Studija urbanih ventilacionih koridora i uticaja visokih zgrada · 2019-10-04 · Sporedni koridori Alipašina ulica te ulice Ante Babića i Ive Andrića se pružaju pravcem Sjever-Jug

Studija urbanih ventilacionih koridora i uticaja

visokih zgrada

Muhamed Hadžiabdić, PhD

Sadržaj

Opis metodologije

Identifikacija ventilacionih koridora u urbanim dijelovima Sarajeva

Uticaj visokih zgrada na ventilacione koridore i nivo zagađenja

Zaključci i preporuke

Metodologija

U studiji je korištena računska dinamika fluid (CFD –Computational Fluid Dynamics).

CFD numerički računa trodimenzinalne jednačine kretanja zraka zajedno sa jednačinom transporta pasivnog skalara (polutanta) uz pomoć više-procesne radne stanice.

Rezultati proračuna su nestacionarna polja brzine, pritiska, temperature i koncentracije polutanta.

Open-source kompjuterski kode T-Flows, razvijen na Tehnološkom univerzitetu u Delftu, Nizozemska, te OpenFOAM open-source kode su korišteni za proračune.

Tipično vrijeme trajanja jednog proračuna je 48-56 sati.

Domeni proračuna

Tri raličite vrste domana proračuna su korišteni u studiji:

Ø Meso-scale ( ≈ 10 km)

Ø Local-scale ( ≈ 1 km)

Ø Micro-scale ( ≈ 100 m)

Adapted from Piringer et al. (2007).

Meso-scale domena proračuna

lijevo: Satelitska snimka terena koji je modeliran, desno: meso-scale domena (površina obojena nadmorskom visinom)

15 km x 13 km x 1.5 km

440 x 500 x 36 računskih čelija u x, y i z pravcu

Rezolucija računarske mreže od 30-60 metara, 3.5 metra iznad tla centar prve čelije.

Najniža tačka na tlu je 490 metara a najviša je 1580 metara.

Meso-scale domena proračuna

Uticaj hrapavosti tla usljed prirodnih prepreka strujanju i objekata na tlu

je modeliran preko koeficijenta hrapavosti.

Ukupno 7 tipova tla je definisano i

to

• rijeke

• travnjaci i livade

• šume

• zona sa zgradama do 40 m

visine

• zona sa zgradama preko 40 m

visine

• zona privatnih kuća

• saobračajnice

Local-scale domena proračuna

gore: Satelitska snimka terena sa objektima koji su modelirani, dolje: mapa hrapavosti.

6 km x 1.8 km x 1 km, Dominantni objekti u urbanim dijelovima Sarajeva

su direktno modelirani, dok su ostali objekti modelirani kroz uticaj

hrapavosti na strujanje zraka.

440 x 500 x 36 računskih čelija u x, y i z pravcu

Rezolucija računarske mreže od 7-10 metara, 2 metra iznad tla centar prve čelije.

Micro-scale domena proračuna

Regulacioni plan Alipašin most je osnova za micro-scale

domenu.

1000 m x 560 m x 365 m je veličina domene sa rezolucijom od

2 – 4 m. Visina prve čelije na tlu je 0.8 metara.

Svi objekti u domeni su direktno modelirani.

Alipašin most prije gradnje predviđene regulacionim planom

Micro-scale domena proračuna

U okviru micro-scale proračuna urađene su tri različite domene:

• domena bazirana na postojećim objektima na lokaciji,

• domena bazirana na regulacionom planu

• domena koja je dizajnirana uzimajući u obzir ventilacione koridore.

Regulacioni plan Novi dizajn

Detalji proračuna

U studiji su razmatrani sljedeći scenariji :

• Strujanje zraka usljed prisustva vjetra iz pravca ESE (istočni vjetar) sa referentnom brzinom strujanja 1 m/s, 1.8 m/s i 3 m/s.

• Strujanje zraka usljed prisustva vjetra iz pravca W (zapadni vjetar) sa referentnom brzinom strujanja 1 m/s, 1.8 m/s i 3 m/s.

• Strujanje zraka bez prisustva vjetra usljed uzgonske sile generisane temperaturnom razlikom tla i zraka.

0

5

10

15

20

25

30

N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Frequency of wind directions in %

0

0.5

1

1.5

2

2.5

N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Mean velocity frequency

Ruža vjetrova u 2018

Granični uslovi za proračune uz prisustvo vjetra

Ulazni granični uslovi za ESE vjetra je generisan proračunom domene koja obuhvata region od Pala do Darive, dok je za W vjetar korišten potpuno razvijeni tok preko ravne površine.

Pretpostavljeno je stanje neutralnog atmosferskog sloj u blizini tla.

Polutant je tretiran kao pasivni skalar (bez hemijskih reakcija) koji ne utiče na sam tok zraka.

Izvori polutanta su modelirani prema podacima dostupnim za PM10 čestice.

Početna distribucija koncentracije polutanta po visini za meso-scale proračune je modelirana na osnovu mjerenja dronom od strane docenta dr. Adnan Mašića sa MEF UNSA a koja su urađana tokom epizode visokog zagađenja u zimskom periodu.

Referentna brzina strujanja pretpostavlja brzinu vjetra na 10 metara od tla za potpuno razvijeno strujanje zraka preko ravne površine.

Granični uslovi za proračune bez prisustva vjetra

Pretpostavljeno je da je temperatura zgrada, kuća i saobračajnica za jedan stepen veća od temperature tla.

Korištena je temperatura 1.7 Celzijusa za objekte i 0.7 Celzijusa za tlo.

Proračun je pretpostavio konstantnu temperaturu tla za vrijeme trajanja proračuna (2 sata).

Ventilacioni koridori u Sarajevu

Rezultati proračuna su korišteni da bi se identifikovali glavni i sporedni ventilacijski koridori u Sarajevu.

Ventilacioni koridori su identifikovani analizom polja brzine.

Polje strujanja zraka za referentnu brzinu 1.8 m/s na visini od 4-8 metara od tla.

Ventilacioni koridori u Sarajevu

Analizom rezultata proračuna identifikovana su dva glavna i nekoliko sporednih ventilacionih koridora u Sarajevu.

Referentnu brzinu 1.0 m/s

Koridor “Miljacka” koji se protiže koritom rijeke Miljacke.

Koridor “Glavna cesta” koji se proteže glavnom cestom koja ide linijom Istok-Zapad.

Sporedni koridori su “Južna logitudinala”, “Sjeverna logitudinala”, Alipašina ulica te ulice Ante Babića i Ive Andrića na Alipašinom Polju.

Referentnu brzinu 1.8 m/s

Ventilacioni koridor “Miljacka”

Koridor “Miljacka” počine u rejonu Bentbaše i završava na lokaciji Halilovići.

Koridor je prosječne širine oko 75 m, najuži je na potezu Dariva-Skenderija (oko 50 metara), a najširi na dijelu kod Dolac Malte (oko 110 metara).

Brzina strujanja zraka koridorom nije konstantna, već se mijenja prostorno i vremenski.

Referentnu brzinu 1.8 m/s, ESE pravac vjetra

Ventilacioni koridor “Miljacka”

Koridor gubi svoj identitet u sarajevskom polju.

Koridor “Miljacka” egzistira u istoj formi i u slučaju zapadnog vjetra.


Referentnu brzinu 1.8 m/s, W pravac vjetra

Ventilacioni koridor “Glavna cesta”

Koridor “Glavna cesta” počine u na Marijin Dvoru i završava na lokaciji Stupska petlja.

Koridor je prosječne širine oko 50 m koja se značajnije ne mijenja duž koridora.

Brzina strujanja zraka koridorom se mijenja prostorno i vremenski i manja je nego brzina strujanja zraka koridorom “Miljacka”.


Ventilacioni koridor “Glavna cesta”

Mogući razlozi za manju brzinu vjetra koridorom “Glavna Cesta” u odnosu na koridor “Miljacka” su:

• uži koridor

• lakši dotok svježeg zraka u koridor “Miljacka”

• Nepovoljan raspored visokih objekata uz koridor “Glavna cesta” na pojedinim dionicama koridora.


Sporedni ventilacioni koridori

Sporedni koridori su “Južna logitudinala”, “Sjeverna logitudinala”, Alipašina ulica te ulice Ante Babića i Ive Andrića na Alipašinom Polju.

Sporedni koridori Alipašina ulica te ulice Ante Babića i Ive Andrića se pružaju pravcem Sjever-Jug i vrlo vjerovatno igraju važnu ulogu u transportu zraka pri stujanjima vjetrova koji dolaze sa juga i sjevera.

Zračni koridori u uslovima bez strujanja vjetra

Zračni koridori u uslovima bez strujanja vjetra

Uticaj visoke gradnje na ventilacione koridore

Strujanje zraka oko zgrade ili grupe zgrada uzrokuje kompleksne paterne strujanja.

Zgrade djeluju kao prepreke za nadolazeću struju zraka i uzrokuju stvaranje recirkulacionog mjehura iza zgrade čije karakteristike zavise od parametara strujanja i geometrije zgrade.

Zgrade uzrokuju usporavanje toka fluida nizvodno.

Recirukulacioni mjehur može imati efekat prepreke na okolno strujanje fluida.

Strujanje zraka oko nebodera na Čengić Vili


Važan parametar strujanja je dužina recirkulacijskog mjehura za čije određivanje se može koristiti empirijska formula.

U slučaju grupe zgrada koje se nalaze u blizni ovaj parametar je nemoguće unaprijed odrediti već se mora raditi numeričko modeliranje toka ili mjerenje.

Empirijska formula za samostojeći objekat predložena od strane Hertwig et al. (2018) je korišten tokom studije.


Local-scale i micro-scale rezultati pokazuju da objekti uzrokuju formiranje zona niske brzine vjetra koja značajno usporavaju tok zraka.

U zavisnosti od položaja zgrada u odnosu na nadolazeći vjetar kao i visine i veličine objekata, uticaj na strujanje zraka duž ventilacionih koridora može biti značajan.



Uticaj visoke gradnje na nivo zagađenja zraka

Uticaj visoke gradnje na nivo zagađenja je analiziran koristeći rezultate micro-scale proračuna za lokaciju Alipašin Most.

Početno stanje pretpostavlja zrak koji miruje sa koncentracijom polutanta od 20 μm/m3 koji je ravnomjerno raspoređen po cijeloj domeni proračuna.

Nadolazeći vjetar dolazi sa zapada i ima brzinu od 1 m/s.

Koncentracija polutanta u nadolazećem vjetru je 5 μm/m3 .

U fokusu analize je vrijeme potrebno za smanjenje koncentracije polutanta kao i regioni visoke koncentracije koje se sporo smanjuju tokom vremena.


Stanje prije regulacijonog plana

Stanje definisano regulacijonim planom

Novi dizajn



Iso-površina koncentracije polutanta 50 minuta nakon pojave vjetra


Zaključci

Dva glavna ventilaciona koridora se protežu duž korita rijeke Miljacke i glavne saobračajnice.

Sporedni ventilacioni koridori su Južna i Sjeverna logitudinala te ulice Alipašina, Ante Babića i Ive Andrića.

Visoke zgrade locirane duž ventilacionih koridora mogu značajno smanjiti protok zraka duž koridora u zavisnosti od njihovog položaja u odnosu na nadolazeći vjetar kao i međusobnog rasporeda.

Micro-scale rezultati su pokazali da nivo koncentracije polutanata raste kada se novoizgrađenim objektima blokiraju zračni putevi te se time lokalno smanjuje cirkulacija zraka.

Preporuke

Potrebno je pristupiti izradi klimatske mape za grad Sarajevo koja bi uključila prikupljanje i analizu relevantnih meteoroloških podataka.

Utvrditi ventilacione koridore za slučajeve kada je prisutan sjeverni, odnosno južni vjetar.

Ograničiti gradnju u pojasu od 200 metara sa svake strane glavnih ventilacionih koridora na P + 6 (20 metara) visine.

Zabraniti gradnju u pojasu od 20 metara sa svake strane glavnih ventilacionih koridora.

Zaštiti sporedne ventilacione koridore ograničavanjem gradnje.

Preporuke

Razmotriti mogućnosti poboljšanja postojećih ventilacionih koridora i stvaranja novih spajanjem i/ili stvaranjem novih zelenih površina na potezu:

• Dariva – Ilidža (lijeva strana glavne ceste),

• Veliki park – Univerzitetski kampus - Čengić Vila ( ozelenjavanje prostora bivšeg “Vaso Miskin Crni”) - Halilovići (razmotriti mogućnost ozelenjavanja industrijske zone i spajanja sa rekreacionim centrom “Safet Zajko”).

Uvesti kriterije vanjske (outdoor) ventilacije kao i CFD analize kao obaveznih komponenti pri razmatranju i odobravanju budućih regulacionih planova u Kantonu Sarajevo.

Izraditi tehnička upustva za CFD proračune i analizu koja bi se koristila pri razmatranju i odobravanju novih regulacionih planova.

Documents

Studija urbanih ventilacionih koridora i uticaja visokih zgrada · 2019-10-04 · Sporedni koridori Alipašina ulica te ulice Ante Babića i Ive Andrića se pružaju pravcem Sjever-Jug