بررسی تأثیرات الگوهای استقرار تراکم (حاصل از تغییر در سطح اشغال و ارتفاع ساختمان) بر جابه جایی هوای حوزه های شهری

حمیده موسوی, سیده; حافظی, محمدرضا; دلفانی, شهرام; نعمتی مهر, مرجان السادات نعمتی مهر

بررسی تأثیرات الگوهای استقرار تراکم (حاصل از تغییر در سطح اشغال و ارتفاع ساختمان) بر جابه جایی هوای حوزه های شهری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ کارشناس ارشد فناوری معماری، دانشکدة معماری و شهرسازی، دانشگاه شهید بهشتی

² دانشیار دانشکدة معماری و شهرسازی، دانشگاه شهید بهشتی

³ دانشیار مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، وزارت راه و شهرسازی

⁴ استادیار دانشکدة معماری و شهرسازی، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

ویژگی توده‌های ساختمانی، نحوة قراردهی آن‌ها، و تراکم نقش مهمی در الگوی جریان هوای شهری، سکون هوا، و تجمع آلاینده‌ها در تراز پایینی اتمسفر دارد. در این پژوهش با هدف دستیابی به الگوی مطلوب استقرار تراکم‌های برابر، با ثابت نگه داشتن تراکم منطقه در حد چشم‌انداز، اثر افزایش ارتفاع و کاهش سطح اشغال به صورت هم‌زمان در مقیاس محلی در منطقة ولنجک تهران مقایسه شده است. روش انجام این پژوهش با توجه به ماهیت میان‌رشته‌ای آن، روشی ترکیبی است، جمع‌آوری اطلاعات به روش جمع‌آوری منابع کتابخانه‌ای، شبیه‌سازی به روش دینامیک سیالات محاسباتی، و مدل‌سازی بافت شهری مورد مطالعه بر اساس داده‌های شهرداری و برداشت از وضع موجود انجام پذیرفته است. تراکم خالص و ثابت 270% در سه مدل ساختمانی (ساختمان‌های 7طبقه با سطح اشغال 5/38‌%‌، ساختمان‌های 12طبقه با سطح اشغال 5/22‌%، و برج‌های20طبقه با سطح اشغال 5/13‌%) توزیع شده است. بلوک شهری مورد مطالعه با بلوک‌های مشابه احاطه شده و جریان هوا بر فراز مدل‌های مذکور با سرعت باد مرجع m/s 4/5 در چهار جهت شمالی، غربی، شمال غربی و شمال شرقی، بدون در نظر گرفتن لایه‌بندی حرارتی اتمسفر، با نرم‌افزار انسیس فلوئنت و مدل توربولانسی k-ε شبیه‌سازی شده است.بررسی نتایج پژوهش نشان می‌دهد که، در الگوی ساختمان‌های 7طبقه در 38‌% مکان‌ـ زمان‌ها و در الگوی ساختمان‌های 12طبقه در 44‌% و در الگوی برجی‌شکل در 65‌% مکان‌ـ زمان‌ها تهویة طبیعی صورت می‌گیرد. پس می‌توان نتیجه گرفت که افزایش ارتفاع تنها با کاهشِ قابل توجه میزان سطح اشغالْ جریان هوا را بهبود می‌بخشد. این مهم نیز وابسته به عوامل متعددی، از جمله جهت‌گیری بافت شهری، ویژگی‌های هندسی بنا، و مشخصات باد آن منطقه است و به منظور به دست آوردن مدل بهینه برای هر منطقه، مدل‌سازی و شبیه‌سازی‌های عددی و یا تجربی ضروری است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.1683870.1397.28.2.3.2

عنوان مقاله [English]

A Study on the Effects of Density and FAR (Floor Area Ratio) on Urban Ventilation

نویسندگان [English]

Seyedeh Hamideh Moosavi ¹
Mohammad Reza Hafezi ²
Shahram Delfani ³
Marjan A. Nematimehr ⁴

¹ MSc in Architecture Technology, Faculty of Architecture and Urban Planning, Shahid Beheshti University

² Associate Professor, Faculty of Architecture and Urban Planning, Shahid Beheshti University

³ Associate Professor, Road, Housing & Urban Development Research Centre

⁴ Assistant Professor, Faculty of Architecture and Urban Planning, Shahid Beheshti University

چکیده [English]

The characteristics of building masses, their settlement and density play an important role in the pattern of urban airflow, air stagnation and accumulation of pollutants in the lower atmosphere layer. Aiming at finding the optimised lodgement pattern in a given density, this research studies the effects of changes in height and site coverage (FAR, Floor Area Ratio), on a local scale in Velenjak area of Tehran. Given its interdisciplinary nature, the methodology of this research is hybrid, with information collected by library resources, CFD used for simulating wind regime, and modelling urban area carried out based on the Municipality GIS data. A net, constant density of 270%, has been distributed in three building models: seven-storey buildings with the site coverage area of 38.5%, 12-storey buildings with the site coverage area of 22.5% and 20-storey buildings with 13.5% site coverage area. A 4.5 m/s reference air flow above these models from north, west, northwest and northeast has been considered, while the studied urban block surrounded with similar blocks, regardless of the complex effect of atmosphere thermal stratification. The wind was simulated by Ansys Fluent software and k-ε turbulence model. The results indicate that natural ventilation occurs in 38% of time-places in seven-storey buildings, 44‌% in 12-storey buildings and 65% in the high-rise buildings. Thus, it can be concluded that increasing height can only improve airflow with significant reduction of site coverage. This, in turn, depends on several factors, including urban fabric orientation, geometric features of the structure and wind characteristics of area. Therefore Individual numerical and experimental modelling and simulation are necessary for each region in order to obtain an optimal model.

کلیدواژه‌ها [English]

density
site coverage
air movement
urban aerodynamics
pollution distribution pattern
Velenjak

مراجع

بحرینی، حسین و مهیار عارفی و ناصر برک‌پور و حسن خوشپور. «کاربرد مطالعات هواشناسی آلودگی هوا در طراحی شهری (نمونة خاص شهر تهران)»، در محیط‌شناسی. ش 18 (زمستان 1376)، ص 17-32.

پایگاه اطلاع‌رسانی مرکز آمار ایران https://www.amar.org.ir

شجاعی‌فرد، محمدحسن. مقدمه‌ای بر جریان‌های آشفته و مدل‌سازی آن، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1391.

نادری، مریم و محسن روشنی و معصومه عباسیان و سارا تربتیان و حسین شهبازی. گزارش کنترل کیفیت هوای تهران، شرکت کنترل کیفیت هوا وابسته به شهرداری تهران، 1395.

AIJ. AIJ (Architectural Institute of Japan) Benchmarks for Validation of CFD Simulations Applied to Pedestrian Wind Environment around Buildings, 2016.

Antoniou, N. et al. “CFD and Wind-tunnel Analysis of Outdoor Ventilation in a Real Compact Heterogeneous Urban Area: Evaluation Using ‘Air Delay’”, in Building and Environment, Vol. 126 (2017), pp. 355-372

ASCE (American Society of Civil Engineer). Wind Tunnel Studies of Buildings and Structures, 1999.

________ . Urban Aerodynamics: Wind Engineering for Urban Planners and Designers, 2011.

Baniotopoulos, Charalambos & Claudio Borri & Theodore Stathopoulos. Environmental Wind Engineering and Design of Wind Energy Structures, New York: Springer Wien, 2011.

Blocken, B., et al. “CFD Simulation for Pedestrian Wind Comfort and Wind Safety in Urban Areas: General Decision Framework and Case Study for the Eindhoven University Campus”, in Environmental Modeling & Software, Vol. 30 (2012), pp. 15-34.

Blocken, B., et al. “Application of CFD in Building Performance Simulation for the Outdoor Environment: an Overview”, in Building Performance Simulation, Vol. 4 (2011), pp.157–184.

COST (European Corporation in Science & Technology), Best Practice Guideline for the CFD Simulation of flows in the Urban Environment, 2007.

Hagishima, Aya, et al, “Aerodynamic Parameters of Regular Arrays of Rectangular Blocks with Various Geometries”, in Boundary-Layer Meteorology, Vol. 132, Issue 2 (August 2009), pp. 315–337.

Isyumov, N., et al. “Wind in Cities: Effects on Pedestrians and the Dispersion of Ground Level Pollutants”, in Wind Climate in Cities, 1995, pp. 319-335.

Janssen, W., et al. “Use of CFD Simulations to Improve the Pedestrian Wind Comfort around a High-rise Building in a Complex Urban Area”, in 13th Conference of International Building Performance Simulation Association, France, 2013.

Lateb, M., et al. “On the Use of Numerical Modelling for Near-field Pollutant Dispersion in Urban Environments A Review”, in Environmental Polution, Vol. 208 (2015), pp. 271-283.

Liu, C., et al. “On the Prediction of Air and Pollutant Exchange Rates in Street Canyons of Different Aspect Ratios Using Large-eddy Simulation”, in Atmospheric Environment, Vol. 39 (2005), pp. 1567- 1574.

Meno, A.H., et al. “Aerodynamic Parameters of Regular Arrays of Rectangular Blocks with Various Geometries”, in Boundary-Layer Meteorol, Vol. 132 (2009), pp. 315–337.

Panagiotou, I., et al. “City Breathability as Quantified by the Exchange Velocity and its Spatial Variation in Real Inhomogeneous Urban Geometries: An Example from Central London Urban Area”, in Science of the Total Environment, Vol. 442 (2013), pp. 466-477.

Ratcliff, M., et al. “Comparison of Pedestrian Wind Acceptability Criteria”, in Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 36 (1990), pp. 791-800.

Reiter, S. “Validation Process for CFD Simulations of Wind Around Buildings”, in European built environment CAE Conference, (2008).

Tahbaz, M. “The Estimation of the Wind Speed in Urban Areas”, in International Journal of Ventilation, Vol. 8 (2014), pp. 75-84.

Tall Building Design Guidelines, Adopted by Toronto City Council, May 2013.

Tominagaa, Y., et al. “AIJ Guidelines for Practical Applications of CFD to Pedestrian Wind Environment around Buildings”, in Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 96 (2008), pp.1749-1761.

UTF, Towards an Urban Renaissance, 1999.

Yuan, C., et al. “Building Porosity for Better Urban Ventilation in High-density Cities - A Computational Parametric Study”, in Building and Environment, Vol. 50 (2012), pp. 176-189.

Zhang, N., et al. “A Microscale Model for Air Pollutant Dispersion Simulation in Urban Areas: Presentation of the Model and Performance over a Single Building”, in Advances in Atmospheric Sciences, Vol. 33 (Feb 2016), pp. 184–192.