ARTIKELEN VAN JOS ARIENS
Frequentie

De Woudenberger

Misset Gebouwbeheer

Eisma's Vakpers

Amersfoortse Courant

Overige publicaties

Utrecht november 2001.

Vreemde mensen

Amerika is een groot land met hoge gebouwen en heel gevaarlijke terroristen. Nederland daarentegen is een klein landje met aardige torentjes en kleine boefjes die stiekem prullenbakken en flip-overs in brand steken. Is de wereld sinds 11 september echt minder veilig geworden? Ik geloof eerder dat voor veel mensen de illusie van veiligheid heeft plaatsgemaakt voor een gevoel van kwetsbaarheid.

Naar aanleiding van diverse brandjes verspreidt de directie van de FNT, even adequaat reagerend als de amerikaanse regering, via e-mail en pamfletten de boodschap dat veiligheid een zaak is van ons allemaal. Een open deur die zo afgezaagd is als de leus “Een beter milieu begint bij jezelf”, maar toch iets om even over na te denken. Samen met mijn collega’s ga ik op zoek naar vreemde mensen die in onze gebouwen niet thuis horen. En wat blijkt? Het gebouw zit vol met vreemde mensen! Door talloze schaalvergrotende operaties zijn we een organisatie met 2400 medewerkers en 25.000 studenten geworden. Het gevolg hiervan is een enorme vervreemding. Vervolgens verhuren we lokalen aan buitenstaanders want onze eigen studenten werken tegenwoordig liever thuis (ook vreemd hè).

Uitsmijters hebben geen effect op vreemde mensen die brand stichten. Zelf ben ik nog nooit staande gehouden, terwijl ik voor hen ook een vreemde ben. Jaren geleden in de Vondellaan zat Angela bij de receptie en Annie maakte alles min of meer schoon. Die twee kenden iedereen. Ik pleit ervoor om terug te gaan naar een menselijke schaal en een herkenbare omgeving waar mensen geen vreemden zijn voor elkaar. De toren van Babel, het WTC, anonieme kantoortorens, ze nodigen uit om in opstand te komen tegen autoriteit. “Vluchten kan niet meer, schuilen alleen nog maar, heel dicht bij elkaar”.(F. Halsema, 1977)
Woudenberger, mei 2001

Frequentie, Utrecht oktober 2001.

Poppen of Foppen?

Marijke liep met een vrolijk gevoel door het schoolgebouw op weg naar de directievleugel. Ze werkte al 15 jaar bij de administratie en had het gevoel dat het tijd werd voor iets anders. De berichten over persoonlijke ontwikkelingsplannen hadden haar op het idee gebracht om haar hobby verder te ontwikkelen. De directeur ontvangt haar vriendelijk en Marijke vertelt haar voorstel: “Al jaren lang maak ik poppenhuizen en nu zag ik in een gids een cursus maquettebouwen. Graag zou ik die cursus volgen in het kader van POP, zodat ik straks studenten kan gaan begeleiden die modellen maken.”
Het ontgaat Marijke niet dat de directeur enigszins verrast reageert. “Het is een aardig idee”, zegt hij, “maar ik wil het even nachecken in het FOP”. Het FOP?? Wat was dat nu weer? “Ja, je weet wel, het Faculteits Ontwikkelings Plan…” Enige dagen later kreeg Marijke te horen dat haar voorstel helaas niet binnen het FOP past zodat de cursus niet door de school kan worden bekostigt.

Dezelfde dag kwam ze Jan tegen in de kantine. Terwijl Jan meestal een nogal uitgebluste indruk maakt, is hij nu in een prima stemming. Hij had ook een voorstel ingediend, namelijk om een cursus Pop-muziek te volgen. Marijke vraagt of dat dan wel binnen het FOP past. “Jawel”, vertelt Jan haar, “want als ik klaar ben, neem ik een andere baan en dan vertrek ik hier. Dat past uitstekend binnen de mobiliteits-doelstellingen van deze school. De kosten van de cursus zijn lager dan wat ik kost wanneer ik nog jaren hier blijf.”

Marijke gelooft haar oren niet. Peinzend loopt naar de administratie. Deze keer heb ik het niet goed aangepakt, denkt ze, maar de volgende keer laat ik me niet meer foppen!
 
 

Frequentie, Utrecht september 2001.

Klimaatverandering nu!

De regen drupt zachtjes op mijn tent. Terwijl het gisteren nog tropisch warm was, hebben we vandaag alweer drie flinke buien gehad. Mijn buurman, was zo vriendelijk om de krant van gisteren aan ons uit te lenen. Mijn oog valt op de rellen in Genua; Eén dode en talloze gewonden tijdens protest-acties tegen ‘mondialisering’.  Toen ik nog studeerde, gingen we de straat op voor meer democratie en vooral meer studiebeurs. Mondialisering…. Het lijkt zo abstract.

Twee bladzijden verder een ander bericht: Minister Pronk en de Klimaatconferentie in Bonn. Hadden hier geen demonstranten naar toe moeten gaan?  Als het zo door gaat met het klimaat kunnen we straks niet meer camperen! Of zijn het toch de Grote Namen die de aandacht trekken in plaats van de thema’s die besproken worden? Terwijl het buiten weer ietsjes harder gaat regenen, denk ik aan die andere ‘klimaatverandering’. Het afgelopen jaar zijn we opgeschrikt door twee rampen, in Enschede en Volendam. Het vertrouwen in een overheid die de zaak goed onder controle heeft is verder afgenomen door een nauwelijks te beheersen MKZ-crisis.

Er lijkt een rode draad door al deze gebeurtenissen te lopen. De café-houder en de vuurwerkfabrikant die de regels aan hun laars lappen zijn uitzonderlijk, maar alleen omdat de rampzalige gevolgen zoveel mensen treft. Omdat duizenden mensen geen boodschap hebben aan veiligheid of aan het milieu verandert ook het  sociale klimaat om ons heen. “Laat de overheid het maar oplossen, ik betaal er toch belasting voor”.

De zon breekt door de wolken en de camping komt langzaam weer tot leven. Ik neem me voor om vandaag te beginnen met het scheiden van afval, maar vooral te werken aan een beter klimaat op mijn werk en thuis.
 

Artikel voor de Architect

Onderzoek naar windhinder in stroomversnelling.

- intro -
Met een onderzoek aan de Universiteit van Eindhoven benadert prof. ir. J.A. Wisse het probleem van windhinder op een geheel eigen wijze. De onderzoeken van Wisse hebben tot doel om de kennis en ervaring op het gebied van stromingsleer en klimatologie toepasbaar te maken voor de bouwkunde. Naast voordelen in termen van tijd en geld wordt het mogelijk om reeds in de gesprekken voorafgaande aan een windtunnel-onderzoek de effecten van bepaalde ontwerpbeslissingen in te schatten.  Het door Wisse e.a. ontwikkelde rekenprogramma stelt een architect in staat snel een indruk te krijgen   hoeveel windhinder zal optreden. Ook wordt aangegeven welke alternatieve ontwerpen tot minder windoverlast zullen leiden.
De methode is nog in ontwikkeling maar wordt nu reeds toegepast als uitgangspunt voor concrete adviezen aan architecten.

- broodtekst -
"Op basis van het computerprogramma en windtunnelexperimenten hebben wij een formule gemaakt om de 'vlagerigheid' van de wind in de stad te voorspellen. Dat was er voordien niet. Daarmee hebben we de kennis een eindje vooruit gebracht. Maar als je dit aan een architect vertelt, dan is de weg naar het ontwerp nog heel lang. Er is een heel kennisveld dat in de bouwkunde nog niet wordt toegepast en ik probeer dat naar elkaar toe te brengen. Ik zou bijvoorbeeld meer ontwerpregels willen zien. Die moeten duidelijker zijn zodat de architect er beter mee kan werken. De kloof tussen de beschikbare kennis en de ontwerpende architect zou ik willen overbruggen, door onderwijs aan studenten, publikaties, post-academische cursussen en directe advisering. Ook proberen we tot normstelling te komen, door vast te stellen wat nu wel en niet gewenst is". In de kamer van professor Wisse op de elfde verdieping van het bouwkunde-gebouw in Eindhoven kunnen de ramen niet open. Als dit wel mogelijk was geweest, had de wind die tijdens ons gesprek om het gebouw suisde een treffende illustratie gevormd bij het onderwerp waarover Wisse vol overgave kan spreken.
"Je ziet dat een architect slim kan ontwerpen en dan krijg je weinig windhinder, of hij kan onhandig ontwerpen en dan krijg je veel hinder. De stedebouwkundige randvoorwaarden zijn ook van belang, het is een combinatie van factoren".

Windhinder speelt een belangrijke rol bij onze beleving van de gebouwde omgeving. Zolang we in het open veld verblijven of in een bosrijke omgeving ervaren we wind als een natuurlijk gegeven. We accepteren dit ook als het soms lastig lopen of fietsen is. Maar in de stad zien we wind als een hinderlijke indringer die een aantrekkelijk woon- en leefmilieu op wrede wijze kan verstoren. Binnen onze gebouwen hebben we wind op deskundige wijze buitengesloten maar zo gauw we een stap naar buiten zetten, neemt de natuur wraak met onverwachte harde windstoten op plaatsen waar we het niet verwachten, althans zo lijkt het.

Naast bouwfysische factoren zoals bezonning, vochtbeheersing, lawaai- en warmte isolatie staat ook windhinder steeds meer in de belangstelling van de ontwerpend architect. Over enkele maanden zal bijvoorbeeld de nieuwe TGB 6702 over windbelasting verschijnen. Hierin wordt echter alleen over de invloed van wind op de constructie van het gebouw zelf besproken en niet de invloed op de beleving van de buitenruimte.
Al sinds eeuwen hebben bouwers min of meer intuïtief ingespeeld op invloeden van de wind. Vanaf de vijftiger jaren, toen in Londen iemand was omgewaaid, werd steeds meer wetenschappelijk gekeken naar windhinder als een serieuze factor waarmee rekening moet worden gehouden. Men ging op zoek naar een manier om de mate van hinder te voorspellen. De windtunnel die in de jaren zestig tot ontwikkeling kwam, is daarbij een belangrijk hulpmiddel. Het principe lijkt zeer eenvoudig, echter de praktische toepassing is met diverse moeilijkheden omgeven. Het grootste probleem is dat pas in een laat stadium van het ontwerpproces voldoende gegevens beschikbaar zijn voor het vervaardigen van een geschikte maquette voor de windproeven. Veel ontwerpbeslissingen zijn dan al genomen op basis van economische en architectonische overwegingen waarover lang is nagedacht. Wanneer in de windtunnel mocht blijken dat zich buiten het gebouw ongunstige situaties zullen voordoen, is de ontwerpvrijheid om hieraan nog iets te doen veelal beperkt.

Wanneer ontstaat windhinder?

Wind is turbulent, hetgeen wil zeggen dat hij alle kanten op kan waaien met een steeds wisselende snelheid. De windsnelheid kan men samengesteld denken uit een gemiddelde snelheid met daarop allerlei fluctuaties gesuperponeerd. Deze fluctuaties kan men aangeven met een standaarddeviatie. Omdat we vooral last hebben van windvlagen is het essentieel een geschikte maat te hebben voor de snelheid van een windvlaag. Deze blijkt de gemiddelde windsnelheid plus drie maal de standaarddeviatie te zijn. In formule:

Vlaagsnelheid = U + 3   (m/s)

Het is dus essentieel om deze standaarddeviatie (  ), ook wel turbulentiegraad te kennen. De standaarddeviatie kan gemakkelijk 1/3 van de gemiddelde windsnelheid zijn, waardoor de windsnelheid in een vlaag twee maal de gemiddelde windsnelheid wordt. Meting en berekening bij een aantal blokken stemmen goed overeen wat dit betreft.
Windhinder kan ontstaan wanneer de vlaagsnelheid groter is dan 6 meter per seconde terwijl onveilige situaties ontstaan wanneer dit meer is dan 20 meter per seconde. Wisse: "In het buitenland worden deze gegevens gebruikt, bijvoorbeeld in Los Angeles waar architecten moeten aantonen dat in de buurt van een hoog gebouw de vlaagsnelheid op straatniveau de 25 meter per seconde niet zal overschrijden. Ook in Jeruzalem worden hoge gebouwen aangepast door ze niet op palen maar op een voetstuk te zetten. Hierdoor blijft de neerwaartse stroom, die elk hoog gebouw met zich meebrengt, boven het stedelijk dek. Je beperkt de windsnelheid op straatniveau om het gebouw. Het is een architectonische keuze; door de vorm van het gebouw slim te kiezen, vermijd je een puzzel".
De kans op windhinder is ook te berekenen als functie van de windfactor ~. Deze windfactor geeft de verhouding aan tussen de lokale windsnelheid in de gebouwde omgeving en de gelijktijdige windsnelheid op 10 meter hoogte in het vrije veld. Op loophoogte is de windsnelheid 70% van die op 10 meter hoogte waardoor de windfactor dus 0,7 is. Bij winderige gebouwen ~ > 0,7 neemt de windhinderkans toe en bij een beschutte bouwwijze ~ < 0,7 neemt die kans af. Op een goed ontworpen plein is een waarde van 0,2 tot 0,3 haalbaar.
Ook al is er veel ervaring in de advisering naar architecten toe om ontwerpen te bereiken met een lage windfactor, toch blijft een windtunnelproef nodig ter verificatie.

Het voorspellen van windhinder

Het blijft de vraag of experimenten en berekeningen een goede weergave vormen van de werkelijkheid of, zoals Wisse het stelt " In hoeverre de natuur afweet van onze windtunnel-experimenten en computerberekeningen".
Veel verschijnselen worden verwaarloosd, hetgeen bij de rekenmethode nog in sterkere mate geldt dan voor het windtunnelonderzoek. Voor een optimale beschutting tegen wind zou men de straat of het plein smaller wensen dan 2x de hoogte van de omringende obstakels. Een te grote beschutting voor wind betekent echter ook vermindering van de verspreiding van de luchtverontreiniging. De economische druk om in gebieden met veel verontreiniging en een hoge grondprijs meer verdiepingen te bouwen dan in een landelijke omgeving is voorlopig echter groter dan overwegingen met betrekking tot windhinder.
Winkelcentrum de Heuvelgalerie te Eindhoven is een voorbeeld van een goede toepassing van een computerprogramma voor windhinder. Het programma kan luchtstromen voorspellen die door winddruk en temperatuurverschillen te verwachten zijn. Tijdens experimenteren met het programma werd het duidelijk dat maatregelen nodig zijn om onaanvaardbare windsnelheden te voorkomen. De belangrijkste ingreep is het beperken van de toegang tot het forum vanaf het Heuvelplein tot 6 vierkante meter. Bij ongunstige weersomstandigheden kan het management de ingangen voor 30% of 60% afsluiten. Ook kon Wisse c.s. adviseren om geen luchtgordijn toe te passen vanwege de geringe horizontale drukverschillen die zo'n gordijn kan weerstaan. In windvlagen wordt dit al bij windkracht 6 overschreden, waardoor zeer vaak koude lucht binnen kan komen.
De rekenmethode

Theoretisch onderzoek aan windhinder is sinds 15 jaar mogelijk geworden door ontwikkelingen op het gebied van de stromingsleer, de numerieke wiskunde en de computers.
Omdat stroming in de gebouwde omgeving vrijwel altijd turbulent is, ontstaat een principieel probleem. Bij laminaire, niet turbulente stromingen is de snelheid alleen afhankelijk van een drukverschil, de ruwheid van de wanden en de viscositeit van de stromende stof. Deze (moleculaire) viscositeit is een eigenschap van de stof en kan gewoon in een boekje worden opgezocht. Bij turbulenties wordt de moleculaire viscositeit overspoeld door turbulente fluctuaties in de stroming. Hierdoor ontstaat een zogenaamde turbulente viscositeit die afhankelijk is van de stroming en niet van de lucht zelf. In dat geval moeten we dus de stroming kennen om de viscositeit te weten; maar de stroming kennen we pas als de viscositeit bekend is. Om dit cirkelprobleem op te lossen, heeft de stromingsleer een aantal modellen aangedragen die gebruik maken van numerieke wiskunde en moderne computers. Het doel van deze modellen is om hulpmiddelen voor het ontwerpen te maken. Prof Wisse noemt de resultaten van deze modellen veelbelovend. Zijn onderzoek vervult op dit moment een voortrekkersrol waar de meer marktgerichte onderzoeksinstituten vooralsnog een afwachtende houding aannemen. De investeringen in mankracht en computertijd zijn hoog, de vraag naar resultaten van het onderzoek is daarentegen gering. Om alle nuances van een turbulente natuurkracht zoals wind in vergelijkingen te vangen zijn grote computers nodig en moeten aannames gedaan worden die het gevaar in zich dragen dat de theorie en de praktijk ver van elkaar verwijderd raken. Een diepgaande inhoudelijke behandeling van de rekenmethode valt daarom ook ver buiten het bestek van dit artikel.

Vergelijking tussen windtunnelonderzoek en de rekenmethode

Bij een vergelijking tussen de methode van de windtunnel en de rekenmethode van Wisse, is het duidelijk dat de eerste volgens een empirisch proces te werk gaat terwijl de rekenmethode het probleem theoretisch benadert. Dit brengt met zich mee dat men in een windtunnel achteraf kan constateren wat de effecten zijn van beslissingen die in een eerder stadium zijn genomen. "Dit maakt de windtunnel een instrument voor verificatie maar ongeschikt voor modelvorming" aldus prof. Wisse. Bij de nieuwe rekenmethode is het echter mogelijk om veel eerder deze effecten te voorspellen. Controle van de uitkomsten van de rekenmethode in de windtunnel wijst uit dat de verschillen minimaal zijn.
De rekenmethode is echter vooralsnog alleen geschikt voor gebouwen in het open veld. Zo gauw invloeden van gebouwen in de omgeving meegerekend moet worden ontstaan grote capaciteitsproblemen in de computer zodat drie-dimensionale berekening met meerdere gebouwen qua rekensnelheid onmogelijk zijn. Een windtunnel onderzoek daarentegen gebruikt vaak maquettes op een schaal 1:250  zodat gebouwen in een straal van 500 meter nog een plaats kunnen vinden bij het onderzoek.
Omdat veel gebouwen toch in een stedelijke situatie zijn gesitueerd is dit een belangrijk voordeel. Bij een standaard onderzoek door TNO in Apeldoorn wordt een maquette met een basis-configuratie (standaard-opstelling) met een diameter van 2 meter voorzien van ca. 100 meetpunten. Vervolgens wordt door draaien van de maquette 24 verschillende windrichtingen gesimuleerd. Daarna kunnen nog eens drie verschillende configuraties van de maquette voorzien van diverse windafschermende voorzieningen op de zelfde wijze worden getest. De kosten voor dit onderzoek, inclusief rapportage en advisering liggen in de orde van grootte van fl. 20.000,- tot fl. 30.000,-. Testresultaten van deze omvang kunnen momenteel nog niet geleverd worden door de rekenmethode en het is volgens Wisse onwaarschijnlijk dat dit ooit mogelijk zal worden.
De tijd die nodig is voor het maken van een maquette, het uitvoeren van het onderzoek en opstellen van de rapportage bedraagt ongeveer anderhalve maand terwijl de wachttijd voor men aan de beurt is ongeveer 1 maand is. In vergelijking daarmee levert het rekenprogramma veel sneller bruikbare gegevens op.
Naast de drie windtunnels van TNO in Apeldoorn zijn er in Nederland nog een aantal windtunnels beschikbaar voor onderzoek van windhinder in de gebouwde omgeving, namelijk bij het NLR in de Noordoostpolder, bureau Peutz in Nijmegen en een kleine tunnel bij de HTS in Rotterdam. In deze laatste windtunnel wordt onder andere gewerkt door Cauberg-Huygen Raadgevend Ingenieurs bv. met de zogenaamde korrel-erosiemethode. Bij deze methode wordt het grondvlak van de maquette ingestrooid met fijn gedroogd zand. De snelheid in de windtunnel wordt met stappen opgevoerd, waarbij het zand in steeds grotere gebieden rond het model zal worden weggeblazen.  Op deze wijze krijgt men een indruk van de mate van windhinder.

Voor- en nadelen van de rekenmethode

Nadat de rekenmethode van prof. Wisse verder is ontwikkeld, is het grote voordeel dat er meer mogelijkheden komen om sneller dan nu de consequenties van bepaalde ontwerpbeslissingen te  overzien. De winst zit dan in de snelheid ten opzichte van de windtunnel, hetgeen een belangrijk voordeel is tijdens het ontwerpproces waar alle beslissingen elkaar beïnvloeden. Het is momenteel zeer onbevredigend dat alle overwegingen in een ontwerp geïntegreerd worden terwijl pas op het laatste moment de effecten van al deze beslissingen op mogelijke windhinder bekend worden.
Een ander voordeel bestaat uit het feit dat de rekenmethode een instrument is om tot modelvorming te komen, een hulpmiddel bij het ontwerpproces, en niet alleen een model voor verificatie achteraf. De windtunnel zegt niet wat je er in moet zetten, en dat is iets waarover de rekenmethode wel iets kan zeggen.
Een belangrijk nadeel van de rekenmethode is dat hij nog in een experimentele fase verkeert. Er is nog veel deskundigheid en computertijd nodig om alle gegevens te verwerken terwijl de resultaten nog niet altijd met de werkelijkheid overeenkomen ten gevolge van tal van verschijnselen die verwaarloosd worden. De resultaten van het onderzoek zijn echter nu al bruikbaar en zullen dat in de toekomst nog toenemen.

De toekomst van het windonderzoek

De onderzoeken van Wisse e.a. maken de windtunnel zeker niet overbodig. Maar naast en voorafgaande aan een eventuele windtunnelonderzoek moet een gesprek plaatsvinden tussen een deskundige en een architect die met een schetsontwerp bezig is. In zo'n gesprek worden de effecten besproken die bij architecten veelal niet bekend zijn. De windtunnel vertelt niet wat je er in moet zetten, dat moet in het voortraject bedacht en besproken worden. Het onderzoek en de rekenmethode van Wisse geven een richting aan waarin naar betere ontwerpen gezocht kan worden. Zij verlenen aan de voorbereidende gesprekken de benodigde wetenschappelijke basis.
Het is nog de vraag hoe groot de kosten zullen worden voor het vervolmaken van de rekenmethode en hoeveel een standaardberekening uiteindelijk zal gaan kosten. Advisering door Wisse kost nu het normale uurtarief van raadgevende adviseurs maar wanneer een super-mini computer gaat rekenen, zullen ook die kosten betaald moeten worden. Omdat de opdrachtgevers ten gevolge van genoemde nadelen nog weinig financiële middelen beschikbaar willen stellen, lijkt het dat de universiteiten voorlopig het voortouw moeten blijven nemen bij het verder ontwikkelen van een nieuwe rekenmethode.
Per jaar worden in Nederland slechts enkele honderden gebouwen getest op windhinder in de diverse tunnels, hetgeen maar een fractie is van de totale bouwproductie. Dit heeft ook te maken met de onduidelijkheid over de kosten van windhinder. Vaak wordt er alleen aandacht aan besteed wanneer zich gevaarlijke situaties voordoen zoals in Delft bv. bij de ingang van het gebouw voor electrotechniek. Wanneer echter bij een winkelcentrum een algemeen gevoel van onbehagen heerst dat mede veroorzaakt wordt door onaangename windvlagen, is het moeilijk aan te geven welk effect dit heeft op de omzet van de winkeliers.
Het lijkt zinvol om naast een rekenmethode voor het bepalen van windhinder ook een methode te ontwikkelen om vast te stellen hoeveel kosten of verliezen gemaakt worden ten gevolge van windhinder. In sommige gevallen zijn die kosten op termijn vele malen groter dan de kosten van een onderzoek plus de daaruit voortvloeiende maatregelen. Inzicht in de kosten en baten zal er zonder meer toe leiden dat meer gebruik zal worden gemaakt van de beschikbare middelen voor het vaststellen en het voorkomen van windhinder.

Bronvermelding:

1. Beperken van windhinder om gebouwen, deel 1
 Stichting Bouwresearch, publicatienr. 65, Den Haag 1979
2. Natuur en Techniek '88, artikel 'Buitenklimaat' door J.A. Wise, Maastricht 1988
3. Windproblemen bij gebouwen en in stedelijke gebieden, TNO, Apeldoorn 1987
4. 'Stedebouw en windhinder', Lezing door Prof. ir. J.A. Wisse
5. Windhinder in kaart gebracht, ir. Ph.H. van den Dool, De Bouwadviseur, juni 1990.
 
 

HOME