Logarithmisches Windprofil
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Windströmungen werden durch die Bodenrauhigkeit beeinflusst. Abhängig von der Art der Bodenrauhigkeit oder der Bebauung entstehen unterschiedliche Geschwindigkeitsprofile. Das logarithmische Windprofil wird als Näherung zur Beschreibung solcher Profile verwendet. Es gilt in der bodennahen Schicht (bis ca. 60 m), die als Prandtlschicht bezeichnet wird. (Siehe auch Windenergie)
In der Prandtlschicht nimmt die Windgeschwindigkeit mit der Höhe (annähernd) logarithmisch zu, also zunächst sehr rasch und dann immer langsamer. Dabei gilt die folgende Beziehung:
Dabei sind U(z) die Windgeschwindigkeit in der Höhe z (innerhalb der Prandtlschicht), U * ist die Reibungsgeschwindigkeit (d.h. Wurzel aus dem vertikalen Impulsfluß), k die von Karman-Konstante (etwa 0.4) und z0 die dynamische Rauhigkeitslänge.
Häufig wird das logarithmische Profil bezogen auf die Windgeschwindigkeit vr in einer Referenzhöhe zr angegeben. Für die Daten des Deutschen Wetterdienstes DWD werden die Daten auf eine Höhe von 10 m über Grund bezogen. Mit der Formel im nebenstehenden Kasten kann die Umrechnung auf eine beliebige andere Bezugshöhe erfolgen.
Das logarithmische vertikale Windprofil gilt nur bei neutraler Schichtung (also weder stabil noch labil). Bei einer nicht-neutralen Schichtung verliert die Beziehung ihre Gültigkeit.
Die starke, logarithmische Windzunahme mit der Höhe (vertikale Windscherung) in der Prandtlschicht sowie die Winddrehung in der Ekmanschicht oberhalb der Prandtlschicht ist zum Beispiel beim Bau von Windkraftanlagen zu berücksichtigen. Durch den ungleichmäßigen Winddruck können hohe Spannungen auf die einzelnen Rotorblätter wirken.
[Bearbeiten] Quellen
- http://www.top-wetter.de/lexikon/l/logarithmischeswindgesetz.htm
- http://www.bine.info/pdf/publikation/projekt0905internetx.pdf
Kategorien: Wind | Physik
