Comment les bâtiments contribuent au chauffage urbain pendant les canicules

La science

Des recherches antérieures ont montré que les vagues de chaleur et les îlots de chaleur urbains se renforcent mutuellement. Ces îlots de chaleur sont des concentrations de bâtiments, de zones pavées et d’autres surfaces qui absorbent et retiennent la chaleur. Les émissions de chaleur des bâtiments sont une partie importante de cet effet d’îlot de chaleur. Les chercheurs doivent donc comprendre l’interaction des microclimats urbains et de ces émissions de chaleur des bâtiments. Une nouvelle recherche a développé une méthode pour modéliser l’énergie des bâtiments urbains et la chaleur d’origine humaine associée pendant les vagues de chaleur à l’échelle de la ville. Les chercheurs ont utilisé la méthode pour examiner la variation dans le temps et dans l’espace des émissions de chaleur résiduelle des bâtiments de Los Angeles. L’étude a intégré le type de bâtiment, le microclimat urbain et les conditions climatiques à grande échelle.

L’impact

La méthode fournit une représentation haute résolution de la façon dont les bâtiments contribuent aux îlots de chaleur pendant les vagues de chaleur. Il détaille à la fois l’ampleur et la distribution de ces effets de chauffage. La simulation indique que la chaleur se dispersant des bâtiments vers l’environnement urbain augmente jusqu’à 20 % pendant une vague de chaleur. La majeure partie de cette chaleur est la chaleur résiduelle de la climatisation. Les résultats de l’étude serviront d’étape fondamentale dans les recherches continues sur la rétroaction entre les changements dans la chaleur résiduelle des bâtiments et les microclimats urbains lors d’épisodes de chaleur extrême.

Sommaire

Le monde connaît des vagues de chaleur plus fréquentes et plus longues. Ces vagues de chaleur constituent une menace sérieuse pour la santé humaine et la stabilité des réseaux électriques. Des études antérieures ont identifié des rétroactions positives entre les vagues de chaleur et les effets d’îlots de chaleur urbains. Les rejets de chaleur des bâtiments et la consommation d’énergie associée ont un effet significatif sur l’environnement urbain, et les chercheurs doivent donc comprendre les effets interactifs du microclimat urbain et des émissions de chaleur des bâtiments sur le bilan énergétique urbain. Dans cette étude, les scientifiques ont développé une approche de simulation couplée pour quantifier ces effets, en cartographiant les données environnementales urbaines générées par le modèle de recherche et de prévision météorologique à mésoéchelle (WRF), couplé au modèle de canopée urbaine (UCM), pour simuler les flux d’énergie des bâtiments urbains. Les scientifiques ont mené une étude de cas à Los Angeles, en Californie, lors d’une vague de chaleur de cinq jours en septembre 2009.

Les chercheurs ont analysé l’augmentation des émissions de chaleur et de la consommation d’énergie des bâtiments à l’échelle de la ville lors de l’épisode de chaleur extrême. Ils ont d’abord simulé le microclimat urbain à haute résolution (500 mètres sur 500) à l’aide de WRF-UCM. Ensuite, ils ont généré des profils d’émission de chaleur des bâtiments au niveau du réseau et les ont agrégés à l’aide de prototypes de modèles énergétiques de bâtiments informés par des données spatialement désagrégées sur l’utilisation des terres urbaines et la densité des bâtiments urbains. Ils ont analysé les schémas spatiaux des rejets de chaleur anthropiques du secteur du bâtiment. Ils ont également évalué la relation quantitative avec les conditions météorologiques et la dynamique de l’utilisation des terres urbaines au niveau de la grille. Les résultats de la simulation indiquent que pendant une vague de chaleur, une augmentation de la consommation d’énergie des bâtiments s’ensuit et que le rejet de chaleur perdue anthropique des bâtiments dans l’environnement augmente jusqu’à 20 % en moyenne, variant considérablement, à la fois dans le temps et dans l’espace. . Notamment, l’utilisation de la climatisation dans les bâtiments s’intensifie, et les rejets de chaleur à l’extérieur des bâtiments contribuent à la majeure partie (86,5 %) de la chaleur résiduelle totale transférée à l’environnement urbain environnant. L’étude a également révélé que le rejet de chaleur résiduelle dans les zones urbaines denses de l’intérieur des terres est plus sensible aux événements extrêmes que dans les zones côtières ou suburbaines. Les profils de chaleur anthropiques générés peuvent être utilisés dans des modèles de microclimat urbain pour fournir une estimation plus précise des augmentations de température de l’air urbain pendant les vagues de chaleur.