Måling af indflydelsen af ​​en bys bygninger på vejret

ny model udviklet på EPFL kan hjælpe ingeniører og meteorologer med hurtigt at beregne, hvilken effekt bybygninger har på lokale vejrmønstre. En producent af persienner er allerede interesseret i det, og klimaforskere kunne være de næste.

Formen af ​​bybygninger, hvordan de er arrangeret, og den varme, de genererer, påvirker alle det lokale vejr. At være i stand til at modellere de involverede komplicerede processer hjælper ikke kun meteorologer med at forbedre deres byvejrudsigter, men gør det også muligt for ingeniører at forbedre energieffektiviteten i de bygninger, de designer.

De programmer, der typisk bruges til at modellere sådanne fænomener, er besværlige, tidskrævende, og dyr i drift. Imidlertid, en undersøgelse udført i 2016 af EPFLs CRYOS-laboratorium viste vigtigheden, samt kompleksiteten, af disse beregninger. På EPFL's Solar Energy and Building Physics Laboratory (LESO-PB), postdoc Dasaraden Mauree forenklede ligningerne med succes for at gøre dem nemmere for ingeniører at bruge. Han kørte data fra byen Basel gennem sin strømlinede model, opnå resultater og tendenser svarende til dem, der genereres af en teoretisk model samt en mere sofistikeret model kaldet LES. Dette studie, med Mauree som hovedforfatter, blev udgivet i Grænser i geovidenskab .

"Bygninger bygges ofte uden at tage højde for de specifikke træk ved en bys vejrmønstre eller den indflydelse, byens bygninger kan have på vejret. Vores mål var at udvikle et program, der kombinerer moderne vejrudsigtsmodeller med modeller, der måler effekten af ​​varme. frigivet af bygninger, " sagde Mauree.

Ligesom legoklodser

I stedet for at modellere hele byen Basel, Mauree besluttede at modellere en gruppe bygninger, der kan repræsentere det. Han skulle beregne byggetætheden for det kvarter, han valgte, samt den gennemsnitlige højde, længde og bredde af dens bygninger. Det gav ham en "standardbygning" til at bruge i sine beregninger. Han opdelte derefter denne standardbygning i "mursten" svarende til gulve, og stablede disse klodser oven på hinanden som Legos:"At opdele bygninger i klodser er nøglen til at forstå de vejrprocesser, der finder sted i en by, fordi disse processer varierer med bygningshøjden, " sagde Mauree.

Engang blev hans bygning opdelt i mursten, Mauree inkorporerede derefter meteorologiske data for Basel (såsom vindhastighed og retning, temperatur og luftfugtighed) i sin model. Den resulterende algoritme lod ham generere præcise estimater af vejrfænomenerne, der forekommer ved hver mursten. Ingeniører kunne bruge disse typer beregninger, for eksempel, at optimere en bygnings energiforbrug ved at vælge den bedste facade til hver etage. "I stueetagen, du har generelt ikke meget vind, men du kan have meget luftfugtighed, især hvis der er planter omkring. Men vinden bliver mere fremtrædende på højere etager, fører til større energitab. Konvektionsstrømme kan blive særligt stærke på varme dage, da jorden og bygningens overflader opvarmes. Disse strømme opstår, når varm luft, som har en lavere tæthed, flyder opad, og køligere luft, som har en højere tæthed, flyder nedad. Som et andet eksempel, ingeniører, der beregner en ny bygnings energibehov, bør tage højde for det lave niveau af sollysindtrængning i tætpakkede byer."

Data til meteorologer, både producenter og klimatologer

Ifølge Mauree, ingeniører vil ikke være de eneste, der drager fordel af hans nye metode. "Vores model er designet til bedre at repræsentere bygningsoverflader og mere præcist beregne vind- og fugtstrømmen i en by. Det gør den naturligvis nyttig for meteorologer. Men en persiennerproducent er også interesseret i vores tilgang, fordi det kan give gode skøn over vindhastighed og retning nær bygningsfacader, " sagde Mauree. Derudover, hans model kan forudsige fænomener, der opstår nær jorden - hvilket betyder, at klimaforskere kunne bruge den til at simulere vejrprocesser i stor skala, da de nuværende metoder ikke tilbyder det samme niveau af præcision.

En åben platform

Yderligere to artikler om dette emne vil blive offentliggjort i år. Men Mauree ser allerede på næste trin:at udvikle en åben platform, hvor enhver kan indtaste grundlæggende data om et kvarter og få en pålidelig model af dets luftstrømme og dens bygningers effekt på vejret. "Vi ønsker at give ingeniører og meteorologer hurtigt, pålidelige data for deres bygningsdesign og vejrudsigter, uden at de skal skrive kode eller bruge et computerprogram, " han siger.

Mauree planlægger også at forbedre sin model, kobler det sammen med CitySim-softwaren udviklet af EPFL for mere præcist at beregne bygningens energiforbrug og udendørs termisk komfort. "Vi indsamler også data under MoTUS-kampagnen [Measurement of Turbulence in an Urban Setup], som vil lade os forbedre vores Canopy Interface Model, som har til formål bedre at simulere de forskellige vejrprocesser i byområder, " sagde Mauree. Han ser potentialet for sin forskning i ikke kun at reducere bygningers energiforbrug, men også forbedring af den overordnede udformning af byrum.