RT ILMASTO, TUULET SISÄLTÖ 1 YLEISTÄ. ilmasto, tuulet, rakentaminen klimat, vinder, byggande climate, winds, building

Transkriptio

1 ILMASTO, TUULET toukokuu 1989 korvaa RT (8) ilmasto, tuulet, rakentaminen klimat, vinder, byggande climate, winds, building Tässä RT-ohjekortissa esitetään perustietoja tuulesta sekä taulukoita, karttoja ja diagrammeja tuulen ajallisista ja paikallisista vaihteluista. Tämä RT-ohjekortti on tehty yhteistyössä Ilmatieteen laitoksen kanssa. Kartat ja diagrammit on toimitettu Suomen Maantieteen Seuran ja Maanmittaushallituksen julkaisemasta Suomen kartaston vihkosta 131 Ilmasto. SISÄLTÖ 1 YLEISTÄ 2 KÄSITTEITÄ 3 TUULIHAVAINNOT 3.1 Paikkakuntakohtaisia tuulijakaumia 3.2 Tuulen ajalliset ja paikalliset vaihtelut 4 TUULI JA LÄMPÖTILA KIRJALLISUUTTA 1 YLEISTÄ Tuulioloissa esiintyy Suomessa varsin suuria ja nopeita ajallisia vaihteluita, ja ne ovat varsin paljon riippuvaisia paikallisista tekijöistä. Havaintoasemien tuulitilastoja voidaan siten parhaiten käyttää rakentamisessa hyväksi arvioitaessa yleisten tuuliolojen tulevaa käyttäytymistä. Paikalliseen tuulisuuteen sovellettaessa tilastoja on sen sijaan syytä käyttää harkiten. Yleisten tuuliolojen ohella paikalliseen tuulisuuteen vaikuttavat pienilmastolliset tekijät, alueiden topografia ja kasvillisuus sekä rakennusten, alueiden ja istutusten sijainti, muoto ja suuntaus ilmansuuntiin nähden. Tilastoja käytettäessä on myös pidettävä mielessä, että mittaukset suoritetaan 10 metrin korkeudessa eikä maanpinnalla. Parhaiten paikallinen tuulisuus selvitetään paikan päällä tapahtuvilla kenttämittauksilla ja esimerkiksi mahdollisilla tulevan alueen ja rakennusten pienoismallilla tehtävillä tuulitunnelikokeilla. Tuuli on rakentamiseen vaikuttava ilmastollinen tekijä, jonka suhteellinen merkitys lisääntyy matalissa lämpötiloissa. Tuulensuojausta tarvitaan ennen kaikkea kovia ja kylmiä tuulia vastaan. Alueellisesti tuuli on varteenotettava tekijä rannikkoseuduilla sekä sisämaassa suurilla ja avoimilla aukeilla, mäen harjanteilla ja järvien rannoilla. Tuulensuojaus ja tuuliolot on otettava huomioon sekä kaavoitusvaiheessa että rakennusten ja niiden ulko- ja pihatilojen suunnittelussa. Rakennusten sijoittelussa vältetään epäedullisia alueita. Rakennukset suojataan etenkin kylmiltä tuulilta esimerkiksi maastoa ja kasvillisuutta hyväksi käyttäen. Myöskin rakennusten oikealla ryhmittelyllä sekä tuulensuojarakennelmien (aidat, muurit, apurakennukset ym.) avulla voidaan luoda edullista pienilmastoa. Tuulen kanavoituminen maaston tai rakennetun ympäristön muodon vuoksi voi voimistaa tietyn suuntaisia tuulia. Rakennusten sijoittamisessa tulisi myös kiinnittää huomiota siihen, etteivät rakennukset tai rakennusryhmät aiheuta paikallisesti suuria tuulennopeuksia kapeisiin tiloihin kuten talojen väleihin, käytäville tai kaduille. Tuuli aiheuttaa rakennuksille, rakenteille ja laitteille rasituksia, jotka vaikuttavat rakenteiden lujuuslaskelmiin. Tuuliolot on otettava huomioon myös rakennuksen ulkovaipan suunnittelussa: tuulensuojauksen ja lämmöneristeen sekä tiivistysratkaisun tulisi muodostaa toimiva kokonaisuus. Tuulen vaikutuksesta syntyy myös mm. lumen kasautumista (maantiet, pihat, sisäänkäynnit, katot jne.) Rakennustöissä tuuli vaikuttaa töiden suorittamiseen, rakennushissien ja -koneiden käyttöön sekä työturvallisuuteen. Tuulen nopeus on pienin lähellä maanpintaa ja kasvaa ylöspäin noustaessa. Aukeilla ja korkeilla paikoilla kuten rakennusten katoilla ja rakennustelineillä tuulen vaikutus on siten suhteellisen voimakas. Tuuli toimii saasteiden levittäjänä kuljettamalla mukanaan esimerkiksi kaasuja ja hiukkasia tehdaslaitoksista ja lämmityskeskuksista tai autojen pakokaasuja. Toisaalta tuuli myös edistää ilman vaihtumista ja tuuletusta.

2 2 2 KÄSITTEITÄ Tuuli on lähellä maanpintaa tai vapaassa ilmakehässä tapahtuvaa ilman liikettä. Se on aina osittain pyörteistä. Tuulen suunnalla tarkoitetaan sitä suuntaa, josta tuuli puhaltaa. Tuulen suunta ilmoitetaan joko ilmansuuntana tai asteina. Säähavaintojen yhteydessä tuulen suunta mitataan kymmenen asteen tarkkuudella. Tilastoissa tuulen suunnan jakautuminen voidaan siten tarvittaessa esittää kymmenen asteen välein. Tuulen voimakkuutta kuvaavana yksikkönä käytetään boforia. Tuuli on saanut erilaisia nimityksiä alunperin juuri voimakkuuden perusteella. Tuulen nimitykset nopeuden ja voimakkuuden mukaan luokiteltuina on esitetty taulukossa 1. Suomen sääpalvelussa käytetään nykyisin tuulen nopeuteen perustuvaa luokittelua. Tuulikuormalla tarkoitetaan rakennuksen runkoon ja pintoihin kohdistuvaa lyhytaikaista, muuttuvaa tuulivoimaa, joka lasketaan säätieteellisesti havaittujen tuulen enimmäisnopeuksien perusteella lasketun tuulenpaineen ja rakennuksen muodosta sekä tuulen suunnasta riippuvien kertoimien avulla. Tuulen nopeudella tarkoitetaan yleensä 10 minuutin mittausjakson aikana vallitsevan tuulen keskinopeutta. Puuskissa tuulen nopeus voi olla mitattua keskinopeutta huomattavasti suurempi. Tuulen nopeus ilmoitetaan tavallisesti metreinä sekunnissa (m/s). Se voidaan myös ilmoittaa solmuina tai kilometreinä tunnissa (km/h). Kansainvälisen suosituksen mukaan tuulimittari asennetaan avoimeen ja tasaiseen maastoon 10 metrin korkeudelle maanpinnasta. Kuva 1. Tuulijakautuma keväällä Kuva 2. Tuulijakautuma kesällä Uudelleen taitettu 2001 Mavis Oy/Rakennustieto Oy Rakennustietosäätiö 1989

3 3 3 TUULIHAVAINNOT 3.1 Paikkakuntakohtaisia tuulijakaumia Suomi kuuluu alueeseen, missä matalapainetoiminta on yleensä vilkasta ja säätila nopeasti vaihtelevaa. Tuulen suunta ja nopeus voivat tällöin muuttua äkillisesti. Oheisissa kartoissa (kuvat 1...5) esitetään havaintotietoja tuulen nopeuden ja Kuva 3. Tuulijakautuma syksyllä suunnan vaihteluista paikkakuntakohtaisina tuulijakaumina, tuuliruusuina. Tiedot perustuvat Ilmatieteen laitoksen havaintotietoihin ajanjaksolta Karttojen tuulijakaumissa on käytetty taulukon 1. viittä ensimmäistä nopeusluokkaa ja viidenteen luokkaan on sisällytetty myös myrsky. Tässäesityksessä tuuliruusun keskiympyrän koko kuvaa havainto- asemalla esiintyvien tyynien tilanteiden osuuden kaikista havainnoista. Keskiympyrästä lähtevät janat kuvaavat neljän seuraavan nopeusluokan osuuksia siten, että voimakkaimmat tuulet esitetään paksuimman janan avulla. Yksittäistapauksissa tuuliolot voivat mm. paikallisista tekijöistä johtuen poiketa huomattavastikin esitetyistä arvoista. Kuva 4. Tuulijakautuma talvella Uudelleen taitettu 2001 Mavis Oy/Rakennustieto Oy Rakennustietosäätiö 1989

4 4 3.2 Tuulen ajalliset ja paikalliset vaihtelut Taulukossa 2 on esitetty eri vuodenaikoina tuulen nopeuksien jakaumat ja keskinopeudet sekä suurimmat havaitut nopeudet eräillä paikkakunnilla. Taulukosta havaitaan, että rannikkoalueilla tuulee enemmän kuin sisämaassa. Navakkaa tai sitä kovempaa tuulta (tuulen nopeus vähintään 8 m/s) esiintyy eniten rannikolla, esimerkiksi koko vuonna Maarianhaminassa 5,8 %, mutta sisämaassa yleensä vain yhden prosentin verran. Tuulenkeskinopeus on yleensä suurin syksyllä ja pienin kesällä. Suurin Suomessa mitattutuulen keskinopeus on 31 m/s (Mustasaari Valassaaret sekä Korsnäs Moikipää 15 ja ). Taulukossa 3. esitetään niiden vuorokausien keskimääräinen lukumäärä vuosina , jolloin tuulen nopeus on jonakin havaintohetkenä (klo 02, 08, 14, 20) ollut > 8 m/s eli tuuli on ollut vähintään navakkaa. Taulukko 3. Navakan toi sitä kovempien tuulien (> 8 m/s) keskimääräisten esiintymisvuorokousien lukumäärä eri kuukausina. Kuva 5. Vuotuinen tuulijakautuma Kuvissa ja taulukossa 2 on jako vuodenaikoihin tehty seuraavasti: talvi: joulu-, tammi-, helmikuu kevät: maalis-, huhti-, toukokuu kesä: kesä-, heinä-, elokuu syksy: syys-, loka-, marraskuu

5 5 Taulukko 2. Tuulen nopeuden prosentuaaliset jakaumat sekä suurin (maks.) ja keskimääräinen (ka) nopeus eräillä paikkakunnilla

6 6 Tuulioloista vuorokauden eri aikoina voi todeta, että kesällä tuulen nopeus on pienimmillään auringon nousun aikaan ja suurimmillaan iltapäivällä. Talvisin tuulen vuorokausivaihtelu on keskimäärin vähäistä. Oheisissa kaavioissa (kuvat 6...8) on tarkasteltu Helsinki-Vantaan ja Jyväskylän lentoasemien tuulioloja vuorokauden ja vuoden eri aikoina. Kuva 6. Keskimääräinen tuulen nopeus (m/s) vuorokauden ja vuoden eri aikoina Helsinki-Vantaan ja Jyväskylän lentoasemilla. Kuva 7. Kohtalaisten ja sitä voimakkaampien tuulten ( >5,5 m/s) osuus (%) kaikista havainnoista vuorokauden ja vuoden eri aikoina Helsinki-Vantaan ja Jyväskylän lentoasemilla. Kuva 8. Tyynen sään (tuulen nopeus < 0,5 m/s) osuus (%) kaikista havainnoista vuorokauden ja vuoden eri aikoina Helsinki-Vantaan ja Jyväskylän lentoasemilla. Uudelleen taitettu 2001 Mavis Oy/Rakennustieto Oy Rakennustietosäätiö 1989

7 7 Keväällä ja kesällä esiintyy rannikolla maaja merituuli-ilmiö. Sen syntymisen edellytyksenä on suuri lämpötilaero mantereen ja meren välillä sekä vallitsevaan säätilaan liittyvä heikko yleisvirtaus. Maa- ja merituuli-ilmiön vallitessa tuuli puhaltaa päivällä mereltä ja yöllä mantereelta eli aina kylmemmältä alustalta lämpimämmälle. Ilmiö voi ulottua kilometrin etäisyydelle rantaviivasta sekä maalle että merelle päin. Kuvassa 9 on tarkasteltu maa- ja merituulia Helsinki-Vantaan lentoasemalla. Kuva 9. N- ja S-tuulet (maa- ja merituulet) vuorokauden ja vuoden eri aikoina Helsinki-Vantaan lentoasemalla. 4 TUULI JA LÄMPÖTILA Tuulen voimistuessa ulkoilman lämpötila aistitaan todellista kylmempänä. Kuva 10 esittää tuulen vaikutuksen lämpötilan aistimiseen kylmänä ja lämpimänä vuodenaikana. Esimerkiksi talvella -10 C lämpötilassa tuulen ollessa 10 m/s ihminen tuntee lämpötilan samana kuin -22 C lämpötilan tyynessä säässä. Kuva 10. Lämpötilan ja tuulen vaikutus lämmön aistimukseen. Uudelleen taitettu 2001 Mavis Oy/Rakennustieto Oy Rakennustietosäätiö 1989

8 8 KIRJALLISUUTTA Ilmastoa koskevia julkaisuja: Maanmittaushallitus ja Suomen maantieteellinen seura: Suomen kartasto. Vihko 131. Ilmasto. 5. laitos. Helsinki Heino, Raino Hellsten, Eino: Tilastoja Suomen ilmastosta Liite Suomen meteorologiseen vuosikirjaan, nide 80, osa 1 a Ilmatieteen laitos. Helsinki Helminen, Jaakko: Suomen ilmastobibliografia erityisesti sovellutuksia varten päivitysosa Ilmatieteen laitos. Meteorologisia julkaisuja n:o 10. Helsinki Määräyksiä ja ohjeita: B1 Rakenteiden varmuus ja kuormitukset. Määräykset Suomen rakentamismääräyskokoelma. Sisäasiainministeriö (RT RakMK-20497). C4 Lämmöneristys. Ohjeet. Suomen rakentamismääräyskokoelma. Sisäasiainministeriö (RT RakMK-20183). RIL 142 Työ- ja suojatelineohjeet. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto. Helsinki RIL 144 Rakenteiden kuormitusohjeet. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto. Helsinki RIL 147 Tukitelineet. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto. Vammala Muita julkaisuja: Carlsson Johnson: Energihushållning i stadsplanen, planstudier. T16:1980. Statens råd för byggnadsforskning. Dubinski, Karol: Vindklimatiska studier vid planering av bostadsområden. R29:1980. Statens råd för byggnadsforskning. Ekholm von Platen Wetterstad: Vindskydd på höghus: studie av byggnaders vindberoende energiförbrukning: projektbeskrivning. Statens råd för byggnadsforskning. Malmö Elomaa, Esko: Ilmasto. NEKASU B 28. Luonnonsuhteiden huomioonottaminen uusien asuntoalueiden suunnittelussa. Yhdyskuntasuunnittelun jatkokoulutuskeskus, HTKK. Helsinki Engström Landahl: Energifrågorna du vinner på att ställa tidigt i planeringen. T15:87. Statens råd för byggnadsforskning. Erät Björkholtz: Bygg klimatanpassat. Svensk Byggtjänst. Stockholm Erat Björkholtz, Luonnonmukainen talo. Rakentajain Kustannus Oy. Helsinki Glaumann Taesler: Klimatstudier inför planering av energisnål bostadsbebyggelse i Södertuna, Södertälje. R12:1985. Statens råd för byggnadsforskning. Glaumann Westerberg: Klimatplanering, vind. Statens råd för byggnadsforskning. Stockholm Holmberg Lindqvist: Bebyggelselandskapets klimat: nybebyggelsens påverkan på lokalklimatet. R81:1981. Statens råd för byggnadsforskning. Holmer Lindqvist: Energihushållning i stadsplanen, lokalklimatologiska studier. T6:1980. Statens råd för byggnadsforskning. Häggkvist Taesler: Vindtryckfördelningar runt friliggande enfamiljshus: jämförelse mellan beräkningar och försök. R7:1987. Statens råd för byggnadsforskning. Järvinen S.: Ilmastotietoisesti suunniteltu asuntoalue. KTM energiaosasto, Sarja D:100. Helsinki Kivistö T., Rauhala K.: Asuntoalueiden kaavoitus- ja käyttökustannukset (ASTA II) Raportti 2. Ympäristöministeriö, Kaavoitusja rakennusosasto. Helsinki Korhonen Kari: Tuulisuus asuntoalueilla. KSV Helsinki, asemakaavaosasto, Julkaisu AB 4/1978. Kursis, Janis: Vindförhållanden i ett höghusområde. R91:1982. Statens råd för byggnadsforskning. Lindholm Kristensson Nilsson: Växter som vindskydd. Stad & Land, Nr 62/1988. Sveriges lantbruksuniversitet. Mattsson Äkerman: Energiförluster genom vind: bedömning av tre förslag till stadsplan för Bulltoftaomrädet i Malmö. R176:1980. Statens råd för byggnadsforskning. Meteorologia ja energiatutkimus liittyen tuulija aurinkoenergian hyödyntämiseen sekä yhdyskunta- ja rakennussuunnitteluun, Hyvinkää : seminaariraportti/toim. Bengt Tammelin, Maija Pietarinen. Ilmatieteen laitoksen moniste. Mänty Pressman (ed.): Cities Designed for Winter. Building Book Ltd. Hämeenlinna Olqyay, Victor: Design with climate. Princeton University Press, New Jersey Rauhala Tammelin: Forssan Paavolan säätietojen inventointi ja vertailu. Espoo VTT Tiedotteita 502. Suomen Arkkitehtiliitto. (Lappalainen M. toim.): Energiakäsikirja. Rakennuskirja Oy. Helsinki Taesler, Roger: Klimatberoendet i bebyggelsens energibudget: data och beräkningsmetoder. R116:1985. Statens råd för byggnadsforskning. Taesler Lindahl: Klimatstudier för bebyggelseplanering i Gustavsberg. R134:1985. Statens råd för byggnadsforskning.