Die Windlast
hat einen Einfluss auf Gebäude oder Bauteile. Sie ist in vielen
Bereichen der Haustechnik von Bedeutung. Die Windlast muss bei der Planung
in die statische Berechnung von Windkraft- und Solaranlagen
eingehen. Aber auch bei der Planung von Dächern, Dachflächenheizungen,
Außenjalousien, Markisen und Rolläden sind
die Windlastzonen, Windwiderstandsklassen und Geländekategorien
wichtige Faktoren. Wobei das Problem wohl besonders bei Markisen
und Rolläden in der Praxis besonders beachtet wird. |
Die Windströmung
beaufschlagt ein Gebäude mit einem Winddruck, der auf der Luv-Seite
einen Überdruck und auf der Lee-Seite einen Unterdruck
aufbaut. In wie weit sich die Windlast auf ein Gebäude auswirkt,
hängt von dem Standort mit dem örtlichen Windklima und der
topographische Lage ab. |
Windgeschwindigkeit
/ Windrichtung |
| Wind
entsteht durch Luftdruckunterschiede zwischen Luftmassen.
Luftteilchen strömen solange aus dem Gebiet mit
einem höheren Luftdruck (Hochdruckgebiet) in das
Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck (Tiefdruckgebiet)
bis der Luftdruck ausgeglichen ist. Die Windgeschwindigkeit
ist von der Größe der Unterschied
zwischen den Luftdrucken abhängig. Je größer
der Luftdruckunterschied ist, desto höher ist die Windgeschwindigkeit.
Für die Windgeschwindigkeit
gibt es 3 Maßeinheiten:
Meter pro Sekunde
(m/s)
Seemeile oder
nautische Meile pro Stunde (Knoten = nm/h)
Kilometer pro Stunde
(km/h)
Daraus ergibt sich folgende Umrechnung:
1 kn = 1 nm/h = 1,852 km/h
1 m/s = 3,6 km/h
1 kn = 0,514 m/s
Auf dem Land und Meer wird hauptsächlich
die horizontale Strömung (bei Tornados ist auch
die vertikale Strömung von Bedeutung) inform der Windgeschwindigkeit
gemessen. In der Luftfahrt ist vertikale Strömung
von Bedeutung (Aufwinde für Segelflieger oder Paragleiter).
Durch die Windgeschwindigkeit ent steht auch ein Winddruck
(Windanfall)
bzw. Staudruck, der in der Haustechnik
einen besonderen Einfluss hat. So wirkt sich der Windeinfluss bei der
Heizlastberechnung (Infiltration),
bei der Schornsteinplanung, dem Lüftungsverhalten
in Häusern bzw. Wohnungen bei der Fensterlüftung
und bei der Auslegung bzw. Funktion
von raumlufttechnischen Anlagen (z. B. KWL, Luftschleieranlage,
Dunstabzughaube)
aus. |
Windstärken,
Windgeschwindigkeiten, Winddruck, Wind-Auswirkungen (Land, Meer) |
| Windstärke
Beaufort-Skala
Bft |
Geschwindigkeit
m/s
|
Geschwindigkeit
km/h |
Winddruck
Staudruck
Kp/m2 |
|
Bezeichnung
|
Wind-Auswirkungen
(Land) |
Wind-Auswirkungen
(Meer) |
| 0 |
<
0,2 |
<
1 |
0
|
<
1 |
Stille, Windstille
|
keine Luftbewegung,
Rauch steigt senkrecht empor
|
spiegelglatte See |
| 1 |
0,3
- 1,5 |
1
- 5 |
<
0,1 |
1
- 3 |
schwacher Wind,
leiser Zug |
kaum merklich,
Rauch treibt leicht ab, Windflügel und Windfahnen unbewegt
|
leichte Kräuselwellen |
| 2 |
1,6
- 3,3 |
6
- 11 |
0,2
- 0,6 |
4
- 6 |
schwacher Wind,
leichte Brise |
Blätter
rascheln, Wind im am Körper spürbar |
kleine, kurze Wellen,
Oberfläche glasig |
| 3 |
3,4
- 5,4 |
12
- 19 |
0,7
- 1,8 |
7
- 10 |
schwacher Wind,
schwache Brise |
Blätter
und dünne Zweige bewegen sich, Wimpel bzw. Fahnen werden gestreckt
|
Beginn der Schaumbildung |
| 4 |
5,5
- 7,9 |
20
- 28 |
1,9
- 3,9 |
11
- 15 |
mäßiger
Wind, mäßige Brise |
Zweige bewegen
sich, Blätter werden vom Boden gehoben |
kleine, länger werdende
Wellen, überall Schaumköpfe |
| 5 |
8,0
- 10,7 |
29
- 38 |
4 -
6 |
16
- 21 |
frischer Wind,
frische Brise |
größere
Zweige und Bäume bewegen sich, der Wind ist deutlich hörbar
|
mäßige Wellen
von großer Länge, überall Schaumköpfe |
| 6 |
10,8
- 13,8 |
39
- 49 |
7 -
11 |
22
- 27 |
starker Wind |
dicke Äste
bewegen sich, hörbares Pfeifen an Strom- und Telefonleitungen
|
größere Wellen
mit brechenden Köpfen, überall weiße Schaumflecken |
| 7 |
13,9
- 17,1 |
50
- 61 |
12
- 17 |
28
- 33 |
starker Wind,
steifer Wind |
kleine Bäume
bewegen sich, Widerstand beim Gehen gegen den Wind |
weißer Schaum von
den brechenden Wellenköpfen legt sich in Schaumstreifen in
die Windrichtung |
| 8 |
17,2 - 20,7 |
62
- 74 |
18
- 26
|
34
- 40 |
Sturm, stürmischer
Wind |
große
Bäume werden bewegt, Fensterläden und Rolläden klappern,
Zweige brechen von Bäumen, beim Gehen erhebliche Behinderung
|
ziemlich hohe Wellenberge,
deren Köpfe verweht werden, überall Schaumstreifen |
| 9 |
20,8
- 24,4 |
75
- 88 |
27
- 36 |
41
- 47 |
Sturm |
Äste brechen,
kleinere Schäden an Häusern, Ziegel und Schornsteinaufsätze
werden abgehoben, Gartenmöbel werden umgeworfen und verweht,
beim Gehen erhebliche Behinderung |
hohe Wellen mit verwehter
Gischt, Brecher beginnen sich zu bilden |
| 10 |
24,5
- 28,4 |
89
- 102 |
37
- 50 |
48
- 55 |
schwerer Sturm |
Bäume
werden entwurzelt, Baumstämme brechen, Gartenmöbel werden
weggeweht, größere Schäden an Häusern; in freier
Lage, selten im Landesinneren |
sehr hohe Wellen, weiße
Flecken auf dem Wasser, lange, überbrechende Kämme, schwere
Brecher |
| 11 |
28,5
- 32,6 |
103
- 117 |
51
- 67 |
56
- 63 |
orkanartiger
Sturm |
heftige Böen,
schwere Sturmschäden, schwere Schäden an Wäldern
(Windbruch), Dächer werden abgedeckt, Autos werden aus der
Spur geworfen, dicke Mauern werden beschädigt, Gehen ist unmöglich;
in freier Lage, sehr selten im Landesinneren |
tobende See, Wasser wird
waagerecht weggeweht, starke Sichtverminderung |
| 12 |
>
32,6 |
>
117 |
>
67 |
>
63 |
Orkan |
schwerste
Sturmschäden und Verwüstungen; in freier Lage. sehr
selten im Landesinneren |
See
vollkommen weiß, Luft mit Schaum und Gischt gefüllt,
keine Sicht mehr |
Alle
Angaben beziehen such auf 10 Meter über dem Boden bzw. der Wasseroberfläche
(bei 4 Meter über der Wasseroberfläche ist die Windgeschwindigkeit
ca. 20 % geringer) |
Windstärke 13 :
Windgeschwindigkeit: 134–149 km/h
Windstärke 14 : Windgeschwindigkeit: 150–166 km/h
Windstärke 15 : Windgeschwindigkeit: 167–183 km/h
Windstärke 16 : Windgeschwindigkeit: 184–202 km/h
Windstärke 17 : Windgeschwindigkeit: > 202 km/h |
| Umrechnung
der Windgeschwindigkeit
- Wetter- und Klimaprojekt Andreae-Gymnasium Herrenberg Wolfgang
Roos |
|
|
| |
Quelle:
PCE Deutschland GmbH |
|
Die Windgeschwindigkeit
wird mit Windmesser bzw. Windmessgeräten
gemessen. Mit den Messgeräten (Hitzedrahtmessgeräte,
Flügelradwindmesser oder tragbare,
wasserdichte Geräte in Taschenformat)
werden die Luftgeschwindigkeit, die Windstärke
und bei einigen Geräten auch der Volumenstrom
ermittelt. Die Ergebnisse der Luftgeschwindigkeitsmessung
sollten in einem Speicher abgelegt, zu
einem PC übertragen und ausgewertet
werden können.
Ein Schalenkreuzanemometer
mit Digitalanzeige muss nicht exakt in
die Windrichtung gehalten werden. Dieses Messgerät
kann mit Schnittstelle, Speicher,
Datenkabel und Software
zur Übertragung der Messwerte zu einem PC oder Laptop
ausgestattet werden.
Das Schalenkreuzanemometer hat eine senkrechte
Achse und drei oder vier
eierförmige Halbschalen, die den Wind aufnehmen.
Je schneller der Wind weht, desto schneller drehen sich
die offenen Halbkugeln vom Schalenkreuzanemometer. Die
Anzahl der Umdrehungen pro Minute wird elektronisch aufgezeichnet.
Zählt man die Umdrehungen in der Sekunde oder Minute
hat man ein Maß für die Geschwindigkeit des
Windes. Meistens gibt es die Schalenkreuzanemometer in
Verbindung mit einem Windrichtungsgeber,
montiert auf einem Gestell bzw. Mast
als feste Messeinheit, die möglichst
frei und hoch über
dem Gelände angebracht werden sollten.. |
|
|
Ein
Windfühler (WF) wird als zusätzlicher
Fühler in Heizungs-, Kühl-
und Lüftungsanlagen eingesetzt. Aber auch als
Führungsfühler kann dieser Fühler notwendig
werden, wenn ein Gebäude, Gebäudeteile oder Anlagenteile stark
dem Winde ausgesetzt sind und dadurch die Raumtemperatur oder die Luftführung
beeinträchtig werden kann.
Bei einem Windsensor wird mit zwei Messelementen
die Windgeschwindigkeit bestimmt. Eines misst die Umgebungstemperatur;
das andere wird ständig auf eine um 10 °C höhere Temperatur
beheizt. Dazu verhält sich notwendige elektrische
Leistung direkt proportional zur Windgeschwindigkeit. Sie wird als DC
0...10 V-Signal abgegeben.
Der Fühler ist an der dem Wind zugewandten
Hauswand im Abstand von max. 0,5 m zur Hausecke und in einer
Höhe von mindestens 67 % der Gebäude- bzw. Zonenhöhe
anzubringen. Außerdem sind Windschatten, Windstau durch Vorsprünge
oder Bäume und die Montage an Luftabzügen zu vermeiden.
|
|
| Eolis
Sensor RTS |
Quelle:
Somfy
GmbH |
|
Windfühler
(Windsensoren) werden auch zur Steuerung
von Markisen auf Terrassen, Balkon und
Wintergärten eingesetzt. Mit dem Sensor wird die Windgeschwindigkeit
gemessen. Wird der eingestellte Wert (10 - 50 km/h) überschritten,
so wird die Markise eingeholt. Die Reaktionszeit beträgt
in der Regel 2 Sekunden und die Freigabe nach dem Wind kann
zwischen 12 bis 30 Sekunden eingestellt werden.
|
| |
|
|
|
Windklassen
Die IEC-Windklasse (International
Electrotechnical Commission bzw. Internationale Elektrotechnische
Kommission) löst zunehmend die bekannte Beaufortskala
für die Bezeichnung der Windgeschwindigkeit
ab. Die IEC-Windklasse ist eine energetische Beschreibung
eines Standortes einer Windkraftanlage
oder windbelasteter Bauteile (z. B. Solarkollektoren,
Außenjalousie, Markise, Rollladen).
Im Gegensatz zur Beaufortskala nehmen
die Windgeschwindigkeiten (Meter pro Sekunde [m/s])
bei den IEC-Windklassenn mit der Größe
der Zahl ab. Die IEC-Windklassen werden in nur vier
Kategorien unterteilt, dabei hat die IEC-Windklasse 4 die
geringsten Windgeschwindigkeit und die IEC-Windklasse 1 die höchste
Windgeschwindigkeit. Im Binnenland (IEC-Windklassen
2 und 3) sind die erreichten Windgeschwindigkeiten geringer als an
der deutschen Nord- und Ostseeküste
(IEC-Windklasse 1). In der Regel wird die IEC-Windklasse
4 in Deutschland nicht angewendet.
Vor allen bei der Planung
von Außenjalousien, Markisen und Rollläden kommen die Windklassen
nach der DIN EN 13561 zum Einsatz. |
IEC-Windklassen |
| |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
durchschnittliche
Windgeschwindigkeit |
10
m/s |
8,5
m/s |
7,5
m/s |
6
m/s |
|
durchschnittliche
Windgeschwindigkeit |
36
km/h |
30,6
km/h |
27
km/h |
21,6
km/h |
Windklassen
nach DIN EN 13561 |
| |
0 |
1 |
2 |
3 |
| Windgeschwindigkeiten |
< Klasse 1
|
5,5 - 7,4 m/s |
8,1 - 10,5 m/s |
10,8 - 13,6 m/s |
| Windgeschwindigkeiten |
< Klasse 1
|
20 - 27 km/h |
29 - 38 km/h |
39 - 49 km/h |
|
|
| Windlastzonen |
Das Windklima ist von der
Firma C. Killet in einer Windzonenkarte
erfasst. Darin sind über einen langen Zeitraum gemittelte
Windgeschwindigkeiten für verschiedene geographische
Regionen als Windlastzonen (WLZ) dargestellt.
Deutschland ist in vier Windlastzonen eingeteilt.
|
Windlastzone
1 < 22,5 m/s
Windlastzone 2 < 25,0 m/s
Windlastzone 3 < 27,5 m/s
Windlastzone 4 - 30,0 m/s |
. |
|
|
|
|
| Windwiderstandsklassen |
Die Einteilung
ist in den Normen DIN EN 13561 und DIN EN 13659 - CE-Kennzeichnung
für Sonnen- und Wetterschutzprodukte - festgelegt. |
| Klassen |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Nominaler Prüfdruck
p (N/m²)
Windgeschwindigkeit
(km/h) |
|
|
|
|
|
|
|
| Sicherheitsprüfdruck
1,5p (N/m²)
Windgeschwindigkeit
(km/h) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Geländekategorien |
Ein Gelände
ist in vier Geländekategorien eingeteilt, die entsprechende
Windprofile und Windgeschwindigkeiten haben. |
Geländekategorie
I:
Offene See, See mit mindestens 5 km freier Fläche
in Windrichtung und glattes, flaches Land ohne Hindernisse
|
Geländekategorie
II:
Gelände mit Hecken, einzelnen Gehöften, Häusern
oder Bäumen, z. B. landwirtschaftliche Gebiete
|
Geländekategorie
III:
Vorstädte, Industrie- oder Gewerbegebiete und Wälder
|
Geländekategorie
IV:
Stadtgebiete, bei denen mindestens 15 % der Fläche
mit Gebäuden bebaut sind, deren mittlere Höhe
15 m überschreitet
|
|
|
|
| Schneelast |
Auch
die Schneelasten haben eine große auswirkung auf die Haltbarkeit
von haustechnischen Anlagen, so z. B. bei Windkraft- und Solaranlagen,
Dachflächenheizungen, Außenjalousien, Markisen
und Rolläden. |
|
Schneelastzonen
und Orte
Schneelastenrechner |
Besonders
durch Schneelasten kommt es immer wieder
zu Schäden an Gebäuden und hier speziell an Dächern.
Die Druckbelastung (Flächenlast),
die durch den Schnee entstehen kann, wird immer noch unterschätzt.
Die Schneelasten sind von der Klimazone
und die Höhenlage abhängig. Das
Schneeklima wird von der Firma C. Killet in einer Schneelastzonenkarte
erfasst, welche die Schneeintensität für verschiedene
geographische Regionen angibt. |
| In Deutschland
gibt es die Zonen 1 bis 3 und die Zonen 1a und 2a. Die Schneehöhe
ändert sich überproportional zur Höhenlage,
deshalb muss auch diese Einflussgröße berücksichtigt
werden. Bei der Berechnung der Dachstatik
und bei der statischen Dimensionierung von Solarthermie-
und Photovoltaikanlagen ist die Schneelast
neben der Windlast ein wichtiger Berechnungsfaktor. |
| Schneeart |
Dichte
(kg/m3) |
| trockener
Pulverschnee |
30
bis 50 |
| normaler Neuschnee |
50
bis 100 |
| feuchter Neuschnee |
100
bis 200 |
| trockener
Altschnee |
200
bis 400 |
| feuchter Altschnee |
300
bis 500 |
| Firn |
500
bis 800 |
|
|
|
|
Bei der Befestigung
von thermischen Kollektoren und PV-Kollektoren sind
die statischen Anforderungen (DIN1055) zu beachten.
Hier sind besonders die Lastannahmen zu berücksichtigen, die in
den jeweiligen Windlast- und Schneezonen
angegeben sind. Die DIN EN 1991 1-3 (inkl. Nationaler Anhang) und
DIN EN 1990 (inkl. Nationaler Anhang) definieren die Einwirkungen, die
aus dem Lastfall Schnee resultieren.
In den Rand- und Eckbereichen von
Dächern sind spezielle Befestigungssysteme einzusetzen,
da die hier auftretenden Windlasten (Sog [Lee] und
Druck[Luv]) deutlich höher sind als im restlichen Dachbereich.
Der Mindestabstand von den Kollektoren
bis zum äußeren Dachrand soll ein
Meter betragen.
Natürlich muss das Dach die zusätzliche Last
der Kollektoren und der Befestigungssysteme
tragen können. Dies ist besonders bei der Flachdachmontage
zu beachten, wenn Ballastbefestigungssysteme verwendet
werden. Die Kollektoren und die Rohrdurchführungen
müssen so angebracht werden, dass die Regen-,
Wind- und Luftdichtheit der Gebäudehülle
gewährleistet bleibt. Das setzt eine fachgerechte Montage der passenden
Befestigungssysteme voraus. |
|
|
| |
| |
| |
Hinweis!
Schutzrechtsverletzung: Falls Sie
meinen, dass von meiner Website aus Ihre Schutzrechte verletzt werden,
bitte ich Sie, zur Vermeidung eines unnötigen Rechtsstreites, mich
umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit
zügig Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis:
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