وثيقة

Investigating the impact of passive cooling strategies on outdoor thermal comfort in urban alleyways under a hot arid climate.

المصدر
Master's thesis
عناوين أخرى
استقصاء تأثير استراتيجيات التبريد السلبي على الراحة الحرارية الخارجية في الأزقة الحضرية تحت مناخ حار وجاف
الدولة
Oman
مكان النشر
Muscat
الناشر
Sultan Qaboos University.
ميلادي
2024
اللغة
الأنجليزية
الموضوع
نوع الرسالة الجامعية
Master's thesis
الملخص الإنجليزي
Due to densely packed urban areas, urban heat islands and hot outdoor thermal environments have affected microclimatic conditions in Oman. These conditions have affected human thermal comfort and, thus, residents' lifestyles by discouraging walkability. Passive cooling strategies offer a sustainable approach to mitigate high temperatures and improve the thermal environment of public spaces such as alleyways. This study investigates various traditional passive cooling approaches' effectiveness in regulating thermal microclimate. It does so through fieldwork and numerical simulations, providing a comprehensive understanding of the factors that enhance outdoor thermal comfort in urban pathways in hot, arid environments like Oman. The fieldwork component involved measuring and analyzing the microclimate conditions, including air temperature, air velocity, and surface boundary radiation in urban open spaces, specifically alleyways, within a hot, arid city. The findings from this on-site data collection were then used to validate and calibrate a numerical model, which was subsequently employed to simulate the thermal performance of different cooling strategies. Using computational fluid dynamics (CFD) allowed for exploring a range of cooling interventions and their impact on outdoor thermal comfort, as measured by PMV. Adding water channels and adding acacia trees could induce an air temperature drop of up to 4.5°C and 7°C, respectively, establishing a cooling effect from evaporation. Increasing the aspect ratio from 0.5 to 2 reduced net radiation in the alleyway by 50%. A similar result was obtained by adding a set of palm trees, proving the shading potential of the narrow alleyways and palm trees in improving thermal conditions at the pedestrian level. Temperature reductions of up to 4°C occur in wide alleyways of aspect ratio 0.25 at low wind speeds. The results of this study have the potential to inform sustainable urban planning significantly and were used to develop design guidelines that emphasize the strategic placement of water bodies and vegetation. They demonstrate that a combination of passive cooling strategies, including strategically placing vegetation and water bodies and optimizing urban form, can significantly improve outdoor thermal comfort in hot, arid urban environments. Using numerical simulation, urban planners can identify the most effective cooling interventions, paving the way for a more sustainable city with enhanced walkability. Using the results from this thesis, two papers were generated, each accepted at a different conference. One paper, “The role of vegetation in outdoor thermal comfort of traditional alleyways in hot arid climates,” was presented at the Roomvent 2024 conference in Stockholm. Another paper, “Interaction of aspect ratio and water body on thermal microclimate in alleyways of Oman,” was presented at the PLEA 2024 conference in Poland.
الملخص العربي
سبب المناطق الحضرية المزدحمة، أثرت الجزر الحرارية الحضرية والبيئات الحرارية الخارجية الساخنة بالمناخ المحلي في سلطنة عمان. وقد أثرت هذه الظروف على الراحة الحرارية البشرية، وبالتالي أنماط حياة السكان من خلال تثبيط القدرة على المشي. تقدم استراتيجيات التبريد السلبي نهجًا مستدامًا للتخفيف من درجات الحرارة المرتفعة وتحسين البيئة الحرارية للأماكن العامة مثل الأزقة.

تبحث هذه الدراسة في فعالية العديد من أساليب التبريد السلبي التقليدية في تنظيم المناخ الحراري المحلي. وهي تفعل ذلك من خلال مزيج من العمل الميداني والمحاكاة العددية، مما يوفر فهمًا شاملاً للعوامل التي تعزز الراحة الحرارية الخارجية في المسارات الحضرية في البيئات الحارة والجافة مثل عمان. تضمن عنصر العمل الميداني قياس وتحليل الظروف المناخية المحلية، بما في ذلك درجة حرارة الهواء وسرعة الهواء وإشعاع حدود السطح في المساحات المفتوحة الحضرية، وخاصة الأزقة، داخل مدينة حارة وجافة. ثم تم استخدام النتائج من جمع البيانات في الموقع للتحقق من صحة نموذج رقمي ومعايرته، والذي تم استخدامه لاحقًا لمحاكاة الأداء الحراري لاستراتيجيات التبريد المختلفة.

سمح استخدام ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) باستكشاف مجموعة من تدخلات التبريد وتأثيرها على الراحة الحرارية الخارجية، كما تم قياسها بواسطة PMV. يمكن أن يؤدي إضافة قنوات المياه وإضافة أشجار الأكاسيا إلى انخفاض درجة حرارة الهواء بما يصل إلى 4.5 درجة مئوية و7 درجات مئوية، على التوالي، مما يؤدي إلى إحداث تأثير تبريد من التبخر. زيادة نسبة العرض إلى الارتفاع من 0.5 إلى 2 وتقليل الإشعاع الصافي في الزقاق بنسبة 50٪. وحدث انخفاض مماثل عند إضافة مجموعة من أشجار النخيل، مما يثبت قدرة تظليل الأزقة الضيقة وأشجار النخيل في تحسين الظروف الحرارية على مستوى المشاة. حدثت انخفاضات في درجات الحرارة تصل إلى 4 درجات مئوية في الأزقة الواسعة ذات نسبة العرض إلى الارتفاع 0.25 عند سرعات الرياح المنخفضة.

تشير نتائج هذه الدراسة إلى إمكانية تحسين تخطيط المدن الحضرية المستدامة بشكل كبير، حيث تم استخدامها لتطوير إرشادات تصميم تركز على وضع العناصر المائية والنباتية بشكل استراتيجي. أظهرت الدراسة أن مزيجًا من استراتيجيات التبريد السلبي، بما في ذلك توزيع النباتات والعناصر المائية بشكل مدروس وتحسين أشكال المناطق الحضرية، يمكن أن يُحدث تحسينًا كبيرًا في الراحة الحرارية الخارجية في البيئات الحارة والجافة. باستخدام المحاكاة العددية، يمكن للمخططين الحضريين تحديد تدخلات التبريد الأكثر فعالية، مما يمهد الطريق لمدن أكثر استدامة تُعزز من قابلية المشي وتحسين جودة الحياة للسكان.

تم الاستفادة من نتائج هذه الأطروحة في إعداد ورقتين علميتين، تم قبول كل منهما في مؤتمر مختلف. تم تقديم الورقة الأولى بعنوان "دور النباتات في الراحة الحرارية الخارجية للأزقة التقليدية في المناخات الحارة والجافة" في مؤتمر Roomvent 2024 في ستوكهولم. بينما تم تقديم الورقة الثانية بعنوان "تفاعل نسبة العرض إلى الارتفاع والعناصر المائية على المناخ الحراري الجزئي في أزقة عمان" في مؤتمر PLEA 2024 في بولندا.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية

مواد أخرى لنفس الموضوع

مقالات الدوريات
4
0
Al-Azri, Nasser.
College of Engineering, Sultan Qaboos University.
2017-01-01