مقاله پژوهشی

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره بیست و چهارم، شماره دو، اردیبهشت ماه 1401(31-45)

                                                                

کاهش جزایر حرارتی شهری از طریق افزایش سبزینگی و سطوح نفوذپذیر در تهران

 

مرضیه فربودی[1]

 زهرا زمانی[2] ^*

zahrazamanii@ut.ac.ir

تاریخ دریافت: 28/10/99

تاریخ پذیرش: 2/3/1400

 

چکیده

زمینه و هدف: توسعه روزافزون فضاهای شهری سبب بروز پدیده جزیره حرارتی شهری شده است. یکی از عوامل اصلی ایجاد آن کاهش سطوح نفوذپذیر و فضاهای سبز در شهر ها است که منجر به برهم خوردن چرخه باران، کاهش رطوبت نسبی در محیط­های شهری و در نهایت افزایش دما می شود. جزیره حرارتی درمراکز شهر و محل های پرتردد و پر ترافیک تشدید می­شود. ازاینرو هدف پژوهش حاضر تعدیل این پدیده در بخشی از محدوده مرکزی تهران و ارایه راهکارهایی جهت تعدیل دما ­می باشد.

 روش بررسی: این پژوهش با روش شبیه­سازی انجام شد و در دو فاز صورت پذیرفت. در مرحله اول (در مقیاس بلوک شهری) وضع موجود و وضع پیشنهادی نگارندگان با استفاده از لیدی باگ[3] و دراگون فلای[4] شبیه سازی شد و دمای خشک [5]و شاخص UTCI ^[6] (شاخص حرارتی اقلیم جهانی) در آن دو مورد مقایسه قرار گرفت. در فاز دوم بخشی از بلوک شهری مورد مطالعه انتخاب شد و مدل خرداقلیمی در سه حالت وضع موجود، وضع پیشنهادی و وضع بهبودیافته با انویمت در 15 مرداد 98 شبیه سازی شد. سپس تاثیر متریال ساختمان، کفپوش ها با نفوذ پذیری متفاوت، چمن، درخت و آب بر سرعت باد، دما، رطوبت نسبی، دمای تابشی و میزان غلظت دی اکسید کربن مورد مطالعه قرار گرفت.

یافته­ها: مدل بهبودیافته نهایی که شامل درخت، آب، چمن، مصالح نفوذ پذیر، بام سبز بود نسبت به وضع موجود باعث کاهش دما تا 4 درجه سانتیگراد، افزایش10 درصدی در رطوبت نسبی، کاهش 4 الی 5 درجه دمای تابش، کاهش  غلظت دی اکسید کربن و کاهش سرعت باد شد.

بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان داد شاخص UTCIبا افزایش زیرساخت های سبز شهری و کفپوش­های نفوذپذیر تعدیل می گردد. همچنین درخت نسبت به سایر پارامتر ها بیشترین تاثیر کاهش دما را ایجاد می کند.

 

واژه های کلیدی: جزیره حرارتی، زیر ساخت های سبز شهری، انویمت، درگون فلای، شاخص UTCI.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 24, No. 2, May, 2022

 

 

 

 

Studying the solutions of urban heat island mitigation through greenery and permeable surface in Tehran

 

Marzieh Farbudi[7]

 Zahra Zamani [8] ^*

zahrazamanii@ut.ac.ir

Admission Date:May 23, 2021

Date Received: January 17, 2021

 

Abstract

Background and Objective: The increase in development of urban spaces has caused the phenomenon of urban heat island. One of the main factors that disrupts the rain cycle, reduces relative humidity in urban environments, and ultimately raises the temperature is the reduction of permeable surfaces and green spaces in cities. The heat island is intensified in the city center and in high-traffic areas. The purpose of this study was to modulate this phenomenon at the central part of Tehran and to provide solutions to adjust the temperature.

Material and Methodology: This research was carried out in two phases by using a simulation method. In the first phase (on an urban block scale) the current situation and the situation proposed by the authors were simulated using Ladybug and Dragon Fly to compare UTCI index and dry-bulb temperature. In the second phase, part of the studied urban block was selected and the micro-climatic model were simulated in three modes of the current, proposed and the optimal situation with Envi-met on August 6, 1998. Subsequently, the effect of building materials, floors with different permeability, grass, trees and water on wind speed, temperature, relative humidity, radiant temperature and carbon dioxide concentration was studied.

Findings: Finally, the optimal model that included trees, water, grass, permeable materials, trees and green roofs reduced the temperature (to four degrees), irradiation temperature (4 to 5 degrees), the carbon monoxide concentration and wind speed and meanwhile increased the relative humidity up to 10% compared to the current situation.

Discussion and conclusion: The results indicated that the UTCI index was adjusted as urban green infrastructure and permeable pavement increased. The tree also had the greatest effect on lowering the temperature than other parameters.

 

Key words: heat Island, Green infrastructure, ENVI-met, Dragonfly, UTCI index.

 

 

مقدمه

 

توسعه شهرها و به دنبال آن افزایش ساخت و سازها باعث تغییرات اقلیمی در این مناطق و بروز پدیده جزیره حرارتی شده است. این پدیده پدیده به معنای افزایش درجه حرارت شهر نسبت به حومه آن و مناطق روستایی است (1). این پدیده باعث بالا رفتن بار سرمایشی ساختمان، عدم آسایش حرارتی عابران و ازدیاد گازهای گلخانه­ای و متعاقبا آلودگی هوا، می­گردد.

از آنجا که ترافیک شهری و صنایع مختلف باعث افزایش غلظت گازهای گلخانه­ای می­شود، امواج خورشیدی با طول موج کوتاه از این آلاینده­ها عبور می­کند اما امواج با طول موج بلند به آن جذب می­شود. به این ترتیب پدیده گلخانه ای که خود یکی از عوامل تشدید جزیره حرارتی است شدت میابد. باتوجه به استفاده از مصالح نفوذ ناپذیر در برابر آب در اکثر محیط های مصنوع، رطوبتی که گرمای ناشی از دریافت خورشیدی را از طریق تبخیر کاهش دهد، وجود ندارد. دما در سطوح نفوذ ناپدیر که در معرض تابش مستقیم نور خورشید قرار دارند ممکن است به 88 درجه سانتی گراد برسد در حالیکه دما در سطوح گیاهای با خاک مرطوب حداکثر به 48 درجه سانتی گراد می­رسد (2). از طرفی از طرفی بکار گیری مصالح تیره رنگ در نما، بام  و کفسازی­ها، جذب انرژی خورشید افزایش یافته است. افزایش دمای سطوح در محیط­های شهری منجر به افزایش دمای هوا و در نهایت تشدید پدیده مذکور می­گردد. این گرما از سطوح به آب سیلاب ها منتقل شده و بر کیفیت آن و در نهایت چرخه حیات آبزیان و گیاهان اثرات مخربی می گذارد(3). به این ترتیب شناخت عوامل تعدیل کننده پدیده جزیره حرارتی جهت بهبود خرداقلیم های شهری امری ضروری است. از این رو مقاله حاضر با انتخاب بخشی از محدوده مرکزی تهران که پدیده جزیره حرارتی در آن مشهود است به مطالعه پارامترهای تعدیل کننده این پدیده پرداخت.

پرسش­های تحقیق

این پژوهش، به‌دنبال پاسخ‌ به این سؤال است که پارامترهای درخت، کف پوش­های نفوذپذیر، بام سبز، دیوار سبز و آب چه تاثیری بر دما، رطوبت، سرعت باد و غلظت دی­اکسید کربن دارد؟

کدام یک از متغییر های درخت، کف­پوش­های نفوذپذیر، بام سبز، دیوار سبز و آب بیشترین تاثیر را بر تعدیل جزیره حرارتی دارد؟

فرضیه تحقیق

بر اساس سوالات اصلی پژوهش فرضیات زیر مطرح می گردد:

پارامترهای درخت، کف پوش­های نفوذپذیر، بام سبز، دیوار سبز و آب به میزان قابل ملاحظه ای باعث تعدیل دما، افزایش رطوبت افزایش جریان هوا و کاهش غلظت دی­اکسید کربن می­شود.

متغیر درخت بیشترین تاثیر را بر کاهش جزایر حرارتی دارد.

پیشینه تحقیق

عواملی مانند شکل شهر، کمبود زیرساخت های سبز شهری، افزایش متریال­های جاذب حرارت، گرمای ناشی از فعالیت های انسانی[9] (4) گازهای گلخانه شهری، که باعث افزایش تابش موج بلند، آلودگی و متعاقبا افزایش دمای هوای شهر می گردد و کم شدن سطوح نفوذپذیر در شکل گیری جزایر حرارتی نقش دارند(3). جهت تعدیل این پدیده تغییراتی در هر یک از عوامل فوق لازم است. در میان پارامتر های مذکور، تغییر در ساختار شکل شهر، جهت گیری خیابان ها و ساختمان ها امری پر هزینه و طولانی مدت می باشد. در مقابل، دستیابی به تغییرات مثبت در سایر عوامل امکان پذیرتر می­باشد. پوشش گیاهی از طریق مکانسیم تبخیر و تعرق[10] سایه اندازی، بهبود جریان همرفت و ایجاد عایق حرارتی از طریق ساختار لایه لایه گیاهی باعث تعدیل جزیره حرارتی می شود (5و6و7و8و9). از طرفی مطالعات متعددی نشان داد بر خلاف پدیده جزیره حرارتی، پدیده جزیره سرمایی پارک ها[11] باعث کاهش 3تا 4 درجه سانتیگراد در تابستان می شوند (10) . پژوهشگران با مطالعه جزایر حرارتی در تهران به این نتیجه دست یافته اندکه با رشد و توسعه کلان شهر تهران این پدیده تشدید شده و خصوصیات زمانی و فضایی آن نیز تغییر یافته است. با توجه به اینکه کلان شهر تهران نقش بسزایی در زمینه های اقتصادی، فرهنگی، اجتماعی و سیاسی کشور دارد کاهش اثرات این پدیده ضروری بوده و نیاز به برنامه ریزی مدیران شهرداری دارد (11و12).  با توجه به نتایج جزایر حرارتی از طریق تصاویر LANDSAT، مکان­هایی که پوشش گیاهی بیشتری دارند درجه حرارت کمتری نسبت به مکان هایی که خالی از پوشش گیاهی هستند دارد (13). پژوهشی در یک جزیره در چین اثر سرمایشی بام سبز در مقیاس شهری را مورد مطالعه قرار داد. مقایسه میانگین دمای زمین در سال 2014 که ابنیه فاقد بام سبز بودند و سال 2017 که 540000 متر مربع بام سبز بر روی ساختمان ها قرار داده شد 91/0 درجه سانتیگراد کاهش دما را نشان داد. همچنین این پژوهش نشان داد در محدوده 100 متر بالای بام سبز که لایه خنک کننده حائل[12] نامیده میشود به ازای هر 1000 متر مربع افزایش در مساحت بام سبز 4/0 درجه سانتیگراد دما کاهش میابد (14). پژوهشی دیگر در تورنتو به مطالعه تاثیر پوشش گیاهی بر کاهش موج گرما در مقیاس خرد و کلان پرداخت. در این پژوهش دو سناریو پوشش گیاهی شدیدا متراکم و تراکم متوسط تعریف شد. شبیه سازی در مقیاس شهری با  Weather Researchو در مقیاس محله با انویمت انجام شد. نتایج نشان داد دما در مقیاس محله 6/1 تا 3/2 و در مقیاس شهری 5/0 تا 4/1 درجه سانتیگراد کاهش میابد (15). در پژوهشی از دنیس و همکاران مطالعه تاثیر پوشش گیاهی در کاهش درجه حرارت در اقلیم نیمه گرمسیری  صورت گرفت. با دستیابی به نتایج خروجی های تاثیرگذار در درجه حرارت  که با نرم افزار Envi-met  در سه حالت پایه، درخت­های خیابانی و درخت­های انبوه با تراکم بالا در امتداد پیاده­رو شبیه­سازی شد، به این نتیجه دست یافتند که در حالت سوم پایین­ترین مقدار دمای هوا و توزیع همگن اثر خنک کنندگی گیاهی را نشان میدهد (16). بقایی و همکاران در پژوهشی با موضوع مطالعه تاثیر جداره های عمودی سبز بر تعدیل دما نشان دادند این جداره ها باعث کاهش دما از 39/0 تا 75/0 درجه سانتیگراد می­شوند (17). همچنین طالقانی و همکاران در پژوهشی به مطالعه تاثیر پوشش گیاهی در فضای حیاط مرکزی پرداختند نتایج نشان داد دمای داخل حیاط با پوشش گیاهی و حوض آب 2/1 درجه سانتیگراد از دمای فضای بیرون از حیاط پایین تر است (18). همچنین در پژوهش­های دیگر تاثیر مصالح رایج شهری مانند آسفالت با ضریب بازتاب 05/0 و سنگ با ضریب بازتاب 02/0 بر تشدید جزیره حرارتی را نشان داده اند(19و20). یکی دیگر از ویژگی های مصالحی که در کف پوش های شهری استفاده می­شود میزان نفوذ پذیری ویا تخلخل آن است. مطالعات نشادن داده است مصالح نفوذپذیر در معرض تابش آفتاب به دلیل پدیده تبخیر، دمای سطحی پایین­تری نسبت به مصالح نفوذ ناپذیر دارند (21)

 

روش تحقیق

روش تحقیق ترکیبی از پژوهش موردی و روش شبیه سازی است. محدوده مرکزی تهران که در دسته بندی اقلیمی گرم و خشک قرار دارد، و دارای بیشترین میزان جزایر حرارتی نیز هست، گزینه مناسبی برای پژوهش حاضر می باشد. ازینرو بخشی از محدوده طرح توسعه دانشگاه تهران جهت مطالعه میزان تاثیر فاکتورهای تعدیل کننده دما انتخاب شد. این پژوهش در منطقه 6 شهر تهران در محدوده طرح توسعه دانشگاه تهران، با موقعیت جغرافیایی 71/35 درجه شمالی و 4/51 درجه شرقی و ارتفاع 1200 متر از سطح دریا واقع شده است. محدوده جنوبی منطقه 6 تهران، مطابق با نقشه حرارتی شکل (2)، دارای پدیده جزیره گرمایی است و دمای سطوح در این محدوده 2/46 تا 5/49 درجه سانتیگراد می­باشد. یکی از لکه­های حرارتی در میدان انقلاب در محدوده طرح توسعه دانشگاه تهران می­باشد. ازین رو این محدوده جهت بررسی تاثیر متغییرهای تعدیل کننده جزیره حرارتی انتخاب شد.

همان­طور که در شکل 1 مراحل انجام تحقیق مشخص شده است، پژوهش حاضر در دو فاز صورت پذیرفت. در مرحله اول بلوک شهری مورد مطالعه وضع موجود و وضع پیشنهادی با استفاده از پلاگین­های لیدی باگ و دراگون فلای شبیه­سازی شد و دمای خشک و شاخص UTCI در آن دو مورد مقایسه قرار گرفت. در فاز دوم یک محدوده 50 در 50 از بلوک شهری فوق در سه حالت وضع موجود، وضع پیشنهادی و وضع بهبودیافته در نرم­افزار خرداقلیمی انویمت مدل سازی شد. سپس نتایج شبیه سازی در نرم­افزار لئوناردو تحلیل شد و خروجی­های شبیه­سازی در هر سه حالت مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفت. وضع موجود یک فضای خالی با کف پوش آسفالت است. در مدل پیشنهادی پارامترهای درخت، مصالح آجر، کف پوش­های نفوذپذیر، بام سبز، چمن و آب به وضع موجود اضافه شد. سپس در مدل بهبودیافته این پارامتر­ها در راستای تعدیل دمای بیشتر بهبودیافته سازی شد. در نهایت تاثیر این تغییرات بر رطوبت نسبی، سرعت باد، دمای تابشی، و میزان غلظت دی­اکسیدکربن بررسی شد و در سه حالت با یکدیگر مقایسه شد.

 

شکل 1-مراحل انجام پژوهش

Figure 1. Research phases

 

 

   

شکل 2- نقشه حرارتی تیرماه سال 2010(22)

Figure 2. Thermal map Jun 2010 (22)

  شکل 3- موقعیت سایت مورد مطالعه

Figure 3. Case study location

 

1-یافته های تحقیق

1-6- معرفی نمونه مورد مطالعه:

شرایط اقلیم شهر تهران با توجه به تقسیم بندی کوپن در گروه سرد و خشک قرار می­گیرد. دمای متوسط سالیانه آن °C 4/17 در فرودگاه مهرآباد گزارش شده است. با توجه به وسعت بزرگ این شهر ارتفاع آن از سطح دریا بین 900 تا 1800متر متغیر می­باشد. محدوده مورد بررسی در این پژوهش در منطقه 6 و محدوده طرح توسعه دانشگاه تهران واقع شده است، که از شمال به بلوار کشاورز و پارک لاله، از جنوب به خیابان انقلاب، از شرق به خیابان وصال شیرازی و از غرب به خیابان کارگر شمالی منتهی می­شود. با توجه به شدت جزایر حرارتی در این محدوده مطالعه تاثیر پارامتر­های تعدیل کننده این پدیده امری ضروری است. محدوده شبیه­سازی شده در فاز اول و دوم پژوهش در غرب طرح توسعه می باشد که در شکل 3 مشخص شده است.

 

 

 

۲-۶ مدل سازی فاز اول با لیدی باگ- درگون فلای

فاز اول مدل سازی در مقیاس بلوک شهری انجام شد. در این مرحله مدل سازی در محیط گرس­هاپر با استفاده از پلاگین­های لیدی­باگ و دراگون­­فلای انجام شده و شاخص شاخص UTCI در دوحالت محاسبه شد. این شاخص جهت سنجش تنش حرارتی که کاربر در فضای باز تجربه می­کند استفاده می­شود. محاسبات آن بر اساس مدل ارائه شده توسط Fiala به منظور توصیف رفتار فیزیولوژیکی پیچیده­ی بدن انسان می­باشد، که شامل واکنش بدن انسان برای تنظیم حرارت بدن در تغییرات شرایط فضای باز است. به طور خاصUTCI  مقدار درجه حرارتی از هوا می­باشد که تحت شرایط مرجع، باعث واکنش فیزیولوژیکی مشابه با شرایط واقعی می­شود. شرایط مرجع، فردی را در حال پیاده­روی با سرعت 4 کیلومتر در ساعت و با نرخ متابولیسم 3/2 در نظر می­گیرد و همچنین سرعت باد بین 3/0 الی 1/1 متر بر ثانیه و رطوبت نسبی 50% در نظر می­گیرد. مقدار  UTCIتنها به سرعت هوا، میانگین دمای تابشی، رطوبت نسبی و دمای واقعی هوا وابسته است. همچنین می­توان مقدار UTCI را بر اساس رابطه­ی ساده شده­ی زیر محاسبه کرد(23).

 

 

UT CI = 3 . 21 + ( 0 . 872 ·T a ) + ( 0 . 2459 ·MRT ) −( 2 . 5078 ·v a ) −( 0 . 0176 ·RH ) ( ◦C )

 

 

جدول 1- رابطه بین شاخص UTCI و تنش حرارتی (23)

Table1. The relation between UTCI index and Thermal stress (22)

 

در ابتدا مدل سه بعدی بلوک شهری مورد مطالعه در راینو ساخته شد سپس بلوک شهری پیشنهادی که در آن فضای سبز جایگزین کفپوش آسفالت شد مدل سازی شد (شکل 4). همانطور که در تصویر5 مشخص است میانگین دما در بلوک شهری پیشنهادی 9/31، و در وضع موجود 1/33  می باشد. شکل 6 دمای خشک بلوک شهری وضع موجود و شکل 7 دمای خشک وضعیت پیشنهادی را در گرم ترین ماه سال نشان می­دهد. در نهایت UTCI برای وضع موجود و وضع پیشنهادی محاسبه شد. همانطور که در شکل 8 مشخص است دما در بلوک شهری پیشنهادی نسبت به وضع موجود کاهش یافته.

 

شکل 4- سمت راست بلوک شهری وضع موجود، سمت چپ بلوک شهری پیشنهادی

Figure 4. Current urban block (Right), Proposed urban block (left)

شکل 5- خروجی دما در مناطق روستایی، بلوک شهری وضع موجود و بلوک شهری پیشنهادی در محیط گرسهاپر

Figure 5. Grasshopper Temperature outputs for rural district, current urban block and proposed urban block

شکل 6- دمای خشک بلوک شهری پیشنهادی Figure 6. Dry bulb temperature of proposed urban block

شکل 7- دمای خشک بلوک شهری موجود Figure 7. Dry bulb temperature of current urban block

            

شکل 8- نقشه UTCI در بلوک شهری پیشنهادی Figure 8. UTCI map proposed urban block

شکل 9- نقشه UTCI در بلوک شهری موجود Figure 9. UTCI map current urban block

 

نمودار 1-  روایی نرم افزار انویمت ماخذ (24)

Diagram 1. Validity of Envi-met (24)

 

 

 

۳-۶ مدل سازی فاز دوم با انویمت

 

برای طراحی شهرهای انعطاف­پذیر و پایدار به­ویژه با گستره­ی وسیعی از متغیرهای اقلیمی، لازم است تأثیر هر متغیر بر الگوی وزش باد، رطوبت و دما در نظر گرفته شود. با تحلیل های نرم افزار انویمت می­توان تمرکز را از سطح یک ساختمان تا سطوح بزرگ شهری گسترش داد بدین­ترتیب تاثیرات نامطلوب شناسایی شده و پتانسیل های موجود را ارتقا داد. این نرم افزار در پژوهش­های متعددی مورد اعتبار سنجی قرار گرفته است (1و 24و 25)  به عنوان مثال نمودار1 که از تحقیق طالقانی و همکاران استخراج شده تایید کننده روایی این نرم افزار است (24).

همانطور که در شکل 10 مشخص است در این مرحله یک محدوده 50 در 50 از بلوک شهری مورد نظر جهت شبیه سازی خرد اقلیمی با جزیئات بیشتر انتخاب شد و در سه حالت وضع موجود، وضع پیشنهادی و وضع بهبودیافته در نرم­افزار انویمت مدل سازی شد. سپس نتایج شبیه سازی در رابط گرافیکی لئوناردو تحلیل شد و خروجی های شبیه سازی در هر سه حالت مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفت. بر اساس داده های هواشناسی اطلاعات ورودی نرم افزار شامل حداقل و حداکثر دما در تابستان برابر 21 و 42 درجه سانتیگراد میانگین سرعت باد 3 m/s و از جهت غرب می­باشد (جدول 2). شبیه سازی در گرمترین روز سال 06/08/2019 (25 مرداد 1398) صورت گرفت. نتایج بدست آمده مربوط به یک بازه 24 ساعته می­باشد.

 

جدول 2- اطلاعات ورودی به انوی­مت

Table 2. input summary for Envi-met

اطلاعات ورودی نرم­افزار
25 مرداد 1398	تاریخ شبیه سازی
44*44*30	تعداد گرید مدل­سازی
2*2*2	سایز گرید
00:00 24 ساعت	ساعت شروع شبیه­سازی و مدت شبیه سازی
3 m/s	سرعت باد در ارتفاع 10متر
270	جهت باد
21 و 42	کمینه و بیشینه دما
11 و 39	کمینه و بیشینه رطوبت نسبی

 

 

 

شکل 10- انتخاب محدوده 50 در 50 از بلوک شهری مورد مطالعه Figure10. selecting the 50*50 area of the case study

 

همانطور که در جدول 2 مشخص است وضع موجودکه صرفا آسفالت می باشد در انویت مدل سازی شد. سپس طرح پیشنهادی با افزودن پوشش گیاهی و درخت، آبنما، کفسازی­های نفوذپذیر در ترکیب با گیاه شبیه سازی شد. همچنین جهت بهبودیافته سازی دیوار و بام سبز به مدل پیشنهادی اضافه شد. سپس متریال نفوذپذیر و همچنین درخت با ارتفاع 15 متر سایه اندازی 11متر در تنظیمات نرم­افزارتعریف شده و به مدل پیشنهادی اضافه شد. در مدل بهبودیافته در کفپوش ها لایه­های اولیه از آجر شکسته انتخاب شد و ضخامت لایه شن جهت افزایش نفوذ آب افزایش داده شد. در نهایت تاثیر این تغییرات بر رطوبت نسبی، سرعت باد، دمای تابشی، و میزان غلظت دی اکسیدکربن بررسی شد و در سه حالت وضع موجود، مدل پیشنهادی و مدل بهبودیافته با یکدیگر مقایسه شد.

در ادامه خروجی های شبیه سازی ها با استفاده از رابط گرافیکی لئوناردو مورد تحلیل قرار گرفت و آنالیزهای باد، دما و دی­اکسید کربن در سه حالت وضع موجود، وضع پیشنهادی و وضع بهینه ارائه شد.

۶-۳-۱ تغییرات سرعت باد:

برای جلوگیری از کاهش سرعت باد متانسب با محدوده­ی آسایش حرارتی انسان از درختان با ارتفاع 15 متری استفاده شده است، برای جلوگیری از کاهش بیش از حد سرعت باد در سایت در قسمت های غرب که باد مطلوب می­وزد از درختانی استفاده شده که پوشش گیاهی متراکمی نداشته باشند و مانع نفوذ باد مطلوب نباشند.

۶-۳-۲- تغییرات دما:

طبق نمودار 2 با تغییرات ایجاد شده در طرح پیشنهادی و طرح بهبودیافته، در گرمترین روز تابستان، طرح پیشنهادی نسبت به وضع موود کاهش 1 تا 2 درجه در تمام طول روز و شب را داشت. همچنین کاهش 4 درجه دما در طرح بهبودیافته مشاهده شد. این کاهش دما در مقایس شهری تغییر چشمگیری می­باشد. در تصویر 13 نقشه دما در وضع موجود و طرح بهبودیافته نشان دهنده این کاهش محسوس می­باشد. همچنین نقشه دمای تابش خورشید در وضع موجود و وضع بهبودیافته در تصویر 14 ارائه شده.

۶-۳-۳- رطوبت نسبی:

مطابق نمودار4 رطوبت نسبی در مدل پیشنهادی در گرمترین روز تابستان و در تمام ساعات روز و شب 2% نسبت به وضع موجود افزایش یافته. همچنین مدل بهبودیافته ساعات 03:00 تا 12:00 به میزان 10% و در باقی ساعات به میزان 2% تا 3% نسبت به وضع موجود افزایش یافته است.

 

 

 

جدول 3- معرفی 3 سناریو وضع موجود، پیشنهادی و بهبود یافته در فاز دوم پژوهش

Table 3. 3 scenarios: current situation, proposed model and improved model in second phase of research

ویژگی ها	تصویر سه بعدی مدل	مدل های مورد مطالعه
-          محدوده 50 در 50 -          کفپوش آسفالت		مدل وضع موجود
-          محدوده 50 در 50 -          پوشش گیاهی و درخت، آبنما، کفسازی­های نفوذپذِر		مدل پیشنهادی
-          محدوده 50 در 50 -          پوشش گیاهی و درخت، آبنما، کفسازی­های نفوذپذیر -          افزایش نفوذپذیری متریال کف نسبت به طرح پیشنهادی -          افزودن دیوار و بام سبز -          افزایش تاج درختان تا 11 متر		مدل بهبود یافته

 

 

 

 

 

۶-۳-4- دمای تابش:

مطابق نمودار5 و تصویر  درجه حرارت تابشی در گرمترین روز سال در گرمترین ساعات آن روز 12:00 لغایت 15:00 حدود 1 الی 3 درجه کاهش یافته اما کاهش چشمگیر آن در ساعت 12:00 که حدود 10 الی 12 درجه است.

۶-۳-۵- غلظت کربن دی اکسید:

مطابق نمودار 6 غلظت کربن دی اکسید طرح پیشنهادی 2 تا 3 ppm نسبت به وضع موجود کاهش یافت. همچنین ماکسیمم کاهش غلظت این گاز در طرح بهبودیافته نسبت به وضع موجود 8 تا 9 ppm بود.

 

نمودار2- دما هوا  در ارتفاع5/1 متری در سه حالت Diagram 2. Air temperature of three scenario	نمودار3- سرعت باد در ارتفاع 5/1 متری در 3 سناریو Diagram 3. wind speed of three scenario
تصویر13- سمت راست نقشه دما در طرح بهبودیافته، سمت چپ نقشه دما در وضع موجود Figure 13. temperature map of improved model (right), temperature map of current model (left)
نمودار4 - رطوبت نسبی در ارتفاع 5/1 متری در سه مدل Diagram 4. Relative Humidity of three scenario	نمودار5 - دمای تابشی در ارتفاع5/1 متری در سه مدل Diagram 5. Mean Radiant Temp. of three scenario
شکل14 - سمت راست نقشه دمای تابش خورشید در وضع موجود، سمت چپ نقشه دمای تابش خورشید در وضع بهبودیافته Figure 14. Mean Radiant Temp. Map of current model (right), Mean Radiant Temp. Map of improved model (left)
نمودار6 -  غلظت دی اکسید کربن در سه سناریو Diagram 6. Carbon dioxide concentration in three scenarios

 

 نتیجه تحقیق

 

مقاله­ی حاضر در ابتدا به بررسی اثر جزیره­ی حرارتی و عوامل تاثیرگذار آن پرداخت و سپس به معرفی راهکارهای کاهش اثر جزیره­ی حرارتی پرداخت. این پژوهش با روش شبیه سازی انجام شد و در دو فاز صورت پذیرفت. در مرحله اول دو حالت وضع موجود و وضع پیشنهادی با استفاده از پلاگین­های لیدی باگ و دراگون فلای در مقیاس بلوک شهری شبیه سازی شد و دمای خشک و شاخص UTCI (شاخص حرارتی اقلیم جهانی) در آن دو مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد میانگین دما در بلوک شهری پیشنهادی 9/31، و در وضع موجود 1/33  می­باشد. همچنین مشخص شد افزایش پوشش گیاهی در مقیاس بلوک شهری باعث تعدیل شاخص UTCI می­گردد. در فاز دوم، مدل خرداقلیمی وضع موجود، وضع پیشنهادی و وضع بهبودیافته بخشی از سایت با انویمت در 15 مرداد 98 شبیه سازی شد. در این مرحله شبیه­سازی در مقیاس همسایگی و با بررسی متغییر­های بیشتری مورد مطالعه قرار گرفت. وضع موجودکه صرفا آسفالت می­باشد در انویت مدل سازی شد. سپس طرح پیشنهادی با افزودن پوشش گیاهی و درخت، آبنما، کفسازی­های نفوذپذیر در ترکیب با گیاه شبیه سازی شد.

همچنین در مدل بهبودیافته دیوار و بام سبز به مدل پیشنهادی اضافه شد. سپس متریال نفوذپذیر و همچنین درخت با ارتفاع 15 متر سایه اندازی 11متر در تنظیمات نرم­افزارتعریف شده و به مدل پیشنهادی اضافه شد. در مدل بهبودیافته در کفپوش ها لایه­های اولیه از آجر شکسته انتخاب شد و ضخامت لایه شن جهت افزایش نفوذ آب افزایش داده شد. در نهایت تاثیر این تغییرات بر رطوبت نسبی، سرعت باد، دمای تابشی، و میزان غلظت دی اکسیدکربن بررسی شد و در سه حالت وضع موجود، مدل پیشنهادی و مدل بهبودیافته با یکدیگر مقایسه شد. نتایج نشان داد درخت نسبت به سایر پارامتر ها بیشترین تاثیر کاهش دما را ایجاد کرد. درختانی با تاج 10متر دما را در ساعات 12 تا 15، 3 الی 4 درجه کاهش داد و باعث افزایش رطوبت نسبی تا 10% شد. نهایتا مدل بهبودیافته نهایی که شامل درخت، آب، چمن، مصالح نفوذ پذیر، درخت و بام سبز، نسبت به وضع موجود باعث کاهش دما تا 4 درجه سانتیگراد، افزایش10 درصدی در رطوبت نسبی، کاهش قابل توجه دمای تابش، کاهش  غلظت دی اکسید کربن و کاهش سرعت باد شد.

 

References

1. Farhadi, H., Faizi M., Sanaieian H., 2019. Mitigating the urban heat island in a residential area in Tehran: Investigating the role of vegetation, materials, and orientation of buildings, Sustainable Cities and Society. 46:https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101448
2. Mansoorian, M. Namdar ghasghaee, N. 2008. Environmental management. Iran Consultants committee press. Tehran. (In Persian)
3. Alijani, B. Toulabinejad, M. Sayadi, F. 2017. Calculation of heat island intensity based on urban geometry (case study: district of kucheh bagh in Tabriz, Journal of spatial analysis environmental hazarts, 4 (3) 99-112. (In Persian)
4. Santamouris, M., Synnefa, A., Karlessi, T., 2011. Using advanced cool materials in the urban built environment to mitigate heat islands and improve thermal comfort conditions. Sol. Energy 85 (12): 3085-3102. https://doi.org/10.1016/j.solener.2010.12.023
5. Ng, E., Chen, L.,Wang, Y., Yuan, C. 2012. A study on the cooling effects of greening in a high-density city: an experience from Hong Kong. Build. Environ. 47: 256-27. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2011.07.014
6. Perez, G., Rincon, L., Vila, A., Gonzalez, J.M. Cabeza, L.F. 2011. Behaviour of green facades in Mediterranean Continental climate. Energy Convers. Manag. 52 (4): 1861-1867. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.11.008
7. Sharma, A., Woodruff, S., Budhathoki, M., Hamlet, A.F., Chen, F., Fernando, H.J.S. 2018. Role of green roofs in reducing heat stress in vulnerable urban communities da multidisciplinary approach. Environ. Res. Lett. 13 (9): 094011.
8. Zamani Z, Heidari S, Hanachi P. 2020 Study the Microclimatic Performance of the Courtyard in Tehran Climate (Case study: Memar Bashi Theological Seminary courtyard), J. Env. Sci. Tech., Vol 22, No.5.
9. Zamani Z, Heidari S, Hanachi P. 2019 Optimizing the Building Location Arrangement in Urban Block, in order to Achieve Heat Mitigation of Yards in Tehran, J. Env. Sci. Tech., Vol 21, No.9.
10. Zamani Z, Heidari S, Hanachi P. Reviewing the thermal and microclimatic function of courtyards. Renew Sustain Energy Rev. 2018;93:580-595.
11. Rafiean M, Rezai rad H. 2017. Measuring the Impact of Vegetation Greenness on Spatial Changes of Heat Island Intensity in Tehran Metropolitan by Using ASTER and Landsat8 Satellite Images. Jsaeh.; 4 (3) :1-16 http://jsaeh.khu.ac.ir/article-1-2746-fa.html (Access in 2020/11/27) (In Persian)
12. Malekpour P. , Taleai M, 2010. Evaluation of Land Surface Temperature and Urban Landuse/LandCover Changes Using of ETM+ Satellite DataA Case Study of Tehran City, Iranian Journal of Remote Sencing & GIS, 2 (3): 89-102. https://www.magiran.com/paper/920383 (Access in 2020/11/27) (In Persian)
13. Al-Saadi, L. M. Jaber, S. H.  Al-Jiboori, M. H. 2020. Variation of urban vegetation cover and its impact on minimum and maximum heat islands. Urban Climate 34: 100707.https://doi.org/10.1016/j.uclim.2020.100707
14. Dong, J., Lin M., Zuo, J., Lin, T., Liu J., Sun, C., Luo, J., 2020. Quantitative study on the cooling effect of green roofs in a highdensity urban Area: A case study of Xiamen, China, Journal of Cleaner Production 255: 120-152. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120152
15. Berardi, U., Jandaghian, Z., Graham, J., 2020. Effects of greenery enhancements for the resilience to heat waves: A comparison of analysis performed through mesoscale (WRF) and microscale (Envi-met) modeling, Science of the Total Environment 747: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141300
16. Duarte, D.H.S., Shinzato, P., Gusson, C., Alves, C.A. 2015. The impact of vegetation on urban microclimate to counterbalance built density in a subtropical changing climate, Urban Climate 14: 224–239. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2015.09.006
17. Baghaei Daemei,A. Azmoodehb, M. Zamani, Z. Mehrinejad Khotbehsara E., (2018), Experimental and simulation studies on the thermal behavior of vertical greenery system for temperature mitigation in urban spaces, 20 277–284 https://doi.org/10.1016/j.jobe.2018.07.024
18. Zamani Z, Heidari S, Azmoodeh, M. Taleghani, M. 2019 Energy performance and summer thermal comfort of traditional courtyard buildings in a desert climate, Environmental Progress & sustainable Energy, Volume38, Issue6
19. Baker, M.C. Canada, N.R.C.o. 1980. Roofs: Design, Application, and Maintenance, Multi science Publications, Montreal.
20. Bretz, S. Akbari, H. Rosenfeld, A.H. Taha, H. 1992 Implementation of solar reflective surfaces: materials and utility programs, University of California, Berkeley.
21. Takashi, A., Vu Thanh, Ca., 2000. Characteristics of permeable pavement during hot summer weather and impact on the thermal environment. Building and Environment 35: 363-375. https://doi.org/10.1016/S0360-1323(99)00020-7
22. Bokaie, M. Kheirkhah Zarkesh, M. Daneshkar Arasteh, P. Hosseini, A, 2016. Assessment of Urban Heat Island based on the relationship between land surface temperature and Land Use/ Land Cover in Tehran, Sustainable Cities and Society 23 (2016) 94–104
23. Evola, G., Costanzo, V., Magrì, C., Margani, G., Marletta, L., & Naboni, E. 2020. A novel comprehensive workflow for modelling outdoor thermal comfort and energy demand in urban canyons: Results and critical issues. Energy and Buildings. 216: 109946. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.109946
24. Taleghani, M., Tenpierik, M., Dobbelsteen, A., Sailor, D, 2014. Heat in courtyards: A validated and calibrated parametric study of heat mitigation strategies for urban courtyards in the Netherlands. Solar Energy. (103):108–124. https://doi.org/10.1016/j.solener.2014.01.033
25. Rajabi, T, Abu-Hijleh, 2014. The Study of Vegetation Effects on Reduction of Urban Heat Island in Dubai, World SB 4 Barcelona. Barcelona. http://wsb14barcelona.org/programme/pdf_poster/P-221.pdf

 

 

 

 

1- دانشجوی کارشناسی ارشد معماری، دانشکده معماری، پردیس بین المللیکیش، دانشگاه تهران

2- استادیار، گروه فناوری، دانشکده معماری، دانشکدگان هنرهای زیبا، دانشگاه تهران. * (مسوول مکاتبات)

[3]- Ladybug

[4]- DragonFly

[5]- Dry bulb temperature

[6]- Universal Thermal Climate Index

1- Masters student, Kish international campus, University of Tehran.

2- Assistant professor, Arch. Technology, School of Architecture, College of Fine Arts, University of Tehran. *(Corresponding Author)

[9]- Cooling Buffer Zone

[10]- Evapotranspiration

[11]- Park cool island

[12]- Anthropogenic heat

تعداد مشاهده مقاله: 757

تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 269