Modelleren op straatniveau Luchtkwaliteit, microklimaat en stedelijk groen Computermodellen worden meer en meer gebruikt als hulpmiddel bij het ontwerpen van een duurzame leefomgeving binnen de stad. Een typische eigenschap van computermodellen is dat ze ontwikkeld zijn voor een bepaald schaalniveau. Voor sommige toepassingen is het noodzakelijk in te zoomen tot op het niveau van individuele straten en gebouwen. Dit noemen we het microschaal niveau. Microschaal modellen worden vooral toegepast om te onderzoeken hoe zeer lokale maatregelen de leefomgeving in de directe omgeving kunnen verbeteren. Stedelijke planners die onderzoeken hoe geluidsschermen voetgangers en fietsers kunnen afschermen van de verkeersemissies is een typisch microschaal voorbeeld. VITO heeft de laatste jaren veel onderzoek gedaan naar luchtkwaliteit op microschaal aan de hand van CFD (Computational Fluid Dynamics) modellen. Een belangrijke focus is de relatie tussen luchtkwaliteit en stedelijk groen. Sinds kort werkt VITO ook aan een microschaal CFD model om het stedelijk klimaat en bijbehorende adaptatiemaatregelen te simuleren. In de toekomst wil VITO dus naast luchtkwaliteit ook de richting van stedelijk klimaat uitgaan. Dit document geeft een overzicht een aantal microschaal projecten waaraan VITO de laatste 5 jaar gewerkt heeft. Project portfolio 2007-2013 Peter Vos Stijn Janssen peter.vos@vito.be stijn.janssen@vito.be http://www.vito.be 1
1 Innovatie Programma Luchtkwaliteit (IPL) IPL voorstudie: Update en gevoeligheidsanalyse van de vegetatiemodule in het ENVI-met model Opdrachtgever Rijkswaterstaat (NL) Periode Juni 2007 December 2007 Budget 30.000 In dit project werd een voorstudie uitgevoerd ter voorbereiding van het IPL pilootproject Vegetatie langs rijkswegen. De impact van verschillende vegetatieprofielen op de luchtkwaliteit werden modelmatig bestudeerd en de vegetatiemodule van ENVI-met werd verder uitgebouwd. 2
z z IPL: Impact van vegetatie langs snelwegen: Analyse ECN meetcampagne Opdrachtgever Rijkswaterstaat (NL) Periode Januari 2008 Juli 2008 Budget 50.000 Met behulp van het ENVI-met model werd een modelanalyse uitgevoerd van de ECNmeetcampagne in 2006 langs de A50 te Vaassen (NL). Op basis van deze analyse werd het effect bepaald van vegetatie op de luchtkwaliteit langs snelwegen. IPL: Flora Vegetatie voor een betere luchtkwaliteit Opdrachtgever Stadsregio Arnhem Nijmegen (NL) Periode September 2008 December 2009 Budget 85.000 Het ENVI-met model werd ingezet om de impact van vegetatie op de luchtkwaliteit langs snelwegen te bestuderen. Hiervoor werd de meetcampagne langs de A50 te Valburg (NL) geanalyseerd voor een set van representatieve dagen en nachten. rel PM 10 % 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1 60 40 20 rel PM 10 % 1.9 1.6 1.3 1 0.7 0.4 0.1-0.2-0.5-0.8 0 0 50 100 150 200 x 60 40 Mean_IPL2_D4_20080828_Den_XZslice33_DeltaRel 20 0 0 50 100 150 200 x Mean_IPL2_N1_20081119_Den_XZslice33_DeltaRel 3
2 Waalre (NL) Modelanalyse ter optimalisatie van lokale luchtkwaliteitsmaatregelen te Waalre (NL) Opdrachtgever Gemeente Waalre (NL) Periode Mei 2009 September 2009 Budget 20.000 Met behulp van het ENVI-met model werd een street canyon in het centrum van Waalre (NL) gemodelleerd. Verschillende maatregelen, waaronder het inzetten van groenbuffers, ter verbetering van de locale luchtkwaliteit werden modelmatig geëvalueerd. 4
3 Maatregelen om de impact van verkeer op de luchtkwaliteit te verminderen Mogelijkheden integratie lokale luchtverontreiniging door verkeer in ruimtelijke instrumenten Opdrachtgever Departement Leefmilieu, Natuur & Energie (LNE) Vlaamse overheid Periode Augustus 2009 Januari 2010 Budget 30.000 In dit project werd de luchtkwaliteit in verschillende typische street canyon configuraties bestudeerd. Hierbij werd o.a. ingezoomd op het effect van vegetatie in nauwe straten en langs (snel)wegen. bron: http://www.lne.be/beelden-en-documenten/impact_verkeer.pdf 5
4 CLIMAQS Climate Impact and Air Quality Modelling for Policy Support Opdrachtgever IWT (agentschap voor Innovatie door Wetenschap en Technologie) Vlaanderen Periode Januari 2009 December 2012 Budget 250.000 Binnen dit 4-jarig onderzoeksproject bestudeert VITO samen met Universiteit Leuven en Universiteit Antwerpen de interactie tussen vegetatie en atmosfeer. In één van de werkpakketten wordt de vegetatiemodule van het ENVI-met model verder uitgebouwd en toegepast voor een aantal case studies in Antwerpen en Gent. 6
5 groenschermen Roeselare Optimalisatie groenschermen Roeselare Opdrachtgever Resoc-Serr Midden-West-Vlaanderen Periode Januari 2011 Oktober 2011 Budget 20.000 In deze studie werd het effect van groenbuffer langs industriële sites op de luchtkwaliteit bepaald. Voor twee geplande industriële sites in Roeselare en Ingelmunster werd aan de hand van het CFD model ENVI-met een doorrekening gemaakt van de situatie met en zonder groenbuffer. Daarnaast werden ook variaties in de groenbuffer doorgerekend. Op basis van de modelberekeningen kon worden aangetoond dat groenbuffer een bescheiden maar positief effect hebben op de fijn stof concentraties in de omgeving van industriële sites. Hoe groter en massiever de buffers zijn, hoe groter de positieve impact is op de luchtkwaliteit. 7
6 Functioneel groen Modellering van het effect van wegbegeleidend luchtgroen op de luchtkwaliteit Opdrachtgever Bureau Ecologie en Landbouw Wageningen (NL) Periode Oktober 2011 December 2012 Budget 120.000 In deze studie werd het effect van wegbegeleidend groen op de luchtkwaliteit in de binnenstad onderzocht aan de hand van het CFD model ENVI-met. Het project was opgedeeld in twee delen. In het eerste deel werd een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd waarin onderzocht werd hoe verschillende parameters (groentype, -afmetingen en -eigenschappen) de effectiviteit van het wegbegeleidend groen beïnvloeden. In het tweede deel werd de luchtkwaliteitimpact van 20 door stadsplanners ontwikkelde groenontwerpen doorgerekend. Anders dan men intuïtief zou verwachten, bleek uit deze studie dat wegbegeleidend groen veeleer een negatieve dan een positieve impact heeft op de lokale luchtkwaliteit. De modelresultaten tonen aan dat dit komt doordat bomen en andere soorten groen de windsnelheid verlagen waardoor er minder aanstroom is van verse lucht en de concentraties lokaal verhogen 8
7 Vaartkom Leuven Doorrekening Leuven-Vaartkom en het potentieel van "Functioneel Groen" op de luchtkwaliteit Opdrachtgever Stad Leuven Periode Oktober 2011 November 2012 Budget 20.000 Met het CFD-model Envi-MET werd de luchtkwaliteit van de toekomstige Leuvense stadswijk Vaartkom in kaart gebracht. Naderhand werden een aantal scenario's (groenscenario, geluidsschermen, andere snelheden) geevalueerd. 9
8 Schermwoningen Nieuw-Zurenborg Schermwoningen Nieuw Zurenborg: impact op luchtkwaliteit Opdrachtgever Antea Groep Periode Februari 2012 Maart 2012 Budget 20.000 In dit project wordt een bijkomend onderzoek uitgevoerd in het kader van de milieueffecten rapportage rond de ontwikkeling van de Nieuw-Zurenborg wijk in Antwerpen. In de studie wordt nagegaan wat het effect is van het bouwen van schermwoningen op de lokale luchtkwaliteit. Hiervoor wordt een CFD analyse uitgevoerd aan de hand van het ENVI-met model. Omdat het onmogelijk is om met dergelijk CFD model een gans jaar door te rekenen (teneinde het jaargemiddelde te bekomen) wordt een benadering aan de hand van een meteostatistiek toegepast. De resultaten van de CFD modellering wordt gecombineerd met toekomstprognoses voor de stedelijke luchtkwaliteit (op basis van het IFDM model) voor de zichtjaren 2015 en 2020, teneinde een inschatting te bekomen van het effect van de schermwoningen in de nabije en middellange toekomst. 10
9 ATMOSYS Climate Impact and Air Quality Modelling for Policy Support Opdrachtgever Life+ (Europese Commissie) Periode September 2010 Augustus 2013 Budget 500.000 Samenvatting: In dit Life+ demonstratieproject wordt gefocust op de mogelijkheden van luchtkwaliteitmodellering ter ondersteuning van het locale en regionale luchtkwaliteitsbeleid. De uitbouw en toepassing van het ENVI-met model vormen hierin een belangrijke pijler. 11
10 Stedelijk klimaat A multi-scale analysis of the urban heat island effect: From city averaged temperatures to the energy demand of individual buildings Opdrachtgever VITO/TU Eindhoven Periode Januari 2013 Januari 2017 Budget - By using CFD modelling techniques to study the UHI effect on the micro-scale, we aim to bridge the gap between the urban scale on one side and the building scale and the human person scale on the other side. Bridging this gap is essential in order to deterministically (rather than statistically) assess the implications of the urban heat island effect on the building energy consumption/human health from a building-specific/humanspecific point of view. This should allow for a scientifically based design and assessment of urban climate adaptation measures. As such, at the end of the project we want to be able to answer questions such as: How severe would future outdoor thermal comfort be affected with the climate change and the UHI effect? What would be the effect of climate change adaptation measures on the outdoor thermal comfort levels? What are the future effects of the climate change and the urban heat islands on the building energy demand levels and on the indoor thermal comfort? 12