Информационные технологии для расчета антропогенного потока тепла в условиях городской застройки

Современные города сталкиваются с необходимостью эффективного управления энергоресурсами и минимизацией воздействия человеческой деятельности на окружающую среду. Одним из значимых аспектов антропогенного воздействия является тепловой поток, порождаемый зданиями, транспортом и промышленностью. В статье представлен комплекс программ для оценки антропогенного потока тепла (АПТ), вызванного теплопотерями зданий в отопительный период. Исследование основано на пространственной геометрической модели города, построенной с использованием данных OpenStreetMap. Теплофизические свойства ограждающих конструкций и удельные характеристики расхода тепловой энергии получены из строительных норм. Предложенный метод включает этапы моделирования зданий, фильтрации, дополнения информации из Яндекс Карт и ГИС ЖКХ, устранения коллизий, присвоения удельных характеристик и расчета АПТ. Реализация метода осуществлена через скрипты для платформы Rhinoceros, известной своим широким функционалом и визуальной средой программирования Grasshopper. Предложенный подход позволяет эффективно анализировать и визуализировать антропогенный поток тепла в городах, что является ключевым шагом в разработке стратегий устойчивого управления энергоресурсами и снижения негативного воздействия на окружающую среду.

1. Varentsov M., Konstantinov P., Baklanov A., Esau I., Miles V., Davy R. Anthropogenic and natural drivers of a strong winter urban heat island in a typical Arctic city // Atmos. Chem. Phys. 2018. Vol. 18(23). Р. 17573–17587. DOI: 10.5194/acp-18-17573-2018

2. Varentsov M., Samsonov T., Demuzere M. Impact of Urban Canopy Parameters on a Megacity’s Modelled Thermal Environment // Atmosphere. 2020. Vol. 11(12).

3. Hidalgo J., Masson V., Baklanov A., Pigeon G. and Gimeno L. Advances in Urban Climate Modeling // Annals of the New York Academy of Sciences. 2008. Vol. 1146(1). P. 354–374. DOI: 10.1196/annals.1446.015

4. Chen W., Zhou Y., Xie Y., Chen G., Ding K. J., & Li D. Estimating spatial and temporal patterns of urban building anthropogenic heat using a bottom-up city building heat emission model // Resources, Conservation and Recycling. 2022. Vol. 177. DOI: 10.1016/j.resconrec.2021.105996

5. Jin LX., Schubert S., Fenner D., Meier F., & Schneider C. Integration of a Building Energy Model in an Urban Climate Model and its Application // Boundary-Layer Meteorology. 2021. Vol. 178(2). Р. 249–281. DOI: 10.1007/s10546-020-00569-y

6. Фролькис В. А., Гинзбург А. С., Евсиков И. А. Оценка антропогенного потока тепла, создающего городской покрывающий слой, на основе «OpenStreetMap» // Атмосферная радиация и динамика (МСАРД–2021): Сб. тр. Международ. симпозиума, СПб., 29 июня – 02 июля 2021 года. СПб.: ВВМ, 2021. С. 128–134.

7. Фролькис В. А., Евсиков И. А., Мовсесова Л. В., Мотылев А. Д. Моделирование антропогенного потока тепла и острова тепла в мегаполисах России // Атмосферная радиация и динамика (МСАРД–2023): Сб. тр. Международ.о симпозиума, СПб., 21–24 июня 2023 года. СПб.: ВВМ, 2023. С. 197–201.

8. Гинзбург А. С., Евсиков И. А., Фролькис В. А. Зависимость антропогенного потока тепла от температуры воздуха (на примере Санкт-Петербурга) // Известия РАН. Сер.: Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57, № 5. С. 526–538. DOI: 10.31857/S0002351521050060

9. Фролькис В. А. Евсиков И. А. Гинзбург А. С. Моделирование антропогенного потока тепла в течение отопительного периода в крупных городах России // Известия РАН. Сер.: Физика атмосферы и океана. 2024. (в печати)

10. Фролькис В. А., Евсиков И. А. Оценка антропогенного потока тепла в течение отопительного периода в городах Российской Федерации с населением не менее полумиллиона человек // Тр. Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова. 2024. (в печати)

11. Левенштейн В. И. Двоичные коды с исправлением выпадений, вставок и замещений символов // Докл. АН СССР. 1965. Т. 163 (4). С. 845–848.

12. Guttman А. R-Trees: A Dynamic Index Structure for Spatial Searching // ACM SIGMOD International Conference on Management of Data. ACM. 1984. Vol. 14. Р. 47–57.

13. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02- 2003. М.: Минрегион России, 2012. 96 с.

14. Фролькис В. А., Евсиков И. А. Расчет антропогенного потока тепла за период отопительного сезона в мегаполисе (на примере Санкт-Петербурга) // ENVIROMIS 2022. Томск: Томский центр научно-технической информации, 2022. С. 395–398.

15. Гинзбург А. С., Белова И. Н., Расплетина Н. В. Антропогенные потоки тепла в городских агломерациях // ДАН. 2011. Т. 439, № 2. С. 256–259.

16. Гинзбург А. С., Докукин С. А. Влияние теплового загрязнения атмосферы на климат города (оценки с помощью модели COSMO-CLM) // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57, № 1. С. 53–66. DOI 10.31857/S0002351521010053

17. Гинзбург А. С., Решетарь О. А., Белова И. Н. Влияние климатических факторов на энергопотребление в отопительный сезон // Теплоэнергетика. 2016. № 9. С. 20–27. DOI: 10.1134/S0040363616080063