Solare Strahlung in städtischen Gebieten: Analyse der komplexer Muster Wirkungsmuster und Bekämpfung des städtischen Wärmeinseleffekts

Strahlungsanalyse.

Eine Optimierung der Wirkung eintreffender Sonnenstrahlung ist entscheidend bei der Gestaltung von energieeffizienten Gebäuden im Sinne einer nachhaltigen Stadtplanung. Es geht darum, das richtige Gleichgewicht zwischen übermäßiger und unzureichender Sonneneinstrahlung zu finden. Fassaden und Dächer haben in städtischen Umgebungen höchste Bedeutung für die lokale Hitzebildung als primäre sonnenexponierte Flächen. Die ENVI-met-Software bietet effiziente Module zur Strahlungsanalyse, die eine schnelle und ausführliche Bewertung der Erwärmung durch Sonnenstrahlung an allen Gebäudeelementen unter Berücksichtigung des städtischen Umfeldes wie beispielweise Vegetation und Wasserflächen ermöglichen.

Solarklima.

Die ENVI-met-Software bietet eine umfassende Analyse des Mikroklimas, welche von kurzfristigen Zeiträumen, wie wenigen Tagen, bis hin zu langfristigen jährlichen Bewertungen reicht und wichtige Klimaparameter, wie den Sonnenzugang einschließt. Diese ermöglicht eine genaue Abschätzung des Energieeintrags an Gebäudefassaden und Dächern und die Quantifizierung von ganzjährigen Wachstumsbedingungen für Pflanzen auf Grünflächen und an Gebäuden. Profitieren Sie sowohl von detaillierten Einblicken in die Energiebilanz von unterschiedlichen Oberflächen als auch von klimatischen Standortanalysen für eine optimale und damit nachhaltige Entwicklung der Vegetation.

Indexed View Sphere.

Hoch reflektierende Fassaden, die aus Metall oder Glas bestehen, können einen erheblichen Einfluss auf das Stadtklima haben, indem sie die Reflexion der Sonnenstrahlung und damit die lokale Erwärmung verändern. Das Vorhandensein von Materialien wie Aluminium kann zu einer signifikanten Erhöhung von 300 W/m² oder mehr auf das Mikroklima im Vergleich zu führen. Die ENVI-met-Software integriert die spezielle Methode Indexed View Sphere (IVS), die eine besonders präzise Modellierung von Strahlungsflüssen mit mehrfachen Reflexionen ermöglicht und eine genaue Abschätzung der Wärmestrahlung und Temperaturentwicklung liefert.

 Fallstudie: Hochauflösende Modellierung der Solarstrahlung in komplexen Umgebungen

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Hochauflösende Modellierung der Solarstrahlung in komplexen Umgebungen

Gebäudefassaden und -dächer machen den größten Teil der sonnenexponierten Flächen in städtischen Gebieten aus. Die an den Wänden der Gebäude zur Verfügung stehende Energie bildet die Basis für alle energetischen Prozesse an und im Gebäude – von den Möglichkeiten zur Energiegewinnung bis zum Heiz- und Kühlbedarf.

Unter Berücksichtigung der Umwelt, einschließlich der Vegetation, ermöglicht Ihnen das Solar Access Modul von ENVI-met eine schnelle und umfassende Analyse der Solarstrahlung an allen Gebäudefassaden.

Das Modul bietet Ihnen außerdem die Option einer jährlichen Langzeitanalyse von wichtigen Klimaparametern wie der Sonnenscheindauer und stellt dreidimensionale Analysewerkzeuge zur Berechnung und Verfolgung von kurzwelliger direkter, diffuser und reflektierter Solarstrahlung mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung zur Verfügung.

Verringern Sie Sturmrisiken und schaffen Sie ein angenehmes Windklima mit der hochauflösenden Windsimulation von ENVI-met

Windfelder.

Ein Schlüsselaspekt für die Analyse des städtischen Mikroklimas und der Luftqualität ist die Simulation des dreidimensionalen Windfeldes. Dieser Windvektor beeinflusst den Energietransport, die Ausbreitung von Schadstoffen sowie den Komfort und das Risiko von Wind für Menschen und Vegetation. Die ENVI-met-Software integriert ein umfassendes dreidimensionales System zur numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD), das sich kontinuierlich an veränderte thermische Bedingungen anpasst. Unterstützt von einem fortschrittlichen Turbulenzmodell bildet es die Grundlage für präzise Simulationen des Mikroklimas und der Luftqualität.

Halboffene Bereiche.

Halboffene Räume wie Atrien, Bahnhöfe und Stadien, erzeugen ein einzigartiges Mikroklima, das sowohl von meteorologischen Faktoren als auch von der Gestaltung der Umgebung direkt beeinflusst wird. Wind und Sonne spielen eine entscheidende Rolle bei der direkten Verbindung dieser Räume mit der Außenumgebung und prägen grundlegend ihre besonderen Merkmale. Das Verständnis dieses Zusammenspiels von Wind- und Sonne ist entscheidend, um das Mikroklima in halboffenen Räumen umfassend zu verstehen und zu optimieren.

Windkräfte.

Wenn Wind auf feste Hindernisse wie Gebäude, Mauern oder Vegetation trifft, werden seine Bewegungskräfte auf das Hindernis übertragen und verursachen dort mechanische Reaktionen. In städtischen Umgebungen können sowohl die Windrichtung als auch die Windgeschwindigkeit aufgrund von Düseneffekten und Wirbelbildung erheblich variieren. Daher ist es unerlässlich, eine detaillierte Analyse der lokalen Strömungsbedingungen unter verschiedenen Windrichtungen durchzuführen, um eine sichere Baukonstruktion zu gewährleisten und das Umstürzen von Bäumen oder Astbruch an städtischen Bäumen zu vermeiden.

Fallstudie: Hochauflösende Simulation der Windströmung

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Hochauflösende Simulation der Windströmung

Durch die dreidimensionale Struktur und Verteilung der Gebäudevolumina treten in manchen Stadtgebieten hohe Windgeschwindigkeiten und turbulente Windböen auf.

Im direkten Gegensatz dazu bilden sich auch Zonen mit sehr geringer Windgeschwindigkeit und stagnierenden Luftmassen aus und verstärken dadurch die Wirkung von Hitzestress sowie die Ansammlung von Schadstoffen. Ebenso fördern windschwache Zonen die Entwicklung von Schädlingen und Pilzen in der Vegetation, die zu einer verminderten Standfestigkeit von Bäumen führen können.

Die Windströmung an der Gebäudehülle ist ein wichtiger Parameter für alle energetischen Austauschprozesse und zur Bestimmung von Windlasten. Das dreidimensionale Strömungsmodel von ENVI-met ermöglicht Ihnen eine detaillierte Simulation des Windfeldes an Gebäudefassaden – auch unter Berücksichtigung von Fassadenbegrünung.

Entdecken Sie weitere wichtige Analysebereiche für das städtische Klima und die Klimaanpassung