METHODEN DER INFORMATIONS­­­GEWINNUNG FüR DIE PLANUNG (MESSUNGEN, WINDKANAL, NUMERISCHE MODELLIERUNG)
4.2.2 Funktionsweise und Unter­suchungs­methoden

Bei stadtklimatologischen Untersuchungen im Windkanal ist es notwendig, ein der Natur entsprechendes Windprofil zu erzeugen. Im Windkanal wird dies erzeugt, indem die nach Passieren der Einlaufdüse zunächst gleichförmige und turbulenzarme Strömung durch sogenannte Wirbelgeneratoren und über Rauigkeitselemente (siehe Abb. 4/7 und Abb. 4/7a) geleitet wird. Die Wirbelgeneratoren verbauen den Strömungsquerschnitt unten stärker als oben und formen damit das typische Grenzschichtprofil vor, bevor die durch Bodenrauigkeit erzeugte Scherturbulenz in die Strömung hineinwachsen kann (Abb. 4/8). Grenzschichtwindkanäle benötigen daher eine gewisse Mindestlänge im Verhältnis zur nutzbaren Teststrecke.

Im Rahmen dieser Fibel kann auf die Theorie der Windkanalmodellierung nicht näher eingegangen werden, verwiesen sei hier auf die Fachliteratur (z.B. PLATE, 1982; SCHATZMANN et al., 1986). Wesentlich ist bei strömungsmechanischen Untersuchungen, dass die entsprechenden Modellgesetze (Ähnlichkeitskriterien) erfüllt sind und somit die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die natürlichen Verhältnisse sichergestellt ist. Dies ist der Fall, wenn die Längen im Modell ein festes Verhältnis zu den Längen in der Natur aufweisen und die anströmende Grenzschicht sowie die Umströmung der Hindernisse "ähnlich" zur Natur sind. Die reale Größe der zu untersuchenden Modelle hängt von den einzelnen Windkanälen und den Fragestellungen ab. Vielfach können Modelle mit Durchmessern von 2 Metern und mehr untersucht werden. Die Abbildung 4/9a zeigt exemplarisch das Modell eines Stadtgebiets im Windkanal, die Abbildung 4/9b das Windkanalmodell zur Untersuchung zweier geplanter Hochhäuser in bereits bebauten Umgebung.

Der Vorteil des Windkanals gegenüber Messungen vor Ort liegt darin, dass sowohl Istzustand als auch Planungen (inkl. Alternativen) sehr schnell erfasst und vermessen werden können. Allerdings liegt ein gewisser Zeitaufwand in der Erstellung eines geeigneten physikalischen Modells. Die Stärken von Windkanaluntersuchungen auch gegenüber Modellrechnungen sind die hohe räumliche und vor allem auch zeitliche Auflösung. So treten keine Probleme mit Gebäudekonturen auf, auch runde Formen (beispielsweise Kuppeln) lassen sich naturgetreu nachbilden. Es lassen sich auch instationäre Strömungs- und Ausbreitungsvorgänge, wie Windrichtungs-, Geschwindigkeits- und Konzentrationsfluktuationen, durch die Messung von Zeitreihen erfassen (THEURER, 2012).

Abhängig von der jeweiligen Fragestellung, aber auch von der erforderlichen Genauigkeit der Aussagen werden im Windkanal verschiedene Messmethoden eingesetzt, Häufig bedarf es auch nur einer rein qualitativen Aussage. Nachfolgende Untersuchungsmethoden werden üblicherweise verwendet.