ارزیابی تأثیر پوشش گیاهی بر آسایش حرارتی در فضای عمومی (مطالعه موردی: مجتمع مسکونی جبل الدراک شیراز )

محورهای موضوعی : معماری

محمدباقر بیگدلی ¹ , سیده صدیقه میرگذار لنگرودی ^{2 *} , احمدرضا کابلی ³

1 - دانشجوی دکترای تخصصی معماري، گروه معماری، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ايران.
2 - استادیار گروه معماری، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ايران.
3 - استادیار گروه معماری، واحد ماهشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، ماهشهر، ايران.

تاریخ دریافت : 1403/08/23 تاریخ پذیرش : 1403/12/27 تاریخ انتشار : 1404/04/24

کلید واژه: آسایش حرارتی, انوی‌مت, شاخص آسایش حرارتی PMV, فضای سبز محله ای ,

چکیده مقاله :

پوشش گیاهی می‌تواند آسایش حرارتی را بهبود و با ایجاد تعرق و سایه از خود باعث خنک شدن محیط شوند و همچنین اثر جزیره گرمایی شهری را تعدیل کرده و استرس گرمایی بر انسان را کاهش ‌دهند. بنابراین، طراحی مناسب پوشش گیاهی برای بهبود آسایش حرارتی و خرداقلیمی اهمیت دارد. مطالعات در مورد آسایش حرارتی در فضاهای باز شهری، به ویژه پارک‌های محله‌ای، اهمیت دارد زیرا این نواحی به راحتی تحت تأثیر فضاهای سبز کوچک‌مقیاس قرار می‌گیرند. در این پژوهش از مدلسازی در نرم افزار ENVI-met در یک روز گرم تابستانی استفاده شده است. نتایج نشان داد که افزایش پوشش گیاهی منجر به بهبود شرایط حرارتی محیط می‌شود، و الگوی پوشش گیاهی پهن برگ نسبت به الگوهای دیگر بهترین عملکرد را داشته است. اما تراکم بیش از حد گیاه ممکن است نتیجه معکوس بدهد. این مطالعه نشان داد که طراحی مناسب پوشش گیاهی می‌تواند به بهبود شرایط حرارتی کمک کند.

چکیده انگلیسی:

Urban expansion and the need for housing have led to a decrease in green spaces and vegetation, impacting thermal comfort and temperature regulation in cities, resulting in increased air temperatures and heat stress that affect urban life. Given the importance of thermal comfort, extensive research has been conducted in various fields, including plants, building
facades and forms, and urban neighborhoods. Green spaces and vegetation can improve the urban environment and thermal comfort. Vegetation cools the surrounding environment through transpiration and shade, moderating the urban heat island effect and reducing the effects of heat stress on humans. However, the ability of green spaces to mitigate the effects of heat depends on various factors, including the type and form of vegetation and, most importantly, their arrangement in the site. Therefore, proper and intelligent design of vegetation is important for improving thermal comfort and microclimate. Numerical simulations, such as ENVI-met software, are used to estimate and improve the environmental performance of
urban spaces. Studies on thermal comfort in parks and urban open spaces, especially neighborhood parks, are important
because these areas are easily affected by small-scale green spaces, and with intelligent design, microclimates can be created for thermal comfort. In this study, the ENVI-met three-dimensional urban microclimate model was used to investigate the thermal environment of an open space in a high-rise residential complex in Shiraz, Iran, on a hot summer day. By examining the site, without vegetation and also to create thermal comfort in a neighborhood park, five different vegetation patterns, including grass, plane trees, cypress trees, and combined trees (plane, cypress) arranged in the direction of the prevailing wind and combined trees (plane, cypress) arranged in the opposite direction of the prevailing wind were investigated. The results showed that increasing vegetation cover leads to improved thermal conditions of the environment, and the broadleaved vegetation pattern with more shading had the best performance compared to other patterns. However, excessive plant density may lead to a decrease in cooling efficiency. Among all the components, the main factor affecting thermal comfort was the mean radiant temperature. Also, for the software validation, field data were collected by a WBGT-2010SD device in the time interval of 10 hours in a street, in four selected points, including air temperature, mean radiant temperature, relative humidity, and air temperature, and similar modeling was done in the software with the existing buildings and also the number and type of vegetation cover. After obtaining the software outputs and examining the correlation between the obtained numbers, with a correlation coefficient of 0.85 to 0.89 in four points of the selected site in the software validation, we reached an acceptable result, which shows the high accuracy of the software. The results of this study showed that proper design of vegetation, including the number, species, and also different patterns of placement in the environment, can help to improve thermal conditions in urban spaces. There is a need for more studies in this field in different seasons

منابع و مأخذ:

1. اخلاقی نژاد، فاطمه؛ و باقری سبزوار، هادی.(1402). ارزیابی آسایش حرارتی فضای باز در فرمهای مختلف حیاط در مقیاس همسایگی؛ نمونه موردی: اقلیم سرد و نیمه خشک سبزوار ، نشریه هنرهای زیبا – معماری و شهرسازی، دوره 28 ، شماره 1، 45-61. 10.22059/JFAUP.2023.352410.672828
2. قلي¬نژاد، اسماعیل. (1390). علل گرم شدن زمین. همایش ملی تغییر اقلیم و تاثیر آن بر کشاورزی و محیط زیست.
3. سازمان مدیریت و برنامه ریزی فارس،21:1375 .
4. رجب بیگی، الهام؛و عرفانیان سلیم، رامین؛و جعفری، سید محمد.(1393). مروری بر کارایی گیاهان در تعدیل اثرات و سازگاری با تغییرات اقلیمی در محیط‌های شهری با تأکید بر صفات عملکردی گیاهان، فصلنامه علمی- پژوهشی علوم محیطی، دوره 12، شماره 4. https://envs.sbu.ac.ir/article_97449.html
5. هاشمین، ابوالفضل؛ وزرکش، افسانه؛ و گارسیا، ایستر؛و سوزنچی، کیانوش.(1401). تأثیر طرح کاشت درختان بر آسایش حرارتی انسان در مقیاس میکرواقلیم؛ نمونه موردی: محوطه دانشکده هنر دانشگاه تربیت مدرس. مطالعات نظری و فناوری های نوین معماری و شهرسازی،دوره ۱۲، شماره ۲. 138-158. http://bsnt.modares.ac.ir/article-2-61858-fa.html
6. Aboelata, A., Sodoudi, S., (2020). Evaluating the effect of trees on UHI mitigation and reduction of energy usage in different built up areas in Cairo. Build. Environ, 168, 106490. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.106490
7. Alexandri, E., Jones, P., (2008). Temperature decreases in an urban canyon due to green walls and green roofs in diverse climates, Building and Environment 43(4):480. DOI:10.1016/j.buildenv.2006.10.055
8. Álvarez-Rodríguez, C., Hernandez, E., Aracil, J,. Godini, L., Sanz, S., (2024). Interpretable extreme wind speed prediction with concept bottleneck models. Renewable Energy/ ELSEVIER /ScienceDirect.231. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.120935
9. Ashraee. Ashraee Standard 55: Thermal Environmental Conditionals for Human OccupanCY. Atlanta,2013.
10. Brown, R. D., Gillespie, T. J., (1995). Microclimatic Landscape Design: Creating Thermal Comfort and Energy Efficiency. New York: Wiley.
11. Carmen, J., Nappo,(2012). "Appendix A - The Hydrostatic Atmosphere". International Geophysics, Volume 102, 2012, Pages 309-321.
12. Duarte, D. H., Shinzato, P., dos Santos Gusson, C., Alves, C. A., (2015). "The Impact of Vegetation on Urban Microclimate to Counterbalance Built Density in a Subtropical Changing Climate". Urban Climate, 14, 224-239. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13179-z ·
13. Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria. ISO 7730:2005
14. Fanger, P.,(1973). "Assessment of man's thermal comfort in practice." Oct;30(4):313-24.doi:10.1136/oem.30.4.313.
15. Hamada, S., Ohta, T., (2010). "Seasonal Variations in the Cooling Effect of Urban Green Areas on Surrounding Urban Areas". Urban Forestry & Urban Greening, 9(1), 15-24.
16. Jamei, E., Rajagopalan, P., Seyedmahmoudian, M., Jamei, Y.,(2016). Review on the Impact of Urban Geometry and Pedestrain Level Greening on Outdoor Thermal Comfort. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.54,pp 1002-1017.
17. Jiao, M., Zhou, W., Zheng, Z., Wang, J., Qian, Y., (2017). "Patch Size of Trees Affects Its Cooling Effectiveness: A Perspective from Shading and Transpiration Processes". Agricultural and Forest Meteorology, 247, 293-299.
18. Le, D. Y., Tsui, J. K., Chen, F., Yip, W. K., Vrijmoed, L. L., Liu, C. H., (2011). "Effects of Urban Vegetation on Urban Air Quality". Landscape Research, 36(2), 173-188.
19. Lee, H., Mayer, H., Chen, L., (2016). Contribution of Trees and Grasslands to the Mitigation of Human Heat Stress in a Residential District of Freiburg, Southwest Germany. Landscape and Urban Planning, 148, 37-50.
20. Lin, T. P., Tsai, K. T., Liao, C. C., Huang, Y. C., (2013). "Effects of Thermal Comfort and Adaptation on Park Attendance Regarding Different Shading Levels and Activity Types". Building and Environment, 59, 599-611.
21. Li, Y., Song, Y., (2019). "Optimization of Vegetation Arrangement to Improve Microclimate and Thermal Comfort in an Urban Park" International review for spatial planning and sustainable development, Vol.7 No.1 (2019), 18-30 ISSN: 2187-3666 (online) DOI: http://dx.doi.org/10.14246/irspsd.7.1_18
22. Malek, N. A., Mariapan, M., Shariff, M. K. M., (2012). "The Making of a Quality Neighbourhood Park: A Path Model Approach". Procedia-Social and Behavioral Sciences, 49, 202-214.
23. Nazarian, N., Fan, J., Sin, T., Norford, L., Kleissl, J., (2017). "Predicting Outdoor Thermal Comfort in Urban Environments: A 3d Numerical Model for Standard Effective Temperature". Urban Climate, 20, 251-267.
24. Ng, E.,(2009). Designing High-density Cities: For Social and Environmental Sustainbility, Routledge.
25. Onyango, S.A., Mukundi, J.B.,(2021) Ochieng’Adimo, A.; Wesonga, J.M.; Sodoudi, S. Variability of In-Situ Plant Species Effects on Microclimatic Modification in Urban Open Spaces of Nairobi, Kenya. Curr. Urban Stud., 9, 126.
26. Park, J., Kim, J. H., Lee, D. K., Park, C. Y., Jeong, S. G., (2017). "The Influence of Small Green Space Type and Structure at the Street Level on Urban Heat Island Mitigation". Urban Forestry & Urban Greening, 21, 203-212.
27. Prasetya, N., Okur, S., (2024). Investigation of the free-base Zr-porphyrin MOFs as relative humidity sensors for an indoor setting. Sensors and Actuators: A. Physical/ ELSEVIER /ScienceDirect. 01 April 2024, Version 1
28. Ragab, A., Abdelrady, A.,(2020) Impact of green roofs on energy demand for cooling in Egyptian buildings. Sustainability, 12, 5729
29. Sun, S., Xu, X., Lao, Z., Liu, W., Li, Z., García, E. H., Zhu, J. (2017). "Evaluating the Impact of Urban Green Space and Landscape Design Parameters on Thermal Comfort in Hot Summer by Numerical Simulation". Building and Environment, 123, 277-288.
30. Taleghani, M., Sailor, D., Ban-Weiss, G.A.,(2016) Micrometeorological simulations to predict the impacts of heat mitigation strategies on pedestrian thermal comfort in a Los Angeles neighborhood. Environ. Res. Lett.11, 024003.
31. Torres JL., Martin ML.,(2008) Adaptive Control of Thermal Comfort Using Neural Networks. Argentine Symposium on Computing Technology, 1–12.
32. Trenberth K., John, T., Fasullo, Jeffrey ,(2009). "An update of the Earth's global annual mean energy budget is given in the light of new observations and analyses. Changes overtime and contributions from the land and ocean domains are also detailed.". EARTH'S GLOBAL ENERGY BUDGET, In final form 29 July 2008 ©2009 American Meteorological Society
33. Waseem Ahmad, M., Mourshed, M., Mundow, M., Sisinni, M., Rezgui, Y.,(2016). "Building energy metering and environmental monitoring – A state-of-the-art review and directions for future research

متن کامل:



ارزیابی تأثیر پوشش گیاهی بر آسایش حرارتی در فضای عمومی 

(مطالعه موردی: مجتمع مسکونی جبل الدراک شیراز )

 

محمدباقر بیگدلی*،  سیده صدیقه میرگذار لنگرودی **  احمدرضا کابلی***

____________________________________________________________

تاریخ دریافت مقاله: 23/08/1403

تاریخ پذیرش نهایی:25/12/1403

 

چکيد‌‌‌‌‌‌‌ه

پوشش­گیاهی می‌تواند آسایش حرارتی را بهبود و با ایجاد تعرق و سایه از خود باعث خنک شدن محیط شوند و همچنین اثر جزیره گرمایی شهری را تعدیل کرده و استرس گرمایی بر انسان را کاهش ‌دهند. بنابراین، طراحی مناسب پوشش گیاهی برای بهبود آسایش حرارتی و خرداقلیمی اهمیت دارد. مطالعات در مورد آسایش حرارتی در فضاهای باز شهری، به ویژه پارک‌های محله‌ای، اهمیت دارد زیرا این نواحی به راحتی تحت تأثیر فضاهای سبز کوچک‌مقیاس قرار می‌گیرند. در این پژوهش از مدلسازی در نرم افزار ENVI-met در یک روز گرم تابستانی استفاده شده است. نتایج نشان داد که افزایش پوشش گیاهی منجر به بهبود شرایط حرارتی محیط می‌شود، و الگوی پوشش گیاهی پهن برگ نسبت به الگوهای دیگر بهترین عملکرد را داشته است. اما تراکم بیش از حد گیاه ممکن است نتیجه معکوس بدهد. این مطالعه نشان داد که طراحی مناسب پوشش گیاهی می‌تواند به بهبود شرایط حرارتی کمک کند.

 

 

 

واژه‌هاي کليد‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ي

آسایش حرارتی، انوی­مت، شاخص آسایش حرارتی PMV، فضای سبز محله ای ______________________________________________________________________________________________________________

* دانشجوی دکترای تخصصی معماري، گروه معماری، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ايران. Email:[e-mail]                                                   

** استادیار گروه معماری، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ايران. (مسئول مکاتبات).             Email:[e-mail]                        

*** استادیار گروه معماری، واحد ماهشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، ماهشهر، ايران.                           Email:[e-mail]

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

با توجه به افزایش جمعیت در کره زمین و همچنین گسترش شهرها شاهد نابودی پوشش گیاهی و در نتیجه بالا رفتن دمای هوا هستیم. تحقیقات انجام شده حاکی از آن است که در یک قرن گذشته دمای کره زمین 0.74 درجه سلسیوس گرم تر شده است(قلی نژاد، 1390).

فضاهای سبز، پوشش گیاهی و همچنین درختان در محیط های شهری می توانند آسایش حرارتی را بهبود بخشند. (Aboelata, et al.,2020) در نتیجه باعث ایجاد سایه و تعرق شده، که موجب کاهش دما می شوند(Onyango, et al.,2021). و بدین ترتیب، اثر جزیره گرمایی شهری را تعدیل کرده و همچنین اثرات استرس گرمایی بر انسان را کاهش می‌دهند(Lee, et al.,2016). با این حال، توانایی فضاهای سبز برای بهبود اثرات گرما به عوامل متعددی از جمله پوشش گیاهی و نوع آن (Duarte, et al.,2015) و اشکال مختلف موجود در فضای سبز مانند(شکل، چندلایه یا تک‌لایه بودن پوشش گیاهی) بستگی دارد(Park, et al.,2017). بنابراین، درک نحوه‌ی چیدمان پوشش گیاهی برای بهبود آسایش حرارتی برای طراحی منظر اهمیت اساسی دارد.(هاشمین و همکاران؛1401)باید توجه به این موضوع داشت که آسایش خرد اقلیمی بر آسایش حرارتی انسان تأثیر می‌گذارد  .(Lee, et al.,2016)بنابراین، یکی از روش‌های مؤثر برای بهبود آسایش حرارتی، طراحی با دلیل و یا اصلاح عناصر تشکیل دهنده منظر است که بر آسایش خرداقلیمی تأثیر می‌گذارند(اخلاقی نژاد و باقری؛1402). می توان اشاره کرد که سایه ایجاد شده توسط درختان و عناصر موجود، تابش مستقیم خورشید را کاهش می‌دهند و چمنزارها از طریق تعرق ، هوا را خنک می‌کنند (Lee, et al.,2016) . همچنین ایجاد پوشش گیاهی نامناسب می­تواند در بعضی مواقع نیز اثرات معکوس و منفی ایجاد کند و باعث ایجاد خرداقلیم شود. پیرو این موضوع در سال 2016 هسیه، جان و ژانگ به این نتیجه رسیدند که کاشت بیش از اندازه درختان و پوشش گیاهی در منطقه بیش از آنکه اثر مثبت در کاهش دمای هوا و آسایش حرارتی منطقه ایجاد نماید بلکه باعث افزایش دما شده بود و زیرا تراکم درختان سدی در برابر هوای خنک ورودی به منطقه شده بود، بنابراین طراحی و ایجاد پوشش گیاهی مناسب و هوشمندانه در جهت ایجاد خرداقلیم و در نتیجه نزدیک شدن به محدوده آسایش حرارتی اهمیت بسزایی دارد.  شرایط آسایش خرداقلیمی را می‌توان با استفاده از اندازه‌گیری‌های میدانی یا مدل‌های عددی مورد بررسی قرار داد (Lee, et al.,2016) با این حال، هزینه انجام مجموعه اندازه‌گیری‌های میدانی از نظر زمان و ابزار مورد نیاز، بسیار زیاد است (Hamada & Ohta,2010) علاوه بر این، اندازه‌گیری تغییرات آسایش خرداقلیمی در اجزای مختلف داخل پارک‌ها یا فضاهای شهری دشوار است. بنابراین، شبیه‌سازی‌های عددی برای تخمین عملکرد محیطی یک فضای شهری و بهبودهایی که در محیط بیرونی ایجاد می‌کند، مناسب‌ترین روش در نظر گرفته می‌شود (Nazarian, et al., 2017)

مدل ENVI-met یک مدل عددی میکرواقلیم سه‌بعدی است که به شبیه‌سازیِ برهم‌کنش‌های میان زمین، گیاهان و جو در محیط‌های شهری می‌پردازد (اخلاقی نژاد و باقری؛1402) این مدل دارای تفکیک مکانی 0.5 تا 10 متر، با حداکثر 240 سلول شبکه‌ای افقی، و تفکیک زمانی 10 ثانیه است .دقت خروجی مدل تحت تأثیر داده‌های ورودی هواشناسی و تنظیمات پارامترها قرار می‌گیرد که­ برای بررسی محیط‌های برون‌شهری با مقیاس‌های دقیق مناسب است.

فضاهای باز شهری و فضاهای سبز مکان های مهمی را برای شهروندان فراهم می‌آورند و محیط حرارتی آن‌ها ارتباطی قوی با میزان استفاده دارد (Lee, et al.,2016). پارک‌های محله‌ای آن‌هایی هستند که در داخل محوطه مسکونی قرار گرفته و فرصت‌های تفریحی و سرگرمی را برای عموم مردم در مناطق مجاور و اطراف ارائه می‌دهند .(Malek, et al.,2012)مطالعات قبلی در مورد آسایش حرارتی در پارک‌های شهری بر مناطق بزرگ‌مقیاس متمرکز بوده‌اند .(Sun, et al.,2017) با این حال، مطالعه‌ی مناطق کوچک‌تر تحت پوشش پارک‌های محله‌ای نیز حائز اهمیت است، زیرا نواحی شهری که با محدودیت فضا مواجه هستند، به راحتی تحت تأثیر فضاهای سبز کوچک‌مقیاس قرار می‌گیرند.

 

پیشینه پژوهش 

با توجه به حساسیت موضوع آسایش حرارتی در گذشته و امروز پژوهش های فراوانی انجام شده است که این تحقیقات در شاخه های متفاوتی چون گیاهان، جداره و فرم های ساختمان و محلات شهری صورت گرفته است. در اینجا با توجه به موضوع که توجه به چیدمان و الگوی کاشت درختان و پوشش گیاهی در مجتمع مسکونی می باشد در بخش پیشینه تحقیق  در جدول 1 نیز به مباحث مرتبط با موضوع پرداخته خواهد شد.

جدول1. خلاصه پیشینه پژوهش­های صورت پذیرفته در ارتباط با مؤلفه­های تأثیرگذار بر آسایش حرارتی

Table 1. Summary of the background of the researches carried out in connection with the components affecting thermal comfort

ردیف	محقق				سال			نتیجه
1	هاشمین و همکاران				2022			تأثیر طرح کاشت درختان برآسایش حرارتی در مقیاس میکرو اقلیم (نمونه موردی:  محوطه دانشکده هنر و معماری دانشگاه تربیت مدرس)
نتیجه	طرح کاشت گروهی درختان، باعث افزایش مساحت سایه اندازی و در نتیجه باعث بهبود شاخص آسایش حرارتی PMVو متغیرهاي محیطی می شود.
2	Le , et al			2011			مقایسه­ تأثیر اشکال بلوک شهري تایپه بر آسایش حرارتی­­
نتیجه	سایه ایجاد شده ساختمان و پوشش گیاهی باعث تنظیم گردش هوا می شود و این عامل تاثیر مستقیم بر ایجاد آسایش حرارتی در محیط داشته است .
3	Aboelata, et al		2020				ارزیابی اثر درختان بر کاهش UHI و کاهش مصرف انرژی در مناطق مختلف ساخته شده در قاهره
نتیجه	نتیجه این پژوهش آشکار ساخت که مناطق با تراکم پوشش گیاهی دمای هوا را از 0.4 تا 2 درجه سانتیگراد کاهش داده است و در مناطق بدون پوشش گیاهی دمای هوای بالاتری به ثبت رسیده است.
4	Li & Song	2019				بهینه سازی آرایش پوشش گیاهی برای بهبود ریزاقلیم و آسایش حرارتی در پارک شهری
نتیجه	پوشش گیاهی چند لایه و متراکم بهترین نتیجه را از میان الگوهای دیگر داده است. در این پژوهش اصلی ترین عامل در آسایش حرارتی میانگین دمای تابشی بوده است که تنظیم آن تاثیر بسزایی در آسایش حرارتی محیط داشته است.
5	Taleghani, et al				2016			شبیه‌سازی‌های هواشناسی برای پیش‌بینی اثرات استراتژی‌های کاهش گرما بر راحتی حرارتی عابران پیاده در یک محله مسکونس در لس‌آنجلس
نتیجه	طراحی کاشت پوشش گیاهی و افزایش سایه در معبر، دمای هوا را به طرز قابل توجهی کاهش می دهد که این عدد را 1.5 درجه سانتیگراد بیان کرده است.
6	Alexandri & Jones				2008			تاثیر دما در یک دره شهری با دیوارهای سبز و بام های سبز در اقلیم های متنوع
نتیجه	پژوهش انجام شده در شهر هنگ کنک به این نتیجه رسیده است که پوشش گیاهی موجود در اطراف بزرگراه دمای هوا را تا 4.8 درجه سانتیگراد کاهش داده است.
7	Lin et al.				2013			عوامل موثر بر آسایش حرارتی در پارک با توجه به سطوح مختلف سایه و انواع فعالیت
نتیجه	سایه کم باعث عدم آسایش در تابستان می شود، برای بهبود آسایش حرارتی در تابستان، باید با درختان و ساختمان ها سایه کافی ایجاد شود، همچنین نیاز حرارتی افراد و ایجاد خرد اقلیم محلی مرتبط با ایجاد فضاهای باز سایه دار می باشد.

 

در جدول1 مشاهده شد که تحقیقات صورت گرفته در بحث آسایش حرارتی با استفاده از پوشش گیاهی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است، زیرا طراحی و کاشت هوشمندانه پوشش گیاهی و همچنین توجه به گونه درختان و سازگاری نسبت به اقلیم تا چه حد می تواند تاثیر بر ایجاد آسایش حرارتی داشته باشد. لذا پژوهش حاضر بر آن است، که با الگوی مناسب از پوشش گیاهی، آسایش حرارتی را در فضای باز مجتمع مسکونی ایجاد کرده و تاثیر پوشش گیاهی را بر محیط مورد آزمایش قرار دهد.

 

مبانی نظری پژوهش

شهرها برای بهبود عملکرد حرارتی محیط از استراتژی های مختلف کاهش دما استفاده می کنند. تکنیک های طراحی با در نظر گرفتن هندسه شهری مانند، فاکتور دید آسمان (SVF)، نسبت ابعاد و سناریوهای سایه دهی، نقش مهمی در این تلاش ها دارند. چندین استراتژی شناخته شده برای کاهش اثرات جزیره گرمای شهری به کار گرفته می شود از جمله این موارد سقف های خنک کننده و بازتابنده خورشید، پیاده روهای خنک کننده و بازتابنده خورشید و بام های سبز گیاهی را می توان نام برد­(Ragab & Abdelrady,2020) مطابق شکل 1 مدل های اقلیمی شهری بر اساس مقیاس جغرافیایی دسته بندی می شوند، این مدل­ها با توجه به زمینه کالبدی، دقت دمایی و فضایی که وجود دارد متفاوت می باشد. بر اساس این مدل یکی از عوامل موثر و تاثیرگذار، پوشش گیاهی می باشد که به عنوان کنترل کننده آسایش حرارتی در محیط می باشد.(Ng,2009-220).

 

Figure 1. Environmental model)Ng,2009-220(

شکل 1. مدل محیطی (Ng,2009-220)

طراحی مناسب در محیط های شهری در ایجاد ریز اقلیم اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا بر آسایش حرارتی تأثیر گذاشته و در نتیجه استفاده عموم از فضاهای باز را تحت تأثیر قرار می‌دهد. یکی از روش‌های مؤثر برای بهبود آسایش حرارتی، اصلاح عناصر منظر است که باعث ایجاد خرداقلیم می شوند­(اخلاقی نژاد و باقری،1402). آسایش حرارتی نسبت رضایتمندی کاربر به دمای اطراف (محیط) می باشد که بر اساس چهار مولفه اصلی دمای هوا، میانگین دمای تابشی، سرعت باد و رطوبت نسبی محاسبه می شود و همچنین مولفه های دیگری چون سن افراد ، نوع فعالیت و نوع پوشش (لباس) در نظر گرفته می شود(Ashraee,2013).

دماي هوا2 منظور از دمای هوا، دمای اطراف بدن انسان است که جریان گرما بین بدن و هوا را تعیین می کند (Waseem Ahmad, et al.,2016). همچنین به عنوان دمایی که یک بسته هوا  را در صورتی که به صورت آدیاباتیک3 از فشار موجود خود به فشار ۱۰۰۰ میلی‌بار یا ۱۰۰ هکتوپاسکال منبسط یا فشرده کرده باشد، گفته می شود(Nappo,2012).

ميانگين دماي تابشي4 میانگین دمای تابشی (TMR) دمایی است که یک جسم با انسان و محیط اطراف آن، مقدار یکسانی از تابش حرارتی را مبادله می‌کند .(Torres & martin,2008) بیان میانگین دمای تابشی از فنگر، تنها تابش حرارتی منتقل‌شده توسط دیوارها را در نظر می‌گیرد. در ساده‌ترین شکل، میانگین دمای تابشی به صورت میانگین وزنی دماهای اندازه‌گیری‌شده در سطوح مختلف در شرایط پایدار بیان می‌شود. به بیانی دیگر منظور از ميانگين دماي تابشي، ميانگين دماي هواي اطراف زمين است که به­طور مستقيم توسط تابش خورشيد تعيين مي­شود (Trenberth, et al.,2009).

بیشتر پرتوهای مرئی به ویژه نور سبز و زرد، و همچنین بخشی از پرتوهای ماوراءبنفش توسط گیاهان جذب می‌شود. برخی ترکیبات گیاهی مانند فنول‌ها (فلاونوئیدها، اسید هیدروکسی سینامیک) قادر به جذب پرتوهای ماوراءبنفش و عمل به عنوان آنتی‌اکسیدان‌های طبیعی هستند. بخشی از نور خورشید نیز توسط گیاهان منعکس می‌شود. میزان بازتاب نور علاوه بر ساختار برگ، تابعی از عوامل شیمیایی نظیر محتوای نیتروژن، کربن، آب و رنگدانه‌های گیاه است. بازتاب در محدوده مادون قرمز نزدیک به ساختار برگ، در محدوده مرئی به رنگدانه‌ها و در محدوده مادون قرمز میانی به محتوای آب وابسته است. ضریب انعکاس، بیانگر میزان بازتاب سطح است و هرچه این ضریب بیشتر باشد، خنک‌کنندگی سطح نیز بیشتر خواهد بود. برای افزایش انعکاس پوشش گیاهی می‌توان از گونه‌های گیاهی با صفات عملکردی مناسب استفاده کرد. این صفات عمدتاً به دو دسته شیمیایی و ساختاری تقسیم می‌شوند. برخلاف نور مرئی، بازتاب پرتو ماوراءبنفش به ویژگی‌های لایه کوتیکول(هیدروکربنی) سطح برگ بستگی دارد.

سرعت باد5 سرعت باد به مقدار سرعتي اشاره دارد که باد، در يک منطقه خاص دارد و معمولا به کيلومتر يا مايل در ساعت اندازه­گيري مي­شود. سرعت باد مي­تواند متغير باشد و تاثير زيادي بر شرايط آب و هوايي منطقه داشته باشد (Álvarez-Rodríguez, et al.,2024).

رطوبت نسبي6 رطوبت نسبي بيانگر مقدار بخار آب موجود در هوا نسبت به حداکثر مقداري است که هوا مي­تواند در آن حالت دما و فشار را در خود نگه دارد. اين مقدار به صورت درصدي بيان مي­شود (Prasetya & Okur,2024).

گونه گیاهان و همچنین تعداد آن ها اهمیت بسیار زیادی در ایجاد خرد اقلیم دارد. بر طبق تحقیقات انجام شده، پوشش گیاهى از طرق مختلفی چون اثرگذارى بر سرعت وزش باد، سایه اندازى و ایجاد رطوبت حاصل از تبخیر و تعرق و انعکاس1 نور خورشید در آسایش حرارتى محیط تاثیر می گذارد. دو عامل سایه اندازى و رطوبت، از عوامل اصلى تعدیل حرارتى گیاهى به شمار میروند(رجب بیگی و همکاران،1393).

با افزایش پوشش گیاهی در سطح خیابان (Taleghani, et al., 2016). و با ایجاد سناریوهای مختلف پوشش گیاهی می توان تأثیر خنک کنندگی را در فضاهای شهری در فضای باز به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار داد. پوشش گیاهی، سایه ای برای ساختمان­ها و سطوح ایجاد می­کند که منجر به کاهش دمای هوا از طریق دو مکانیسم می شود که اولا افزایش شار گرمای تبخیری و دوما کاهش گرمایش محسوس را می توان نام برد. اثر خنک­کنندگی با افزایش تراکم تاج درختان بیشتر است که باعث بهبود راحتی حرارتی انسان می شود (Onyango, et al.,2021). این استراتژی­ها به طور مؤثری چالش­های کاهش اثرات گرمای شهری را برطرف می­کنند و به ایجاد محیط های شهری راحت تر از نظر حرارتی کمک می­کنند. گیاهان علاوه بر تبخیر و تعرق حاصله در محیط، که باعث ایجاد رطوبت و تنظیم دما می شوند به عنوان عامل پاکیزگی هوا در کاهش سطح آلودگی و همچنین سدی در برابر آلودگی­های صوتی نیز عمل می­کنند(Jamei, et al.,2016). بیشتر پرتوهای مرئی به ویژه نور سبز و زرد و همچنین بخشی از پرتوهای ماوراءبنفش توسط گیاهان جذب می‌شود. برخی ترکیبات­گیاهی مانند فنول‌ها (فلاونوئیدها، اسید هیدروکسی سینامیک) قادر به جذب پرتوهای ماوراءبنفش و عمل به عنوان آنتی‌اکسیدان‌های طبیعی هستند. بخشی از نور خورشید نیز توسط گیاهان منعکس می‌شود. میزان بازتاب نور علاوه بر ساختار برگ، تابعی از عوامل شیمیایی نظیر محتوای نیتروژن، کربن، آب و رنگدانه‌های گیاه است. بازتاب در محدوده مادون قرمز نزدیک به ساختار برگ، در محدوده مرئی به رنگدانه‌ها و در محدوده مادون قرمز میانی به محتوای آب وابسته است. ضریب انعکاس، بیانگر میزان بازتاب سطح است و هرچه این ضریب بیشتر باشد، خنک‌کنندگی سطح نیز بیشتر خواهد بود. برای افزایش ضریب انعکاس پوشش­گیاهی می‌توان از گونه‌های گیاهی با صفات عملکردی مناسب استفاده کرد.

شاخص آسایش حرارتی PMV7

در مطالعات متعددی از شاخص PMV (میانگین رای پیش بینی شده)استفاده شده است.  شاخص PMV تأثیرات دمای هوا، رطوبت نسبی، سرعت باد و میانگین دمای تابشی را محاسبه می کند که بیانگر احساس حرارتی کلی و تعیین درجه رضایت و نارضایتی حرارتی افراد در محیط است. این استاندارد این قابلیت را ایجاد می کند، تا با محاسبه شاخص های PMV و PPD درصد نارضایتی حرارتی پیش بینی شده و همچنین معیارهای نارضایتی حرارتی، شرایط آسایش حرارتی تحلیل و بررسی شود(Iso7730,2005). این شاخص بر اساس این فرض می­باشد که، هنگامی که فرد در معرض وضعیت خاص اقلیمی قرار می گیرد، به تدریج تعادل حرارتی با محیط برقرار می­شود که این موضوع را می­توان از طریق محاسبات عددی معادلات تراز انرژی برحسب تنظیم مجدد دما محاسبه کرد(Fanger,1973).

 

روش پژوهش 

این تحقیق به لحاظ «ماهیت» پژوهش، از گونه تحقیقات «کمی» بوده و با مدل سازی واقعی در شهر شیراز انجام شده است و به لحاظ قصد از پژوهش «پیش­گویانه» است. نتایج آن« اقدامی» و منطق پژوهش «استقرایی» است.

پژوهش مورد نظر با استفاده از نرم افزار Envi-met در یک مجتمع مسکونی در شهر شیراز انجام شده است. بخشی از این پژوهش به صورت میدانی، جهت برداشت مولفه های مختلف همچون دمای هوا، میانگین دمای تابشی، رطوبت نسبی و سرعت باد صورت گرفته است و بخش دیگر پژوهش در نرم افزار، مدل سازی و شبیه سازی اقلیمی با توجه به داده های آب و هوایی مربوط به اداره هواشناسی شهر شیراز صورت گرفته است. با توجه به همبستگی و مطابقت داده های خروجی از نرم افزار و برداشت های میدانی، نرم افزار Envi-met دارای روایی و پایایی می باشد.  

معرفی نمونه های مورد مطالعه

در این پژوهش، پوشش گیاهی به عنوان متغیر مستقل و همچنین آسایش حرارتی به عنوان متغیر وابسته در نظر گرفته شده است با توجه به موارد ذکر شده در بالا هدف اصلی این پژوهش، بررسی تاثیر پوشش گیاهی و الگوی کاشت بر آسایش حرارتی در فضاهای باز مشترک در مجتمع های مسکونی می باشد. متوسط درجه حرارت سالانه در شهر شیراز 3/17 درجه سانتی­گراد می­باشد. حداکثر و حداقل درجه­ی حرارت در فصل تابستان و زمستان به ترتیب 2/43 و 14- درجه سانتیگراد می باشد. میزان بارندگی سالانه بیش از 307 میلی متر بوده و روزهای یخبندان به 54 روز در سال می­رسد. آب و هوای شهر شیراز در بخش گرم و نیمه خشک قرار دارد(سازمان مدیریت و برنامه ریزی فارس،21:1375). در نتیجه یک مجتمع مسکونی در بخش شمال غربی شهر شیراز (29 درجه و 36 دقیقه و 37 ثانیه شمالی ، 52 درجه و 31 دقیقه و 52 ثانیه شرقی) در نظر گرفته شد.

شکل 2. فرآیند پژوهش (نگارندگان)

سپس الگوی رفرنس جهت اعتبار سنجی و همچنین الگوهای پیشنهادی در نرم افزار انوی­مت (Envi-met)  با نسخه 1/6/5 مدلسازی و خروجی در بخش های دمای هوا، میانگین دمای تابشی، رطوبت نسبی و سرعت باد گرفته شد و در بخش بایومت(Bio-met) خروجی آسایش حرارتی با شاخص PMV گرفته شده است. در شکل2 فرایند پژوهش حاضر قابل مشاهده می­باشد. مطابق شکل 3 این سایت شامل هفت ساختمان 10 طبقه مسکونی می باشد که وضعیت موجود به عنوان الگوی مرجع(Case Reference) که فاقد پوشش گیاهی می باشد و پنج الگوی پیشنهادی نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است که در انقلاب­تابستانی مورد بررسی و نتایج تحلیل گردیده است.

 

 

 

سایت مورد نظر

شکل 3. بالا: مشخصات فیزیکی سایت مورد نظر ، پایین: عکس هوایی و محل قرارگیری سایت (نگارندگان)

 

پارامترهای ورودی انویمت

قسمت اصلی منطقه‌ی مورد مطالعه با استفاده از شبکه‌هایی با ابعاد 80 × 100 × 120 و ابعاد ورودی هر یک از شبکه ها برابر با یک متر ساخته شد. جهت شمال با زاویه 225 درجه نسبت به سایت مورد نظر می باشد. همچنین برای افزایش پایداری شبیه‌سازی برای عناصری که در نزدیکی مرز منطقه‌ی مورد مطالعه قرار دارند، 10 شبکه‌ی خالی (Nesting) به هر ضلع محیط اضافه شد. میانگین ساعتی دمای هوا، سطح و خاک از ایستگاه‌ هواشناسی شهر شیراز در قالب یک فایل (EPW) تهیه شد. مقادیر رطوبت ویژه از ارتفاع 1500 متری، برای شهر شیراز در نظر گرفته شده است.  اطلاعات ورودی در نرم افزار در جدول 2 قابل مشاهده می باشد.

جدول 2. اطلاعات ورودي در نرم افزار انوي­مت(نگارندگان)

اطلاعات وارد شده در بخش مدلسازی نرم افزار(Space)
سایت مورد نظر	فارس – شیراز (29.36.37 شمالی و 52.31.52 شرقی)
ارتفاع از سطح دريا	1500 متر
تعداد گريدها در مدل سازی	x-Grids= 120 , y-Grids=100 , z-Grids=80
ابعاد گريدها	Dx = 1m , Dy =1m , Dz =1m
چرخش نسبت به محور شمال	225 درجه
اطلاعات ورودي در قسمت Envi-guide نرم افزار
روز شبيه سازي	انقلاب تابستاني(تیرماه)
تاريخ شبيه سازي	06/07/2018
ساعات شبیه سازی	8 الی 18
اطلاعات آب و هوايي(اداره هواشناسی)	EPW- SHIRAZ 2018
اطلاعات ورودي در قسمت BIO-met نرم افزار
پارامترهاي بدن	Age of person (y): 35 Gender: Male Weight (kg): 75.00     Height (m): 1.75
پارامترهاي پوششی و لباس	Static Clothing Insulation (clo): 0.90
متابوليسم افراد	Total Metabolic rate (W):  164.49(=86.21 W/m2) (met):  1.48

 

الگوهای پیشنهادی

برای ایجاد آسایش حرارتی در سایت مورد نظر پنج الگوی مختلف مورد بررسی قرار گرفت. وضعیت فعلی این مجتمع به عنوان الگوی مرجع (Case Reference) که فاقد هرگونه پوشش گیاهی می باشد در نظر گرفته شده است و الگوهای پیشنهادی دیگر تحت عنوان (Case 01  تا Case 05) به ترتیب با پوشش های مختلف گیاهی 1- چمن 2- درخت چنار 3- درخت سرو 4- درختان ترکیبی(چنار،سرو) با چیدمان در جهت باد غالب 5- درختان ترکیبی(چنار، سرو) با چیدمان در جهت مخالف باد غالب انتخاب گردید. لازم به ذکر است تعداد درختان موجود در سایت 48 اصله در نظر گرفته شده است. گونه درختان استفاده شده در سایت در شکل 4 قابل مشاهده می باشند.

شکل 4. نوع و ابعاد درختان موجود در شبیه سازی(نگارندگان)

 

متریال های استفاده شده در شبیه سازی، همانند وضعیت موجود در خیابان از آسفالت که در نرم افزار با علامت اختصاری (ST)  و جنس محوطه از بتن روشن با علامت اختصاری (PL)  و زیر ساختمان ها نیز از بتن تیره با علامت اختصاری (PG) در نظر گرفته شده است. لازم به ذکر است که متریال خاک موجود در شبیه سازی نیز از جنس(Lomy Soil) می باشد. در شکل 5 نوع و چیدمان الگوهای پوشش گیاهی که در نرم افزار انوی­مت شبیه سازی شده است قابل مشاهده می­باشد.

 

Case 02	Case 01	Case Reference
Case 05	Case 04	Case 03
● چمن             ●  درخت چنار            ●  درخت سرو
شکل 5. الگوهای مرجع و الگوهای پیشنهادی شبیه سازی شده در نرم افزار انوی­مت(نگارندگان)

 

اعتبارسنجی

با توجه به شکل 6 جهت اعتبارسنجی نرم افزار انوی­مت(Envi-met)، یک مجتمع مسکونی در شیراز در مولفه های دمای هوا، میانگین دمای تابشی، رطوبت نسبی و سرعت باد در تاریخ 6 جولای 2024 معادل 16 تیرماه 1403 توسط دستگاه WBGT-2010SD در چهار نقطه از سایت در ساعات 8 الی 18 مطابق شکل7 و شکل 8 مورد راستی آزمایی انجام گرفت سپس اطلاعات ثبت شده توسط دستگاه با خروجی نرم افزار شکل 9 از مولفه های ذکر شده با یکدیگر مقایسه شد. لازم به ذکر است خروجی نرم افزار و اطلاعات میدانی با اختلافات بسیار اندک در شکل10و شکل11 قابل مشاهده می­باشد.

شکل 6. عکس هوایی سایت	شکل 7. برداشت اطلاعات(میدانی) ­	شکل 8. شبیه­سازی در نرم­افزار	شکل 9. کانتور دمای هوا

 

شکل 10. دمای هوا در نقطه (A) سمت چپ – دمای هوا در نقطه (B) سمت راست
شکل 11. دمای هوا در نقطه (C) سمت چپ – دمای هوا در نقطه (D) سمت راست
▬▬▬▬ راستی آزمایی	▬▬▬▬ برداشت میدانی

همچنین با توجه به اطلاعات به دست آمده از برداشت میدانی در ساعات مختلف و نیز اطلاعات به دست آمده از شبیه سازی مدل در نرم افزار انوی­مت، جهت صحت اطلاعات نسبت به یکدیگر از محاسبه ضریب همبستگی پیرسون  استفاده شد. نتایج همبستگی در جدول 3 قابل مشاهده می باشد. نتایج این جدول بیانگر دقت بالای شبیه سازی نسبت به اطلاعات به دست آمده میدانی می­باشد.

جدول 3. مقایسه همبستگی پیرسون در برداشت میدانی و شبیه سازی

POINT - A		POINT - B
اعتبارسنجی میدانی اعتبارسنجی Pearson Correlation 1 .861** Sig. (2-tailed)   .000 N 11 11 میدانی Pearson Correlation .861** 1 Sig. (2-tailed) .000   N 11 11 **. Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed).	اعتبارسنجی میدانی اعتبارسنجی Pearson Correlation 1 .858** Sig. (2-tailed)   .000 N 11 11 میدانی Pearson Correlation .863** 1 Sig. (2-tailed) .000   N 11 11 **. Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed).
POINT - C	POINT - D
اعتبارسنجی میدانی اعتبارسنجی Pearson Correlation 1 .887** Sig. (2-tailed)   .000 N 11 11 میدانی Pearson Correlation .892** 1 Sig. (2-tailed) .000   N 11 11 **. Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed).	اعتبارسنجی میدانی اعتبارسنجی Pearson Correlation 1 .858** Sig. (2-tailed)   .000 N 11 11 میدانی Pearson Correlation .858** 1 Sig. (2-tailed) .000   N 11 11 **. Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed).

مدل انوی­مت توانست داده های مشاهده شده در اعتبارسنجی را به طور معقولی تقریب بزند و شرایط جوی مشابهی را با داده های مشاهده شده در طول روز تولید کند. با این حال، دمای هوای شبانه روزی شبیه سازی شده بالاتر از اندازه گیری های مشاهده ای بود. این امر در تضاد با مطالعات پیشین است که دست کم گرفتن دمای هوای شبانه روزی توسط مدل انوی­مت را گزارش کرده اند. این اختلاف به دلیل اضافه شدن شبکه خالی (Nesting) اضافی در مطالعه است؛ هیچ شیئی نمی­تواند در داخل این ناحیه قرار گیرد، بنابراین تابش خورشیدی بدون مزاحمت به سطح می رسد، که اغلب منجر به دمای سطح زمین غیر واقعی در ناحیه (Nesting) می شود.

تحلیل داده ها

در شکل 12 مقایسه دمای هوا و آسایش حرارتی در چیدمان‌های مختلف پوشش گیاهی در ارتفاع 5/1 متری برای سناریوهای مختلف مشاهده می شود.  حالت (Case Reference) (بدون پوشش گیاهی) در طول روز بالاترین دمای هوا را داشت و پس از آن حالات 01، 03، 04، 05 و 02 قرار داشتند. تفاوت‌های بین تمام سناریوهای پوشش گیاهی و حالت Reference در شکل 9  نشان داده شده است؛ این تفاوت‌ها به طور پیوسته از ساعت 8:00 تا 18:00 افزایش و کاهش یافتند.

 

	Case_ 02	Case_ 01	Case_ Reference
	Case_ 05	Case_ 04	Case_ 03
شکل 12. کانتورهاي دماي هوا در نمونه­هاي موردي در انقلاب تابستانی

تصویر 13 و 14 توزیع مکانی میانگین دمای تابشی، شاخص آسایش حرارتی PMV  را در ساعت 14:00 روز 16 تیرماه 1397 نشان می­دهد که توسط مدل ENVI-metدر ارتفاع 5/1 متری بدست آمده است که دمای هوای پایین تر در موارد دارای پوشش گیاهی همگی در بخش جنوبی به طرف شمال سایت در حال گسترش می باشد. جهت تعیین بهینه‌ترین آرایش پوشش گیاهی برای ارتقای آسایش حرارتی، شاخص میانگین رای پیش‌بینی‌شده (PMV) در نرم‌افزار انوی­مت (Envi-met)  محاسبه گردید. شاخص PMV ابتدا توسط فنگر در 1970 برای سنجش آسایش در محیط‌های بسته توسعه یافت و بعدها توسط جندریتزکی در 1990 برای آسایش حرارتی فضای باز به کار گرفته شد. دامنه‌ی نرمال PMV بین -4 (بسیار سرد) تا +4 (بسیار گرم) قرار دارد و مقادیر آن بسته به تراز انرژی در مکان مشخص ممکن است (Hamada & Ohta,2010).در طول تابستان، تنش گرمایی بر اساس مقادیر PMV به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شود: 0-1، تنش گرمایی خفیف؛ 1-2، تنش گرمایی متوسط؛ 2-3، تنش گرمایی شدید؛ 3-4 و بیشتر از 4: تنش گرمایی بسیار شدید(Nazarian, et al., 2017).

 

	Case_ 02		Case_ 01		Case_ Reference
	Case_ 05		Case_ 04		Case_ 03
شکل 13. کانتورهاي میانگین دماي تابشی در نمونه­هاي موردي در انقلاب تابستانی
	Case_ 02	Case_ 01		Case_ Reference
	Case_ 05	Case_ 04		Case_ 03

شکل 14. کانتورهاي شاخص آسایش حرارتی PMV در نمونه­هاي موردي در انقلاب تابستانی

در شکل 18 مشاهده می شود که بر خلاف دمای هوا، رطوبت نسبی روند متفاوتی نشان داد .مقادیر بالاتر رطوبت نسبی، در مرکز سایت یافت شد که تمایل به بخش شمال غربی سایت داشته است.این تغییرات در توزیع میانگین دمای تابشی و شاخصPMV  با پوشش گیاهی درون سایت، مرتبط بوده است.همچنین در شکل 17 کانتورهای سرعت باد در الگوهای مختلف دیده می شود و تغییرا در هر کدام از الگوها قابل ملاحظه می باشد. در شکل 16 تغییرات رطوبت و در شکل 15 تغییرات سرعت باد در الگوهای مختلف قابل مشاهده است.

 

شکل 15. تغییرات سرعت باد در نمونه های موردی	شکل 16. تغییرات رطوبت نسبی در نمونه های موردی

 

	Case_ 02	Case_ 01	Case_ Reference
	Case_ 05	Case_ 04	Case_ 03

شکل 17. کانتورهاي سرعت باد در نمونه­هاي موردي در انقلاب تابستانی

	Case_ 02	Case_ 01	Case_ Reference
	Case_ 05	Case_ 04	Case_ 03

شکل 18. کانتورهاي رطوبت نسبی در نمونه­هاي موردي در انقلاب تابستانی

یافته های پژوهش 

در این پژوهش، سناریوهای مختلف پوشش گیاهی برای بررسی تأثیر بر ریز اقلیم و آسایش حرارتی یک پارک محله‌ای ارائه شده است. مطابق شکل 12میانگین دمای هوا در سناریوهای مختلف با استفاده از شبکه‌های محاسباتی در سایت مورد نظر مقایسه شد. الگوی (Case 02 )پایین‌ترین دما را در طول روز نشان داد، به دنبال آن حالت‌های 05، 04، 03 و 01 قرار داشتند (شکل 9).  این نشان می‌دهد که پوشش گیاهی پهن برگ، برای خنک‌سازی هوا موثرترین است. علاوه بر این، پوشش گیاهی متراکم(سرو) می‌توانند اثر خنک‌کنندگی را افزایش دهند. این یافته با یافته‌های پارک و همکاران (۲۰۱۷) مطابق است که اثر خنک‌کنندگی فضاهای سبز کوچک در مناطق شهری را بررسی کرده و دریافتند که ساختارهای پوشش گیاهی پهن برگ خنک‌کنندگی بیشتری ایجاد می‌کنند. با این حال، در این پژوهش کارایی خنک‌کنندگی پوشش گیاهی پهن برگ و متراکم نیز مورد برسی قرار گرفت و نتیجه این بود که دمای هوا نسبت به بقیه الگوها پایین­تر بود اما نسبت به پوشش گیاهی پهن برگ، افزایش دمای مختصری را شاهد بودیم. تفاوت‌های دما بین حالت‌های Case 02 با Case 04 و Case 05 کم بود . علاوه بر این، متریال بتن در سطح محیط، بدترین شرایط حرارتی را ایجاد کرد و به دلیل عدم وجود پوشش گیاهی و افزایش ذخیره گرما، بالاترین دمای هوا را نشان داد. دمای هوای الگوی Reference کندتر از سناریوهای پوشش گیاهی کاهش یافت، به ویژه در بعدازظهر، اگرچه بالاترین دما در ساعت ۱۵ رخ داد، اما بیشترین مساحت با بالاترین سطح ناراحتی در ساعت ۱۴ مشاهده شد . این ممکن است به دلیل زاویه تابش پایین‌تر خورشید در ساعت ۱۵ و در نتیجه سایه‌زنی بیشتر باشد. این یافته نشان می‌دهد که در شرایط گرمای بیش از حد، دمای هوا شاخص دقیق‌تری برای آسایش حرارتی نیست.(Brown & Gillespie,1995)

 

آرایش فضایی

توزیع دمای هوا، رطوبت نسبی، میانگین دمای تابشی و شاخص PMV برای سناریوهای مختلف در جدول 4 نشان داده شده است:

جدول4- اطلاعات به دست آمده از نرم افزار انوی­مت

انقلاب تابستانی
Case 05	Case 04	Case 03	Case 02	Case 01	Case REF
42.38	42.45	42.46	42.31	42.50	43.40	دمای هوا (°C)
47.95	47.28	46.96	46.28	46.68	47.21	میانگین دمای تابشی (°C)
1.01	1.02	1.03	0.93	1.03	1.40	سرعت باد (m/s)
29.61	29.56	29.45	29.67	29.59	27.96	رطوبت نسبی(%)
4.70	4.72	4.74	4.68	4.75	4.77	شاخص PMV (°C)

 

دمای هوا در منطقه اطراف سایت بالاتر از مناطق مرکزی سایت بود و این به دلیل متریال آسفالت خیابان های اطراف است که در تابستان گرمای بیشتری منتشر می‌کنند. از آنجایی که جهت باد شمال غربی بود، هوای گرم شده توسط سطح جاده‌ها از جبهه شمال غربی وارد سایت شد و منجر به دمای باد نسبتا بالاتر در منطقه مرکزی سایت گردید. این پدیده به عنوان "اثر لبه" شناخته می‌شود که در ابتدا در فضاهای سبز طبیعی گزارش شده بود اما در مطالعات اخیر در فضاهای سبز شهری نیز گزارش شده است(Jiao, et al.,2017). بنابراین، باد همیشه تأثیر مثبتی بر آسایش حرارتی در شرایط گرمای بیش از حد ندارد. با این حال، دیمودو و نیکولوپولو (2003) فرض کردند که هنگامی که دمای هوا از 25 درجه سانتی‌گراد بالاتر می‌رود، نرخ تبخیر-تعرق در شرایط سرعت باد بالاتر بیشتر است. از این رو، برنامه‌ریزی مناسب تهویه در پارک‌های شهری باید ویژگی‌های اقلیمی خاص شهر را در نظر بگیرد. علاوه بر این، مشخص شد که دمای تابشی متوسط بر اساس مقادیر PMV عامل کلیدی تأثیرگذار بر آسایش حرارتی بوده است که با توزیع پوشش گیاهی مطابقت دارد. بنابراین، مهم است که طراحی پارک‌های شهری شامل راه‌هایی برای تأمین سایه و کنترل زاویه و جهت تابش خورشید باشد. شکل­7، درصد مساحت مناطق با طبقه‌بندی‌های مختلف PMV را از ساعت 8 تا 18 نشان می‌دهد. در مجموع 16800 شبکه برای تطابق با مساحت سایت مورد نظر در نرم افزار انوی­مت(Envi-met) محاسبه شد. بیشتر منطقه مورد مطالعه در حالت الگوی Reference ، تحت استرس گرمایی شدید از ساعت 11 تا 18 قرار داشت در الگوی 01 کمی دیرتر به حالت شدید گرمایی تغییر وضعیت داده شده است. اما در میان این الگوها در (Case 02) بهترین حالت را شاهد بودیم که از نظر زمانی نسبت به سایر الگوها زمان بیشتری صرف شده تا به محدوده شدید گرمایی برسیم. با توجه به داده های به دست آمده در می یابیم که استرس گرمایی با افزایش پوشش گیاهی کاهش یافت. به عنوان مثال، درصد مساحت با مقادیر PMV  بالاتر از 4 در الگوهای Case Reference  و Case 01 بالاتر بود در صورتی که در الگوی Case 02 دمای شدید PMV کاهش پیدا کرده است و شاهد آن هستیم که در ساعات بین 11 تا 16 استرس گرمایی شدید به قوی تغییر وضعیت داده است.

Case 01		Case Reference
Case 03		Case 02
Case 05		Case 04
استاندارد	0~1 1~2      2~3      3~4      4≤	درنظر گرفته شده در جدول	2~3 - 3~4 - 4~5 - 5~6 - 6~7 - 7~8
شکل 6. درصد دمای شاخص PMV در ساعات 8:00 تا 18:00

جمع بندی

هدف اصلی پژوهش حاضر، بررسی تأثیر گیاهان بر بهبود کیفیت هوای شهری از طریق تعدیل دمای محیط و رطوبت نسبی بود. نتایج نشان داد که استفاده گسترده از گیاهان در فضای شهری شیراز منجر به کاهش قابل توجه دما در فصول گرم می‌شود. مطالعات میدانی و شبیه‌سازی تأیید کردند که این کاهش دما می‌تواند راه‌حلی موثر برای کاهش پدیده جزیره گرمایی شهری باشد. بررسی‌ها نشان داد فضای باز گیاه‌کاری شده می‌توانند دمای هوا را تا 1.1 درجه سانتی‌گراد کاهش دهند، اما این تأثیر عمدتاً در فواصل نزدیک به گیاه محسوس است. همچنین، نوع گیاه  هم تأثیر بسزایی بر میزان کاهش دما داشته است. نتایج نشان داد که ایجاد فضاهای سبز در مجاورت معابر شهری و به ‌صورت ردیفی، تأثیر بیشتری بر آسایش حرارتی عابران پیاده دارد. اگرچه کاهش دما در مقیاس کوچک ممکن است ناچیز به نظر برسد، اما در مقیاس شهری تأثیرات قابل توجهی بر کاهش مصرف انرژی و بهبود شرایط حرارتی خواهد داشت. علاوه بر کاهش دما، گیاهان با افزایش رطوبت نسبی، شرایط آسایش حرارتی را بهبود بخشیده و به کاهش جزیره گرمایی شهری کمک می‌کنند.

نتیجه گیری

در  پژوهش حاضر، از مدل ریز اقلیم شهری سه‌بعدی انوی­مت (ENVI-met) نسخه5.6.1 برای بررسی محیط حرارتی فضای باز یک مجتمع مسکونی مرتفع طی یک روز گرم تابستانی معمولی استفاده شد. مدل ENVI-met توانست عملکرد حرارتی پارک با پوشش گیاهی را به طور مناسب شبیه‌سازی کند. پنج الگوی مختلف پوشش گیاهی در سایت مورد بررسی قرار گرفت: (Case Reference)بدون پوشش گیاهی (با جایگزینی تمام پوشش گیاهی موجود با بتن)،(Case01) پوشش گیاهی با چمن، (Case02) ایجاد پوشش گیاهی پهن برگ، (Case03) ایجاد پوشش گیاهی متراکم(درختان سرو) و (Case 04,05) با پوشش گیاهی ترکیبی درختان چنار و سرو با قرارگیری متفاوت برسی شد.

به ترتیب الگوهای( 04,02,05) پایین‌ترین دمای هوا و راحت‌ترین شرایط را نشان داد که نشان می‌دهد بهبود محیط حرارتی با افزایش پوشش گیاهی افزایش می‌یابد. حالت (02) شرایط حرارتی راحت‌تری نسبت به حالت (05,04) ایجاد کرد که نشان می‌دهد فضای سبز پهن برگ نسبت به آرایش پوشش گیاهی متراکم آسایش حرارتی راحت‌تری را فراهم می‌کند.  در میان حالت های  (04) و (05) شرایط آسایش حرارتی بهتر را در الگوی (05) شاهد بودیم و این اتفاق می­تواند به دلیل ایجاد روزنه در همسو بودن با باد غالب شهر شیراز باشد زیرا در الگوی (04) با ایجاد درختان پهن برگ به صورت خطی در ورودی سایت سدی در برابر باد غالب ایجاد شد. علاوه بر این، دمای تابشی متوسط بالاترین همبستگی را با شاخص PMV داشت که نشان می‌دهد طراحان چشم‌انداز شهری باید طرح‌هایی را در نظر بگیرند که سایه‌ بیشتری برای بهبود آسایش بازدیدکنندگان پارک در تابستان فراهم کنند. این مطالعه اطلاعات مهمی در مورد تأثیرات پوشش گیاهی بر ریز­اقلیم، در زمینه آسایش حرارتی، در فصل گرم ارائه می‌دهد. با این حال، مطالعات بیشتری در مورد شرایط آسایش حرارتی در پارک‌های شهری در فصول مختلف مورد نیاز است.

 

پی نوشت ها

1-       Albedo

2-       Potential Air Temperature

3-       Adiabatic process

4-       Mean Radiant Temperature

5-       Wind Speed

6-       Relative Humidity

7-       Predicted Mean Vote

 

تعارض منافع

نویسندگان اعلام می دارند که در انجام این پژوهش هیچ گونه تعارض منافعی برای ایشان وجود نداشته است.

 

فهرست مراجع

1.       اخلاقی نژاد، فاطمه؛ و باقری سبزوار، هادی.(1402). ارزیابی آسایش حرارتی فضای باز در فرمهای مختلف حیاط در مقیاس همسایگی؛ نمونه موردی: اقلیم سرد و نیمه خشک سبزوار ، نشریه هنرهای زیبا – معماری و شهرسازی، دوره 28 ، شماره 1، 45-61. 10.22059/jfaup.2023.352410.672828

2.       قلي­نژاد، اسماعیل. (1390). علل گرم شدن زمین. همایش ملی تغییر اقلیم و تاثیر آن بر کشاورزی و محیط زیست.

3.       سازمان مدیریت و برنامه ریزی فارس،21:1375 .

4.       رجب بیگی، الهام؛و عرفانیان سلیم، رامین؛و جعفری، سید محمد.(1393). مروری بر کارایی گیاهان در تعدیل اثرات و سازگاری با تغییرات اقلیمی در محیط‌های شهری با تأکید بر صفات عملکردی گیاهان، فصلنامه علمی- پژوهشی علوم محیطی، دوره 12، شماره 4. https://envs.sbu.ac.ir/article_97449.html

5.       هاشمین، ابوالفضل؛ وزرکش، افسانه؛ و گارسیا، ایستر؛و سوزنچی، کیانوش.(1401). تأثیر طرح کاشت درختان بر آسایش حرارتی انسان در مقیاس میکرواقلیم؛ نمونه موردی: محوطه دانشکده هنر دانشگاه تربیت مدرس. مطالعات نظری و فناوری های نوین معماری و شهرسازی،دوره ۱۲، شماره ۲. 138-158. http://bsnt.modares.ac.ir/article-2-61858-fa.html

6.       Aboelata, A., Sodoudi, S., (2020). Evaluating the effect of trees on UHI mitigation and reduction of energy usage in different built up areas in Cairo. Build. Environ, 168, 106490. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.106490

7.       Alexandri, E., Jones, P., (2008). Temperature decreases in an urban canyon due to green walls and green roofs in diverse climates, Building and Environment 43(4):480. DOI:10.1016/j.buildenv.2006.10.055

8.       Álvarez-Rodríguez, C., Hernandez, E., Aracil, J,. Godini, L., Sanz, S., (2024). Interpretable extreme wind speed prediction with concept bottleneck models. Renewable Energy/ ELSEVIER /ScienceDirect.231. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.120935

9.       Ashraee. Ashraee Standard 55: Thermal Environmental Conditionals for Human OccupanCY. Atlanta,2013.

10.       Brown, R. D., Gillespie, T. J., (1995). Microclimatic Landscape Design: Creating Thermal Comfort and Energy Efficiency. New York: Wiley. 

11.       Carmen, J., Nappo,(2012). "Appendix A - The Hydrostatic Atmosphere". International Geophysics, Volume 102, 2012, Pages 309-321.

12.       Duarte, D. H., Shinzato, P., dos Santos Gusson, C., Alves, C. A., (2015). "The Impact of Vegetation on Urban Microclimate to Counterbalance Built Density in a Subtropical Changing Climate". Urban Climate, 14, 224-239.  https://doi.org/10.1007/s11356-021-13179-z ·

13.       Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria. ISO 7730:2005

14.       Fanger, P.,(1973). "Assessment of man's thermal comfort in practice." Oct;30(4):313-24.doi:10.1136/oem.30.4.313.

15.       Hamada, S., Ohta, T., (2010). "Seasonal Variations in the Cooling Effect of Urban Green Areas on Surrounding Urban Areas". Urban Forestry & Urban Greening, 9(1), 15-24.

16.       Jamei, E., Rajagopalan, P., Seyedmahmoudian, M., Jamei, Y.,(2016). Review on the Impact of Urban Geometry and Pedestrain Level Greening on Outdoor Thermal Comfort. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.54,pp 1002-1017.

17.       Jiao, M., Zhou, W., Zheng, Z., Wang, J., Qian, Y., (2017). "Patch Size of Trees Affects Its Cooling Effectiveness: A Perspective from Shading and Transpiration Processes". Agricultural and Forest Meteorology, 247, 293-299.

18.       Le, D. Y., Tsui, J. K., Chen, F., Yip, W. K., Vrijmoed, L. L., Liu, C. H., (2011). "Effects of Urban Vegetation on Urban Air Quality". Landscape Research, 36(2), 173-188.

19.       Lee, H., Mayer, H., Chen, L., (2016). Contribution of Trees and Grasslands to the Mitigation of Human Heat Stress in a Residential District of Freiburg, Southwest Germany. Landscape and Urban Planning, 148, 37-50.

20.       Lin, T. P., Tsai, K. T., Liao, C. C., Huang, Y. C., (2013). "Effects of Thermal Comfort and Adaptation on Park Attendance Regarding Different Shading Levels and Activity Types". Building and Environment, 59, 599-611.

21.       Li, Y., Song, Y., (2019). "Optimization of Vegetation Arrangement to Improve Microclimate and Thermal Comfort in an Urban Park" International review for spatial planning and sustainable development, Vol.7 No.1 (2019), 18-30 ISSN: 2187-3666 (online) DOI: http://dx.doi.org/10.14246/irspsd.7.1_18

22.       Malek, N. A., Mariapan, M., Shariff, M. K. M., (2012). "The Making of a Quality Neighbourhood Park: A Path Model Approach". Procedia-Social and Behavioral Sciences, 49, 202-214.

23.       Nazarian, N., Fan, J., Sin, T., Norford, L., Kleissl, J., (2017). "Predicting Outdoor Thermal Comfort in Urban Environments: A 3d Numerical Model for Standard Effective Temperature". Urban Climate, 20, 251-267.

24.       Ng, E.,(2009). Designing High-density Cities: For Social and Environmental Sustainbility, Routledge.

25.       Onyango, S.A., Mukundi, J.B.,(2021) Ochieng’Adimo, A.; Wesonga, J.M.; Sodoudi, S. Variability of In-Situ Plant Species Effects on Microclimatic Modification in Urban Open Spaces of Nairobi, Kenya. Curr. Urban Stud., 9, 126.

26.       Park, J., Kim, J. H., Lee, D. K., Park, C. Y., Jeong, S. G., (2017). "The Influence of Small Green Space Type and Structure at the Street Level on Urban Heat Island Mitigation". Urban Forestry & Urban Greening, 21, 203-212.

27.       Prasetya, N., Okur, S., (2024). Investigation of the free-base Zr-porphyrin MOFs as relative humidity sensors for an indoor setting. Sensors and Actuators: A. Physical/ ELSEVIER /ScienceDirect. 01 April 2024, Version 1

28.       Ragab, A., Abdelrady, A.,(2020) Impact of green roofs on energy demand for cooling in Egyptian buildings. Sustainability, 12, 5729

29.       Sun, S., Xu, X., Lao, Z., Liu, W., Li, Z., García, E. H., Zhu, J. (2017). "Evaluating the Impact of Urban Green Space and Landscape Design Parameters on Thermal Comfort in Hot Summer by Numerical Simulation". Building and Environment, 123, 277-288.

30.       Taleghani, M., Sailor, D., Ban-Weiss, G.A.,(2016) Micrometeorological simulations to predict the impacts of heat mitigation strategies on pedestrian thermal comfort in a Los Angeles neighborhood. Environ. Res. Lett.11, 024003.

31.       Torres JL., Martin ML.,(2008) Adaptive Control of Thermal Comfort Using Neural Networks. Argentine Symposium on Computing Technology, 1–12.

32.       Trenberth K., John, T., Fasullo, Jeffrey ,(2009). "An update of the Earth's global annual mean energy budget is given in the light of new observations and analyses. Changes overtime and contributions from the land and ocean domains are also detailed.". EARTH'S GLOBAL ENERGY BUDGET, In final form 29 July 2008 ©2009 American Meteorological Society

33.       Waseem Ahmad,  M.,  Mourshed,   M.,  Mundow,  M.,  Sisinni, M.,  Rezgui, Y.,(2016). "Building energy metering and environmental monitoring – A state-of-the-art review and directions for future research

 

 

ایمیل مسئول مکاتبات           Email:[e-mail]                        

 

---

مقالات مرتبط