The Effects of Urban Green Infrastructure on Microclimate and Indoor Comfort

Dátum
Folyóirat címe
Folyóirat ISSN
Kötet címe (évfolyam száma)
Kiadó
Absztrakt

Examining the effect of green façade on the scale of buildings, the plantation of vegetation is undoubtedly positive. In summer the leaves decrease the heating-up of the wall, so due to green façades the inner cooling demand will significantly be reduced (Ottelé et al., 2011). In winter, the green façade – if evergreen – will decrease the air movement near the wall, so heating demand might be decreased. The case study described in Chapter 4.1. proved, that the effect of green façade on wind speed depends on the angle of the façade and the prevailing wind direction. In case the green façade is implemented parallelly with the prevailing wind direction, the effect is stronger: due to the change of roughness of surfaces, a sort of “bottleneck” is created in the street, therefore in the middle of the street the velocity of the air will increase, and the static pressure will decrease – the latter has, but not negligible effect on the inflow of air from the cross-streets. Further simulations were carried out to investigate the effect of different plantings in the street on wind comfort. This time, the effect of greenery in case of diagonal wind direction was also analysed to have more information on the air movement around the corners – as these are the spots, where sudden gusts might reach the pedestrian, thus these spots are crucial in creating an agreeable wind comfort. Apart from the obvious result, that vegetation decreases wind velocity in the immediate proximity of the plants, the conclusion from the study is, that an asymmetrical disposition of various plants (shrubs and trees together) is most desirable, as this kind of solution ensures an acceptable wind comfort but does not hinder urban cross ventilation. Previous studies have shown that planting trees near the façade might increase the concentration of air pollutants on the pedestrian way due to limited air velocity around the canopy of the trees. However, shrubs might have an opposite effect creating an upflow above the pedestrian way. The second research area was the investigation of the effect of trees on solar irradiance, vertical transmissivity, and indoor thermal comfort. Since the horizontal transmissivity of trees has been investigated in recent years, I aimed to measure the vertical transmissivity of three different, typical urban species (Celtis occidentalis, Tilia cordata and Sophora japonica) with the usage of pyranometers. It was found that transmissivity ranges from 11,3% to 16%. Based on the values retrieved from on-site measurements, further energetic simulations were executed. The aim of the modelling was to have results on the effect of trees on the warming-up of the façades and indoor air temperatures. It was found that tree shading diminishes significantly the warming up of both vertical (façade) and horizontal (room floor) surfaces. The effect of opening the window was also studied, with the result that it makes sense to open the window in the afternoon hours, as the indoor temperatures can be lowered when the façade is shaded. Regarding neighbourhood scale investigations, first, the effect of opening traditional blocks and implementing vegetation in the inner courtyards was studied. It was found that wind speed and sky view factor will be increased, which are favourable, however, the demolition of the inner wings of the buildings also increase the risk of summer overheating. All negative impacts can be addressed with using intensive greenery in the yards, thus, creating a better thermal comfort and living environment in the yard and the adjoining flats as well. The last case study examined the effects and possibilities of climate-adaptive planning with implementing multiple green infrastructure elements at the same time on neighbourhood scale. It has been demonstrated that alley trees, planting boxes and new green spaces momentously reduce the risk of summer heat stress, that is the values of MRT, Tair and PMV values. However, it came also obvious, that the microclimatic effect of implementing trees does not exceed the area of intervention, on the other hand the effect of a new green space is more extensive spatially.


Jelen kutatás célja, hogy megvizsgálja a zöld infrastruktúra elemek mikroklímára, és az épület energiafogyasztására gyakorolt hatásait; kültéri és belső téri hőkomfort; és a kutatási eredmények könnyen alkalmazható alapot adjanak a ZIE elemek várostervezésben való kivitelezéséhez és tervezéséhez, és további vizsgálatokhoz – tipikus magyar városi területekre koncentrálva. A témában elérhető szakirodalom áttekintése után elsősorban kisléptékű zöld infrastruktúra elemek: fasori fák, zöldhomlokzatok, belső kertek és kis kiterjedésű városi közparkok hatását vizsgáltam. A kutatásban mértem a fa lombozatának függőleges síkra vonatkoztatott transzparenciáját, és modelleztem a belső hőmérsékletre, valamint a szellőztetési potenciálra gyakorolt hatását. A helyszíni mérések piranométer és infrakamera használatával történtek, a modellezéshez több szoftvert is használtam: numerikus szimulációkat futtattam le az ismert és széles körben használt, validált ENVI-met szoftver használatával. A beltéri hőérzet modellezéséhez az ECOTECT nevű szoftvert alkalmaztam. A kutatási eredményeim igazolták, hogy a zöld infrastruktúra elemek sikeresen tudják pozitívan befolyásolni épület és szomszédsági léptékben a mikroklímát, és gátolják a nyári hőstressz kialakulását. A zöld homlokzat hatásai között kiemelendő, hogy az uralkodó széliránnyal párhuzamosan telepítve, a városi átszellőzésre gyakorolt hatása erősebb. A fasorok esetében is hasonló hatást figyelhetünk meg a szélsebesség és szélprofil változásában, köszönhetően a megváltozott érdességnek, éppen ezért célszerűbb a növényzetet az utcán aszimmetrikus módon telepíteni, amely ily módon javíthatja a szélkomfortot. A fák vertikális transzparenciájának vizsgálata során három jellemző városi faj árnyékolási potenciálját mértem: az eredmény azt mutatta, hogy a legjobb árnyékoló a nyugati ostorfa (Celtis occidentalis; τ=11.3%), hasonló értékeket mutatott a kislevelű hárs (Tilia cordata, τ=12%.); és a legrosszabb teljesítményű a japánakác (Sophora japonica, τ=16.6%). A transzmisszivitás értékeket alapul véve további szimulációkat végeztem a fák a belső térre gyakorolt sugárzási nyereség csökkentő hatását vizsgálatának érdekében. A szimuláció kimutatta, hogy az épület homlokzata elé ültetett fa (délre, délnyugatra tájolva) nyári körülmények között 20-60% -kal (maximum 1 kW / m2 / nap) csökkentheti a napi napsugárzást függőleges felületen (ha = 12-16%). Szomszédsági léptékben a belső udvarok, illetve kisléptékű városi közparkok, valamint fasorok telepítésének hatását vizsgáltam. A modellezés kimutatta, hogy hagyományos körfolyosós bérházak belső szárnyainak lebontásával, és az egybenyitott udvar zöldítésével a szélsebesség és az égbolt láthatósági tényező (SVF) növekszik, ami kedvező, azonban az épületek belső szárnyainak lebontása növeli a nyári túlmelegedés kockázatát is. Minden negatív hatás megoldható az udvarok intenzív parkosításával, ezáltal jobb hőkomfortot és lakókörnyezetet teremtve az udvaron és az udvarra nyíló lakásokban is. Az utolsó esettanulmány a klímaadaptív tervezés hatásait és lehetőségeit vizsgálta több zöld infrastruktúra elem egyidejű, szomszédsági léptékű alkalmazásával. Igazoltam, hogy a fasori fák, ültetőládák és az új zöldterületek jelentősen csökkentik a nyári hőstressz kockázatát, vagyis az MRT, a Tlég és a PMV értékeit. Ugyanakkor nyilvánvalóvá vált az is, hogy a fák megvalósításának mikroklimatikus hatása nem haladja meg a beavatkozás területét, mégis az új zöldfelület hatása térben kiterjedtebb, mint például egy fasoré. Összefoglalva, a dolgozat eredményei hozzájárulhatnak a kisléptékű zöld infrastruktúra elemek hatékonyabb alkalmazásához a város- és szabadtértervezésben.

Leírás
Kulcsszavak
urban heat island, városi hősziget, green infrastructure, vertical transmissivity of trees, ENVI-met, microclimate simulations, zöld infrastruktúra, fáj vertikális transzmisszivitása, mikroklíma szimulációk
Forrás