il nuovo modello sviluppato all'EPFL può aiutare ingegneri e meteorologi a calcolare rapidamente l'effetto che gli edifici della città hanno sui modelli meteorologici locali. Un produttore di tende è già interessato a questo, e gli scienziati del clima potrebbero essere i prossimi.

La forma degli edifici della città, come sono disposti, e il calore che generano influenzano il clima locale. Essere in grado di modellare i complicati processi coinvolti non solo aiuta i meteorologi a migliorare le previsioni meteorologiche della città, ma consente anche agli ingegneri di migliorare l'efficienza energetica degli edifici che progettano.

I programmi tipicamente utilizzati per modellare tali fenomeni sono onerosi, richiede tempo, e costoso da gestire. Però, uno studio condotto nel 2016 dal laboratorio CRYOS dell'EPFL ha mostrato l'importanza, così come la complessità, di questi calcoli. Presso il Laboratorio di Energia Solare e Fisica delle Costruzioni (LESO-PB) dell'EPFL, postdoc Dasaraden Mauree ha semplificato con successo le equazioni per renderle più facili da usare per gli ingegneri. Ha eseguito i dati dalla città di Basilea attraverso il suo modello semplificato, ottenere risultati e tendenze simili a quelli generati da un modello teorico e da un modello più sofisticato chiamato LES. Questo studio, con Mauree come autore principale, è stato pubblicato in Frontiere nelle Scienze della Terra .

"Gli edifici sono spesso costruiti senza tenere conto delle caratteristiche specifiche dei modelli meteorologici di una città o dell'influenza che gli edifici della città possono avere sul tempo. Il nostro obiettivo era sviluppare un programma che combinasse i moderni modelli di previsione del tempo con modelli che misurassero l'effetto del calore rilasciato dagli edifici, " disse Mauri.

Come i mattoncini Lego

Invece di modellare l'intera città di Basilea, Mauree ha deciso di modellare un gruppo di edifici che possano rappresentarlo. Doveva calcolare la densità edilizia del quartiere che aveva scelto e l'altezza media, lunghezza e larghezza dei suoi edifici. Questo gli ha dato un "edificio standard" da usare nei suoi calcoli. Ha poi diviso questo edificio standard in "mattoni" simili ai piani, e accatastò questi mattoni uno sopra l'altro come i Lego:"La suddivisione degli edifici in mattoni è la chiave per comprendere i processi meteorologici che avvengono all'interno di una città, perché questi processi variano con l'altezza dell'edificio, " disse Mauri.

Una volta che il suo edificio fu diviso in mattoni, Mauree ha poi incorporato i dati meteorologici per Basilea (come velocità e direzione del vento, temperatura e umidità) nel suo modello. L'algoritmo risultante gli ha permesso di generare stime precise dei fenomeni meteorologici che si verificano ad ogni mattone. Gli ingegneri potrebbero utilizzare questi tipi di calcoli, Per esempio, ottimizzare il consumo energetico di un edificio scegliendo la facciata migliore per ogni piano. "Al pianterreno, generalmente non c'è molto vento ma potresti avere molta umidità, soprattutto se ci sono piante intorno. Ma il vento diventa più forte ai piani più alti, portando a una maggiore perdita di energia. Le correnti di convezione possono diventare particolarmente forti nei giorni caldi poiché il terreno e le superfici degli edifici si riscaldano. Queste correnti sono causate quando l'aria calda, che ha una densità inferiore, scorre verso l'alto, e aria più fresca, che ha una densità maggiore, scorre verso il basso. Come altro esempio, gli ingegneri che calcolano il fabbisogno energetico di un nuovo edificio dovrebbero tenere conto del basso livello di penetrazione della luce solare nelle città densamente popolate".

Dati per meteorologi, produttori e climatologi allo stesso modo

Secondo Mauree, gli ingegneri non saranno gli unici a beneficiare del suo nuovo metodo. "Il nostro modello è progettato per rappresentare meglio le superfici degli edifici e calcolare in modo più accurato il flusso di vento e umidità all'interno di una città. Ciò lo rende naturalmente utile per i meteorologi. Ma anche un produttore di tende è interessato al nostro approccio, perché può fornire buone stime della velocità e della direzione del vento vicino alle facciate degli edifici, " disse Mauree. Inoltre, il suo modello può prevedere i fenomeni che si verificano vicino al suolo, il che significa che gli scienziati del clima potrebbero usarlo per simulare processi meteorologici su larga scala, poiché i metodi attuali non offrono lo stesso livello di precisione.

Una piattaforma aperta

Altri due articoli su questo argomento dovrebbero essere pubblicati quest'anno. Ma Mauree sta già guardando al prossimo passo:sviluppare una piattaforma aperta in cui chiunque possa inserire dati di base su un quartiere e ottenere un modello affidabile delle sue correnti d'aria e dell'effetto che i suoi edifici hanno sul tempo. "Vogliamo dare rapidamente agli ingegneri e ai meteorologi, dati affidabili per i loro progetti di costruzione e previsioni meteorologiche, senza richiedere loro di scrivere codice o utilizzare un programma per computer, " lui dice.

Mauree prevede anche di migliorare il suo modello, abbinandolo al software CitySim sviluppato presso l'EPFL per calcolare in modo più accurato il consumo energetico dell'edificio e il comfort termico esterno. "Stiamo anche raccogliendo dati nell'ambito della campagna MoTUS [Measurement of Turbulence in an Urban Setup] che ci consentirà di migliorare il nostro modello di interfaccia Canopy, che mira a simulare meglio i diversi processi meteorologici nelle aree urbane, " Ha detto Mauree. Vede il potenziale per la sua ricerca non solo nella riduzione del consumo energetico dell'edificio, ma anche migliorando la progettazione complessiva degli spazi urbani.