ΘΕΡΜΟΫΓΡΟΜΕΤΡΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΣΕ ΥΠΟ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΧΩΡΟ ΚΤΙΡΙΑΚΟΥ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑΤΟΣ. Η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΤΟΥ ΜΕΓΑΡΟΥ ΜΟΥΣΙΚΗΣ ΑΘΗΝΩΝ Β. Σπιθουράκη, I. Χαραλαμπόπουλος και Αικ. Χρονοπούλου Σερέλη Εργαστήριο Γενικής και Γεωργικής Μετεωρολογίας, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Περίληψη Η εργασία αυτή έχει σκοπό την παρακολούθηση της χωρικής κατανομής βασικών βιοκλιματικών παραμέτρων όπως αυτές διαμορφώνονται κατά τα στάδια κατασκευής μεγάλου κτιριακού συγκροτήματος όπως το Μέγαρο Μουσικής Αθηνών, το οποίο βρίσκεται στο κέντρο της Αθήνας. Αξιολογήθηκε η μικρομετεωρολογική συμπεριφορά του έργου αυτού κατά την διάρκεια της διαμόρφωσης του περιβάλλοντος χώρου. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε φορητός εξοπλισμός κατάλληλα διαμορφωμένος για να επιτρέπει την εύκολη κίνηση και λήψη δεδομένων εντός του εργοταξίου. Οι χάρτες χωρικών κατανομών των επιλεγμένων παραμέτρων δημιουργήθηκαν εφαρμόζοντας γεωστατιστικές μεθόδους (kriging). Διαπιστώθηκε μικρομετεωρολογική διαφοροποίηση που ήταν συνάρτηση της μορφής της εδαφοκάλυψης. Υψηλότερες τιμές θερμοκρασίας παρατηρήθηκαν στις θέσεις που καλύπτονταν με δομικά υλικά και χαμηλότερες στις δενδροφυτεμένες θέσεις. Η θερμομετρική διαφοροποίηση ξεπέρασε τους 2.5 ο C ενώ η υγρομετρική το 6.5 %.Η κατανομή των μικρομετεωρολογικών παραμέτρων τόσο εντός του περιβάλλοντος των κτιριακών εγκαταστάσεων χώρου όσο και στην γειτνιάζουσα αυτού περιοχή έδειξε ότι αν και το φυτικό υλικό δεν ήταν σε πλήρη ανάπτυξη, επιδρά και βελτιώνει τις συνθήκες περιβάλλοντος. Επισημαίνεται ότι οι πληροφορίες που λαμβάνονται από τέτοιες χωρικές απεικονίσεις βοηθούν στον εξελικτικό σχεδιασμό του τεχνικού έργου έτσι ώστε αυτό να παρέχει την μέγιστη δυνατή βιοκλιματική απόδοση. Θερμοϋγρομετρικές συνθήκες, εργοταξιακός χώρος, μετρήσεις με φορητό εξοπλισμό THERMOHYGROMETRIC BEHAVIOR OF A BUILDING SITE. THE CASE STUDY OF CONCERT HALL OF ATHENS, GREECE. V. Spithouraki, I. Charalampopoulos and Aik. Chronopoulou Sereli Lab. Of General and Agricultural Meteorology, Agricultural University of Athens, Greece Abstract During the construction of a big building or a group of buildings in an urban area, the microclimatic conditions of the area become more unfavourable. To compensate the effect of the construction on the ambient microclimatic conditions, the building surrounding usually covered with green. This study aims to monitor spatial patterns of the basic bioclimatic parameters during the steps of the construction of a group of buildings. This group of buildings is the Concert Hall of Athens in Greece. To obtain the data for this study, light and easy - carrying mobile meteorological equipment was used. Data analysis indicates spatial micrometeorological variation as a function of the vegetation type. Higher temperature values were recorded over structural materials covered sites while lower temperature values were recorded over green covered sites. The spatial temperature difference was greater than 2.5 ο C and the spatial humidity difference was greater than 6.5 %. The microclimatic conditions were improved over and near the green covered sites in spite of 145
the fact that the vegetation wasn t in full growth. The information and conclusions that came out from such spatial surveys are useful for beneficial bioclimatic planning. Thermohygrometric conditions, Building site in urban area, mobile measurements 1.Εισαγωγή Κάθε παρέμβαση (κατασκευή κτιρίων, διαμόρφωση υπαίθριων χώρων κ.α.) εντός του αστικού ιστού συμβάλει στην διαμόρφωση του μικροκλίματος. Όσο μεγαλύτερης έκτασης είναι οι παρεμβάσεις αυτές τόσο μεγαλύτερη μπορεί να είναι η μικροκλιματική τους επίδραση (EPA 1992). Σε πόλεις που επικρατούν συχνά δυσμενείς βιοκλιματικές συνθήκες, όπως η Αθήνα ( McGregor et al. 2002), οι όποιες παρεμβάσεις θα πρέπει να σχεδιάζονται λαμβάνοντας υπ όψη την πιθανή βιοκλιματική τους συμπεριφορά. Με in situ παρατηρήσεις κατά την διάρκεια της υλοποίησης της παρέμβασης είναι δυνατή η αξιολόγηση και τροποποίηση της αρχικής σχεδίασης αφού εντοπιστούν τα σημεία που δεν ευνοούν την δημιουργία θετικών βιοκλιματικών συνθηκών. Για την επίτευξη των παραπάνω μια αξιόπιστη και ευέλικτη μέθοδος είναι αυτή των μετρήσεων με φορητό εξοπλισμό και ακολούθως την εφαρμογή μεθόδων χωρικής απεικόνισης των βιοκλιματικών παραμέτρων. 2. Περιοχή μελέτης Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει το δώμα του Οργανισμού Μεγάρου Μουσικής Αθηνών (ΟΜΜΑ), το οποίο βρίσκεται σε μια πυκνοδομημένη περιοχή του κέντρου της Αθήνας και τους γειτνιάζοντες αστικούς χώρους. Η συνολική έκταση του δώματος ΟΜΜΑ είναι 17 στρέμματα και περιλαμβάνει δενδρώδη, ποώδη βλάστηση, καλλωπιστικό πράσινο και χλοοτάπητα όπως και δομικά στοιχεία. Στο Σχήμα 1 απεικονίζεται η περιοχή μελέτης όπου έχει οριοθετηθεί ο χώρος που μένει ακάλυπτος από βλάστηση (περιοχή Α), η περιοχή με αραιή δενδρώδη βλάστηση που δεν έχει ακόμα φθάσει στο επιθυμητό μέγεθος (περιοχή B) και τέλος η περιοχή που καλύπτεται με αρδευόμενο χλοοτάπητα και σκιάζεται για μεγάλο διάστημα της ημέρας (περιοχή C). Πρέπει να επισημανθεί ότι δυτικά του ΟΜΜΑ βρίσκεται το πάρκο Ελευθερίας, το οποίο συντίθεται από δενδρώδη βλάστηση, μέσης πυκνότητας φύτευσης και από αρδευόμενο χλοοτάπητα. Βόρεια του χώρου μελέτης βρίσκεται το Ναυτικό Νοσοκομείο Αθηνών (ΝΝΑ) και οικιστική περιοχή πυκνής δόμησης. Τέλος νότια του ΟΜΜΑ βρίσκεται η λεωφόρος Β. Σοφίας, η οποία χαρακτηρίζεται από υψηλό κυκλοφοριακό φόρτο και οικιστική περιοχή πολύ πυκνής δόμησης. Η ιδιαιτερότητα της περιοχής μελέτης έγκειται στο ότι βρίσκεται περιστοιχισμένη από χώρους, που ευνοούν την θερμική ρύπανση και την επικράτηση δυσμενών θερμοϋγρομμετρικών συνθηκών. Επίσης ιδιαίτερη σημασία έχει η γειτνίαση του ΟΜΜΑ με το πάρκο Ελευθερίας, που θα μπορούσε με κατάλληλο σχεδιασμό να οδηγήσει σε μια κοινή βιοκλιματική λειτουργία μεταξύ των δυο αυτών χώρων, που θα οδηγούσε σε ανάπτυξη βελτιωμένων βιοκλιματικών συνθηκών. 3. Μεθοδολογία Για την λήψη των μετρήσεων χρησιμοποιήθηκε ελαφρύς φορητός εξοπλισμός που κατέγραψε την θερμοκρασία ( 0 C) και σχετική υγρασία (%) αέρος ( σε ύψος 1.70m από την επιφάνεια του εδάφους) όπως επίσης και την ταχύτητα ανέμου σε κάθε ένα από τα 43 επιλεγμένα σημεία εντός και εκτός του ΟΜΜΑ. Πιο συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν αυτόματα καταγραφικά με ενσωματωμένους αισθητήρες θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας αέρος τύπου Hobo H08-0320-08 και αναλογικό ανεμόμετρο χειρός. Έγιναν συνολικά 20 σειρές μετρήσεων κατά την διάρκεια της θερμής περιόδου του 2004 υπό συνθήκες ανέφελου ουρανού και χαμηλής ταχύτητας ανέμου κάτω από 1.5 ms -1. Οι μετρήσεις ξεκινούσαν την 9:00 (τοπική ώρα) και επαναλαμβάνονταν ανά τρίωρο έως την 23:00. Η διάρκεια της κάθε πορείας μετρήσεων δεν ξεπέρασε τις 2 1/2 ώρες. 146
Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης (δώμα ΟΜΜΑ) και οι οριοθετημένες περιοχές A, B και C. Τα δεδομένα που λήφθησαν από το φορητό εξοπλισμό, διορθώθηκαν χρονικά (Kuttler 1993) και επεξεργάστηκαν γεωστατιστικά. Με τους αλγόριθμους Kriging (Cressie 1993) υπολογίστηκαν και σχεδιάστηκαν οι χωρικές κατανομές της θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας αέρος. Για την εποπτικότερη και συντομότερη παρουσίαση των αποτελεσμάτων επιλέχθηκαν οι μέσες χωρικές κατανομές των αποκλίσεων από το ψυχρότερο και το ξηρότερο σημείο ( τα σημεία αυτά εμφανίζονται στα Σχήματα 1 και 2 ως σημεία αναφοράς για την θερμοκρασία και σχετική υγρασία αέρος αντίστοιχα). Επίσης με την χρήση κώδικα γλώσσας προγραμματισμού (script) υπολογίστηκε το ποσοστό της επιφάνειας της περιοχής μελέτης στο οποίο καταγράφηκαν συγκεκριμένες θερμικές και υγρομετρικές αποκλίσεις. 4. Αποτελέσματα Συζήτηση Από τις χωρικές κατανομές, που παρουσιάζονται στην εργασία αυτή διαπιστώθηκε μέση θερμομετρική διαφοροποίηση που ξεπέρασε τους 2.5 0 C (Εικόνα 3). Η μέση υγρομετρική διαφοροποίηση έφτασε τους 6.5 % (Εικόνα 2). Η βέλτιστη θερμική απόδοση εμφανίζεται στον χώρο που βρίσκεται ο αρδευόμενος χλοοτάπητας και λόγώ ανάγλυφου σκιάζεται για μεγάλο χρονικό διάστημα της ημέρας (περιοχή C) και ακολουθεί ο χώρος στον οποίο υπάρχει δενδρώδη και θαμνώδη βλάστηση (περιοχή B). Η περιοχή των χαμηλότερων θερμοκρασιών εκτείνεται προς τα δυτικά στις θέσεις που γειτνιάζει με το πάρκο Ελευθερίας. Αντίθετα, υψηλότερες θερμοκρασίες εμφανίζονται στον χώρο που το έδαφος είναι ακάλυπτο από βλάστηση και δεν σκιάζεται (περιοχή Α) και κατά μήκος της λεωφόρου Β. Σοφίας. Εκτός από την τοπική αύξηση της θερμοκρασίας από τα διερχόμενα αυτοκίνητα, τα υλικά που επικρατούν 147
8ο ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑΣ ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑΣ & ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ στο χώρο αυτό (άσφαλτος, πλακόστρωτο και άλλα δομικά υλικά) σε συνδυασμό με την αυξημένη έκθεση στον ήλιο δημιουργούν ένα θερμότερο τομέα που τείνει να επεκταθεί εντός του ΟΜΜΑ. Από το σχήμα και την διάταξη των ισόθερμων (Σχήμα 2) γίνεται αντιληπτό ότι ο χώρος ΟΜΜΑ ακόμα και στην φάση αυτή επικοινωνεί βιοκλιματικά με το παρακείμενο πάρκο Ελευθερίας τείνοντας να δημιουργήσει ένα ψυχρότερο τομέα που θα αναχαιτίσει την θερμική ρύπανση της λεωφόρου Β. Σοφίας. Σχήμα 2. Χωρική κατανομή της μέσης απόκλισης της θερμοκρασίας αέρος (0C) από το σημείο αναφοράς (ψυχρότερο). Οι υγρότερες περιοχές σύμφωνα με την χωρική κατανομή στο Σχήμα 3, είναι αυτές που καλύπτονται είτε με χλοοτάπητα είτε με δενδρώδη βλάστηση. Ξηρότερες εμφανίζονται οι περιοχές κοντά στην λεωφόρο Β. Σοφίας και στο τμήμα του ΟΜΜΑ που δεν είναι φυτοκαλυμμένο (περιοχή Α). Στην διαμόρφωση των υγρομετρικών συνθηκών που καταγράφηκαν συμβάλει και η κατανάλωση νερού για άρδευση του χλοοτάπητα και των υπόλοιπων φυτών (δένδρων ή θάμνων). Το παραπάνω διαπιστώνεται και από την κλίση και την πυκνότητα των ισόϋγρων καμπυλών της χωρικής κατανομής. Η πυκνότητα τους στον χώρο Α (που γειτνιάζει με το πάρκο Ελευθερίας) και στον χώρο C είναι δείκτης της χωρικής μεταβολής της σχετικής υγρασίας στην περιοχή μελέτης. Γίνεται εμφανές λοιπόν στο Σχήμα 3 ότι έντονη υγρομετρική διαφοροποίηση προκαλείται κυρίως στους χώρους που καλύπτονται με χλοοτάπητα ή γειτνιάζουν με αυτόν και δευτερευόντως στους δενδρόφυτούς χώρους. Οι 148
8ο ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑΣ ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑΣ & ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ξηρότερες συνθήκες που αναπτύσσονται και επικρατούν στην περιοχή της Λεωφόρου Β. Σοφίας αναχαιτίζονται στις φυτοκαλυμμένες περιοχές του ΟΜΜΑ. Σχήμα 3. Χωρική κατανομή της μέσης απόκλισης της σχετικής υγρασίας αέρος (%) από το σημείο αναφοράς (ξηρότερο). Επιπρόσθετα, με την χρήση κατάλληλου κώδικα (script) υπολογίστηκε το ποσοστό (%) της επιφάνειας της περιοχής μελέτης που καλύπτει η κάθε κλάση των θερμομετρικών και υγρομετρικών αποκλίσεων. Οι κλάσεις αυτές θα συμβολίζονται με DT για τις αποκλίσεις θερμοκρασίας αέρος και DRH για τις αντίστοιχες κλάσεις αποκλίσεων της σχετικής υγρασίας. Στο Σχήμα 4 παρουσιάζονται τα ποσοστά της κάθε κλάσης θερμικών αποκλίσεων. Συνοπτικά και σε συνδυασμό με το Σχήμα 2 παρατηρούμε ότι η θερμική απόκλιση στο χώρο μελέτης ξεπερνά τους 2.5 0C και οι κυρίαρχες κλάσεις είναι αυτές μεταξύ των 0.6 και 1.2 0C (Σχήμα 4). Οι κλάσεις αυτές καταλαμβάνουν συνολικά πάνω από το 50% της επιφάνειας του χώρου μελέτης και εντοπίζονται κυρίως στο τμήμα του ΟΜΜΑ που έχει στην φάση αυτή φυτοκαλυφθεί (με δένδρα ή χλοοτάπητα) και στον χώρο που γειτνιάζει με το πάρκο Ελευθερίας. Οι κλάσεις μεγαλύτερης θερμικής απόκλισης καταλαμβάνουν τον δομημένο χώρο του ΟΜΜΑ και το τμήμα της λεωφόρου Β. Σοφίας. Επίσης ιδιαίτερη σημασία έχει η τοπική πυκνότητα των ισόθερμων η οποία καταδεικνύει τον ρυθμό της χωρικής μεταβολής της παραμέτρου αυτής. Οι ισόθερμες γίνονται πιο πυκνές στα σημεία όπου αλλάζει η εδαφοκάλυψη 149
και ιδιαίτερα μεταξύ φυτοκαλυμμένων και μη χώρων. Αυτό δείχνει την σημασία της διαμόρφωσης του χώρου στην διαμόρφωση των βιοκλιματικών συνθηκών. Χωρικές κλάσεις θερμομετρικών αποκλίσεων και η έκταση (%) που καταλαμβάνουν 20.0 18.7 Το ποσοστό (%) της συνολικής επιφάνειας της περιοχής μελέτης 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 4.5 8.9 9.8 17.2 13.8 5.4 4.6 4.2 4.3 4.7 3.9 0.0 Κλάσεις Θερμομετρικής Απόκλισης ( 0 C) Σχήμα 4. Το ποσοστό (%) της συνολικής επιφάνειας της περιοχής μελέτης που καταλαμβάνεται από τις κλάσεις των θερμομετρικών αποκλίσεων. Όσον αφορά τις κλάσεις των υγρομετρικών αποκλίσεων (Σχήμα 5) παρατηρείται μια πιο ομοιόμορφη κατανομή στην κάλυψη της επιφάνειας του χώρου μελέτης. Η κλάση που καταλαμβάνει μεγαλύτερη επιφάνεια είναι η 2.0 DRH<2.5 με ποσοστό 12% και ακολουθούν οι 1.5 DRH<2.0 με 10.6 και 2.5 DRH<3.0 με 9.8 % αντίστοιχα. Χωρικές κλάσεις υγρομετρικών αποκλίσεων και η έκταση (%) που καταλαμβάνουν 14.0 Το ποσοστό (%) της συνολικής επιφάνειας της περιοχής μελέτης 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 1.0 2.7 6.8 10.6 12.0 9.8 8.6 8.6 9.3 8.9 9.7 7.8 3.1 1.1 0.0 Κλάσεις Υγρομετρικών Αποκλίσεων (%) 150
Σχήμα 5. Το ποσοστό (%) της συνολικής επιφάνειας της περιοχής μελέτης που καταλαμβάνεται από τις κλάσεις των υγρομετρικών αποκλίσεων. 5. Συμπεράσματα Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα Η μορφή της εδαφοκάλυψης παίζει καθοριστικό ρόλο στην διαμόρφωση των θερμοϋγρομετρικών συνθηκών της περιοχής μελέτης. Οι χώροι που ήταν για μεγάλο χρονικό διάστημα σκιασμένοι και καλύπτονταν με χλοοτάπητα εμφανίζονται ψυχρότεροι και υγρότεροι καθ όλη την περίοδο μελέτης. Οι φυτοκαλυμμένοι χώροι που γειτνιάζουν με το παρακείμενο πάρκο επικοινωνούν βιοκλιματικά δημιουργώντας έναν διευρυμένο τομέα με βελτιωμένες συνθήκες. Ο χώρος ΟΜΜΑ βελτιώνει θερμοϋγρομετρικά την περιοχή μελέτης παρά του ότι η βλάστηση στο χώρο αυτό δεν έχει φθάσει στο επίπεδο που προβλέπεται από το σχεδιασμό. Βιβλιογραφία EPA (Environmental Protection Agency, USA), 1992: Cooling our communities. EPA Cressie N., 1993: Statistics for spatial data. Revised edition. John Wiley & Sons Kuttler W., 1993: Planungsorientierte Stadtklimatologie. Meteorol. Rundsch, 2, 95-106 McGregor R. G., Markou T. M., Batzokas A., Katsoulis D. B., 2002: An evaluation of the nature and timming of summer human thermal discomfort in Athens, Greece. Climate Research, 20, 83-94 151