οµή οµιλίας Η σηµασία του αστικού σχεδιασµού στην ποιότητα αέρα στο σύγχρονο αστικό περιβάλλον Καθηγητής Νικόλαος Σ. Μουσιόπουλος Πρόεδρος Τµήµατος Μηχανολόγων Α.Π.Θ. ΗκατάστασηστηνΕλλάδα 5 4 3 1 Αέρια ρύπανση και υγεία Austria Belgium Denmark Finland France Germany Greece Ireland Italy Luxembourg Netherlands Portugal Spain Sweden UK CLE MFR Πρόωροι θάνατοι λόγω της έκθεσης στο όζον [κατ έτος] Czech Rep. Estonia Hungary Latvia Lithuania Poland Slovakia Slovenia Μείωση προσδόκιµου βίου λόγω ανθρωπογενών PM.5 [µήνες] Οριακές τιµές ποιότητας αέρα της Ε.Ε. PM 1 (µg/m 3 ) 1 3 4 5 6 7 8 9 1 Μέση 4ωρη οριακή τιµή 75 7 65 6 55 5 5 Ετήσια οριακή τιµή 48 46,4 44,8 43, 41,6 4 ΝΟ (µg/m 3 ) 1 3 4 5 6 7 8 9 1 Ωριαία οριακή τιµή 3 9 8 7 6 5 4 3 1 Ετήσια οριακή τιµή 6 58 56 54 5 5 48 46 44 4 4 Ο 3 (µg/m 3 ) 1 3 4 5 6 7 8 9 1 Μέγιστος ηµερήσιος 1 Παραµένει το ίδιο για όλα τα έτη 8-ωρος µέσος όρος Με γκρίζο η ηµεροµηνίαέναρξηςισχύοςτηςνοµοθεσίας Επιτρεπόµενες υπερβάσεις Όχι > από 35 ηµέρες το έτος Όχι > από 7 ηµέρες το έτος Όχι > από 18 ώρες το έτος Όχι > από 5 ηµέρες το έτος Σύνοψη µετρήσεων ατµοσφαιρικής ρύπανσης στην Ευρώπη, σύνολο των σταθµών concentration (ug/m3) 6 4 annual mean SO-ann PM1-an NO-ann O3-ann Εύρος συγκεντρώσεων σε σταθµούς µέτρησης στην ύπαιθρο, το αστικό υπόβαθρο και σηµεία αιχµής µg/m 3 9 8 7 6 5 4 3 Annual average mean - 1th - 9th percentile NO PM 1 Ozone µg/m 3 16 14 1 1 8 6 NO max19 Short-term LV/TV mean - 1th - 9th percentile PM 1 max36 Ozone max6 4 1995 1996 1997 1998 1999 1 3 1 1 ύπαιθρος αστικό υπόβαθρο σηµεία αιχµής 1
ιαχείριση ποιότητας αέρα Μοντέλα ποιότητας αέρα A modern system for Air Quality Management Air Pollution Map Data Background Data GIS Presentation Internet Measurement Emission Inventory Models Users Planning, Abatement Strategy and Decision Making πηγή: Larssen The European Zooming Model (EZM) system οµή οµιλίας ΗκατάστασηστηνΕλλάδα Ανάλυση της αέριας ρύπανσης µε γνώµονα την προέλευσή της Concentration (ug/m3) 7 6 5 4 3 1 <----------------- Urban Area -----------> <------ Regional background Streets en Urban background Indoor National contribution Transboundary/global background Αλληλεπίδραση κλιµάκων (1/3) Φαινόµενα µεσοκλίµακας Αλληλεπίδραση κλιµάκων (/3) Μεσοκλίµακα Αστική κλίµακα Μικροκλίµακα
Αλληλεπίδραση κλιµάκων (3/3) Θαλάσσια και απόγειος αύρα Τοπικές συγκεντρώσεις επηρεάζονται από φαινόµενα περιφερειακής κλίµακας. Τοπικά συστήµατα κυκλοφορίας επιδρούν στην αστική ποιότητα αέρα Περιδινήσεις αέρα που προκαλούνται από την ίδια την πόλη επηρεάζουν τη διασπορά ρύπων. Συγκεντρώσεις σε σηµεία αιχµής εξαρτώνται από φαινόµενα στην κλίµακα «αστικών χαραδρών». πηγή: Lutgens et al. leeward side Roof level wind Background pollution Air exchange direct plume recirculating air windward side πηγή: Britter Αστική νησίδα θερµότητας οµή οµιλίας Παράγοντες που επιδρούν στην αστική ποιότητα αέρα (1/) Μετεωρολογικές συνθήκες (ταχύτητα / διεύθυνση ανέµου, θερµοκρασία, ηλιακή ακτινοβολία) Εισαγόµενη ρύπανση (συγκεντρώσεις ρύπων περιφερειακού υποβάθρου) Εκποµπές ρύπων (από κυκλοφορία, βιοµηχανία, οικιακές χρήσεις και άλλες πηγές) Γεωµετρικά χαρακτηριστικά αστικού περιβάλλοντος (π.χ. µέσο ύψος των κτιρίων µιας πόλης, η µέση απόσταση µεταξύ τους κτλ.) Παράγοντες που επιδρούν στην αστική ποιότητα αέρα (/) Χαρακτηριστικά αστικής δοµής: Πυκνότητα και κατανοµή πληθυσµού Χρήσεις γης, αλληλεπίδραση και εγγύτητα αυτών Συνεκτικότητα: πυκνότητα οδικού δικτύου Βαθµός πολυκεντρισµού: διαβαθµίσεις πυκνότητας, απόσταση πληθυσµού από επιχειρηµατικές ζώνες, διακριτά κέντρα πληθυσµού σε γειτνίαση µε ακάλυπτες εκτάσεις γης 3
Συγκριτική θεώρηση τριών υποθετικών πόλεων Εκτεταµένη Πόλη Πόλη- ιάδροµος Συµπαγής Πόλη Πράσινο Ύπαιθρος Προάστια Αστική περιοχή Συµπαγής πόλη Χαρακτηριστικά πυκνοκατοίκηση υψηλή συνεκτικότητα ποικίλες χρήσεις γης και συγκροτήµατα κατοικιών σε συγκριτικά στενό χώρο Πλεονεκτήµατα χαµηλότερη κατανάλωση ενέργειας ασθενέστερο φαινόµενο αστικής νησίδας θερµότητας θετική απόκριση σε έντονες κλιµατολογικές συνθήκες µικρότερος αριθµός µετακινήσεων εντός συντοµότερου χρόνου Χαρακτηριστικά χαµηλή πυκνότητα πληθυσµού απουσία αυστηρής οριοθέτησης µεταξύ οικοδοµήσιµου και υπαίθριου χώρου Πλεονεκτήµατα παροχή άφθονου χώρου µεταξύ υπαίθριου χώρου και αστικής περιοχής Χαρακτηριστικά πυκνή κατοίκηση σε θύλακες ανάπτυξη σε µορφή γραµµικων διαδρόµων εκτεταµένες υποδοµές µέσων µεταφοράς Μειονέκτηµα αυξηµένη συχνότητα και χρονική διάρκεια µετακινήσεων Εκτεταµένη πόλη Πόλη- ιάδροµος Μελέτη αστικής ποιότητας αέρα Εκτίµηση επιπέδων συγκεντρώσεων NO και Ο 3 για συγκρίσιµες πόλεις των τριών τύπων (συµπαγής, εκτεταµένη, διάδροµος). Πληθυσµός κάθε πόλης: 3 εκατ. κάτοικοι Πυκνότητα πληθυσµού κάτοικοι / km για τη συµπαγή, 8 κάτοικοι / km για την εκτεταµένη και 3 κάτοικοι / km για τους θύλακες του διαδρόµου Προσοµοίωση ενός 4ώρου θερινής περιόδου για περιοχή km µε km οριζόντια διακριτότητα Υπολογισµοί έγιναν από την οµάδα του καθ. Borrego (Aveiro) Υπολογισµός εκποµπών οδικής κυκλοφορίας Αποτελέσµατα ως προς τις εκποµπές NO x και πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) Οι απολύτως υψηλότερες εκποµπές υπολογίζονται για την Πόλη- ιάδροµο. Στην Εκτεταµένη Πόληεµφανίζονται οι ελάχιστοι ρυθµοί εκποµπών ανά µονάδα επιφανείας. ΗΣυµπαγής Πόλη διακρίνεται για τις χαµηλότερες εκποµπές ρύπων ανά κάτοικο. Ολόγοςεκποµπών VOCs : NO x διαφέρει από πόλη σε πόλη λόγω των διαφορετικών ταχυτήτων των οχηµάτων συναρτήσει των χρήσεων γης. 4
Αποτελέσµατα ως προς τις συγκεντρώσεις ρύπων (1/6) Αποτελέσµατα ως προς τις συγκεντρώσεις ρύπων (/6) Μέγιστη συγκέντρωση ΝΟ (λόγος προς το υπόβαθρο) 5 45 4 35 3 5 15 1 5 ΝΟ Συµπαγής Πόλη Πόλη- ιάδροµος Εκτεταµένη Πόλη 8 9 1 11 1 13 14 15 16 17 18 19 1 Ώρα Μέγιστη συγκέντρωση Ο 3 (λόγος προς το υπόβαθρο) 3,5 1,5 1,5 O 3 Συµπαγής Πόλη Πόλη- ιάδροµος Εκτεταµένη Πόλη 8 9 1 11 1 13 14 15 16 17 18 19 1 Ώρα Αποτελέσµατα ως προς τις συγκεντρώσεις ρύπων (3/6) Εκτεταµένη πόλη Συµπαγής πόλη Πόλη- ιάδροµος Αποτελέσµατα ως προς τις συγκεντρώσεις ρύπων (4/6) Στην Εκτεταµένη πόλη παρατηρούνται υψηλότερες συγκεντρώσεις O 3 µεταξύ 1 µ. και 4 µµ. ΗΠόλη- ιάδροµος χαρακτηρίζεται από τις υψηλότερες τιµές συγκεντρώσεων NO. ΗΣυµπαγής πόλη διακρίνεται από τις χαµηλότερες µέγιστες τιµές O 3. Και στις τρεις περιπτώσεις τα επίπεδα NO προκύπτουν µέγιστα στα κέντρα των πόλεων. Η ποιότητα αέρα είναι βέλτιστη στη Συµπαγή πόλη (χαµηλότερες συγκεντρώσεις σε µικρότερης έκτασης περιοχές). οµή οµιλίας Η κατάσταση στην Ελλάδα Αθήνα (1/3) 5
Αθήνα (/3) Παράδειγµα εκτεταµένης αστικής δοµής Αθήνα (3/3) Εκτεταµένη αστική δοµή Πληθυσµός >3,5 εκατοµ. κάτοικοι, πυκνότητα πληθυσµού κέντρου πολεοδοµικού συγκροτήµατος ~3. κάτοικοι/km² Συνολική έκταση λεκανοπεδίου 145 km, έκταση πυκνοδοµηµένης περιοχής 544 km, έκταση στο κέντρο πολεοδοµικού συγκροτήµατος ~1 km. έκταση εµπορικού κέντρου 3,86 km Η αστική εξάπλωση επεκτείνεται µε ταχείςρυθµούς κυρίως προς τα Βόρεια και Ανατολικά Αύξηση Ι.Χ. από 8. σε 1.4. σε µια δεκαετία 84,7% της κυκλοφορίας µε Ι.Χ., 6,3 εκ. µετακινήσεις / µέρα Θεσσαλονίκη (/3) Παράδειγµα συνδυασµού συµπαγούς δοµής και πόλης-διαδρόµου Θεσσαλονίκη (1/3) Ελληνικές πόλεις Θεσσαλονίκη (3/3) Συµπαγής δοµή σε συνδυασµό µε χαρακτηριστικά πόλης-διαδρόµου Πληθυσµός ~1 εκατοµ. κάτοικοι Μεγάλη πυκνότητα πληθυσµού: ~ 4. κάτοικοι/km² στο κέντρο του πολεοδοµικού συγκροτήµατος (~18 km ) 1,6 εκ. µετακινήσεις / µέρα Κύριες κυκλοφοριακές αρτηρίες διάδροµοι ενώνουν: Το ανατολικό µε το δυτικό τµήµα της πόλης Μικρότερα αστικά κέντρα µεταξύ τους και µε το κυρίως κέντρο του αστικού πολεοδοµικού συγκροτήµατος οµή οµιλίας 6
Παράγοντες που επιδρούν στην ποιότητα αέρα σε σηµεία αιχµής(1/ (1/) Τοπικές µετεωρολογικές συνθήκες (ταχύτητα / διεύθυνση ανέµου, θερµοκρασία, ηλιακή ακτινοβολία) Μέση αστική ρύπανση (συγκεντρώσεις ρύπων αστικού υποβάθρου) Εκποµπές ρύπων στην «αστική χαράδρα» (λόγω της τοπικής κυκλοφορίας) Μηχανισµό διασποράς σε αστικές χαράδρες που συναρτάται µε το πεδίο ροής που αναπτύσσεται σε αυτές. Παράγοντες που επιδρούν στην ποιότητα αέρα σε σηµεία αιχµής(/) Ο µηχανισµός διασποράς εξαρτάται από τη γεωµετρία του δρόµου αστικής χαράδρας (ύψος κτιρίων, πλάτος & µήκος δρόµων και προσανατολισµός αυτών) σχήµα στέγης, ύπαρξη µπαλκονιών η όχι, κτλ. Λεπτοµερέστερα, στο µηχανισµό διασποράς επιδρούν οι αδιάστατες παράµετροι λόγος W/H πλάτους δρόµου W προς το ύψος των κτιρίων Η λόγος W/L πλάτους δρόµου W προς το µήκος L λόγος Η 1 /Η ύψους κτιρίων στην προσήνεµη καιτην απάνεµη πλευρά της αστικής χαράδρας Πηγή: A. Huber, EPA/RTP Πηγή: A. Huber, EPA/RTP Επίδραση του λόγου W/H και της µεταφοράς θερµότητας (1/3 /3) I. W/H = 1.5 Z(m) Ισοθερµική περίπτωση «θερµός» απάνεµος τοίχος Χ (m) «θερµός» προσήνεµος τοίχος Πηγή: A. Huber, EPA/RTP 7
Επίδραση του λόγου W/H και της µεταφοράς θερµότητας (/3) II. W/H =.8 Επίδραση του λόγου W/H και της µεταφοράς θερµότητας (3/3) ΙΙI. W/H =.4 Z(m) Ισοθερµική περίπτωση «θερµός» απάνεµος τοίχος «θερµός» προσήνεµος τοίχος Z(m) Ισοθερµική περίπτωση «θερµός» απάνεµος τοίχος «θερµός» προσήνεµος τοίχος Χ (m) Χ (m) Επίδραση του λόγου πλάτος δρόµου / ύψος κτιρίων (W/H) στις συγκεντρώσεις ρύπων Σειρά προσοµοιώσεων σε Επίδραση του λόγου W/L (1/3) I. W/L =.33 Μέση αδιάστατη συγκέντρωση (C*) 3 5 15 1 5.3.5.7.9 1.1 1.3 1.5 Πλάτος δρόµου / Ύψος κτιρίων Επίδραση του λόγου W/L (/3) Επίδραση του λόγου W/L (3/3) II. W/L =.165 III. W/L =.11 8
Επίδραση του λόγου πλάτος / µήκος δρόµου (W/L) στις συγκεντρώσεις ρύπων Σειρά προσοµοιώσεων σε σε 3, διεύθυνση ανέµου κάθετη στον άξονα συµµετρίας, δρόµος µε λόγο W / H =.4 Παράδειγµα µηχανισµού διασποράς και πεδίου ροής υπό διαφορετικές διευθύνσεις του επερχόµενου ανέµου I. WD = 11 o II. WD = 9 o Μέση αδιάστατη συγκέντρωση C* 3 8 4 16 1 8 4.5.1.15..5.3.35.4.45 Πλάτος δρόµου / µήκος δρόµου Επίδραση του προσανατολισµού των δρόµων ρύπων στις συγκεντρώσεις ρύπων Σειρά προσοµοιώσεων σε σε 3, προσανατολισµός Βορράς Νότος, δρόµος µε λόγο W / H =.4 Επίδραση µπαλκονιών Μέση αδιάστατη συγκέντρωση C* 3 8 4 16 1 8 4 4 6 8 1 ιεύθυνση ανέµου ( ο ) Z(m) Χ (m) Σύνοψη αποτελεσµάτων ως προς την ποιότητα αέρα σε σηµεία αιχµής Στο πολύπλοκα δοµηµένο αστικό περιβάλλον πρέπει να αναµένουµε αυξηµένες συγκεντρώσεις ρύπων σε µακριούς και στενούς δρόµους (µικρό W/L & W/H). Αυτό οφείλεται στη δυσχερέστερη ανανέωση του αέρα και διασπορά ρύπων µέσα σε τέτοιου είδους δρόµους. Τα φαινόµενα µεταφοράς θερµότητας µπορούν επίσης επηρεάσουν το µηχανισµό διασποράςκυρίωςµέσα σε πολύ «στενές» αστικές χαράδρες. Η ύπαρξη µπαλκονιών µπορεί να επηρεάσει σε µεγάλο βαθµό αρνητικά την ποιότητα του αέρα σε µια αστική περιοχή, λόγω εγκλωβισµού των αερίων ρύπων και δυσχερειών στη διασπορά τους. οµή οµιλίας Η κατάσταση στη Θεσσαλονίκη 9
Γεωµετρικά χαρακτηριστικά οδών στη Θεσσαλονίκη (µέσες τιµές) Ο ΟΣ 5 Μαρτίου ( ελφών ως Σόλωνος) 5 Μαρτίου (Στρωµνίτσης ως Μακεδονίας) Εγνατία (Χαλκέων ως Βενιζέλου Ελ) Βενιζέλου Ελ (Φιλίππου ως Μπαλταδώρου) Ερµού (Καρόλου Ντηλ ως Αγίας Σοφίας) Καρόλου Ντηλ (Τσιµισκή ως Μητροπόλεως) Καραολή & ηµητρίου (Πηνειού ως Γλαδστώνος) Λαµπράκη Γρ (Τσιαπάνου ως Προδρόµου) ΜΗΚΟΣ (m) 48 6 87 4 93 69 9 91 ΠΛΑΤΟΣ (m) 14 5 3 18 43 13 1 6 ΥΨΟΣ (m) 15 19 8 5 8 5 5 16 ΓΩΝΙΑ ( ο ) 7 7 15 35 13 39 85 113 ΕΝ. ΛΩΡΙ ΕΣ 6 1 1 ΠΛΑΤΟΣ/ ΥΨΟΣ.93 1.3 1.14.7 1.54.5.84 1.63 Επίδραση του λόγου πλάτος δρόµου / ύψος κτιρίων (W / H) στις συγκεντρώσεις ρύπων Μέση αδιάστατη συγκέντρωση (C*) 3 5 15 1 5 Σειρά προσοµοιώσεων σε ελάχιστη τιµή W/H µέση τιµή στη Θεσ. εναλλακτική γεωµετρία.3.5.7.9 1.1 1.3 1.5 Πλάτος δρόµου / Ύψος κτιρίων Περραιβού Χρ (Πανταζίδη ως Καπετάν Ντόγρα) 44 5 16 34 1.56 5-3% µείωση πρόσθετης ρύπανσης στο σηµείο αιχµής Συµπεράσµατα Τα φαινόµενα που επηρεάζουν την ποιότητα αέρα σε µια αστική περιοχή είναι πολύπλοκα. Γι αυτό το λόγο επιβάλλεται η διενέργεια ολοκληρωµένων µελετών: Σε επίπεδο πόλης, προς συνεκτίµηση κατά τον αστικό σχεδιασµό της επίδρασης του τελευταίου στην ποιότητα αέρα, µε κύρια παράµετρο τις εκποµπές οδικής κυκλοφορίας. Σε τοπικό επίπεδο δρόµου αστικής χαράδρας, προς συνεκτίµηση κατά την επιλογή των γεωµετρικών χαρακτηριστικών της επίδρασης των τελευταίων στο µηχανισµό διασποράς και εξαερισµού, ή µε άλλα λόγια προς αποφυγή φαινοµένων εγκλωβισµού των εκπεµπόµενων ρύπων. Ευχαριστίες Στην προετοιµασία της παρουσίασης συνέβαλαν οι συνεργάτες του Εργαστηρίου: Φώτης Μπάρµπας Χρήστος Νανέρης Ιωάννης Ντούρος Λόρα Σλίνη Λία Φράγκου Ευχαριστώ και όλους εσάς για την προσοχή σας! 1