Integratie van bouwdetails in stedelijke hitte-risicomodellen
Wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory van het ministerie van Energie hebben een innovatieve simulatie ontwikkeld voor stedelijke hittegolven die rekening houdt met de effecten van gebouwen. Deze methode biedt een nauwkeuriger beeld van de impact van extreme hitte op kwetsbare bevolkingsgroepen, wat lokale planners kan helpen bij het vinden van oplossingen voor mitigatie.
Hitte eist meer levens dan andere vormen van extreem weer. Hittegolven worden intenser en duren langer, met nieuwe, ongewenste records in dichtbevolkte steden. Las Vegas, Nevada, registreerde op 7 juli de hoogste temperatuur ooit van 120 graden Fahrenheit, en beleefde ook zeven achtereenvolgende dagen met maxima van 115 graden of meer. Volgens de National Oceanic and Atmospheric Administration was de periode van juni tot augustus 2024 de heetste meteorologische zomer op het noordelijk halfrond, met een gemiddelde temperatuur van 2,74 graden Fahrenheit boven het gemiddelde.
De effecten van hogere temperaturen in steden worden versterkt door de aanwezigheid en het ontwerp van gebouwen. Gebouwen kunnen de windsnelheid en -richting beïnvloeden, zonne-energie absorberen en de warmteoverdracht uit een systeem verminderen. Het opnemen van deze details is cruciaal voor een nauwkeurige simulatie die kan helpen bij besluitvorming.
“Er is veel warmte-uitwisseling tussen gebouwen. Dit kan voordelig zijn in de winter, maar in de zomer kan het de hitte in een buurt versterken,” zegt Melissa Dumas van ORNL, die het modelleren leidde. “Als je die gebouwen niet in je model hebt opgenomen, kun je de versterking en de effecten van stedelijke hitte-eilanden niet begrijpen.”
De wetenschappers testten hun aanpak door een hittegolf in juli 2010 in Washington, D.C. te modelleren, waar de temperaturen een maximum van 102 graden bereikten. Ze ontdekten dat het toevoegen van details over de aanwezigheid, nabijheid, structuur en ontwerp van gebouwen de modellering van temperatuur, relatieve vochtigheid en warmtestromen in de stad aanzienlijk verbeterde, zoals beschreven in het tijdschrift npj Urban Sustainability.
De resultaten toonden aan dat het opnemen van gebouwgegevens een aanzienlijk nauwkeuriger simulatie opleverde, vooral voor de meest kwetsbare buurten van de stad. Simulaties zonder gebouwgegevens waren te optimistisch, ontdekten de wetenschappers.
“We vonden dat de buurten met het laagste gemiddelde inkomen het zwaarst werden getroffen door de hittegolf—iets wat we zonder deze gebouwgegevens niet hadden kunnen vaststellen,” zei Dumas. Het detailniveau voor de gebouwen varieerde van 10 meter tot 100 meter tot 1 kilometer en omvatte het gehele studiegebied, wat een 3D-representatie bood van de thermische implicaties van de structuren.
“Informatie op deze resolutie stelt ons voor het eerst in staat om de impact van overmatige hitte op specifieke buurten kwantitatief te analyseren,” aldus Dumas. “Het resultaat is een weer model dat alle meteorologische processen bevat en ons ook in staat stelt om de interactie te onderzoeken tussen de ligging van gebouwen en de impact op de bewoners.”
“Bij de bouw van nieuwe buurten is het belangrijk dat stadsplanners weten welke hoogte, plaatsing en voetafdruk van gebouwen leidt tot een energie-efficiënt systeem, zelfs voordat ze nadenken over HVAC. Dit zijn belangrijke factoren die uit een model kunnen worden gehaald en vervolgens in hun besluitvorming kunnen worden opgenomen,” voegde Dumas toe.
De wetenschappers hebben een open-source tool ontwikkeld die gebruikers in staat stelt om aangepaste modellen te genereren met behulp van lokale gegevens. De software wordt verder beschreven in het Journal of Open Source Software.
Andere wetenschappers die aan het project hebben gewerkt zijn Joshua New van ORNL, Brett Bass, momenteel werkzaam bij Procter & Gamble; Levi Sweet-Breu, momenteel bij Baylor University; Christa Brelsford, momenteel bij Los Alamos National Laboratory; en Linying Wang van Boston University.
