O novo modelo desenvolvido na EPFL pode ajudar engenheiros e meteorologistas a calcular rapidamente o efeito que os edifícios da cidade têm nos padrões climáticos locais. Um fabricante de persianas já está interessado nisso, e os cientistas do clima podem ser os próximos.

A forma dos edifícios da cidade, como eles estão dispostos, e o calor que eles geram afetam o clima local. Ser capaz de modelar os processos complicados envolvidos não ajuda apenas os meteorologistas a melhorar suas previsões meteorológicas da cidade, mas também permite que os engenheiros melhorem a eficiência energética dos edifícios que projetam.

Os programas normalmente usados ​​para modelar tais fenômenos são onerosos, demorado, e caro para operar. Contudo, um estudo realizado em 2016 pelo laboratório CRYOS da EPFL mostrou a importância, bem como a complexidade, desses cálculos. No Laboratório de Energia Solar e Física de Edifícios da EPFL (LESO-PB), pós-doutorado Dasaraden Mauree simplificou com sucesso as equações para torná-las mais fáceis para os engenheiros usarem. Ele executou dados da cidade de Basel por meio de seu modelo simplificado, obtenção de resultados e tendências semelhantes aos gerados por um modelo teórico e também por um modelo mais sofisticado denominado LES. Este estudo, com Mauree como autora principal, foi publicado em Fronteiras nas Ciências da Terra .

"Os edifícios muitas vezes são construídos sem levar em conta as características específicas dos padrões climáticos de uma cidade ou a influência que os edifícios da cidade podem ter sobre o clima. Nosso objetivo era desenvolver um programa que combine modelos modernos de previsão do tempo com modelos que medem o efeito do calor liberado por edifícios, "Mauree disse.

Como tijolos de Lego

Em vez de modelar toda a cidade de Basel, Mauree decidiu modelar um grupo de edifícios que pode representá-lo. Ele teve que calcular a densidade de construção do bairro que escolheu, bem como a altura média, comprimento e largura de seus edifícios. Isso deu a ele um "prédio padrão" para usar em seus cálculos. Ele então dividiu este edifício padrão em "tijolos" semelhantes aos pisos, e empilhou esses tijolos uns sobre os outros como Legos:"Dividir prédios em tijolos é a chave para entender os processos climáticos que ocorrem dentro de uma cidade, porque esses processos variam com a altura do prédio, "Mauree disse.

Uma vez que seu prédio foi dividido em tijolos, Mauree então incorporou dados meteorológicos para Basel (como velocidade e direção do vento, temperatura e umidade) em seu modelo. O algoritmo resultante permite que ele gere estimativas precisas dos fenômenos climáticos que ocorrem em cada tijolo. Os engenheiros podem usar esses tipos de cálculos, por exemplo, otimizar o consumo de energia de um edifício, escolhendo a melhor fachada para cada andar. "No andar térreo, você geralmente não tem muito vento, mas pode ter muita umidade, especialmente se houver plantas por perto. Mas o vento se torna mais proeminente nos andares mais altos, levando a uma maior perda de energia. As correntes de convecção podem se tornar particularmente fortes em dias quentes, à medida que o solo e as superfícies dos edifícios aquecem. Essas correntes são causadas quando o ar quente, que tem uma densidade menor, flui para cima, e ar mais frio, que tem uma densidade maior, flui para baixo. Como outro exemplo, os engenheiros que calculam as necessidades de energia de um novo edifício devem levar em conta o baixo nível de penetração da luz solar em cidades densamente povoadas. "

Dados para meteorologistas, fabricantes e climatologistas

De acordo com Mauree, os engenheiros não serão os únicos a se beneficiar com seu novo método. "Nosso modelo foi projetado para representar melhor as superfícies dos edifícios e calcular com mais precisão o fluxo de vento e umidade dentro de uma cidade. Isso naturalmente o torna útil para meteorologistas. Mas um fabricante de persianas também está interessado em nossa abordagem, porque pode fornecer boas estimativas da velocidade e direção do vento perto de fachadas de edifícios, "Mauree disse. Além disso, seu modelo pode prever fenômenos que ocorrem perto do solo - o que significa que os cientistas do clima podem usá-lo para simular processos climáticos em grande escala, uma vez que os métodos atuais não oferecem o mesmo nível de precisão.

Uma plataforma aberta

Mais dois artigos sobre o assunto devem ser publicados ainda este ano. Mas Mauree já está olhando para o próximo passo:desenvolver uma plataforma aberta onde qualquer pessoa pode inserir dados básicos sobre um bairro e obter um modelo confiável de suas correntes de ar e o efeito que seus edifícios têm sobre o clima. "Queremos dar aos engenheiros e meteorologistas com rapidez, dados confiáveis ​​para seus projetos de construção e previsões do tempo, sem exigir que eles escrevam códigos ou usem um programa de computador, " ele diz.

Mauree também planeja aprimorar seu modelo, acoplando-o ao software CitySim desenvolvido na EPFL para calcular com mais precisão o uso de energia do edifício e o conforto térmico externo. "Também estamos coletando dados sob a campanha MoTUS [Medição de Turbulência em uma Configuração Urbana] que nos permitirá melhorar nosso Modelo de Interface Canopy, que visa simular melhor os diferentes processos climáticos em áreas urbanas, "Mauree disse. Ele vê potencial para sua pesquisa não apenas na redução do consumo de energia em edifícios, mas também melhorando o design geral dos espaços urbanos.