Kartläggning av mikroklimat för utemiljöer

När städerna blir tätare ökar också kraven på de offen­tliga rum som kvarstår, det gäller inte minst i hur de kan understödja ett bra mikroklimat. Med nya Kiruna stadskärna som exempel har Saeed Ebrahimabadi studerat en kombination av sol- och vindstudier med hjälp av digitala verktyg. En av slutsatserna är att metoden är relativt lätt att använda och ger ett bra underlag för att bättre förstå effekterna av olika ­gestaltningsförslag.

Saeed Ebrahimabadi är planarkitekt i Borås Stad. Han har tidigare genomfört sina doktorandstu­dier vid Luleå Tekniska Universitet på ämnet ­mikroklimat och stadsbyggnad.

Termisk komfort

Det talas allt oftare om mikroklimat och komfort i samband med stadsbyggnadsprojekt. Intresset för att skapa hög kvalité i stadsrum har dragit uppmärksamhet till komfort som en avgörande faktor för hur stadens invånare använder stadens gator och torg. Det har lett till ett ökat intresse för att använda klimatkunskap i stadsplaneringen. Det finns dock hinder för tillämpningen av denna kunskap. Ett av hindren är bristen på verktyg och metoder som kan tillämpas under tidiga gestaltningsskeden.

I vetenskapliga publikationer om mikroklimat och komfort används ofta begreppet termisk komfort. Termisk komfort har både fysiologiska och perceptuella dimensioner, d.v.s. det kan studeras utifrån fysiska faktorer som t.ex. vind, temperatur och solstrålning, men också utifrån psykologiska aspekter som t.ex. vanor och attityder.

Mikroklimatkartor för vintersolstånd, vårdagjämning och sommarsolstånd.

Bakgrund till digitala verktyg

Det är möjligt att studera termisk komfort i stads­byggnadsprojekt med hjälp av digitala verktyg. Till exempel publicerade PLAN en studie 20111 om utvärdering av termisk komfort i olika utformningsalternativ för kvarteret Spårvägen i Malmö. Utvärderingen gjordes med hjälp av programvaran ENVI-met. Verktyget användes för att simulera upplevd temperatur, och resultatet redovisades i bland annat så kallat PET (Psychological Equivalent Temperature).

I praxis är det dock vanligare att fokusera på enskilda mikroklimatfaktorer, särskilt solexponering och vindförhållanden. Eftersom solstrålning och vindhastighet är avgörande för termisk komfort kan de användas som ett något enklare sätt att ta hänsyn till mikroklimatet – jämfört med att beräkna upplevd temperatur. Solstrålning och vind påverkas direkt av bebyggelsens utformning och byggnadernas placering i relation till varandra. En kombination av vind- och solstudier möjliggör en enkel kartläggning av mikroklimatet. Till exempel i ett kallt klimat föredras platser belägna i sol och lä i alla årstider. Med andra ord, platser som är vindskyddade och soliga har ett bättre mikroklimat och platser som är utsatta för vind och ligger i skugga anses mindre gynnsamma.

Solstudier ingår i många ritningsprogram för arkitektur vilket gör det möjligt att studera solexponering och skugga utifrån projektets utformning och geografiska plats. Vindförhållanden kan studeras med hjälp av simuleringsteknik såsom vindtunnelexperiment eller metoden CFD (Computational Fluid ­Dynamics). Jämfört med vindtunnelexperiment är CFD mer flexibelt och tidsparande. För att få pålitliga ­resultat från CFD krävs dock bra vinddata och baskunskap om vind.

Situationsplan och 3D-illustration av designförslaget. Studiefallet är baserat på ett designförslag av White Arkitekter. 

Studie av Kiruna stadskärna

Kombinationen sol- och vindstudier användes som grundprincip i en metodik2 för att undersöka mikroklimatet i samband med ett gestaltningsförslag för nya Kiruna stadskärna3. Metoden utgick ifrån att överlagra resultaten av sol- och vindstudier för att producera en sammanställd analys. En rankingskala tillämpades för att gruppera resultatet av sol- och vindstudierna. Syftet med rankingen var att kunna ge en högre poäng till platser som var vindskyddade och i sol och minst poäng till platser som enligt studierna var blåsiga och mindre soliga. Solexponering och vindhastighet studerades för tre specifika datum: vintersolstånd, vårdagjämning och sommarsolstånd. Varje datum studerades utifrån tre tidpunkter och sedan gjordes en sammanställd bild som visade sannolikheten för solexponering i en 3-stegs gråskala där mörkgrått betyder en större sannolikhet att platsen är i skugga och vitt att platsen troligtvis aldrig ligger i skugga.

Vindsimulering av förhärskande vindriktningar baserad på genomsnittlig vindhastighet

För vindstudien var kvartalsgenomsnittlig vindhastighet grundval i analysen. Till exempel användes vindhastigheten under kvartalet december-februari i vindstudien för den 21 december (vintersolstånd). Vindsimuleringen genomfördes i Autodesk CFD sim­ulation. För varje datum producerades en karta som presenterade vindhastigheter på gatunivå (h: 1,8m) i tre hastighetsspann (0 – 1,5 m/s, 1,5 – 3,0 m/s och >3 m/s). Hastigheterna redovisades i en 3-stegs gråskala för att tydliggöra minst respektive mest blåsiga platser.

Resultat från studien

Slutresultaten från sammanläggningen av de två studierna (sol och vind) var i form av en karta som visualiserade variationer i sol- och vindförhållanden i en 6-gradig färgskala. Illustrationen visar de tre valda datumen. Orange- och gulmarkerade områden är de gynnsamma zonerna med bättre mikroklimat (solexponerade och vindskyddade) medan områden som är markerade i mörkblått är minst gynnsamma. Visualiseringen hjälper till att på ett enkelt sätt se variationer i mikroklimatet i studieområdet. Ytterligare en positiv aspekt är att arean av varje zon kan beräknas och därmed möjliggöra en kvantitativ jämförelse mellan olika gestaltningsförslag eller mellan olika årstider.

Solstudier för två valda datum

En sådan jämförelse mellan valda datum visade att ytor på torget med bättre mikroklimat (orange- eller gulmarkerade) var kring 50 procent i juni, cirka 10 procent i mars och 0 procent i december. Den genomsnittliga vindhastigheten var ungefär samma för alla datum, så den stora skillnaden mellan årstiderna i det studerade fallet beror på skillnaden i solexponering. Den låga solhöjden på nordliga breddgrader gör det svårt att säkerställa solexponering då det krävs stora avstånd mellan och begränsade höjder på byggnaderna. Med hänsyn till den låga temperaturen under vinter­månaderna är vikten av att skapa vindskyddade miljöer större för komfortskapandet, d.v.s. vindförhållande ska prioriteras över solexponering. För den presenterade metoden innebär det i detta fall att det ska sättas en högre poäng utifrån vindsimuleringens resultat.

Slutsatser

Tillämpning av metoden är relativt lätt eftersom det ofta går att använda sig av redan tillgängliga programvaror. Solstudier är idag integrerade i många CAD-program och kan göras enkelt genom att ange geografiska koordinater för undersökningsområdet. Solstudien kan genomföras med kortare tidsintervall, t.ex. timbasis. Tre tidpunkter som tillämpas i denna studie genererar bilder som är enklare och ger också information om skuggmönstret under morgon- och eftermiddagstimmarna. Vindsimulering är mer komplicerat på grund av behovet av grundläggande kunskaper i CFD och tillgång till vinddata. Programvaror för vindsimulering har dock blivit mer tillgängliga under de senaste åren, även om de ännu inte har blivit en vanlig del av gestaltningsprocesser. Därför kan man förvänta sig att vindsimulering med en hög precisionsgrad i framtiden kommer att bli mer allmänt tillgängligt via CAD-program.

Mikroklimatkartan togs fram genom att lägga samman resultaten från sol- och vindstudierna. 

Stadsplanerare är mer bekanta med sol- och vindstudier än med termisk komfort. Metoden syftar inte till att inkludera exakta beräkningar av termisk komfort i gestaltning, men eftersom termisk komfort påverkas starkt av solstrålning och vind kan metoden ange vilka områden som är benägna att ha bekväma eller obekväma mikroklimat. Det underlättar i planerin­gen och gör bedömningen av olika gestaltningsförslag enklare.

Saeed Ebrahimabadi