på betongbasen eller asbestplaten så de forestiller bygninger i en by. Sett tavla bak dem som bakgrunn. 

2.3 Gjennomføring av eksperimentene:

1. Still røkelseskjeglene på klossen som er dekket med aluminium. Tenn på kjeglene. 
2. Når du har fått fyr på kjeglene, fukt dem med litt vann for å skape røyk.
3. Blås røyken  mot klossene ved hjelp av hørtørkeren. Prøv ut de ulike styrkeinnstillingene på tørkeren.  
4. Se hvordan røyken beveger seg rundt klossene. Bruk observasjonene dine til å finne ut hvordan luft beveger seg i byer.

Eksperiment 1

Først ser vi på hvordan vinden beveger seg omkring høyhus.

Vinden kan enten stige opp langs bygningen eller sirkulere omkring bygningen - og denne bevegelsen gjør at vindhastigheten øker med opptil 20 prosent.

Blås først røyken mot langsiden av den første høye klossen i rekka, og se hovrdan røyken beveger seg rundt den. Veksle mellom ulike avstander og vinkler mellom hårtørkeren og klossen. Se deretter hvordan røyken beveger seg rundt neste kloss.

Klikk for å se en kort film som viser hvordan luft flyter rundt en bygning. Film: G. Bauer og B. Wohlhöfer.

Merk:
Dersom du ikke får opp filmen, installer Microsoft Media Player (TM) eller RealPlayer (TM) først.
Dersom du har internettoppkopling med lav hastighet, er det bedre å lagre filen på maskinen din og kjøre den etterpå. Dersom du har høyhastighetsoppkobling, kjør filmen direkte.

Luftbevegelse omkring bygninger.  Foto: Gert Bauer.

Klikk for å se film om eksperimentet! Film: G. Bauer og B. Wohlhöfer.

 Eksperiment 2

I dette eksperimentet skal vi se på hvordan luft beveger seg omkring en husrekke og hvordan lufta virvler på lesiden av hver bygning. 

Bruk hårtørkeren til å blåse røyken over toppen av klossene. Se hvordan røyken blåser over og omkring bygningene og virvler omkring i le mellom klossene.

Forenklet luftstrøm langs en husrekke.  Foto: Gert Bauer.

Eksperiment 3

Plasser klossene slik at de bakerste klossene er om lag tre ganger høyere enn klossene foran og slk at det er et slags torg i sentrum. Eksperimentet er ment å vise hvordan vind beveger seg rundt gatehjørener og på åpne plasser - og hvordan vindhastigheten øker med opptil 20 prosent. 

Blås røyken fra venstre inn i modellbyen. Eksperimentet har vist at virvlene er sterkest når røyken blåses inn i gata i en vinkel på 45°.

Idealisert luftstrøm i en by.  Foto: Gert Bauer.

Klikk for å se eksperimentet på film.  Film: G. Bauer og B. Wohlhöfer.

3. Betydningen av vind i byer

3.1 Vindtunneltester

Før nye områder i byer blir bygd ut, blir det gjort tester med modeller for å se nærmere på hvordan luftstrømmene vil endre seg i byen og om sterke vinder oppstår på spesielle hjørner. Bildet nedenfor viser modell av en vindtunnel på nybygde Potsdamer Platz i Berlin.

Foto: Elmar Uherek - på klimautstillingen i det tyske museet, München.

De viktigste påvirkningsfaktorene for vind i byer er vindprofilen og ruheten til overflaten. Disse parametrene blir simulert i vindtunneltester. Ved hjelp av slik simulering kan byområder eller enkeltbygninger testes i detalj.

Resultatene fra en vindtunneltest ser slik ut:

Konstruksjonsplan for et nytt område i en by. Planen viser områder (i rødt, gult og fiolett) der vindhastigheten sannsynligvis vil øke. 
Forfatter: Mr. Müller, Stuttgart.  Kilde: www.stadtklima.de/stuttgart/websk21/Heft13/kap3.HTM
[direction of wind=vindretning, existing buildings=eksisterende bygninger, planned buildings=planlagte bygninger, wind speed=vindhastighet, significantly increased=betydelig økning, notedly increased=merkbar økning, moderately increased=moderat økning]

Lenker videre:

www.ruscheweyh.de/bauwesen.php
www.gfa.de/de/Windlasten/windlast.html

3.2. Vindbelastning på en bygning

Vindbelastningen på en bygning endrer seg med tid og plass. Belastningen foregår direkte på overflaten av stengte bygninger og indirekte via åpninger i innvendige vegger. Dette er avhengig av vindretning og -hastighet. Følgende animasjon fra et aerofysikkselskap viser hvordan vindbelastningen på en bygning endrer seg over tid:

Vindbelastning på bygning.  Forfatter: Gesellschaft für Aerophysik mbH, München. 
Kilde for animasjonen: www.gfa.de/de/Windlasten/windlast.html

Om denne siden:

Forfattere: G. Bauer og B. Wohlhöfer - Universitetet i Nürnberg, Tyskland
Pedagogisk vurdering: Prof. Dr. Helmut Schrettenbrunner og Julia Heres - Universitetet i Nürnberg, Tyskland
Oversatt til norsk av Jorunn Gran, CICERO Senter for klimaforskning, Oslo
Sist oppdatert: 2005-05-18