Μελέτη υπολογιστικής ρευστοδυναμικής της επίδρασης της πράσινης υποδομής στο μικρόκλιμα: η περίπτωση της οδού Λήδρας στη Λευκωσία

Abstract

Το φαινόμενο της αστικής θερμονησίδας (UHI) είναι όλο και πιο έντονο τα τελευταία χρόνια με αποτέλεσμα οι ψηλές θερμοκρασίες στις αστικές περιοχές να έχουν αρνητικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία, άνεση και παραγωγικότητα. Προκειμένου να βρεθούν λύσεις μετριασμού των υψηλών θερμοκρασιών, χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο οι προσομοιώσεις Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (CFD) του αστικού μικροκλίματος. Αναμφισβήτητα, η παρουσία της βλάστησης εντός των αστικών περιοχών έχει θετικό αντίκτυπο στην θερμική άνεση που προκαλείται από την σκίαση και την διαδικασία της εξατμισοδιαπνοής. Σε αυτή τη μελέτη πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις CFD του αστικού μικροκλίματος για το ιστορικό κέντρο της Λευκωσίας και πιο συγκεκριμένα για τον δρόμο της Λήδρας. Επίκεντρο αυτής της μελέτης είναι οι μεταβολές στην θερμοκρασία αέρα και στην ταχύτητα του ανέμου υπό την παρουσία της βλάστησης, εντός του οδικού φαραγγιού της Λήδρας. Οι προσομοιώσεις CFD πραγματοποιούνται με βάση τις εξισώσεις 3D Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) και η προσομοιωμένη περίοδος καλύπτει το διάστημα μιας ολόκληρης ημέρας που αφορά τις 15 Ιουλίου 2010. Η επίδραση της βλάστησης σε αυτή τη προσομοίωση πραγματοποιείται μέσω επιπρόσθετων όρων στις εξισώσεις επίλυσης. Παράλληλα, η διαδικασία ψύξης που εμφανίζεται από το φαινόμενο της εξατμισοδιαπνοής πραγματοποιείται μέσω του όρου της ογκομετρικής ισχύος ψύξης (Pc) ενώ η σκίαση μέσω του συντελεστή απορρόφησης της σκιασμένης περιοχής. Η επικύρωση των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας ένα σύνολο δεδομένων υψηλής ανάλυσης μετρήσεων πεδίου. Αποδεικνύεται ότι η προσομοίωση της βλάστησης μπορεί να προκαλέσει μείωση της θερμοκρασίας μέχρι και 0.92°C στο ύψος του ανθρώπου. Τα μοντέλα CFD μπορούν να προβλέψουν θερμοκρασίες αέρα με μέση απόλυτη διαφορά μέχρι 0.38 - 0.75°C. Με βάση τα συγκριτικά αποτελέσματα, εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με την απόδοση του URANS για την επιλεγμένη εφαρμογή και συζητούνται πιθανοί λόγοι για αποκλίσεις μεταξύ μετρούμενων και προσομοιωμένων αποτελεσμάτων.

The Urban Heat Island (UHI) phenomenon has become more intense in recent years, resulting in high temperatures in urban areas with a negative impact on human health, comfort, and productivity. In order to find solutions for high-temperature mitigation, Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations of the urban microclimate are used. Undoubtedly, the presence of vegetation within the urban areas has a positive impact on the thermal comfort caused by shading and the process of evapotranspiration. In this study, CFD simulations of the urban microclimate were performed for the historic center of Nicosia (Cyprus) and more specifically for the road of Ledras. This study focuses on the changes in air temperature and wind velocity magnitude caused by vegetation, inside the road canopy of Ledras. The CFD simulations are performed with 3D Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) equations and the simulated period include an entire day of July 15, 2010. The effect of vegetation on this simulation takes place through additional terms of source in the equations. The cooling effect that occurs from the phenomenon of evapotranspiration is carried out through the term of volumetric cooling power (Pc) while shading effect through the absorption coefficient of the shaded area. The validation of the results was performed using high-resolution field measurement data of the area. It is shown that the simulation of vegetation can cause a decrease in temperature of up to 0.92°C in mean pedestrian height (2m). CFD models can predict air temperatures with an average absolute difference of up to 0.38 - 0.75°C. Based on the comparative results, conclusions are drawn about the performance of the URANS for this application, Possible reasons for discrepancies between filed measured and simulated results are discussed.