رابطۀ گرمای هوا، میانگین گرمای تابشی و آلبدو در کاهش جزایر حرارتی در شهرها

نویسندگان

1 استادیارمعماری، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

2 استاد معماری، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران.

3 استادیار معماری، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

چکیده

افزایش جمعیت وگسترش شهر‌نشینی، کاهش فضاهای سبز، مصرف زیاد سوخت‌های فسیلی، انتشار گازهای گلخانه ای و استفاده از مصالح نا مناسب پدید‌آورنده میکروکلیمای جزیره حرارتی بر فراز شهرها شده؛ که چندین درجه سانتی‌گراد هوای شهر را از پیرامون خود (روستاها) گرم‌تر نموده. لذا این مقاله بعد از شناخت عوامل موثر بر ایجاد جزایر حرارتی (همچون موقعیت شهر؛ اندازه شهر و جمعیت؛ تراکم محیط ساخته شده؛ هندسه شهری؛ ویژگی حرارتی سطوح شهری؛ سطوح ضد آب؛ گرمای انسان ساخت و آلودگی هوا ) و معرفی استراتژی‌های کاهشی(همچون استراتژی های سبز شهری، سطوح سرد شهری، طراحی شهری، کاهش گرمای انسان ساز )، به بررسی پارامترهایی همچون میانگین دمای تابشی و دمای هوا در سه آلبدوی بالا0.8، آلبدوی متوسط(0.5) و آلبدوی پایین(0.3) می پردازد. در این راستا با انتخاب خیابان پونک در شهر قزوین که دارای تنوع در مصالح می باشد، با بررسی از طریق شبیه سازی با نرم افزار Envi met به این نتیجه رسیدیم که تغییرات در میزان توان تابشی و دمایی محیط می‌تواند تاثیر بسزایی در میزان میانگین دمای تابشی محیط و به تبع آن بر آسایش حرارتی فضای باز محیط بگذارد، نتایج حاکی از آن است که با وجود مناسب بودن مصالح سرد با آلبدوی بالا برای کف خیایانها و بامها اما مصالح دارای آلبدوی بالا در نما بخاطر انعکاس زیادی که به محیط دارند آسایش حرارتی را پایینتر می آورند و محیط را گرمتر می کند و در شهرهایی که دارای جزیره حرارتی هستند مصالح روشن باعث گرم شدن محیط می شوند اما در شهرهایی که هنوز مشکل تشکیل جزایر حرارتی وجود ندارد استفاده از مصالح روشن با آلبدوی بالا سبب کاهش مصرف انرژی در داخل ساختمان می گردد و سبب می گردد سرمایش ساختمانها در تابستان کمتر شده و بالتبع مصرف انرژی کاهش یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Relationship between Air Temperature, mean Radiant Temperature and Albedo in the Reduction of Thermal Island in Cities

نویسندگان [English]

  • Mahsa Hajifathali 1
  • mohsen faizi 2
  • atefeh dehaghan 3
1 Assistant Professor of Architecture, Tehran west, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Professor of Architecture, Iran University of Science & Technology, Tehtan, Iran.
3 Assistant Professor of Architecture, Tehran west, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Introduction
Urban population, urbanization growth, Reduce green spaces, High fossil fuel consumption, greenhouse gas emissions, and Use of inappropriate materials They have created a heat island over the cities That cause the city's air several degrees Celsius warmer surroundings.
Nowadays, science has proven that there has been a lot of climate change throughout the life of the planet Earth, and many indicators show that human intervention in nature is accelerating natural processes. Humans have been known to be involved in the occurrence of many natural disasters including global warming, sea-level rise, forest destruction, ozone depletion, acid rain, and biodiversity decline. Population growth, urbanization, green space decrease, fossil fuels overuse, greenhouse gas emission, and the use of inappropriate building materials have caused the emergence of thermal island microclimates over cities which make cities warmer than their vicinities (villages) by several centigrade degrees.
 
Methodology
This phenomenon is influenced by several factors such as city location, city size and population, urban density, urban geometry, thermal properties of urban surfaces, waterproof surfaces, human-caused heat and air pollution. Some of these factors require long-term urban planning, but others such as using appropriate building materials can be considered as an early yielding decrease strategy to mitigate the destructive effects of heat islands. Therefore, this paper, after identifying the factors affecting the creation of heat islands and introducing the decrease strategies, tries to examine parameters such as mean radiant temperature and air temperature in three high albedo (0.8), medium albedo (0.5) and low albedo (0.3). In this regard, by choosing Poonak street in Qazvin, which has a variety of building materials, and by studying through Envi_met simulation software.
 
Result and Discussion
Materials used in urban environments absorb and accumulate solar and infrared rays and transmit them to the atmosphere, so materials play an important role in reducing the reception, storage of heat, and its transfer to the urban environment.
 The findings show that, it was concluded that changes in the amount of ambient radiant and temperature power can have a significant effect on the mean radiant temperature and consequently on outdoor thermal comfort. The results show that although cool materials with high albedo are suitable for roadbeds and roofs, but high albedo materials in the façade, due to their high reflectivity, bring lower thermal comfort and warmer environments in cities. In cities with heat islands, cool materials can warm the environment, but in cities with no heat islands, use of high albedo materials reduces indoor energy consumption in summer.
Conclusion
The results indicate that in order to reduce the mean radiant temperature (the most important factor of thermal comfort), direct and indirect radiant flux values must be controlled. Therefore, with the decrease in the amount of albedo in the facade materials, the radiant flux of the environment decreases leading to a simultaneous decrease in air temperature and the mean radiant temperature (Tmrt). Materials with albedo have the highest reflectivity, as a result of which the materials remain cold and heat is not transferred to the interior; however high albedo is not suitable for facade materials in cities that have a heat island, because it causes an increase in ambient temperature. The solution is to use materials with low albedo; thus, the ambient temperature does not increase and because the heat from the materials to the interior is not transferred. Use suitable thermal insulation in the wall so that the heat absorbed by the materials is not transferred to the interior.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Urban Heat Islands
  • Air temperature
  • The mean radiant temperature
  • Albedo
  • building facade
  1. آبکار، علی (1394) مصالح سبز و کاربرد آن در جهت کاهش مصرف انرژی و میزان آلایندگی محیط زیست، کنفرانس بین المللی انسان، معماری، عمران و شهر، تبریز، ایران
  2. اسماعیل زاده، حسن؛ سعیدی فرد، فرانک؛ محمد نیا، محلا و اسدزاده، آمنه (1393) روش شناسی انجام پژوهش در مطالعات محیط زیست شهری، تهران، ا نتشارات مهگامه.
  3. اتمن، عثمان، ترجمه سارا زهری (1391) معماری سبز با مصالح و تکنولوژی پیشرفته، تهران،انتشارات مهرازان
  4. بخشی خانیکی، غلامرضا (1393)، آلودگی محیط زیست، دانشگاه پیام نور، دانشکده علوم کشاورزی
  5. پاکباز، مانلی، عبادی، تقی (2013) شهر سبز، شاخص ها، چالش ها و رویکردها، کنفرانس بین المللی مهندسی عمران، معماری و توسعه پایدار شهری، تبریز، ایران.
  6. خداکرمی، جمال؛ حاتمی، مجتبی (1395) جزیره حرارتی متغییری جدید در معماری و شهرسازی، تهران: انتشارات کتاب فکر نو.
  7. زبر‌دست، اسفندیار(1383) اندازه شهر، چاپ اول، تهران، انتشارات مرکز مطالعاتی و تحقیقاتی شهرسازی و معماری.
  8. سیادتی، فریال سادات؛ شعاعی، حمیدرضا (1392) «باغ بام و دیوار سبز (باغ عمودی)، عناصری برای طراحی پایدار»، دومین همایش ملی اقلیم، ساختمان و بهینه‌سازی مصرف انرژی (با رویکرد توسعه پایدار)، اصفهان.
  9. عباس‌پور، مجید (1396) انرژی، محیط زیست و توسعه پایدار، تهران، انتشارات دانشگاه صنعتی شریف. جلد 1 و 2
  10. فطرس، محمد‌حسن؛ فردوسی، مهدی و مهرپیما، حسین (1390) بررسی تأثیر شدت انرژی و گسترش شهر نشینی بر تخریب محیط زیست در ایران، تحلیل هم جمعی، محیط شناسی، دوره37، شماره 60. صص. 34-13.
  11. مرئی، الهه (1393) نقش مصالح پوسته شهری در طراحی ساختمان بر اساس تغییرات دمایی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده معماری و شهرسازی دانشگاه هنر تهران.(به راهنمایی دکتر بهشید حسینی و مهرداد مظلومی) .
  12. A. (2015) Green materials and its application to reduce energy consumption and environmental pollution,The International Conference on Human, Architecture, Civil Engineering and City,Tabriz, Iran. [persian].
  13. H., Saidifard. F., Mohamadnia. M. & Asadzade. A. (2014) Methodology of conducting research in urban environmental studies, Tehran. [persian].
  14. GH. (2014) Environmental pollution, Payame Noor University, Agricultural Sciences. [persian].
  15. J and hatami.m (2016) Thermal island is a new variable in architecture and urban planning, fekre no, Tehran. [persian].
  16. Akbari .H, Pomerantz. M, Taha.H (2001) Cool surfaces and shade trees to reduce energy use and improve air quality in urban areas, Solar energy, 70,pp.95-310. [persian].
  17. ASHRAE (2019) Thermal environmental conditions for human occupancy ANSI- ASHRAE, PP. 55-1992.
  18. Attmann, O. (2010 Green Architecture Advanced Technologies and Materials, McGraw-Hill.
  19. (2013) Heat island impacts. Retrieved April2, 2013, from United State Environmental protection Agency (EPA).
  20. Envi-Met. (2015) services: http:/www.envi-met.com/services
  21. 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 46.101448
  22. , L. (2008) Heat Island. London: Earth scan.
  23. Gunawardena, K.R., Wells. J,T. & Kershaw,.T. (2017) Utilising green and bluespace to mitigate urban heat island intensity, Sci. Total Environ. PP.584–585,
  24. K., Kershaw.T. & Steemers. K. (2019) Simulation pathway for estimating heat island influence on urban/suburban building space-conditioning loads and response to facade material changes, Building and Environment 150 .
  25. Levinson, R., Berdahl, P., Akbari, H., Miller, W., Joedicke, I., Reilly, J. (2014) Methods of creating solar-reflective nonwhite surfaces and their application to residential roofing materials. In Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 20, No. 2, pp. 312–302.
  26. Montavez J.P., Rodriguez A. & Jimenez J.I. (2000) A study of the urban heat island of Granada, international journal of climatology,Vol.20, No. 100, pp. 899-911
  27. Marceau M.L. & VanGeem M.G. (2007) Solar Reflectance of Concretes for LEED Sustainable Sites Credit: Heat Island Effect, Research an Development Information, Portland Cement Association
  28. NASA (2015) Landsat science, the landsat program: http:// landsat.gsfc.nasa.gov/ U.S Department of energy.
  29. Ooka, R. (2010) Development of assessment tools for urban climate and heat island mitigation, CPD Lecture.
  30. SHahmohamdi p. Ulrich Cubasch. (2013) Conflict between Population and Urbanization Factors: Impact of Urban Heat Island on Energy Consumption, Balance. Journal of Civil Engineering and Architecture, pp. 16-2
  31. A., Dandou. A., Santamouris. M., Tombrou, M & Soulakellis. N. (2008) Large scaleAlbedo changes using cool materials to mitigate heat island in Athens. Applied Meteorology and Climatology ,Vol.47, No.11 pp. 56-2846
  32. Urban Heat Island. (2011) Technical Report, VCCCAR.
  33. K.E. & Yau. R. (2009) Urban Ventilation as a Countermeasure for Heat Islands toward Quality and Sustainable City Planning in Hong Kong, International conference on countermeasures to urban heat islands, California, USA.
  34. maps.google.com (ACCESS DATE 2019).