Turbulencje wiatru na tarasie – przyczyny, wiry kątowe, balustrady, CFD, EN 1991-1-4

Pytanie

Dlaczego na tarasie wieje porywisty wiatr z każdej strony

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

– Porywisty wiatr na tarasie „z każdej strony” jest skutkiem złożonych zawirowań (turbulencji) powstających, gdy główny strumień wiatru opływa krawędzie budynku, balustrady oraz sąsiednie przeszkody.
– Kluczowe zjawiska to: nad- i podciśnienie po nawietrznej i zawietrznej stronie fasady, wiry kątowe (corner vortices), recyrkulacja (przepływ zwrotny) oraz dodatkowe przyspieszenia powietrza wywołane efektem Venturiego w „kanionach” między zabudową.

Szczegółowa analiza problemu

1. Dominujący kierunek wiatru (przepływ makroskopowy)
    • Przy prędkościach ≥ 4–5 m/s rozpoczynają się procesy oderwania warstwy przyściennej (separacja opływu, Re > 2 × 10⁵ dla typowej krawędzi budynku).
2. Interakcja z bryłą budynku
    • Strefa nadciśnienia na ścianie nawietrznej hamuje wiatr; powietrze omija krawędzie, gwałtownie przyspieszając (prawo Bernoulliego).
    • Za krawędzią powstaje podciśnienie → recyrkulacja; wiry von Kármána powodują naprzemienne porywy dochodzące do ~1,5 × prędkości wiatru wolnego strumienia.
    • Downwash (spływ w dół) i upwash (unoszenie) kierują część strugi pionowo, co odczuwamy jako porywy „od dołu” lub „z góry”.
3. Wiry kątowe i efekt Venturiego
    • Na narożnikach tarasu pojawiają się silne corner vortices zmieniające kierunek co ułamek sekundy (częstotliwość zależna od wymiaru krawędzi L i prędkości U: f ≈ St·U/L, gdzie St ≈ 0,12).
    • Między budynkami lub pomiędzy balustradą a ścianą powstaje szyjka przepływu – lokalne przyspieszenie wg równania ciągłości (skurcz przekroju).
4. Czynniki lokalne
    • Wysokość tarasu: przy wzroście o każde 10 m prędkość średnia rośnie typowo o 10–12 %.
    • Sąsiedni maszt (np. elektrowni wiatrowej) lub wysoki komin generuje kilkaset metrów wstecz dziurę turbulentną (wake), która dodatkowo zaburza strumień.
    • Typ balustrady: pełna tafla szklana tworzy silny odrywający się wir tuż za krawędzią; balustrada perforowana 30–50 % zmniejsza energię turbulencji o ~40 %.

Aktualne informacje i trendy

– Modelowanie CFD (RANS/LES) staje się standardem przy projektowaniu dachów i tarasów; dostępne są biblioteki open-source (OpenFOAM) oraz komercyjne (SimScale) z gotowymi szablonami „terrace wind comfort”.
– W 2023 r. w normie EN 1991-1-4 wprowadzono dokładniejsze współczynniki obciążenia wiatrem dla balustrad transparentnych i pergoli lamelowych.
– Rozwijane są adaptacyjne fasady z automatycznie obracanymi lamelami sterowanymi czujnikami wiatru (projekty EU Horizon „Wind-Adaptive Envelope”).

Wspierające wyjaśnienia i detale

– Analogia: budynek działa jak skała w rzece – za przeszkodą woda kręci się w nieregularnych oczkach; podobnie powietrze krąży za krawędzią dachu.
– Prosty eksperyment: dym z kadzidełka ustawionego przy balustradzie pokaże lokalne mini-wirniki zmieniające kierunek co sekundę.

Aspekty etyczne i prawne

– Bezpieczeństwo: luźne meble i dekoracje mogą stać się pociskami; PN-EN 1991 wymaga, aby elementy mocowane do tarasu wytrzymywały siłę wiatru obliczoną dla danej strefy wiatrowej (w Polsce: strefy 1–3, v₅₀,10 = 22–28 m/s).
– Prywatność: wysokie ekrany muszą respektować lokalne przepisy dot. widoku i doświetlenia sąsiadów.

Praktyczne wskazówki

1. Osłony przepuszczalne 40–50 % (siatka stalowa, lamele, tekstylne wind-screeny) – redukcja prędkości o 30–60 % bez generowania dużych wirów.
2. Zieleń w ciężkich donicach (trawy ozdobne, bambus, cis) – działa jak tłumik akustyczny i dyfuzor strugi.
3. Pergola z ruchomą lamelą lub żagiel elastyczny naciągany ≥ 20 ° do poziomu; kąt zmniejsza podryw powietrza.
4. Jeśli taras jest na narożniku: dodatkowy narożny deflektor (płetwa) o wys. ~1 m cofnięty 0,3 m od krawędzi zmniejsza intensywność corner vortex o 25–35 %.
5. Przed montażem stałych osłon warto wykonać szybką symulację CFD lub test w tunelu wiatrowym (koszt dla tarasu ≈ 2–4 kPLN).

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

– Pełne szklenia mogą pogorszyć komfort cieplny (efekt szklarni) i akustyczny – konieczność wentylacji.
– Załamanie przepływu po montażu ekranów może przenieść problem na sąsiedni balkon.
– Dane wiatrowe z aplikacji pogodowych dotyczą 10 m nad terenem otwartym; w mieście rozrzut ±40 %.

Sugestie dalszych badań

– Pomiar anemometrem ultradźwiękowym 3-D przez min. 7 dni pozwoli zidentyfikować dominujące wektory i porywistość (gust factor).
– Analiza parametryczna w OpenFOAM: zmienna porowatość balustrady vs. komfort (kryterium Lawson L50).
– Literatura:
 • Blocken, Persoon: “CFD simulation for pedestrian wind comfort” – Building & Environment 2022.
 • EN 1991-1-4+A2:2023 – obciążenia wiatrem konstrukcji.

Krótkie podsumowanie

Porywy na tarasie to wynik lokalnych turbulencji generowanych, gdy wiatr opływa krawędzie budynku i sąsiednie struktury. Wiry kątowe, recyrkulacja i efekt Venturiego powodują, że kierunek i siła wiatru zmieniają się w sposób pozornie chaotyczny. Kluczem do poprawy komfortu jest rozproszenie energii strugi poprzez osłony częściowo przepuszczalne, elementy zieleni i odpowiednie ukształtowanie balustrad, poparte ewentualnym szybkim modelowaniem CFD lub pomiarami in-situ.