Исследователи разработали новый метод для изучения влияния деревьев на температуру в зданиях и движение воздуха в условиях аномальной жары

Исследователи из Университета штата Айова разработали модель для изучения того, как затенение и движение воздуха могут улучшить температуру внутри помещений во время изнуряющей жары на Среднем Западе США. Работа научной группы Sustainable Cities под руководством доцента архитектуры Ульрике Пассе показывает влияние затенения деревьями и эвапотранспирации на температуру зданий в периоды экстремальной жары.

Исследование особенно актуально, поскольку в ближайшие десятилетия на Среднем Западе ожидается увеличение числа дней с высокой влажностью и точкой росы. Согласно Национальной оценке климата, в период с 2036 по 2065 год в одном году из десяти прогнозируется «экстремальная жара» — пятидневный период, который будет на 13 градусов теплее, чем сопоставимый период в прошлом.

Важность для уязвимых групп населения

На экстремальную жару непропорционально сильно влияют районы с низким доходом, где многие дома из-за возраста построек или стоимости электроэнергии не имеют центральных систем кондиционирования воздуха. Например, в округе Полк до 50% домов с низким доходом не оборудованы центральным кондиционером. Высокая влажность в Айове дополнительно усиливает ощущение дискомфорта летом. Команда Sustainable Cities сотрудничала с городом Де-Мойн и департаментом здравоохранения округа Полк, чтобы изучить энергопотребление зданий и влияние окружающей среды, с целью помочь наиболее уязвимому населению.

Как работает модель

Команда провела инвентаризацию 1142 деревьев и 340 зданий в изучаемом районе, собрав данные о размере, местоположении, видах и форме крон деревьев. Эти данные были интегрированы в трёхмерную вычислительную модель, разработанную для моделирования влияния деревьев на энергопотребление здания. В отличие от стандартных моделей, новая модель учитывает не только здания, но и воздействие окружающей среды, в частности деревьев.

Модель изучает как затенение, так и охлаждение за счёт эвапотранспирации — процесса, при котором солнечные лучи, попадая на крону, вызывают испарение воды с листьев, охлаждая их и снижая температуру окружающего воздуха. С помощью новых возможностей «сеточного» моделирования, доработанных аспирантом Бошуном Гао, исследователи могут видеть, как деревья разной высоты и удалённости от зданий влияют на температуру наружных стен и движение воздуха вокруг.

«Ключевой вопрос: можем ли мы использовать деревья и ландшафтный дизайн для компенсации энергетических потребностей зданий и создания комфортных условий с использованием минимального количества энергии или вовсе без него?» — говорит профессор машиностроения Баскар Ганапатисубраманиан.

Первые результаты показывают, что правильное озеленение может улучшить температурный контроль в зданиях во время экстремальной жары. Было установлено, что большое дерево рядом с домом может снизить температуру поверхности здания до 20%. Это исследование также имеет значение для оптимального размещения окон при проектировании домов для улучшения воздушного потока и естественной вентиляции.

Будущие исследования направлены на улучшение систем предупреждения во время волн жары. В настоящее время ведётся работа над прототипом мобильного приложения, где пользователи могли бы вводить информацию о температуре в своих домах. Краудсорсинг таких данных может помочь органам здравоохранения улучшить системы оповещения и направлять сообщения, связанные с жарой, в наиболее уязвимые районы.

«Что действительно нас мотивирует, — говорит профессор Джанетт Томпсон, — так это поиск менее дорогостоящих способов сделать мир лучше для людей, которые особенно уязвимы».