vai al contenuto della pagina vai al menu di navigazione
 

City breathability in medium density urban-like geometries evaluated through the pollutant transport rate and the net escape velocity

Pollutant removal in urban canopy models (UCL) models of medium building density is studied. Pollutant transport rate (PTR) and net escape velocity (NEV) are used as ventilation indicators. NEV is smaller in UCLs with longer streets due to pollutant accumulation effect. Parallel wind and wall heating get bigger NEV than oblique wind and isothermal case. Building height variations enhance pollutant removal across street roofs.

This research investigates pollutant removal at pedestrian level in urban canopy layer (UCL) models of medium packing density (λp = λf = 0.25) using computational fluid dynamics (CFD) simulations. Urban size, building height variations, wind direction and uniform wall heating are investigated. The standard and RNG k−ε turbulence models, validated against wind tunnel data, are used. The contribution of mean flows and turbulent diffusion in removing pollutants at pedestrian level is quantified by three indicators: the net escape velocity (NEV), the pollutant transport rate (PTR) across UCL boundaries and their contribution ratios (CR).

Results show that under parallel approaching wind, after a wind-adjustment region, a fully-developed region develops. Longer urban models attain smaller NEV due to pollutant accumulation. Specifically, for street-scale models (∼100 m), most pollutants are removed out across leeward street openings and the dilution by horizontal mean flows contributes mostly to NEV. For neighbourhood-scale models (∼1 km), both horizontal mean flows and turbulent diffusion contribute more to NEV than vertical mean flows which instead produce significant pollutant re-entry across street roofs. In contrast to uniform height, building height variations increase the contribution of vertical mean flows, but only slightly influence NEV. Finally, flow conditions with parallel wind and uniform wall heating attain larger NEV than oblique wind and isothermal condition.

The paper proves that by analysing the values of the three indicators it is possible to form maps of urban breathability according to prevailing wind conditions and known urban morphology that can be of easy use for planning purposes.

DOI code: doi:10.1016/j.buildenv.2015.08.002

DIFA authors: Silvana Di Sabatino

Ventilazione in strutture morfologiche urbane di media densità valutate tramite flussi di inquinanti e velocità di fuga

  • Rimozione degli inquinanti in modelli di canopy urbana ( UCL ) di media densità di edifici;
  • Si utilizzano diversi indicatori di ventilazione: tasso di trasporto inquinanti ( PTR) e la velocità di fuga netto ( NEV );
  • NEV è più piccolo in UCL con strade più lunghe a causa di effetto accumulo di inquinanti .
  • I casi con vento parallelo e riscaldamento delle pareti degli edifici ottengono NEV più grande rispetto al caso di vento obliquo e condizione isoterma
  • L’effetto della variabilità delle altezze degli edifici è quello di migliorare le condizioni di rimozione degli inquinanti al livello del suolo.

Questa ricerca indaga i processi di rimozione degli inquinanti a livello pedonale nello strato di canopy urbana (UCL) in modelli di media densità di distribuzione degli edifici (λp = λf = 0.25) utilizzando simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD). Specificatamente, si analizzano la dimensione urbana, variazioni di altezza dell'edificio, la direzione del vento e riscaldamento delle superfici. Vengono utilizzati modelli di turbolenza k-ε standard e RNG, validati con misure da galleria del vento. Il contributo dei flussi medi e diffusione turbolenta nella rimozione di sostanze inquinanti a livello pedonale è quantificata da tre indicatori: la velocità di fuga (NEV), il tasso di trasporto di inquinanti (PTR) attraverso i confini UCL e dei loro rapporti di contribuzione (CR).

I risultati mostrano che in condizioni di un vento parallelo ai canyon stradali, dopo una regione di transizione, si sviluppa una regione quasi stazionaria. Si osserva che le regioni urbane più estese sono caratterizzati da un NEV più piccolo favorendo un accumulo di inquinanti a livello della strada. In particolare, per i modelli di strada a scala ~100 m, la maggior parte delle sostanze inquinanti vengono rimossi attraverso le intersezioni stradali e i flussi medi orizzontali contribuiscono al NEV. Per i modelli di quartiere a scala ~ 1 km, sia i flussi medi orizzontali che di diffusione turbolenta contribuiscono al NEV mentre i flussi medi verticali sono responsabili della re-immissione di inquinanti dal top della canopy. Differentemente dal caso con edifici di altezza uniforme, variazioni di altezza degli edifici fanno aumentare il contributo dei flussi medi verticali,  influenzando solo leggermente il NEV. Infine, le condizioni di flusso con vento parallelo e riscaldamento della parete preso in considerazione raggiungono un NEV più grande rispetto ai casi di vento obliquo e in condizioni isoterme.

Questa ricerca dimostra che analizzando i valori dei tre indicatori è possibile formare mappe di ventilazione urbana in diverse condizioni di vento e nota la morfologia urbana questi risultati possono essere utili per la messa a punto di una pianificazione urbana che voglia minimizzare i livelli di inquinamento al suolo.

codice DOI: doi:10.1016/j.buildenv.2015.08.002

Autori DIFA: Silvana Di Sabatino