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Comparative application of two microclimate simulation tools to analyze the interaction between climate and urban structure

Shyama Asen

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Kartographie und Geoinformation

Betreuer*in

Andreas Riedl

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DOI

10.25365/thesis.64673

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-13197.54253.794997-3

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Mehr als 50% derWeltbevölkerung lebt in Städten. Dieses setigeWachstum der Städte führt zu einer zunehmenden Verdichtung der urbanen Gebiete. Zusammen mit dem fortschreitenden Klimawandel wirkt sich dies stark auf das urbane Mikroklima aus, zum Beispiel in Form von städtischen Wärmeinseln. Die Analyse des Mikroklimas ist einer der ersten Schritte in der frühen Planungsphase der Stadtplanung. Eine Möglichkeit zur Verbesserung des Mikroklimas in städtischen Gebieten ist die Vegetation (Bäume, Gebäudebegrünungen), das verwendete Material (von Gebäude und Boden) und die Höhe und Form der Gebäude. Computergestützte numerische mikroklima Simulationssoftware ist einWerkzeug zur Analyse und Vorhersage des Mikroklimas. Zwei sehr wichtige Mikroklima-Simulationsprogramme sind ENVI-met und das Open-Source-Plug-in für Rhino 3D/Grasshopper, die Ladybug Tools. In der vorliegenden Masterarbeit werden diese beiden Programme verglichen, um ihre Vorteile und Grenzen aufzuzeigen. Die Arbeit ist in zwei Abschnitte unterteilt. Der erste Teil ist eine Sensitivitätsanalyse, bei der jede Software getestet wurde, wie sie auf Veränderungen der Baumaterialien, verschiedene Jahreszeiten und das Hinzufügen von Vegetation, in Form von Bäumen oder Fassaden- und Dachbegrünungen, reagiert und wie sich diese Veränderungen auf das Mikroklima auswirken. Der zweite Teil ist eine Fallstudie, bei der ein reales Gebiet modelliert wurde und dann die simulierten Ergebnisse beider Programme mit den vor Ort gemessenen Daten verglichen wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass ENVI-met, abhängig von der Handhabung und den Eingabedaten, genaue Daten produzieren kann, aber es Schwierigkeiten bei der Simulation der Vegetation gibt. MRT, Lufttemperatur und Oberflächentemperatur wurden untersucht und mit der Literatur verglichen, wobei fehlerhafte Ergebnisse aufgedeckt werden konnten. Die größte Einschränkung der Ladybug Tools ist, dass sie nicht in der Lage sind, die Evapotranspiration in ihre Simulation einzubeziehen, daher gehen die Ergebnisse nicht ausreichend auf die Eigenschaften der Vegetation ein. Abgesehen davon bieten die Ladybug Tools eine Menge Vorteile, insbesondere hinsichtlich deren Anwendbarkeit. Grundsätzlich erstellen beide Programme korrekte Ergebnisse, wenn bestimmte Parameter beachtet und richtig angewendet werden. Zukünftige Studien sollten sich mit der Integration der Evapotranspiration in die Ladybug Tools (Grasshopper) beschäftigen.

Abstract

(Englisch)

More than 50% of the world’s population lives in cities. This number is constantly rising and leading to a densification of urban areas. Together with progressive climate change, this has a strong impact on the urban microclimate, for example in form of urban heat islands. The analysis of the microclimate is one of the first steps taken in the early design phase of urban planning. One way to improve the microclimate in urban areas is the vegetation (trees, green buildings), the material used (buildings and ground) and the height and shape of the buildings. Computer based numerical microclimate simulation software is the tool to analyze and predict the microclimate. Two important microclimate simulation tools are ENVI-met and the open source plug-in for Rhino 3D/Grasshopper, the Ladybug Tools. In this thesis these two tools are compared to show their advantages and limitations. The work is divided into two parts. The first part was a sensitivity analysis where each tool was tested for how it reacts to changes in building materials, different seasons and the addition of vegetation, like trees, facade and roof greening, and how these changes affect the microclimate. The second part was a case study where a real area was modeled and then the simulated results of both tools were compared with the data measured on site. The results show that ENVI-met can, depending on the handling and input data, produce accurate data but it has problems whit simulating the vegetation. MRT, air temperature and surface temperature were examined and compared to the literature and different results were found. The biggest limitation of the Ladybug Tools is, they are not able to include evapotranspiration in their simulations. Therefore, the results do not sufficiently deal with the characteristics of vegetation. Apart from that the Ladybug Tools offer a lot of advantages, especially regarding their usability. In general, both programs create correct results, if certain parameters are considered and applied correctly. Further studies should deal with the integration of evapotranspiration in the Ladybug Tools (Grasshopper).

Autor*innen

Shyama Asen

Haupttitel (Englisch)

Comparative application of two microclimate simulation tools to analyze the interaction between climate and urban structure

Paralleltitel (Deutsch)

Vergleichende Anwendung von zwei Mikroklima-Simulationsprogrammen zur Analyse der Wechselwirkung zwischen Klima und Stadt Struktur

Publikationsjahr

2020

Umfangsangabe

XVI, 167 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Andreas Riedl

Klassifikationen

38 Geowissenschaften > 38.80 Meteorologie: Allgemeines ,

43 Umweltforschung > 43.64 Umweltbelastung durch Städtebau ,

54 Informatik > 54.76 Computersimulation ,

74 Geographie > 74.48 Geoinformationssysteme ,

74 Geographie > 74.72 Stadtplanung, kommunale Planung ,

74 Geographie > 74.73 Stadtsanierung, Stadterneuerung

AC Nummer

AC15766393

Utheses ID

57385

Studienkennzahl

UA | 066 | 856 | |

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Schlagwörter