ВПЛИВ КОЛЬОРУ ТА ТИПУ ПОВЕРХНІ ЗЕМЛІ НА ПРОЯВ ЕФЕКТУ ТЕПЛОВОГО ОСТРОВУ У ВЕЛИКИХ МІСТАХ
DOI:
https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2019.85.0.34Ключові слова:
мікроклімат, ефект міського теплового острова, числові розрахунки, математична модель, теплоперенесенняАнотація
Ефект теплового міського острова на сьогоднішній день добре відомий і зафіксований уже в багатьох містах планети. Проявляється він у підвищенні температури всередині мегаполісу порівняно з навколишньою сільською місцевістю протягом декількох годин за добу. Основними способами поліпшення мікроклімату великих міст є збільшення зелених насаджень і водойм, використання холодних кольорів. Однак ці способи практично неможливо застосувати внаслідок відсутності достатнього простору в центрах мегаполісів для адекватного поліпшення теплообміну. Тому одним з кращих способів оцінки проектних рішень є попереднє математичне моделювання на основі рішення декількох моделей: моделі адвекції, моделі теплообміну з урахуванням сонячного випромінювання, моделі течії повітря на основі розрахунку осереднених рівнянь Рейнольдса. Метою цієї роботи є дослідження впливу типу й кольору поверхні будинків і землі на прояв ефекту теплового острова у великих містах на прикладі м. Харкова. Як показали розрахунки, покриття землі асфальтом збільшує значення середньої температури поверхні не менше ніж на 5 . Таким чином, основним способом боротьби з ефектом міського теплового острова є зміна альбедо асфальту, наприклад, покриття спеціальним «холодним» матеріалом з низьким альбедо. Проаналізовано вплив теплового потоку від будинків у зимовий період. Зокрема розрахунок зроблений для умов без утеплення будинків і з утепленням. Утеплення будинків впливає на розподіл температур, однак цей вплив незначний і не перевищує 1..2 . Неврахування радіаційного сонячного випромінювання призводить до значної похибки визначення температур повітря й поверхонь у зимовий період також. Таким чином, уперше для м. Харкова вивчений прояв ефекту міського острова. Отримані результати можуть використатися для розробки проектів боротьби з проявом ефекту й дозволяють знизити температуру в мегаполісі та поліпшити якість життя городян.
Посилання
Rosenfeld A. H., Akbari H., Rommi, J. J., Pomerantz M. (1998). Cool communities: strategies for heat island mitigation and smog reduction. Energy and Buildings, 28 (1), 51–62.
Garssen J., Harmsen C., Beer J. (2005). The effect of the summer 2003 heat wave on mortality in the Netherlands. Eurosurveillance, 10 (7–9), 165–167.
Ashie Y., Tokairin T., Kono T., Takahashi K. (2006). Numerical simulation of urban heat island in a ten-kilometer square area of central Tokyo. Annual report of the earth simulator center, 45–48.
Yang X., Li Y., Luo Z., Chan P. W. (2017). The urban cool island phenomenon in a high-rise high-density city and its mechanisms. International Journal of Climatology, 37 (2), 890–904.
Maras I., Buttstädt M., Hahmann J., Hofmeister H., Schneider С. (2014). Investigating public places and impacts of heat stress in the city of Aachen, Germany. DIE ERDE–Journal of the Geographical Society of Berlin, 144 (3–4), 290–303.
Oke T. R., Johnson G. T., Steyn D. G., Watson I. D. (1991). Simulation of surface urban heat islands under ‘ideal’ conditions at night Part 2: Diagnosis of causation. Boundary-Layer Meteorology, 1991. 56 (4), 339–358.
Arnfield A. J. (2003). Two decades of urban climate research: a review of turbulence, exchanges of energy and water, and the urban heat island. International journal of climatology, 23 (1), 1–26.
Georgakis C., Zoras S., Santamouris M. (2014). Studying the effect of «cool» coatings in street urban canyons and its potential as a heat island mitigation technique. Sustainable Cities and Society, 13, 20–31.
Shahidan M. F., Jones P. J., Gwilliam J., Salleh E. (2012). An evaluation of outdoor and building environment cooling achieved through combination modification of trees with ground materials. Building and Environment, 58, 245–257.
Carnielo E., Zinzi M. (2013). Optical and thermal characterisation of cool asphalts to mitigate urban temperatures and building cooling demand. Building and Environment, 60, 56–65.
Liu J., Srebric J., Yu N. (2013). Numerical simulation of convective heat transfer coefficients at the external surfaces of building arrays immersed in a turbulent boundary layer. International Journal of Heat and Mass Transfer, 61, 209–225.
Syomin D. O., Rogovyi A. S. (2015). Vplyv umov vkhodu seredovyshcha, shcho perekachuyet'sya, na enerhetychni kharakterystyky vykhrekamernykh nasosiv [Influence of the input conditions of the pumped mediums on the energy characteristics of the vortex chamber superchargers]. Visnyk Natsional'noho tekhnichnoho universytetu KhPI. Seriya: Hidravlichni mashyny ta hidroahrehaty, (3), 130–136 [in Ukrainian].
Defraeye T., Blocken B., Carmeliet J. (2010). CFD analysis of convective heat transfer at the surfaces of a cube immersed in a turbulent boundary layer. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53 (1–3), 297–308.
Rogovyi A. (2016). Use of detached-eddy simulation method (DES) in calculations of the swirled flows in vortex apparatuses. Teka Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa, 16 (3), 57–62.
Rogovyi A. (2018) Energy performances of the vortex chamber supercharger. Energy, 163, 52–60.
Syomin D. O., Rogovyi A. S., Levashov A. M. (2016). Vplyv zakruchennya potoku, shcho perekachuyet'sya, na enerhetychni kharakterystyky vykhrekamernykh nasosiv. [Influence of the swirling of the pumped stream on the energy characteristics of the vortex chamber pumps]. Visnyk Natsional'noho tekhnichnoho universytetu KhPI. Seriya: Hidravlichni mashyny ta hidroahrehaty (20), 68–71 [in Ukrainian].
Rogovyi A., Khovanskyy S. (2017). Application of the similarity theory for vortex chamber superchargers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 233 (1), 012011.
Jasak H. (2009). OpenFOAM: open source CFD in research and industry. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 1(2), 89–94.
Syomin D. O., Rogovyi A. S., Levashov A. M., Levashov Ya. M. (2016). Verifikatsiya raschetov techenii v vikhrekamernykh ustroistvakh [Verification of calculations of flows in the vortex chamber devices]. Visnyk NTUU «KPI». Ser. Mashynobuduvannya, 2 (77), 71–78 [in Russian].
Offerle B., Grimmond C. S. B., Fortuniak K., Kłysik K., Oke T. (2006). Temporal variations in heat fluxes over a central European city centre. Theoretical and applied climatology, 84 (1–3), 103–115.
Stavrakakis G. M., Tzanaki E., Genetzaki V. I., Anagnostakis G., Galetakis G., Grigorakis E. (2012). A computational methodology for effective bioclimatic-design applications in the urban environment. Sustainable Cities and Society, 4, 41–57.
Hasan A. (1999). Optimizing insulation thickness for buildings using life cycle cost. Applied energy, 63 (2), 115–124.
Ratushnyak H. S., Ratushnyak O. H. (2011). Upravlinnya proektamy enerhozberezhennya shlyakhom termorenovatsiyi budivel' [Project management of energy saving by thermal building of buildings]. Navchal'nyy posibnyk. [in Ukrainian].
Malyavina E. G. (2011). Teplopoteri zdaniya [Heat losses of the building]. Spravochnoe posobie. [in Russian].
