ΑΝΕΜΟΣ

ΕΠΙΚΡΑΤΟΥΝΤΕΣ ΑΝΕΜΟΙ

Ο άνεμος είναι το συνδυασμένο αποτέλεσμα της γενικής κίνησης των αέριων μαζών της ατμόσφαιρας και των τοπικών αιολικών ρευμάτων (θαλάσσιες, ορεινές, δασικές κ.α. αύρες). Τόσο ο άνεμος, όσο και οι αύρες παρουσιάζουν περιοδικότητα κατά τη διάρκεια του έτους, των εποχών και της ημέρας. Ο άνεμος που εισέρχεται στον αστικό ιστό, επηρεάζεται και μεταβάλλεται σε μεγάλο βαθμό από τη γεωμετρία του.

Επικρατούντες άνεμοι θεωρούνται αυτοί, που εμφανίζονται με μεγάλη συχνότητα σε συγκεκριμένες περιόδους του έτους, π.χ. οι χειμερινοί άνεμοι, επίσης άνεμοι που παρουσιάζουν περιοδικότητα, κατά τη διάρκεια του έτους και είναι λιγότερο συχνοί αλλά με μεγάλη ένταση. Tέτοιος άνεμος για τη Θεσσαλονίκη είναι ο Βαρδάρης που πνέει στην κοιλάδα του Αξιού.

Για την αξιολόγηση των ανέμων πρέπει να λαμβάνονται υπόψη η περιοδικότητα, η συχνότητα, η διάρκεια, αλλά και η μέση και η μέση μέγιστη τιμή (ριπή) της έντασής τους. Πρέπει επίσης να συνεκτιμούνται και άλλες ιδιότητες τους, όπως, το πόσο υγροί ή ξηροί, κρύοι ή θερμοί, καθαροί ή μολυσμένοι είναι, ώστε να αξιολογούνται ως επιθυμητοί ή όχι. Σε αυτή την αξιολόγηση συμβάλουν οι ρόδακες ανέμων, οι οποίοι αποδίδουν διαγραμματικά τα χαρακτηριστικά των ανέμων σύμφωνα με τα μετεωρολογικά δεδομένα ενός τόπου.

ΡΟΗ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ ΜΕΣΑ ΣΤΟΝ ΑΣΤΙΚΟ ΧΩΡΟ

Η ροή του ανέμου μέσα στον αστικό χώρο επηρεάζεται καθοριστικά από τη γεωμετρία του χώρου, είναι τυρβώδης, με αυξομειούμενη ένταση και άτακτη μεταβολή της ταχύτητάς της. Διαμορφώνεται από τους αστικούς όγκους και τα μεταξύ τους διάκενα, σύμφωνα με τους βασικούς νόμους της ρευστομηχανικής.

Ο ΑΝΕΜΟΣ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΚΤΗΡΙΑΚΟΥΣ ΟΓΚΟΥΣ

Οι κτηριακοί όγκοι ανακόπτουν την κίνηση του αέρα, στις προσήνεμες πλευρές τους, δεχόμενοι μεγάλη πίεση, ενώ στις υπήνεμες οι άνεμοι δημιουργούν περιοχές χαμηλών πιέσεων. Η διαφορά πίεσης, μεταξύ προσήνεμων και υπήνεμων πλευρών ωθεί τις μάζες του αέρα, να αλλάζουν δραστικά διεύθυνση και να κινούνται από την περιοχή της υψηλής προς την περιοχή της χαμηλής πίεσης. Στο χώρο στον οποίο συντελείται η αναστροφή της διεύθυνσης του ανέμου, παράγονται δίνες.

Η σύνθετη κίνηση του ανέμου μπορεί να αναλυθεί, για λόγους εύκολης κατανόησης, σε κάθετο και οριζόντιο επίπεδο.

Οι δίνες, όταν είναι έντονες, δημιουργούν στο επίπεδο ζωής δυσφορία, ωθώντας τους αέριους ρύπους και τη σκόνη προς τη βάση των κτηρίων, δηλαδή προς το επίπεδο ζωής και συχνά εισέρχονται στα κτήρια από τα ανοίγματά τους.

Στις γωνίες των κτηρίων προκαλείται συχνά, τοπική επιτάχυνση του ανέμου με μορφή λοβού, γνωστή ως «φαινόμενο γωνίας» (corner effect). Είναι ένα από τα πλέον συχνά χαρακτηριστικά της κίνησης του ανέμου μέσα στην πόλη.

Τα ψηλά κτήρια δημιουργούν ζώνες ανεπιθύμητων ανέμων στο επίπεδο ζωής.  Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά ύψους του ψηλού κτηρίου από τα γειτονικά του, τόσο αυξάνεται η ένταση των δινών, σε όλες τις πλευρές του.

Η κίνηση του ανέμου γύρω από ψηλά κτήρια γίνεται αρκετά πολύπλοκη. Στην υπήνεμη πλευρά παρουσιάζονται ισχυρές ανοδικές δίνες ενώ στην προσήνεμη έντονα καθοδικά ρεύματα.

Ο ΑΝΕΜΟΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΤΩΝ ΔΡΟΜΩΝ

Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του δρόμου (μέσο ύψος κτηρίων, πλάτος και μήκος δρόμου) και η γωνία με την οποία ο άνεμος τον προσεγγίζει, καθορίζουν την κίνηση του ανέμου στο χώρο του. Η διεύθυνση του ανέμου μπορεί να είναι:

• παράλληλη προς τον άξονα του δρόμου
• κάθετη προς τον άξονα του δρόμου
• υπό γωνία προς τον άξονα του δρόμου

Διεύθυνση ανέμου παράλληλη προς τον άξονα του δρόμου

Όταν ο άνεμος κινείται παράλληλα προς τον άξονα του δρόμου, ρέει σχεδόν απρόσκοπτα, ο αερισμός είναι ικανοποιητικός και απομακρύνονται οι αέριοι ρύποι. Στις όψεις των κτηρίων που βλέπουν προς το δρόμο, προκαλούνται ανοδικά ρεύματα, με ένταση ανάλογη αλλά ηπιότερη, από αυτή του βασικού ρεύματος.

Όταν η διατομή ενός δρόμου στενεύει, τότε ο άνεμος, που κινείται παράλληλα προς τον άξονα του, συμπιέζεται και επιταχύνεται (φαινόμενο Venturi).

Το ίδιο συμβαίνει σε περιοχές, όπου υπάρχει απότομη μετάβαση από ένα ευρύ υπαίθριο χώρο, σε ένα πυκνό αστικό ιστό, που ορθώνεται με τη μορφή κατακόρυφου εμποδίου. Η ένταση του φαινομένου μπορεί να αμβλυνθεί με τη μεσολάβηση μεταβατικών ζωνών χαμηλότερης και αραιότερης δόμησης.

Όταν το πλάτος των δρόμων είναι πολύ μικρό, ο άνεμος εισέρχεται στο χώρο τους με επιτάχυνση, όμως γρήγορα η ταχύτητά του επιβραδύνεται, εξαιτίας της τριβής με τις επιφάνειες των κτηρίων.

Διεύθυνση ανέμου κάθετη προς τον άξονα του δρόμου

Όταν ο άνεμος είναι κάθετος προς τον άξονα του δρόμου, ο βαθμός διείσδυσης του εξαρτάται από το πλάτος του δρόμου σε σχέση με το ύψος των κτηρίων, το είδος της ροής (ομαλή ή τυρβώδης,) εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου.

Όταν ο δρόμος είναι στενός, το μεγαλύτερο μέρος του ανέμου περνάει πάνω από αυτόν και μόνο ένα μικρό μέρος του εισέρχεται στο εσωτερικό του δρόμου. Όταν οι αναλογίες του ύψους προς το πλάτος του δρόμου είναι Υ/Π = 1,4 έως 1,0 και η ένταση του ανέμου υπερβαίνει το όριο των 1,5 έως 2 m/s (De Paul and Shieh, 1986, Nakamura and Oke, 1988, McCormick, 1971), σχηματίζονται τοπικές δίνες χαμηλής έντασης στην υψηλότερη ζώνη του, ενώ χαμηλότερα δεν παρατηρείται καμία κίνηση αέρα. Σπάνια σχηματίζονται δευτερεύουσες, πιο αδύναμες δίνες, αντίθετης διεύθυνσης, σε χαμηλότερο επίπεδο (Santamouris et al, 1999).

Σε δρόμους μεγαλύτερου πλάτους (λόγος Υ/Π = 0,3 έως 0,7), ο άνεμος διεισδύει περισσότερο, προσφέροντας ικανοποιητικό αερισμό.

Όταν η απόσταση μεταξύ των κτηρίων αυξάνεται αρκετά (λόγος Υ/Π < 0,4), ένα μεγάλο μέρος του ανέμου εισέρχεται στο δρόμο, χωρίς να ελαττωθεί ιδιαίτερα η ταχύτητά του. Σε περιοχές με δυνατούς ανέμους είναι δυνατό να προκληθεί δυσφορία στο επίπεδο ζωής.

Διεύθυνση ανέμου υπό γωνία προς τον άξονα του δρόμου

Άνεμος με κατεύθυνση διαγώνια ως προς τον άξονα του δρόμου, κινείται σε μια περίπλοκη ελικοειδή τροχιά, καθώς ρέει τόσο κατά πλάτος όσο και κατά μήκος του δρόμου. Ο βαθμός διείσδυσης του ανέμου στο δρόμο, εξαρτάται από την αναλογία του ύψους των κτηρίων προς το πλάτος του.

Ο ΑΝΕΜΟΣ ΣΕ ΑΣΤΙΚΟΥΣ ΥΠΑΙΘΡΙΟΥΣ ΧΩΡΟΥΣ

Όσο μεγαλύτερος είναι ένας υπαίθριος χώρος, τόσο ο άνεμος στο εσωτερικό του εισέρχεται πιο απρόσκοπτα, χωρίς να ελαττώνεται η έντασή του. Όσο ελαττώνεται το μέγεθος του χώρου και αυξάνεται η γωνία μεταξύ του βασικού του άξονα και της διεύθυνσης του ανέμου, τόσο η ροή του αέρα γίνεται περισότερο τυρβώδης και απρόβλεπτη.

Η ένταση του ανέμου και η χαοτική ροή του ενισχύεται περισσότερο, όταν τα κτήρια, που περιβάλουν τον υπαίθριο χώρο έχουν μεγάλο ύψος.

ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΡΟΗΣ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ

Η ρυθμιστική παρέμβαση στη ροή των ανέμων και των αιολικών ρευμάτων μέσα στον αστικό χώρο βελτιώνει σημαντικά το αστικό μικροκλίμα, το χειμώνα, αλλά και το καλοκαίρι.

Φυτικές ή τεχνητές διατάξεις και κατασκευές, όπως οι ανεμοφράκτες, μπορούν να προστατεύσουν το χειμώνα τα κτήρια και τους υπαίθριους χώρους από δυνατούς ψυχρούς ανέμους. Το καλοκαίρι μπορούν να ρυθμίσουν ή και να κατευθύνουν  τα αιολικά ρεύματα και να τροποποιήσουν την έντασή τους, ανάλογα με τις ανάγκες αερισμού και δροσισμού του αστικού χώρου. Ταυτόχρονα προσφέρουν ηλιοπροστασία, ηχοπροστασία και  καθαρισμό του αέρα, φιλτράροντάς τον και περιορίζοντας τη διασπορά των αέριων ρύπων.

Φυτικοί ανεμοφράκτες

Οι φυτικοί ανεμοφράκτες σχηματίζονται με τη συνδυασμένη φύτευση χαμηλής, μεσαίας και υψηλής βλάστησης, ώστε να συγκροτούν ένα πλήρες φράγμα. Η βλάστηση είναι διάτρητη και φιλτράρει τον άνεμο αντί να τον ανακόπτει απότομα, προκαλώντας έτσι λιγότερες δίνες και δημιουργώντας καλύτερα επίπεδα άνεσης, από ότι τα συμπαγή εμπόδια και τα κτήρια.

Μειονέκτημα των φυσικών ανεμοφρακτών θεωρείται το μεγάλο χρονικό διάστημα, που απαιτείται για να αναπτυχθούν τα φυτά. Ο χρόνος ανάπτυξης των δέντρων μπορεί να υπερβεί και τα δέκα χρόνια, που σημαίνει ότι ο σχεδιασμός τους πρέπει να γίνεται έγκαιρα και η φύτευση τους να ακολουθεί προγραμματισμένες φάσεις.

Οι ανεμοφράκτες σχεδιάζονται σύμφωνα με τον περιβάλλοντα αστικό ιστό, την κλίση του εδάφους και την κατεύθυνση των επικρατούντων ανέμων και των τοπικών αιολικών ρευμάτων.

Η βέλτιστη διαπερατότητα ενός ανεμοφράκτη είναι περίπου 40 – 50 %, ιδεατά, η πυκνότητα του θα πρέπει να αυξάνεται στα χαμηλότερα επίπεδα, ώστε να προστατεύεται το επίπεδο ζωής.

Όσο αυξάνεται το πάχος του ανεμοφράκτη τόσο μεγαλώνει το ύψος της ανεμοπροστασίας. Μια ζώνη περισσότερων σειρών δέντρων, είναι πιο αποτελεσματική από μια μοναδική σειρά.

Η απόσταση του ανεμοφράκτη από τα κτήρια ή τον υπαίθριο χώρο που προστατεύει είναι σημαντική. Η μεγαλύτερη προστασία προσφέρεται σε μία ζώνη της υπήνεμης πλευράς του, με πλάτος 2 έως 6 φορές μεγαλύτερο από το ύψος του ανεμοφράκτη. Η ανεμοπροστασία εξακολουθεί να είναι ικανοποιητική σε αποστάσεις ακόμη και 10 έως 15 φορές μεγαλύτερες από το ύψος του, τα μεγέθη αυτά βέβαια είναι ενδεικτικά και είναι καλό να επαληθεύονται με προσομοιώσεις της ροής του ανέμου.

Όπου παρατηρείται τοπική επιτάχυνση του ανέμου, εξαιτίας του αστικού ανάγλυφου (γωνίες κτηρίων, αστικά φαράγγια), οι ανεμοφράκτες χωροθετούνται σε θέση πριν από την περιοχή της επιτάχυνσης. Διαφορετικά, αυξάνουν την τυρβώδη ροή του.

Είναι επιθυμητή η τοποθέτηση ανεμοφρακτών στη βόρεια πλευρά των κτηρίων, καθώς δημιουργεί πρόσθετο προστατευτικό κάλυμμα, στην πιο εκτεθειμένη πλευρά του.

Οι ανεμοφράκτες δεν πρέπει να εμποδίζουν την ευεργετική ροή των δροσερών ανέμων το καλοκαίρι, αντίθετα, πρέπει να τους κατευθύνουν σωστά, τόσο προς τους υπαίθριους χώρους, όσο και προς τα κτήρια.

Οι ανεμοφράκτες, που βρίσκονται δίπλα σε κεντρικές οδικές αρτηρίες, περιορίζουν τη διάχυση των αέριων ρύπων και την ηχητική όχληση στα γειτονικά κτήρια και στους υπαίθριους χώρους.

Τεχνητοί ανεμοφράκτες

Οι τεχνητοί ανεμοφράκτες είναι δομικές κατασκευές στο χώρο, όπως τοίχοι, φράκτες και καφασωτά. Ο συνδυασμός μάλιστα με βλάστηση, βελτιώνει την αποτελεσματικότητά τους. Μπορούν να είναι κινητοί ή να αναδιπλώνονται, ώστε να προσαρμόζονται στις μικροκλιματικές συνθήκες και ανάγκες της περιοχής που προστατεύουν.

Οι τεχνητοί ανεμοφράκτες έχουν άμεσο αποτέλεσμα, σε αντίθεση με τους φυσικούς, που χρειάζονται χρόνο για να αναπτυχθούν. Οι συμπαγείς φράκτες ελαττώνουν απότομα την ταχύτητα του ανέμου και προκαλούν αναστροφές και καθοδικά ρεύματα αέρα, ενώ οι διάτρητοι τοίχοι ή φράκτες είναι πιο αποτελεσματικοί, επειδή ελαττώνουν την ένταση του ανέμου χωρίς να παράγουν ριπές ή τυρβώδη ροή.

ΔΡΟΣΙΣΜΟΣ ΜΕ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΝΕΡΟΥ

Οι πύργοι καθοδικού ρεύματος (Passive down draught evaporative cooling Towers ή PDEC Towers) είναι κατακόρυφες σωληνόμορφες κατασκευές. Στο εσωτερικό τους είναι τοποθετημένα φίλτρα νερού, όπως σταγονίδια νερού, διαβρεγμένες επιφάνειες κυτταρίνης ή κεραμικών. (Papagiannopoulos and Ford, 2003). Ο αέρας που ψύχεται γύρω τους, γίνεται βαρύτερος και βυθίζεται προς τα κάτω, οπότε η καθοδική του κίνηση προκαλεί προσρόφηση εξωτερικού θερμού αέρα από την άνω στάθμη της κατασκευής. Δημιουργείται έτσι διαρκές καθοδικό ρεύμα ψυχρού αέρα το οποίο εξέρχεται από τη βάση του πύργου και δροσίζει το περιβάλλον (Givoni, 1998). Η πτώση θερμοκρασίας μπορεί να φτάσει, σε πολύ θερμά και ξερά περιβάλλοντα, μέχρι και τους 10 με 15 ^οC.

Οι πύργοι καθοδικού ρεύματος θυμίζουν αρκετά τη λειτουργία του παραδοσιακού ανεμόπυργου και αποδίδουν σε υπαίθριους χώρους σχετικά μικρής έκτασης. (Ben-Gurion University, 2013).

Πύργοι καθοδικού ρεύματος χρησιμοποιήθηκαν στους υπαίθριους χώρους της expo ’92, στη Σεβίλλη, με αξιοσημείωτα αποτελέσματα.

Οι Ευαγγελινος Ε., Μπουγιατιώτη Φ. και Οικονομου Α. (Evangelinos Ε. et al, 2005) πρότειναν το συνδυασμό πύργων  καθοδικού ρεύματος (PDEC) με ηλιακές καμινάδες, ως δυνατότητα ευρείας εφαρμογής για την τροποποίηση του μικροκλίματος σε υφιστάμενο αστικό ιστό. Σύμφωνα με την πρόταση, οι πύργοι PDEC μπορούν να φέρνουν δροσερό αέρα στο επίπεδο ζωής, ενώ οι ηλιακές καμινάδες να  απομακρύνουν το θερμό αέρα και τους ρύπους. Καλό είναι να εγκαθίστανται στις όψεις των κτιρίων, ανάλογα με τον προσανατολισμό τους, δηλαδή, οι ηλιακές καμινάδες σε νότιες προσόψεις και οι πύργοι PDEC σε όψεις σκιασμένων χώρων, όπως οι ακάλυπτοι των οικοδομικών τετραγώνων.

Στη Σιγκαπούρη εγκαινιάστηκε πρόσφατα μια διαφορετική εφαρμογή, σε έναν από τους μεγαλύτερους στον κόσμο βοτανικούς κήπους, με το όνομα «Gardens by the Bay». Υπαίθρια έκταση καλύπτεται από τα ονομαζόμενα «υπερδέντρα», κατασκευές ύψους 50 μέτρων με μορφή δέντρων, οι οποίες προσφέρουν δροσισμό με σύστημα PDEC, ενώ ταυτόχρονα συλλέγουν και φιλτράρουν το βρόχινο νερό, τα τοιχώματά τους είναι φυτεμένα και τα κλαδιά τους καλύπτονται από αναρριχώμενα φυτά.