CC BY
7
АРХИТЕКТУРА И ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО. РЕКОНСТРУКЦИЯ И РЕСТАВРАЦИЯ
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER
УДК 712.4:711
DOI: 10.22227/1997-0935.2023.7.1021-1031
Фактическая видимость небосвода при затенении деревьями с различной плотностью кроны
Сергей Валерьевич Корниенко, Екатерина Александровна Дикарева
Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ); г. Волгоград, Россия АННОТАЦИЯ
Введение. Развитие зеленой инфраструктуры — важная задача при формировании градостроительных стратегий для снижения эффекта городского теплового острова (ГТО) и совершенствования городской экосистемы. Цель исследования — определение фактической видимости небосвода при затенении деревьями, имеющими различную плотность кроны. Научная новизна состоит в том, что впервые проведено исследование фактической видимости небосвода с учетом затенения деревьями как сложными гетерогенными системами для оценки эффекта смягчения ГТО. Практическая значимость заключается в установлении фактической видимости небосвода при затенении деревьями с различной плотностью кроны, что позволяет произвести коррекцию имитационных моделей для анализа параметров микроклимата городской среды в заданных климатических условиях.
Материалы и методы. Проведены прямые измерения путем фотографирования с помощью специального объектива «рыбий глаз» и смартфона. Исследования выполнены в условиях умеренно-континентального климата (согласно международной классификации климата Koppen — тип Dfa). Выбраны несколько видов деревьев, наиболее часто встречающихся при озеленении в рассматриваемых климатических условиях и имеющих различную плотность кроны: вяз, дуб, клен и тополь. По каждому отобрано несколько образцов, необходимых для усреднения данных. Всего изучено 27 образцов. ¡Г ф
Результаты. Построена диаграмма измеренных усредненных значений фактора видимости небосвода с учетом за- ^ Q тенения деревьями, имеющими различную плотность кроны, в различные периоды года. Для защиты от прямой сол- k | нечной радиации летом в дневное время лучше применять деревья с плотной раскидистой кроной, для интенсифи- я
Actual sky visibility under shading by trees with different crown densities Sergey V. Kornienko, Ekaterina A. Dikareva
Volgograd State Technical University (VSTU); Volgograd, Russian Federation
ABSTRACT
< П
О
кации лучистого теплообмена городской поверхности с небосводом ночью — деревья с меньшей плотностью кроны
В случае необходимости смягчения ГТО в течение суток наиболее эффективными являются гибридные решения. ^ Выводы. Фактическая оценка видимости небосвода, выполненная авторами с учетом затенения деревьями, по- С у
зволяет произвести коррекцию имитационных моделей для анализа параметров микроклимата городской среды < • в заданных климатических условиях. Результаты исследования дают возможность выбрать тип дерева, обеспечива- ° М
ющий требуемое затенение и эффект смягчения ГТО. ё г
< 9
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: городское планирование, охлаждение, пассивные стратегии, фактор видимости небосвода, о 9 городской тепловой остров, «рыбий глаз», климат, тепловой комфорт, деревья, зеленая инфраструктура г -
1 3
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Корниенко С.В., Дикарева Е.А. Фактическая видимость небосвода при затенении де- ° <
ревьями с различной плотностью кроны // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. Вып. 7. С. 1021-1031. DOI: 10.22227/1997- < р
0935.2023.7.1021-1031 0 п
п )
(Л I
Автор, ответственный за переписку: Екатерина Александровна Дикарева, ea.dikareva@gmail.com. и М
о М
П м n 0
r 6 t ( an
CD CD
<
Introduction. The development of green infrastructure is an important task in urban planning strategies to reduce urban £. °
heat island effect and improve urban ecosystem. The aim of this study is to determine the actual visibility of the skyline when E 3
shaded by trees of different crown densities. The scientific novelty is that for the first time a study of the actual sky visibility 3 8 with trees shading as complex heterogeneous systems has been conducted to assess the effect of mitigating of urban heat island. The practical significance lies in the establishment of the actual visibility of the firmament under the shading of trees
with different crown density, which enables the correction of simulation models to analyze the parameters of the microclimate s □
of the urban environment under given climatic conditions. u c
Materials and methods. Various approaches to determining the sky visibility are considered. Direct measurements were <D K
made by photographing with a special fisheye lens and a smartphone. The research was carried out in a temperate con- , ,
tinental climate (according to the international climate classification Koppen — type Dfa). Several tree species most com- 2 2
monly found in landscaping under the climate conditions in question and having different crown densities were selected: 2 2
elm, oak, maple and poplar. For each, several samples were selected as required for data averaging. A total of 27 samples 3 3 were studied.
Ю DO
' B"
© С.В. Корниенко, Е.А. Дикарева, 2023
Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)
Results. A diagram of measured averaged values of the sky visibility factor was plotted, taking into account shading by trees with different crown densities in different periods of the year. To protect trees with dense spreading crowns from the direct solar radiation in the summer daytime, it is better to use trees with dense spreading crowns to intensify the radiant heat exchange of the urban surface with the sky at night — trees with less dense crowns. In case of the need to soften the urban heat island during the day, hybrid solutions are the most effective.
Conclusions. The actual assessment of the sky visibility, made by the authors taking into account shading by trees, allows us to make corrections in simulation models to analyze the parameters of the microclimate of the urban environment under the given climatic conditions. The results of the study make it possible to select the type of tree providing the required shading and urban heat island's mitigation effect.
KEYWORDS: urban planning, cooling, passive strategies, sky view factor (SVF), urban heat island, fish-eye, climate, thermal comfort, trees, green infrastructure
FOR CITATION: Kornienko S.V., Dikareva E.A. Actual sky visibility under shading by trees with different crown densities. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(7):1021-1031. DOI: 10.22227/1997-0935. 2023.7.1021-1031 (rus.).
Corresponding author: Ekaterina A. Dikareva, ea.dikareva@gmail.com.
(0 (0
СЧ N
О О
СЧ N
X (V о 3
> (Л
с и
Ш 00 . г
e (U j
Ф оэ
о ё
---- "t^
о
о У
о со гм
ВВЕДЕНИЕ
На основании данных, представленных в статье [1], определено, что разность между температурами в городской и пригородной местности может иметь значение в 5 °С и выше. В связи с этим образуется городской остров тепла — область, имеющая повышенные температуры воздуха и поверхностей в сравнении с периферией. Феномен городского теплового острова (ГТО) был определен в начале XIX в. в работах Л. Говарда. Актуальность этот феномен получил в последние десятилетия в связи с ускорением темпа урбанизации, изменяющей климат в мегаполисах [2-7]. Изменение теплового, воздушного и влажностного режимов городской среды влияет на качество воздуха и потребление энергии [8-10]. Городской остров тепла — это серьезная проблема для жизнеспособности городских экосистем, здоровья горожан и их жизнедеятельности [11].
Различают антропогенные и климатогеографи-ческие факторы, влияющие на возникновение эффекта ГТО (рис. 1). Антропогенные факторы, связанные с деятельностью человека, включают морфологические особенности застройки, возможность образова-
ния «городских пустынь» и «городских каньонов», тепловое загрязнение окружающей среды, городские туманы и др. [12]. Они изменяют природные комплексы и процессы, сложившиеся в ходе эволюции биосферы. Антропогенные показатели могут существенно повлиять на изменение климатогеографиче-ских факторов: скорость и интенсивность ветрового потока, температурно-влажностный режим территории застройки, облачность и стабильность воздушных масс. Антропогенные и климатогеографические факторы взаимно влияют друг на друга, что должно учитываться при оценке ГТО.
Недостаточная площадь озеленения мегаполисов усиливает проблему образования ГТО. Из-за сокращения растительности, в особенности деревьев, в городской среде уменьшается количество затененных пространств, снижается охлаждающий испарительный эффект от деревьев и грунтовых поверхностей. К примеру, в полдень в период с повышенными температурами воздуха разность между поверхностными температурами озелененной поверхности и черной кровли может составлять 25-30 °С [13, 14]. Поверхности фасадов, дорожные покрытия и тротуары, находящиеся под прямыми
(Л "
от Е
Е о
^ с ю °
S 1
о Е
СП ^ т- ^
от от
■8 г
Е!
О И
U к
3 3
с !=
U Ml
о &
о
Ыз
Факторы / Factors
Морфология городской застройки Morphology of urban development
Наличие «городских пустынь» Urban deserts
Наличие «городских каньонов» Urban canyons
Антропогенное тепло Anthropogenic heat
Городской туман Urban haze
х-* .....х
f Взаимовлияние \
2 ^ s и
U &
s &
С5 CD
о -я и 5 и а
ее "£2
¡2и
Скорость и интенсивность ветрового потока The speed and intensity of the wind flow
Температурно-влажностый режим Temperature and humidity conditions
Облачность и стабильность воздушых масс
Cloudiness and stability of air masses
Рис. 1. Факторы, влияющие на возникновение эффекта городского теплового острова Fig. 1. Factors influencing the occurrence of the urban heat island effect
лучами солнца и нагревающиеся до высоких температур, излучают тепловые волны, которые негативно влияют на здоровье жителей города (рис. 2) [15, 16]. В связи с этим важной задачей по снижению эффекта ГТО и улучшению микроклиматических показателей городской среды является развитие зеленой инфраструктуры города.
Фактор видимости небосвода в точке подстилающей поверхности при затенении деревьями имеет большое значение при изучении ГТО. Дерево — сложная гетерогенная система. Взрослое дерево состоит из трех частей: корней, ствола и кроны. Крона имеет наибольшее регулирующее воздействие на микроклимат урбанизированных территорий. Крона — статистический ансамбль листвы, ветвей разного порядка, цветов и плодов. Через многочисленные просветы в кроне любого дерева проходят радиационные потоки. Плотность кроны определяется количеством просветов между листвой. Плотная крона дерева днем позволяет сдерживать потоки прямой коротковолновой солнечной радиации, что обеспечивает наиболее высокий затеняющий эффект. Ночью подобная крона может блокировать потоки длинноволновой радиации в сторону более холодного ночного неба, что будет усиливать эффект образования ГТО.
Фактор видимости небосвода (Sky View Factor — SVF) — количественная мера видимости небосвода. Это геометрический показатель, который определяет долю небесной полусферы, наблюдаемой из определенной точки местности. Значения SVF меняются от 0 до 1 (или от 0 до 100 %). При SVF = 0 небосвод полностью закрыт, при SVF = 1 — полностью открыт. SVF существенно влияет на среднюю радиационную температуру (Mean Radiant Temperature — MRT), широко при-
меняемую для оценки теплового комфорта среды [17-19]. Кроны деревьев дают возможность значительно снизить SVF и являются источником тени, поэтому показатель SVF следует учитывать при анализе и оценке теплового комфорта городских территорий.
SVF может быть определен экспериментально с помощью фотосъемки так называемыми дис-торсирующими (сверхширокоугольными) объективами типа «рыбий глаз» (fish-eye). От обычных короткофокусных объективов дисторсирующий объектив отличается ярко выраженной бочкообразной аберрацией, позволяющей отображать пространство и предметы при помощи азимутальной, ортографической или стереографической проекций, в зависимости от конкретной оптической конструкции объектива. В работе [18] показано, что полусферическая линза «рыбий глаз» была разработана Р. Хиллом в 1924 г. для наблюдения за процессами образования облаков. Позднее П. Ричем и Р. Пирси выполнены более подробные исследования SVF. На основе полусферической фотографии устанавливается общая видимость небосвода при затенении деревом, однако расположение камеры за пределами горизонтальной проекции кроны затрудняет оценку SVF с учетом просветов в кроне.
Цель исследования заключается в определении фактической видимости небосвода (SVF) при затенении деревьями с различной плотностью кроны для оценки эффекта смягчения ГТО.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Основные вычислительные методы по определению видимости небосвода рассмотрены в статье [20]. Вследствие того, что ключевые методы
Рис. 2. Схема формирования городского теплового острова Fig. 2. Scheme of the formation of an urban heat island
< П
8 8
i H *к
G Г
S 2
0 ся § (Л
1 О y 1
J со
u-
^ I
n °
О 3 o
zs (
О i о §
§ 2 n 0
О £
r 6 t (
О )
ii
® 0
00 В
■ T
s □
s У с о
1 к
M 2
о о 10 10 U W
исследования фактора видимости небосвода представлены для объектов с относительно простой конфигурацией, для сложных гетерогенных систем, таких как деревья, было решено применять прямые измерения посредством фотографирования с помощью специального объектива «рыбий глаз» и смартфона. Исследования выполнены в условиях умеренно-континентального климата в г. Волгограде (согласно международной классификации климата Корреп — тип Dfa). Выбраны несколько видов деревьев, наиболее часто встречающиеся при озеленении в рассматриваемых климатических условиях и имеющие различную плотность кроны: вяз, дуб, клен и тополь. По каждому из этих видов деревьев отобраны несколько образцов, необходимых для усреднения данных. Всего исследовано 27 образцов.
Плотность кроны меняется в течение года, поэтому натурные исследования SVF проводились в различные месяцы года:
1. Временная точка SP-1 (10.05.2021, время проведения с 12:00 до 13:00). В это время небосвод был полностью закрыт облаками (облачность 10 баллов), что исключало попадание прямых солнечных лучей в объектив.
2. Временная точка SP-2 (16.07.2021, время проведения с 18:30 до 19:00). Время проведения определялось в связи с отсутствием днем облачности на небосводе и с ее повышением до 7 баллов к вечеру, что позволило получить достаточно качественные фотоизображения.
3. Временная точка SP-3 (03.10.2021, время проведения с 16:30 до 17:00). Облачность — 7 баллов, также были получены фото, пригодные для дальнейшей обработки.
Во всех случаях камера располагалась под деревом, около его ствола (рис. 3).
Подобная методика дает возможность получить информацию по фактору видимости небосвода при затенении деревьями с учетом просветов в кроне.
Для обработки фотоизображений применен метод черных, белых и серых пикселей. Количество белых пикселей определяет долю видимого участка небосвода из данной точки через крону дерева, количество черных пикселей — долю затенения листвой и ветвями различного порядка (рис. 4). При обработке фотоизображений фон (угловые участки на рис. 4, а) был исключен.
(О (О
N N
О О
N N
К ш
U 3
> (Л
с и
(0 00
. г
e (U
ф <ц
О ё —■
о
О а
Рис. 3. Схема фотосъемки (а) и итоговое фотоизображение (b) Fig. 3. Shooting scheme (a) and final photo image (b)
со " со E
E о
CL° ^ с LO °
si
о E
fee
CO ^
(Л (Л
N
r
il
О И
Рис. 4. Схема определения SVF при затенении деревом: а — фотоизображение, полученное с помощью полусферической линзы; b — черно-белая подложка; c — сеточная (пиксельная) модель
Fig. 4. Scheme for determining SVF when shading with a tree: a — photographic image obtained with a hemispherical lens; b — black and white background; c — grid (pixel) model
Для предварительной оценки черно-белых изображений применялся программный комплекс (ПК) Photoshop. Однако при замене цветного изображения на черно-белое возможно образование так называемых краевых пикселей с меньшей плотностью, которые позволяют дополнительно выявить оттенки серого. Последующая оценка фотографических данных происходила в специализированном программно-вычислительном комплексе Pixel Color Counter. Главная особенность этого комплекса — возможность разделения изображения на пиксели заданного уровня интенсивности (рис. 4), что в ряде случаев повышает точность результатов. В связи с наличием в каждом из вариантов обработки определенной доли погрешности результаты были усреднены.
Проверка данных подтверждает возможность использования этого оборудования для полевых исследований [20].
Результаты определения SVF с учетом затенения деревьями могут быть использованы для построения имитационной модели в ENVI-met с целью оценки теплового режима городских территорий.
ENVI-met представляет собой трехмерную модель, предназначенную для имитации взаимодействия поверхности, растений и воздуха в городской среде, основанную на фундаментальных законах термо- и гидродинамики. При расчете модели можно в том числе проанализировать потоки коротковолнового и длинноволнового излучения с учетом затенения, отражения и переизлучения от комплекса зданий и растительности. Основными переменными, используемыми в ПК ENVI-met, являются температура воздуха, влажность, скорость и направление ветра, степень турбулентности воздушных потоков и диспергированности среды, радиационные (лучистые) потоки, биоклиматологические характеристики и др. [21].
Одним из ключевых преимуществ интеграции зеленых насаждений в городскую среду служит способность растительности снижать температуру воздуха за счет затенения, теплопередачи и эва-потранспирации. ENVI-met позволяет проводить детальное моделирование теплового режима для анализа температурного воздействия растительности на окружающую территорию, а также влияния местных климатических условий на растительность (рис. 5, a). ENVI-met использует C-сетку Аракавы для представления и вычисления ортогональных физических величин в узлах ячеек сеточной модели (рис. 5, b). Применяя специальную маркировку ячеек, можно моделировать различные «элементы» городской среды: дороги с твердым и грунтовым покрытием, здания, растительные формы и др.
Существует ряд исследований по оценке моделей деревьев с помощью ENVI-met в различных климатических зонах. Исследователи из Германии [23] при сравнении интенсивности транспира-ции деревьев с данными, полученными в результате использования ПК ENVI-met, пришли к выводу, что программный комплекс недостаточно точно оценивает ночную транспирацию деревьев. Авторы из Германии [24] при сравнении информации пришли к выводу, что на результаты также влияет фото-синтетически активная радиация. Расчет по программе ENVI-met давал более точные результаты в ясные дни с высокой фотосинтетически активной радиацией, чем при других погодных условиях. Исследователи из США [25] для построения моделей в ENVI-met с использованием тропических деревьев измерили фактический индекс площади листовой поверхности (LAI), продемонстрировав, что точность получаемых данных в ENVI-met увеличивается. Указанные работы свидетельствуют о необходимости проведения исследований по определению фактических показателей деревьев, расположенных в разных климатических зонах, для корректировки
Лк., J,
lv
i ► ) J • ► « Хи" i 1
V
Af-i д; д;,1
A; Iе дг 1
< п
8 8
i Н * к
G Г
0 СО n СО
1 z
У 1
J со
u -
^ I
n °
O 3
o o
=s (
о n
CO CO
0)
Рис. 5. Пример модели, создаваемой в ENVI-met (a), и схема сеточного шаблона на основе С-сетки Аракавы (b) [22] Fig. 5. An example of a model created in ENVI-met (a) and scheme of grid template based on Arakawa C-grid (b) [22]
i\j со о
o£ >86 c я
h о
С n
O )
ii
® 0
00 в
■ T
(Л У
с о
1 к
О О 2 2 W W
(О (О
сч N
о о
N N
¡г ш
U 3 > (Л С И
U оо
. г
« (U j
<D (D
О ё
---' "t^
о
о У
™ . °
w « от IE
Е о
^ с ю °
S ц
о Е
СП ^ т- ^
(Л
ел
Is ^
El
О И №
данных в программно-вычислительных комплексах, таких как ENVI-met. Использование фактических показателей деревьев позволяет более точно оценить влияние различных сценариев озеленения кварталов на эффект смягчения ГТО.
Подобные расчеты с применением имитационных моделей дают возможность решить ряд важных задач, например установить теплоустойчивость покрытий при воздействии периодических тепловых волн; оценить комфортность и безопасность городской среды, влияние ГТО на энергопотребление зданий.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
По итогам исследования построена диаграмма измеренных усредненных значений фактора видимости небосвода для рассматриваемых видов деревьев в различные периоды года (рис. 6).
На основе анализа полученных данных можно сделать вывод, что минимальные значения SVF для всех видов деревьев выявлены в июле, когда крона деревьев наиболее плотная и непроницаемая. Фактор видимости небосвода в мае и октябре имеет более высокие значения, чем в июле. Подобные результаты объясняются тем, что в мае у деревьев листва раскрыта не в полном объеме, а в октябре наблюдается листопад. Дуб ^УГ = 22,9 %) обеспечивает максимальный эффект затенения в летний пе-
риод, вяз ^УГ = 30,4 %) — минимальный эффект. Определено, что деревья с более плотной кроной препятствуют потокам длинноволновой радиации, что обуславливает рост ГТО.
Для приближенной оценки влияния деревьев на ГТО используем сведения работы [26] в виде уравнения линейной регрессии, устанавливающего связь между SVF и разностью температур АТ на застроенной и открытой поверхностях:
AT = -10,5 (SVF) +11,2.
(1)
Из формулы (1) видно, что чем меньше значение SVF, тем больше АТ, следовательно, риск образования ГТО выше на застроенной территории, чем на открытой. Деревья с более плотной кроной (меньшее значение SVF) блокируют длинноволновые радиационные потоки в ночное время суток, что приводит к повышению АТ, а следовательно, к росту теплового острова. Сравнивая полученные результаты, можно отметить, что минимальное значение (АТ = 8,0 К) дает вяз, максимальное (АТ = 8,8 К) — дуб. Поэтому для защиты от прямой солнечной радиации в дневное время лучше всего применять деревья с плотной раскидистой кроной, а для интенсификации лучистого теплообмена городской поверхности с небосводом ночью — деревья с меньшей плотностью кроны. Если требуется смягчение ГТО в течение суток наиболее эффективными будут гибридные решения.
Рис. 6. Значения SVF по каждому виду дерева в зависимости от времени года Fig. 6. SVF values for each type of tree depending on the season
a bed
Рис. 7. Способ моделирования деревьев в программно-вычислительном комплексе ENVI-met: а — вяз; b — дуб; c — тополь; d — клен
Fig. 7. A method for simulating trees in the ENVI-met software package: a — elm; b — oak; c — populous; d — acer
Полученные в настоящем исследовании фактические значения SVF с учетом затенения деревьями могут быть использованы при уточнении имитационных моделей микроклимата.
Как показано в публикации [27], наиболее эффективен анализ ГТО средствами имитационного моделирования микроклимата в программно-вычислительном комплексе ENVI-met. В ENVI-met модель дерева представляет собой сложное геометрическое тело, состоящее из множества объемных элементов, формирующих необходимый тип кроны (рис. 7). Для построения более точной компьютерной модели следует задавать фактические геометрические характеристики деревьев для конкретной климатической зоны, так как они существенно влияют на результаты расчета теплового режима участков, облучаемых Солнцем и находящихся в тени.
Рис. 8. Пример расположения группы растений (деревья, кустарники, трава)
Fig. 8. An example of the arrangement of a group of plants (trees, shrubs, herb)
Каждый объемный элемент дерева характеризуется плотностью листовой поверхности кроны (Leaf Area Density — LAD) и плотностью корневой поверхности (Root Area Density — RAD). Эти характеристики применяются в ENVI-met для описания всех типов растительности: от газонного покрытия до высоких деревьев (рис. 8) [27, 28].
Фактическая оценка видимости небосвода, выполненная авторами с учетом затенения деревьями, позволяет произвести коррекцию моделей деревьев в ENVI-met в заданных климатических условиях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ
Развитие зеленой инфраструктуры в городской среде — важная задача при формировании градостроительных стратегий для снижения эффекта ГТО и совершенствования городской экосистемы. Цель данного исследования заключается в определении фактической видимости небосвода при затенении деревьями, имеющими различную плотность кроны, для оценки эффекта смягчения ГТО.
Рассмотрены различные подходы к установлению видимости небосвода. Для определения фактической видимости небосвода при затенении деревьями проведены прямые измерения путем фотографирования с использованием специального объектива «рыбий глаз» и смартфона. Оценка полученных данных показывает возможность применения этого оборудования для оперативных полевых исследований. Исследования выполнены в условиях умеренно-континентального климата (согласно международной классификации климата Köppen — тип Dfa). Выбраны несколько видов деревьев, наиболее часто встречающихся при озеленении в рассматриваемых климатических условиях и имеющих различную плотность кроны: вяз, дуб, клен и тополь. По каждому из этих видов деревьев отобрано несколько образцов, необходимых для усреднения данных. Всего изучено 27 образцов.
< п
8 8
i Н *к
G Г
0 СГУ § (Л
1 О
У 1
J со
u-
^ I
n °
О 3 o
zs (
О i о §
E M § 2
n 0
О £
r 6 t ( an
О )
Г!
® 00
00 В
■ T
s У с о Г к , ,
О О 10 10 U W
По итогам исследования построена диаграмма измеренных усредненных значений фактора видимости небосвода с учетом затенения деревьями, имеющими различную плотность кроны, в различные периоды года. Показано, что для защиты от прямой солнечной радиации летом в дневное время лучше всего применять деревья с плотной раскидистой кроной, а для интенсификации лучистого теплообмена городской поверхности с небосводом ночью — деревья с меньшей плотностью кроны. В случае необходимости смягчения ГТО
в течение суток наиболее эффективными являются гибридные решения.
Фактическая оценка видимости небосвода, выполненная авторами с учетом затенения деревьями, позволяет произвести коррекцию имитационных моделей для анализа параметров микроклимата городской среды в заданных климатических условиях. Результаты исследования дают возможность выбрать тип дерева, обеспечивающий необходимое затенение и эффект смягчения городского острова тепла.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
(О (О
N N
о о
N N
к ш
U 3
> (Л
с и
(0 00
. г
« (И
j
<u 0J
О ё
---' "t^
о
о ^
8 «
Z ■ ^ от « от Е
Е о
^ с ю °
S ц
о Е с5 °
СП ^ т- ^
от от
■S
I
El
О И
1. Oke T.R. The energetic basis of the urban heat island // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 1982. Vol. 108. Issue 455. Pp. 1-24. DOI: 10.1002/qj.49710845502
2. Schade J., Lidelow S., Lonnqvist J. The thermal performance of a green roof on a highly insulated building in a sub-arctic climate // Energy and Buildings. 2021. Vol. 241. P. 110961. DOI: 10.1016/j.en-build.2021.110961
3. Gorshkov A.S., Vatin N.I., Rymkevich P.P. Climate change and the thermal island effect in the million-plus city // Construction of Unique Buildings and Structures. 2020. No. 4 (89). P. 8902. DOI: 10.18720/ CUBS.89.2. EDN HKXRTS.
4. Hamburg A., Kalamees T. How well are energy performance objectives being achieved in renovated apartment buildings in Estonia? // Energy and Buildings. 2019. Vol. 199. Pp. 332-341. DOI: 10.1016/j.en-build.2019.07.006
5. Korniyenko S.V., Dikareva E.A. Generation, development and mitigation of the urban heat island : a review // AlfaBuild. 2021. Vol. 16. Issue 1 P. 1605. DOI: 10.34910/ALF.16.5. EDN GCUWIM.
6. Korniyenko S.V. The influence of the sky radiative temperature on the building energy performance // Magazine of Civil Engineering. 2022. Vol. 6 (114). DOI: 10.34910/MCE.114.12
7. Vatin N., Korniyenko S.V. Energy performance of buildings made of textile-reinforced concrete (TRC) sandwich panels // Magazine of Civil Engineering. 2022. Vol. 5 (113). DOI: 10.34910/MCE.113.3
8. Korniyenko S.V. Renovation of residential buildings of the first mass series // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 463. P. 022060. DOI: 10.1088/1757-899x/463/2/022060
9. Hsieh C.M., Li J.J., Zhang L., Schwegler B. Effects of tree shading and transpiration on building cooling energy use // Energy and Buildings. 2018. Vol. 159. Pp. 382-397. DOI: 10.1016/j.enbuild.2017.10.045
10. Alev U., Eskola L., Arumagi E., Jokisalo J., Donarelli A., Siren K. et al. Renovation alternatives to
improve energy performance of historic rural houses in the Baltic Sea region // Energy and Buildings. 2014. Vol. 77. Pp. 58-66. DOI: 10.1016/j.enbuild.2014.03.049
11. Zemitis J., Borodinecs A., Frolova M. Measurements of moisture production caused by various sources // Energy and Buildings. 2016. Vol. 127. Pp. 884-891. DOI: 10.1016/j.enbuild.2016.06.045
12. LiD.H.W., CheungG.H.W., Lau C.C.S. A simplified procedure for determining indoor daylight illuminance using daylight coefficient concept // Building and Environment. 2006. Vol. 41. Issue 5. Pp. 578-589. DOI: 10.1016/j.buildenv.2005.02.027
13. Chandler T.J. The climate of towns // The Climate of the British Isles. London : Longman, 1976. Ch. 14. Pp. 307-329.
14. Krebs L.F., Johansson E. Influence of microclimate on the effect of green roofs in Southern Brazil — A study coupling outdoor and indoor thermal simulations // Energy and Buildings. 2021. Vol. 241. P. 110963. DOI: 10.1016/j.enbuild.2021.110963
15. Hoelscher M.T., Nehls T., Janicke B., Wes-solek G. Quantifying cooling effects of facade greening: Shading, transpiration and insulation // Energy and Buildings. 2016. Vol. 114. Pp. 283-290. DOI: 10.1016/j. enbuild.2015.06.047
16. Chung W.J., Lim J.H. Cooling operation guidelines of thermally activated building system considering the condensation risk in hot and humid climate // Energy and Buildings. 2019. Vol. 193. Pp. 226-239. DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.03.049
17. Buchin O., Hoelscher M.T., Meier F., Nehls T., Ziegler F. Evaluation of the health-risk reduction potential of countermeasures to urban heat islands // Energy and Buildings. 2016. Vol. 114. Pp. 27-37. DOI: 10.1016/j.enbuild.2015.06.038
18. Svensson M.K. Sky view factor analysis — implications for urban air temperature differences // Meteorological Applications. 2004. Vol. 11. Issue 3. Pp. 201-211. DOI: 10.1017/S1350482704001288
19. Gal T., Lindberg F., Unger J. Computing continuous sky view factors using 3D urban raster and
vector databases: Comparison and application to urban climate // Theoretical and Applied Climatology. 2009. Vol. 95. Issue 1-2. Pp. 111-123. DOI: 10.1007/s00704-007-0362-9
20. Korniyenko S.V., Dikareva E.A. The sky visibility at shading by trees // Construction of Unique Buildings and Structures. 2022. No. 4 (102). P. 10203. DOI: 10.4123/CUBS.102.3
21. Afshar N.K., Karimian Z., Doostan R., Nokhandan M.H. Influence of planting designs on winter thermal comfort in an urban park // Journal of Environmental Engineering and Landscape Management. 2018. Vol. 26. Issue 3. Pp. 232-240. DOI: 10.3846/ jeelm.2018.5374
22. Huttner S., Bruse M. Numerical modeling of the urban climate — a preview on ENVI-met 4.0 // The seventh International Conference on Urban Climate. Yokohama, Japan, 2009.
23. Linden J., Simon H., Fonti P., Esper J., Bruse M. Observed and Modeled transpiration cooling from urban trees in Mainz, Germany // ICUC9 — 9th International Conference on Urban Climate jointly with 12th Symposium on the Urban Environment. 2015.
24. Simon H. Modeling urban microclimate: Development, implementation and evaluation of new and
Поступила в редакцию 23 января 2023 г. Принята в доработанном виде 27 апреля 2023 г. Одобрена для публикации 6 июня 2023 г.
improved calculation methods for the urban microclimate model ENVI-Met : Ph.D. Thesis. Johannes Gutenberg-University Mainz, Mainz, Germany, 2016.
25. Shinzato P., Yoshida D., Duarte D. Parametri-zation of tropical plants using ENVI-met V.4 and its impact on urban microclimates — Sao Paulo case study // 4th International Conference on Countermeasures to Urban Heat Island. 2016.
26. Guo C., Buccolieri R., Gao Z. Characterizing the morphology of real street models and modeling its effect on thermal environment // Energy and Buildings. 2019. Vol. 203. P. 109433. DOI: 10.1016/j.en-build.2019.109433
27. Ле Минь Туан. Модели обеспечения экологической безопасности застройки (на примере г. Ханой — Вьетнам) : дис. ... канд. техн. наук. М., 2021. 260 с.
28. Ле Минь Туан, Гельманова М.О., Шуку-ров И.С., Слесарев М.Ю., Нгуен Ван Минь. Исследование влияния озеленения Ханоя на эффект городского острова тепла // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2021. № 1 (33). С. 35-50. DOI: 10.21869/2311-1518-2021-33-1-35-50. EDN TNILZC.
< П
8 8
i H * к
G Г
S 2
Об авторах: Сергей Валерьевич Корниенко — доктор технических наук, доцент, профессор, заведующий кафедрой архитектуры зданий и сооружений; Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ); 400005, г. Волгоград, пр-т им. В.И. Ленина, д. 28; РИНЦ ID: 351367, Scopus: 56352359500, ResearcherID: G-1611-2018, ORCID: 0000-0002-5156-7352; skorn73@mail.ru;
Екатерина Александровна Дикарева — старший преподаватель, аспирант кафедры архитектуры зданий и сооружений; Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ); 400005, г. Волгоград, пр-т им. В.И. Ленина, д. 28; РИНЦ ID: 1065274, ORCID: 0000-0003-4888-7117; ea.dikareva@gmail.com.
Вклад авторов:
Корниенко С.В. — идея, концепция исследования, научное редактирование текста, итоговые выводы. Дикарева Е.А. — сбор и обработка материала, написание исходного текста. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Oke T.R. The energetic basis of the urban heat island. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 1982; 108(455):1-24. DOI: 10.1002/ qj.49710845502
2. Schade J., Lidelow S., Lonnqvist J. The thermal performance of a green roof on a highly insulated building in a sub-arctic climate. Energy and Buildings. 2021; 241:110961. DOI: 10.1016/j.enbuild.2021.110961
3. Gorshkov A.S., Vatin N.I., Rymkevich P.P. Climate change and the thermal island effect in the million-
plus city. Construction of Unique Buildings and Structures. 2020; 4(89):8902. DOI: 10.18720/CUBS.89.2. EDN HKXRTS
4. Hamburg A., Kalamees T. How well are energy performance objectives being achieved in renovated apartment buildings in Estonia? Energy and Buildings. 2019; 199:332-341. DOI: 10.1016/j.en-build.2019.07.006
5. Korniyenko S.V., Dikareva E.A. Generation, Development and Mitigation of the Urban Heat Island :
0 (л § (Л
1 о
y 1
J to
u-
^ I
n °
O 3 o
zs (
O i о §
§ 2 n 0
о 6
r 6 t (
O )
ii
® 0
00 В
■ T
s У с о
1 к
M 2 О О 10 10 U W
a Review. AlfaBuild. 2021; 1(16):1605. DOI: 10.34910/ ALF.16.5. EDN GCUWIM.
6. Korniyenko S.V. The influence of the sky radiative temperature on the building energy performance. Magazine of Civil Engineering. 2022; 6(114). DOI: 10.34910/MCE.114.12
7. Vatin N., Korniyenko S.V. Energy performance of buildings made of textile-reinforced concrete (TRC) sandwich panels. Magazine of Civil Engineering. 2022; 5(113). DOI: 10.34910/MCE.113.3
8. Korniyenko S.V. Renovation of residential buildings of the first mass series. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018; 463:022060. DOI: 10.1088/1757-899x/463/2/022060
9. Hsieh C.M., Li J.J., Zhang L., Schwegler B. Effects of tree shading and transpiration on building cooling energy use. Energy and Buildings. 2018; 159:382397. DOI: 10.1016/j.enbuild.2017.10.045
10. Alev U., Eskola L., Arumagi E., Jokisalo J., Donarelli A., Siren K. et al. Renovation alternatives to improve energy performance of historic rural houses in the Baltic Sea region. Energy and Buildings. 2014;
„ n 77:58-66. DOI: 10.1016/j.enbuild.2014.03.049 o o 11. Zemitis J., Borodinecs A., Frolova M. Mea-
C<1 C<1 surements of moisture production caused by various
2 q sources. Energy and Buildings. 2016; 127:884-891. > In DOI: 10.1016/j.enbuild.2016.06.045
3 - 12. Li D.H.W., Cheung G.H.W., Lau C.C.S. co oo
. t- A simplified procedure for determining indoor daylight
g illuminance using daylight coefficient concept. Building
§ = and Environment. 2006; 41(5):578-589. DOI: 10.1016/j.
£ buildenv.2005.02.027 ^ <u 13. Chandler T.J. The climate of towns. The Climate
1= tj of the British Isles. London, Longman, 1976; 14:307-329.
O <u
^ ¡¿^ 14. Krebs L.F., Johansson E. Influence of microtia <; climate on the effect of green roofs in Southern Bra-
4 c zil — A study coupling outdoor and indoor thermal
O
og c simulations. Energy and Buildings. 2021; 241:110963. ^ '! DOI: 10.1016/j.enbuild.2021.110963
^ -§ 15. Hoelscher M.T., Nehls T., Janicke B., Wes-.E o solek G. Quantifying cooling effects of facade greens' g ing: Shading, transpiration and insulation. Energy and g lo Buildings. 2016; 114:283-290. DOI: 10.1016/j.en-
2 ^ build.2015.06.047
en °
16. Chung W.J., Lim J.H. Cooling operation z £ guidelines of thermally activated building system H J considering the condensation risk in hot and humid ^ ^ climate. Energy and Buildings. 2019; 193:226-239. " W DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.03.049 ® EE 17. Buchin O., Hoelscher M.T., Meier F., Ne-
| s£ hls T., Ziegler F. Evaluation of the health-risk reduc-¡3 -g tion potential of countermeasures to urban heat islands. £ £ Energy and Buildings. 2016; 114:27-37. DOI: 10.1016/j. enbuild.2015.06.038
18. Svensson M.K. Sky view factor analysis — implications for urban air temperature differences. Meteorological Applications. 2004; 11(3):201-211. DOI: 10.1017/S1350482704001288
19. Gal T., Lindberg F., Unger J. Computing continuous sky view factors using 3D urban raster and vector databases: Comparison and application to urban climate. Theoretical and Applied Climatology. 2009; 95(1-2):111-123. DOI: 10.1007/s00704-007-0362-9
20. Korniyenko S.V., Dikareva E.A. The sky visibility at shading by trees. Construction of Unique Buildings and Structures. 2022; 4(102):10203. DOI: 10.4123/ CUBS.102.3
21. Afshar N.K., Karimian Z., Doostan R., Nokhandan M.H. Influence of planting designs on winter thermal comfort in an urban park. Journal of Environmental Engineering and Landscape Management. 2018; 26(3):232-240. DOI: 10.3846/jeelm.2018.5374
22. Huttner S., Bruse M. Numerical modeling of the urban climate — a preview on ENVI-met 4.0. The seventh International Conference on Urban Climate. Yokohama, Japan, 2009.
23. Linden J., Simon H., Fonti P., Esper J., Bruse M. Observed and Modeled transpiration cooling from urban trees in Mainz, Germany. ICUC9 — 9th International Conference on Urban Climate jointly with 12th Symposium on the Urban Environment. 2015.
24. Simon H. Modeling Urban Microclimate: Development, Implementation and Evaluation of New and Improved Calculation Methods for the Urban Microclimate Model ENVI-Met: Ph.D. Thesis. Johannes Gutenberg-University Mainz, Mainz, Germany, 2016.
25. Shinzato P., Yoshida D., Duarte D. Parametri-zation of tropical plants using ENVI-met V.4 and its impact on urban microclimates — Sao Paulo case study. 4th International Conference on Countermeasures to Urban Heat Island. 2016.
26. Guo C., Buccolieri R., Gao Z. Characterizing the morphology of real street models and modeling its effect on thermal environment. Energy and Buildings. 2019; 203:109433. DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.109433
27. Le Minh Tuan. Models for ensuring the environmental safety of development (on the example of Hanoi — Vietnam) : dis. ... candidate. tech. sciences. Moscow, 2021; 260. (rus.).
28. Le Minh Tuan, Gelmanova M.O., Shuku-rov I.S., Slesarev M.Y., Nguyen Van Minh. Evaluating the effectiveness of vegetation scenarios to mitigate urban heat island in Hanoi city. Biospheric compatibility: human, region, technologies. 2021; 1(33):35-50. DOI: 10.21869/2311-1518-2021-33-1-35-50. EDN TNILZC. (rus.).
Received January 23, 2023.
Adopted in revised form on April 27, 2023.
Approved for publication on June 6, 2023.
Bionotes: Sergey V. Kornienko — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor, Chief of the Department of Architecture of Buildings and Structures; Volgograd State Technical University (VSTU); 28 Lenin av., Volgograd, 400005, Russian Federation; ID RSCI: 351367, Scopus: 56352359500, ResearcherlD: G-1611-2018, ORCID: 0000-0002-5156-7352; skorn73@mail.ru;
Ekaterina A. Dikareva — Senior Lecturer, postgraduate student of the Department of Architecture of Buildings and Structures; Volgograd State Technical University (VSTU); 28 Lenin av., Volgograd, 400005, Russian Federation; ID RSCI: 1065274, ORCID: 0000-0003-4888-7117; ea.dikareva@gmail.com.
Contribution of the authors:
Sergey V. Kornienko — conceptualization, scientific editing of the text, final conclusions. Ekaterina A. Dikareva — data gathering and processing, writing of the article. The authors declare no conflict of interest.
< П
8 8
i H * к
G Г
0 (Л § (Л
1 О y 1
J CD
u-
^ I
n °
О 3 o
zs (
О i о §
E M
§ 2
n 0
О £
r 6
t (
Cc §
0 )
ii
1 «
Ю DO
■ T
s □
(Л У
с о
i к
2 2
О О
2 2
W W
