Kentsel ısı adası etkisinden etkilenen farklı güneş ışığı maruziyetiyle kentsel yüzeylerde sıcaklık, nem, rüzgar hızı ve karbondioksit değişimlerini ölçmek için basit ve etkili bir çevresel izleme protokolü.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Kentsel ısı adası etkisinden etkilenen farklı güneş ışığı maruziyetiyle kentsel yüzeylerde sıcaklık, nem, rüzgar hızı ve karbondioksit değişimlerini ölçmek için basit ve etkili bir çevresel izleme protokolü.
Kentleşme ve hızlı arazi kullanımı değişiklikleri, kentsel ısı adası etkisini (UHIE) şiddetlendirmiş, bu da yoğun kentsel ortamlarda ortam sıcaklıklarının yükselmesine, nem değişikliğine ve karbondioksit (CO2) birikiminin artmasına yol açmıştır. Bu mikroiklim değişiklikleri sadece termal konforu etkilemekle kalmaz, aynı zamanda dış hava kalitesini ve dolayısıyla iç mekan havalandırma dinamiklerini de etkiler. Uydu uzaktan algılama ve şehir ölçeğindeki hava kalitesi istasyonları gibi mevcut izleme yaklaşımları değerli bilgiler sunar ancak bina düzeyindeki müdahaleleri bilgilendirmek için gerekli cephe düzeyinde mekansal çözünürlükten yoksundur.
Bu çalışma, mikrodenetleyici veri kayıtçılarıyla entegre edilmiş dağınık kızılötesi (NDIR) tabanlı sensörler kullanılarak CO2, sıcaklık ve nem cephesine özgü izlenmesi için tekrarlanabilir ve düşük maliyetli bir protokol sunmaktadır. Sensör modülleri, güneşe maruz kalan ve gölgeli cepheler gibi kontrast termal bölgelere yerleştirilerek 24 saatlik döngü boyunca günlük değişimleri yakalar. Dış mekan tabanCO2 konsantrasyonlarına göre kalibre, sensörler arasında ölçüm doğruluğunu ve karşılaştırılabilirliği sağlar. Yöntem, farklı kentsel biçimlere sahip dört Hint şehrinde doğrulandı. Sonuçlar, yoğun inşa edilmiş bölgelerde bitişik yeşil cephelere kıyasla daha yüksekCO2 konsantrasyonlarını gösterdi; farklar 19 ppm (Pune, Hindistan) ile 78 ppm (Chennai, Hindistan) arasında değişti. Bu gradyanlar, 2 °C'ye kadar yerel sıcaklık artışları ve azalan göreli nem ile ilişkilendirilmiş, bu da UHIE'nin kirletici tutumunu kötüleştirmedeki rolünü doğrulamıştır.
Önerilen protokol, kentsel mikroiklim değerlendirmesi, HVAC optimizasyonu ve çevre sağlığı araştırmaları için ölçeklenebilir ve saha dostu bir yaklaşım sunmaktadır. CO2'nin ötesinde, metodoloji, PM₂.₅, PM₁₀ ve VOC gibi ek hava kalitesi parametrelerini yakalamak için genişletilebilir ve böylece kentsel hava kalitesinin kapsamlı bir değerlendirmesini mümkün kılar. Cephe seviyesinde, gerçek zamanlı içgörüler sunarak bu izleme çerçevesi, sürdürülebilir bina tasarımı, akıllı havalandırma sistemleri ve uzun vadeli iklim dayanıklı kentsel planlama için veri odaklı karar alma süreçlerini destekler.
Kentsel ısı adası etkisi (UHIE), kentsel bölgelerin kırsal çevrelerine kıyasla yüksek sıcaklıklar yaşadığı kalıcı bir iklim olgusudur; bunun esas olarak antropojenik ısı emisyonları, yoğun yüzey malzemeleri ve azalmış bitki örtüsü 1,2,3 nedeniyle. Yüksek kentsel sıcaklıklar, yerel mikroiklimleri değiştirerek rüzgar akışını, nemi ve atmosferdeki CO2 1,4'ün tutulmasını etkiler. Yoğun yapılandırılmış ortamlarda, termal tabakalaşma doğal hava karışımını azaltır ve böylece yaya seviyesinde CO₂ birikimini artırır; bu da hem hava kalitesini hem de halk sağlığını etkiler 5,6.
Kentsel morfoloji, özellikle bina ve mahalle ölçeklerinde mikroklimatik davranışı ve CO2 dinamiklerini güçlü şekildeetkiler 2. Gölgeli ve güneşe maruz kalan cepheler arasındaki güneş maruziyetindeki değişimler, sıcaklık, nem ve kirletici konsantrasyonunda ölçülebilir gradyanlar oluşturur. Uydu ve uzaktan algılama yaklaşımları geniş ölçekli UHIE desenlerini etkili bir şekilde yakalarken, cephe veya bina ölçeğinde yerinde izleme sınırlıkalır 5,6.
Bu ince taneli çözüm, iklim değişikliği UHIE yoğunluğunu artırdıkça giderek kritik hale geliyor. Şehirler, termal ve hava kalitesi risklerini izlemek ve azaltmak için maliyet etkin ve ölçeklenebiliryöntemlere ihtiyaç duyar 4,7,8. Bu boşluğu gidermek için, mevcut çalışma kentsel mikro ortamlarda CO2 dalgalanmalarının mekansal ve zamansal izlenmesi için sensör tabanlı bir protokol sunmaktadır. Düşük maliyetli NDIR CO2 sensörleri ve termo-higrometreler, güneşe maruz kalan ve gölgeli cephelere yerleştirilerek termal maruziyet ve hava akışınınCO2 tutma üzerindeki etkisini değerlendirdi. Veriler, hem yüksek yoğunluklu yapı bölgelerinden hem de yeşil gölgeli alanlardan toplanarak arazi kullanımının emisyon modelleri üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesine olanak sağladı.
Cephe düzeyindeki mikroiklimlere odaklanarak, bu yaklaşım gerçek dünya inşaat koşullarında hava kimyasını etkileyen kritik çevresel gradyanlarıtanımlar. Bulgular, kentsel klimatoloji, hava kalitesi modellemesi, sürdürülebilir mimari ve HVAC tasarımı dahil olmak üzere birçok alana aiddir. Özellikle, CO2 açısından zengin cepheler, araç emisyon noktaları ve kötü havalandırılan bölgelerin tespit edilmesi, hava girişlerinin yerleştirilmesini bilgilendirebilir, pasif havalandırma stratejilerini yönlendirebilir ve iklime duyarlı kentsel tasarımıdestekleyebilir 4,7. Yeşil çatılar, yansıtıcı kaplamalar, bitki örtülü cepheler ve yüksek SRI malzemeler gibi azaltma stratejilerinin benimsenmesiyle, doğru cephe düzeyinde izleme, performansı doğrulamak ve uzun vadeli iklim dayanıklı müdahaleleri bilgilendirmek için nicel kanıtlarsağlar 3,8.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. Sensör Kalibrasyonu ve Kurulumu

Şekil 1: AC ile çalışan sensör modülü kosası. Sürekli mikroklimatik izleme için kullanılan CO2, sıcaklık ve nem sensörleri içeren 230 V AC güçlü bir sensör ünitesi. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Sensör kalibrasyon kurulumu. Tüm açılan sensörlerde ölçüm tutarlılığını sağlamak için kalibrasyon için yapılandırılmış 230 V AC güçlü bir sensör modülü. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
2. Sensör modüllerinin yer seçimi ve dağıtımı

Şekil 3: Sahada açılan sensör muhafasi. Chennai'deki bir bina cephesine yerleştirilen yağmurdan korunan bir sensör muhafazası CO2, sıcaklık ve nem verilerini toplamak için kurulmuştur. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
3. Veri toplama
4. Veri alımı ve görselleştirme

Şekil 4: İzleme gösterge paneli arayüzü. Bulut tabanlı gösterge panelinin gerçek zamanlı ve tarihsel sensör veri görselleştirmelerini gösteren bir anlık görüntüsü. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
5. Kalite kontrolü
6. Isteğe bağlı: mevsimsel veya çoklu tesis dağıtımı
7. Sorun Giderme
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Kaydedilen veriler, şehirler arası tutarlı bir desenin ortaya çıktığını ortaya koymaktadır: yüksek betonlaşmaya sahip bölgelerde dış CO₂ konsantrasyonları, bitişik yeşil bölgelere kıyasla anlamlı şekilde daha yüksektir.
Chennai'de (Şekil 9), beton ağırlıklı doğu cephesi (490 ppm) ile gölgeli yeşil kuzey cephesi (412 ppm) arasında 78 ppm fark gözlemlenmiştir. Bu zıtlık, doğu cephesinde dış mekan HVAC kondansatör ünitelerinin varlığ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu protokoldeki kritik adımlardan biri, CO₂, sıcaklık ve nem sensörlerinin temel kalibrasyonu ve senkronizasyonudur. Gölgeli, açık hava ayarlarında doğru kalibrasyon, sensörler arası tutarlılığı sağlamak ve dağıtım sırasında kaymayı en aza indirmek içingereklidir 1. Yanlış yerleştirme veya dengesiz güneş ışığı yanlış gradyanlara yol açabilir; bu nedenle, 1-2 m montaj yüksekliğini korumak ve HVAC kondansatör üniteleri gibi yerel ısı kaynaklarından yeterli mesafe sa...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
Hiç kimse.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Arduino IDE | Arduino | v2.x | ESP32/Arduino kartlarını programlamak ve hata ayıklamak için |
| CO2 Sensörü, NDIR (Dağıtıcı Olmayan Kızılöte) | Sensirion | SCD40 / SCD41 | Gerçek zamanlı ortam CO2 izleme için kullanılır |
| Veri Kaydetme Mikrodenetleyicisi (ESP32) | Espressif | ESP32 DevKitC | Sensör verilerini kaydetmek için; Wi-Fi ve SD kartı destekler |
| Nem ve Sıcaklık Sensörü | Sensirion | SHT21 | Ortam sıcaklığı ve bağıl nem ölçümü için |
| MicroSD Kart (32 GB veya üzeri) | SanDisk / Kingston | Çeşitli | Zaman serisi CO2, sıcaklık ve nem verilerini saklar |
| MicroSD Kart Modülü | Jenerik Tedarikçi | Yok | ESP32 ile SD kart arasında veri kaydı için arayüz |
| Güç Adaptörü (AC'den 5V DC'ye) | Jenerik Tedarikçi | Yok | 230 V AC'yi stabil 5 V DC gücüne dönüştürür |
| Python Yazılım Ortamı | Python.org | v3.10 (Pandas 1.5, Matplotlib 3.7) | İleri veri analizi, görselleştirme ve otomasyon için |
| Yağmura Dayanıklı Sensör Muhafazası | Polipropilen/3D Baskı | Yok | Elektronikleri yağmur ve tozdan korumak için delikli gövde |
| İp veya Montaj Emniyet Kemeri | Genel | Yok | Güvenli faç için kullanılır; Gerekli yükseklikte ade montajı |
| SD Kart Okuyucu/Yazıcı | Herhangi bir USB Arayüzü | Yok | SD karttan PC'ye veri aktarmak için |
| Excel | Microsoft | Yok | Sonradan işleme zaman serisi verileri için |
| Kalkülüs | LibreOffice | Yok | Elektronik tablo Yazılımı, Zaman serisi verilerinin sonradan işlemesi için |
| USB Kablosu (Micro/Type-C) | Genel | Yok | ESP32 modülünün programlanması ve güçlendirilmesi için kullanılır |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.