nieuw model ontwikkeld bij EPFL kan ingenieurs en meteorologen helpen om snel het effect te berekenen dat stadsgebouwen hebben op lokale weerpatronen. Een jaloeziefabrikant heeft er al interesse in, en klimaatwetenschappers zouden de volgende kunnen zijn.

De vorm van stadsgebouwen, hoe ze zijn geregeld, en de warmte die ze genereren, hebben allemaal invloed op het lokale weer. Het kunnen modelleren van de ingewikkelde processen die hierbij betrokken zijn, helpt meteorologen niet alleen om hun stadsweervoorspellingen te verbeteren, maar stelt ingenieurs ook in staat de energie-efficiëntie van de gebouwen die ze ontwerpen te verbeteren.

De programma's die doorgaans worden gebruikt om dergelijke verschijnselen te modelleren, zijn omslachtig, tijdrovend, en duur in gebruik. Echter, een studie uitgevoerd in 2016 door EPFL's CRYOS-laboratorium toonde het belang aan, evenals de complexiteit, van deze berekeningen. Bij EPFL's Solar Energy and Building Physics Laboratory (LESO-PB), postdoc Dasaraden Mauree heeft de vergelijkingen met succes vereenvoudigd om ze gemakkelijker te maken voor ingenieurs om te gebruiken. Hij voerde gegevens uit de stad Basel door zijn gestroomlijnde model, het verkrijgen van resultaten en trends die vergelijkbaar zijn met die gegenereerd door een theoretisch model en een meer geavanceerd model genaamd LES. Deze studie, met Mauree als hoofdauteur, werd gepubliceerd in Grenzen in aardwetenschappen .

"Gebouwen worden vaak gebouwd zonder rekening te houden met de specifieke kenmerken van de weerpatronen van een stad of de invloed die stadsgebouwen kunnen hebben op het weer. Ons doel was om een ​​programma te ontwikkelen dat moderne weersvoorspellingsmodellen combineert met modellen die het effect van warmte meten vrijgegeven door gebouwen, ' zei Maure.

Zoals Legoblokjes

In plaats van de hele stad Bazel te modelleren, Mauree besloot een groep gebouwen te modelleren die het kan vertegenwoordigen. Hij moest de bouwdichtheid van de door hem gekozen buurt berekenen, evenals de gemiddelde hoogte, lengte en breedte van de gebouwen. Dat gaf hem een ​​"standaardgebouw" om te gebruiken in zijn berekeningen. Vervolgens verdeelde hij dit standaardgebouw in 'stenen', vergelijkbaar met vloeren, en deze stenen op elkaar gestapeld als lego's:"Het opdelen van gebouwen in stenen is de sleutel tot het begrijpen van de weerprocessen die plaatsvinden in een stad, omdat deze processen variëren met de bouwhoogte, ' zei Maure.

Toen zijn gebouw eenmaal in bakstenen was verdeeld, Mauree nam vervolgens meteorologische gegevens voor Basel op (zoals windsnelheid en -richting, temperatuur en vochtigheid) in zijn model. Met het resulterende algoritme kon hij nauwkeurige schattingen maken van de weersverschijnselen die zich bij elke steen voordoen. Ingenieurs kunnen dit soort berekeningen gebruiken, bijvoorbeeld, het energieverbruik van een gebouw optimaliseren door voor elke verdieping de beste gevel te kiezen. "Op de begane grond, je hebt over het algemeen niet veel wind, maar je kunt veel vocht hebben, vooral als er planten in de buurt zijn. Maar wind wordt prominenter op hogere verdiepingen, leidt tot meer energieverlies. Convectiestromen kunnen bijzonder sterk worden op warme dagen als de grond en de bouwoppervlakken opwarmen. Deze stromen ontstaan ​​wanneer warme lucht, die een lagere dichtheid heeft, stroomt naar boven, en koelere lucht, die een hogere dichtheid heeft, stroomt naar beneden. Als een ander voorbeeld, ingenieurs die de energiebehoeften van een nieuw gebouw berekenen, moeten rekening houden met het lage niveau van zonlichtpenetratie in dichtbevolkte steden."

Gegevens voor meteorologen, zowel fabrikanten als klimatologen

Volgens Maure, ingenieurs zullen niet de enigen zijn die profiteren van zijn nieuwe methode. "Ons model is ontworpen om bouwoppervlakken beter weer te geven en de wind- en vochtstroom binnen een stad nauwkeuriger te berekenen. Dat maakt het natuurlijk nuttig voor meteorologen. Maar ook een fabrikant van jaloezieën is geïnteresseerd in onze aanpak, omdat het goede schattingen kan geven van windsnelheid en -richting in de buurt van gevels van gebouwen, "zei Mauree. Bovendien, zijn model kan verschijnselen voorspellen die zich nabij de grond voordoen - wat betekent dat klimaatwetenschappers het kunnen gebruiken om grootschalige weerprocessen te simuleren, aangezien de huidige methoden niet hetzelfde precisieniveau bieden.

Een open platform

Dit jaar verschijnen er nog twee artikelen over dit onderwerp. Maar Mauree kijkt al naar de volgende stap:het ontwikkelen van een open platform waar iedereen basisgegevens over een buurt kan invoeren en een betrouwbaar model kan krijgen van de luchtstromingen en het effect dat de gebouwen hebben op het weer. "We willen ingenieurs en meteorologen snel, betrouwbare gegevens voor hun gebouwontwerpen en weersvoorspellingen, zonder dat ze code hoeven te schrijven of een computerprogramma hoeven te gebruiken, " hij zegt.

Mauree is ook van plan om zijn model te verbeteren, koppel het aan de CitySim-software die is ontwikkeld bij EPFL om het energieverbruik van het gebouw en het thermisch comfort buitenshuis nauwkeuriger te berekenen. "We verzamelen ook gegevens in het kader van de MoTUS-campagne [Measurement of Turbulence in an Urban Setup] waarmee we ons Canopy Interface-model kunnen verbeteren, die tot doel heeft de verschillende weersprocessen in stedelijke gebieden beter te simuleren, " zei Mauree. Hij ziet potentieel voor zijn onderzoek in niet alleen het verminderen van het energieverbruik van gebouwen, maar ook om het algehele ontwerp van stedelijke ruimtes te verbeteren.