Városok éghajlata - Alap

3. rész: Kísérletek a városi szelekrõl

1. Szél a városban

A városban, a gyorsan melegedõ levegõnek köszönhetõen, különösen nyáron, alacsony nyomású terület keletkezik. A nem városi területek sokkal lassabban melegszenek, így a városon kívül a magas nyomás megmarad. 

Ezért légnyomásbeli különbség alakul ki. A talaj felett a levegõ a vidéki területek felõl a város felé kezd áramolni. Ezáltal a szél követi a fõ utakat (folyosókat), és a sebessége akár 50%-kal is lecsökkenhet. A városon belül a szélsebesség ismét emelkedhet az utcasarkokon, tereken és házak sarkainál maximum 20%-kal. Ezeken a helyeken a szél helyi örvényeket alakít ki. A városközpontban a levegõ hõmérséklete nagyon megemelkedik, így a meleg levegõ a házfalak mellett emelkedik fel, eléri a magasabb légrétegeket és a külváros felé áramlik, amit a városi cirkuláció felsõ ágának nevezünk. A városon kívüli részeken ez lehûl, nehezebbé válik, lesüllyed, és visszatér a városba mint városi szél.

Összehasonlíthatod a vidéki / városi szelet a trópusi területek vagy a partvidéki területek áramlásaival. Kérdezd meg a részletekrõl a földrajztanárodat.

2. Kísérlet

A kísérlet segítségével megtudhatod, hogyan képez a szél örvényeket.

2.1 Biztonsági figyelmeztetés

- A kísérleteket csak fizika vagy kémia laborban hajtsd végre, vagy kinn a homokozóban!
- Gyõzõdj meg, arról, hogy egy felnõtt is jelen van a kísérletek alatt!
- Szigorúan kövesd az utasításokat! Különben a tûz vagy az elektromosság veszélyeztetheti életedet!
- Legyen homok, pokróc és tûzoltó készülék a közelben!
- Soha nem oltsd el a tüzet vízzel, hanem homokkal, pokróccal vagy tûzoltó készülékkel!
- Ha nem tudod eloltani a tüzet, hagyd el a házat, és hívd a tûzoltókat!

Mi szükséges a kísérlethez:

Kísérlet eszközei
képet készítette: Gert Bauer

Eszközök:

1. Lap, amin a kísérlet lezajlik.
2. Gyapjú, olló és ragasztó, hogy rögzítsük a homokot a házsoroknál.
3. A házak nagy vagy kis téglák (vagy vízzel töltött üdítõs dobozok).
4. Alumínium tál az üzemanyagnak.
5. Öngyújtó és fenyõtoboz, mint éghetõ anyag, hogy füstöt okozzon.
6. Hajszárító és kartonpapír a szélcsatornához (ragasztószalaggal rögzítve).
7. Permetezõ üveg, a fenyõtobozok nedvesítéséhez (füstkészítés).
8. Iskolatábla vagy fekete kartonpapír, ami háttérként szolgál.

2.2 A kísérlet beállítása

Kísérlet felállítása
fotót készítette: Gert Bauer

Ez az egyszerûsített modell (mint Frankfurt/Main) házsort, homokos talajt és háttérként egy táblát tartalmaz.
Azért választottunk homokos talajt, mert az nem gyúlékony. Hasonlóan a téglához.

2.3 A kísérletek végrehajtása:

1. A kísérleteket egy mûanyag lapon vagy egy deszkán építheted fel.
2. A szelet homokkal fogjuk mérni, ezt az épületek külsején rögzítsük. A szél irányától függõen vagy a jobb vagy a baloldalon kell rögzítni. Kicsi hungarocell labdácskák vagy hamurészecskék jelezhetik a légáramlást. Ez teszi láthatóvá a légáramlatokat.
3. A téglák helyett használhatsz vízzel teli üdítõs dobozokat.
4. Az utcákat leboríthatod hõálló alumínium fóliával.
5. Füstöt készíthetünk az öngyújtó és a fenyõtoboz segítségével. (A füstkészítés lehetséges egyéb módjait a következõ munkalapon találhatod.)
6. Légáramlás keletkezik, amikor a papírcsövet a hajszárító végére erõsíted. A legtöbb hajszárító légáramlási sebességét lehet szabályozni, így a szél erõsségét a kívánt módon lehet szabályozni. Más lehetõségként ventillátorokat használhatsz, azonban a légáramlat túlságosan diffúz lesz, ha ezt a módszert választjuk.
7. A permetezõ üveg segít a fenyõtobozok megnedvesítésében.

Kísérlet 1

Elõször megnézzük, hogy a szél hogyan áramlik egy többemeletes ház körül.
A szél vagy felemelkedik a homlokzati falon, vagy megkerüli az épületet. Ennek következtében a szélsebesség akár 20 %-kal is növekszik.

Elõször fújd a füstöt a sorban az utolsó, magas, széles épület felé. A szélgép nyílása közvetlenül az épület gerince felé mutasson, 30-50 cm távolságból, így az áramlás felül jut át az épületen. Ahogy írtuk, az épület és a hajszárító közötti távolságot úgy változtathatod, hogy megtaláld az ideális távolságot. A légáram és a ház által bezárt szöget 45°-ig változtasd. Ezután a légáramlást és a füstöt fókuszáld az épület hosszanti oldala felé, és az eljárás kezdõdhet elölrõl.

Idealizált áramlás az épület szomszédságában
szerzõ: Mateusz Kaminski

Kattints a "mozi" ikonra, hogy egy rövidfilmet láss az épület körüli áramlásról. (készítette: G. Bauer és B. Wohlhöfer)

Légáramlás az épület mentén
fotót készítette: Gert Bauer

Kattints a mozi feliratra, hogy megnézd a kísérletet! (készítette: G. Bauer és B. Wohlhöfer)

Kísérlet 2

Megnézzük, hogyan fúj a szél a házsor mentén, és hogyan örvénylik a szélvédett oldalon.

Idealizált áramlás az épületek szomszédságában
szerzõ: Mateusz Kaminski

Ezért a szélnek párhuzamosan kell fújnia a házsorral. Ebben az esetben a füst forrását az ebben a sorban lévõ elsõ épület hosszú oldalával szembe kell elhelyezni. A szélgép nyílását közvetlenül irányítsd az épület gerince felé, 30-50 cm távolságból, így az áramlás felül jut át az épületen. Most a szél a házak fölött fúj, és a lee oldalon örvények vannak, vagy az épületek oldala mentén fúj a szél.

Egyszerûsített légáramlás egy házsor mentén
fotót készítette: Gert Bauer

Kattints a mozi feliratra, hogy lásd a kísérletet! (készítette G. Bauer és B. Wohlhöfer)

Kísérlet 3

Ehhez a kísérlethez fontos, hogy a hátul lévõ házak háromszor magasabbak legyenek, mint az elõtte lévõk, és legyen egy tér a beállított kísérlet középsõ részén. Ez a kísérlet azt mutatja meg, hogy hogyan fúj a szél a városokban a házak és utcák sarkainál, valamint a tereken, és hogy a szélsebesség akár 20%-kal is megemelkedik. A szél a baloldalról fúj a városi kanyon felé. A kísérletünkben arra a következtetésre jutunk, hogy amikor a szél és a füst 45°-os szögben érkezett az utcába, az örvények ekkor voltak a legerõsebbek.

Légáramlás a házak között
a fotót készítette: Gert Bauer

Kattints a mozi feliratra, és nézd meg a kísérletrõl készült filmet! (készítette: G. Bauer és B. Wohlhöfer)

Amikor befejezted a kísérleteket, nézd meg a filmeket, amelyek bemutatják a kísérleteket.

Beszéljétek meg a kísérleteket a fizika és kémia tanárokkal!

3. A szél fontossága a városokban

3.1 Szélcsatorna tesztek

Mielõtt felépítenek egy új városrészt, szélcsatornákkal leellenõrzik, hogyan fog a légáramlás viselkedni, és vannak-e erõs szelek az egyes sarkokon, melyeket kellene elkerülni. A kép a szélcsatorna modelljét mutatja Berlinben az újonnan épített Potsdami térrõl Berlinben.

Fotó: E. Uherek az éghajlati kiállításon a Német Múzeumban / München

A legfontosabb paraméterek, amik befolyásolják a szél hatását egy városban, a szélprofil és a talaj érdessége. A szélcsatornán belül ezeket a paramétereket kell szimulálni. A szimuláció segítségével egy egész városi területet vagy egy különálló épületet is lehet részletesen vizsgálni.

A szélcsatorna eredményét ilyennek láthatod:

Egy új terület beépítési terve, a jelentõsen megnövekedõ szélsebességû részeket pirossal, sárgával és lilával mutatja
szerzõ: Mr. Müller, Stuttgart
forrás: www.stadtklima.de/stuttgart/websk21/Heft13/kap3.HTM

3.2. Szélnyomás egy épületen

A szélnyomás az épületen idõben és térben változik. A zárt épületek külsõ falán hat közvetlenül, közvetetten pedig a belsõ falak nyílásain keresztül, az érvényesülõ szélsebesség és széliránytól függõen. A következõ, áramlástani vállalattól származó animáció a szélnyomás megváltozását mutatja:

Szélnyomás egy épületen
szerzõ: Gesellschaft für Aerophysik mbH, München
www.gfa.de/de/Windlasten/windlast.html

Követelmények egy modell felé:

Az eredetihez való geometriai hasonlóság azt jelenti, hogy óvatosan kell kezelni a skálát. Egy 1:100 méretarányú modellben a szélsebességnek 100-szor magasabbnak kell lennie, mint a valóságban. A kísérletnek világszerte reprodukálhatónak kell lennie. Azonban az azonos feltételeket csak zárt szobákban lehet biztosítani.

További linkek a világ felhõkarcolóihoz (angol vagy német):

www.skyscrapers.com/re/en/
www.skyscrapers.com/re/ge/

Az oldalról:
- szerzõ: G. Bauer, B. Wohlhöfer- Nürnbergi Egyetem - Németország
- tudományos lektor:
- pedagógiai lektor: Prof. Dr. Schrettenbrunner, J. Heres
- utolsó módosítás: 09.09.03