Annual-cycle assessment of street orientation effects on outdoor thermal comfort in a hot-summer cold-winter district

Stel je je stad voor als een gigantische, open buitenwoonkamer waar de meubels gebouwen zijn en de vloer het trottoir. Net zoals je het koud kunt hebben als je in een tochtige hoek zit of kunt zweten onder een directe lamp, voelen mensen die door een straat lopen verschillende temperaturen, afhankelijk van hoe de gebouwen om hen heen zijn gerangschikt. Dit is de wereld van "stedelijke microklimaten"—de kleine, lokale weersystemen die worden gecreëerd door onze straten en pleinen. Een belangrijke speler in dit verhaal is "buiten thermisch comfort", wat gewoon een chique manier is om te vragen: "Is het op dit moment aangenaam om buiten te staan?" Als de zon je staat te bakken, is het oncomfortabel; als een koele bries door een muur wordt gevangen, is dat geweldig. Maar hier komt het lastige deel: de zon beweegt. Hij schijnt anders in de zomer dan in de winter, en de hoek verandert elk uur van de dag. De meeste wetenschappers hebben alleen gekeken naar hoe straten aanvoelen op een enkele, hete zomerdag, alsof je alleen het weer controleert op de heetste dinsdag van juli. Maar het echte leven speelt zich het hele jaar door af, en een straat die perfect aanvoelt in juli, kan aanvoelen als een ijskast in januari. Begrijpen hoe je straten ontwerpt die het het hele jaar door goed doen, is het grote puzzelstuk dat dit artikel probeert op te lossen.

De onderzoekers achter deze studie besloten te stoppen met gissen en begonnen de hele jaar door te simuleren voor een historisch gebied genaamd Yuhou Street in Chenzhou, China. Deze stad ligt in een "Hete Zomer - Koude Winter"-zone, wat betekent dat het verzengend heet is in de zomer en ijskoud in de winter, waardoor de ontwerpopgave extra moeilijk wordt. Normaal gesproken zou het controleren van het weer voor elk afzonderlijk uur van een heel jaar (dat zijn er 8.760!) een computer zo lang laten rekenen dat stadsplanners zouden opgeven en naar huis zouden gaan. Om dit te omzeilen, gebruikte het team een slimme wiskundige truc genaamd een "Fourier harmonic regression algoritme". Denk hierbij aan een muziekcompressor: in plaats van een hele symfonie van 8.760 uur aan weergegevens te beluisteren, kiest het algoritme de 12 belangrijkste "noten" (of representatieve dagen) die het ritme van het hele lied vangen.

Met behulp van deze 12 speciale dagen voerde het team 48 computersimulaties uit om te zien hoe vier verschillende straatrichtingen—Noord-Zuid, Oost-West, Noordoost-Zuidwest en Noordwest-Zuidoost—het hele jaar door aanvoelden. Ze keken niet alleen naar de temperatuur; ze brachten "thermische perceptie" (hoe warm of koud het voelt) en "autonomie" (hoe vaak de straat comfortabel is zonder hulp nodig te hebben) in kaart.

De resultaten van deze simulaties onthulden een duidelijke winnaar en een duidelijke verliezer. De Noordoost-Zuidwest oriëntatie bleek de "Goldilocks"-richting te zijn. Het was niet te heet in de zomer en niet te koud in de winter; het was precies goed. Deze lay-out slaagde erin om een balans te vinden tussen de behoefte aan schaduw tijdens de bloedhete zomermaanden en de behoefte aan zonlicht tijdens de koude winterdagen, wat de beste compromis maakte voor het hele jaar. Aan de andere kant was de Oost-West oriëntatie de boelmaker. In deze simulaties vertoonde deze de hoogste kans op thermisch ongemak en bevond deze zich veel tijd in een staat van "niet-autonomie", wat betekent dat het vaak te oncomfortabel was voor mensen om ervan te genieten zonder enige interventie.

Uiteindelijk suggereert deze studie dat door deze nieuwe, snellere manier te gebruiken om een heel jaar aan weer te simuleren, stadsontwerpers slimmere keuzes kunnen maken. In plaats van alleen te ontwerpen voor een enkele zomerdag, kunnen ze deze methode gebruiken om straatlay-outs te vinden die mensen het hele jaar door comfortabel houden, specifiek in regio's die schommelen tussen extreme hitte en kou.