Προς την Αξιολόγηση της Ενεργειακής Απόδοσης Αστικών Εγκαταστάσεων με Χρήση Τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
Προς την Αξιολόγηση της Ενεργειακής Απόδοσης Αστικών Εγκαταστάσεων με Χρήση Τηλεπισκόπησης
Αντικείμενο Εφαρμογής: Μελέτη της θερμοκρασίας της αστικής επιφάνειας του Ρότερνταμ και συσχέτισή της με τα αστικά χαρακτηριστικά
Πρωτότυπος Τίτλος: Towards urban facilities energy performance evaluation using remote sensing
Συγγραφείς: Farrokh Jazizadeh(a*), Mohammad Taleghani(b)
(a) Via Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA, 24061, USA
(b) Faculty of Architecture and the Built Environment, Delft University of Technology, Delft, Netherlands
(b) Astani Department of Civil and Environmental Engineering, University of Southern California, Los Angeles, CA, USA
Πηγή: IGARSS Elsevier, Procedia Engineering, 145 (2016), 917-923 [1]
Λέξεις Κλειδιά: Αστικές Εγκαταστάσεις, Διαχείριση Ενέργειας, Τηλεπισκόπηση, Θερμικές Υπέρυθρες Εικόνες
Περίληψη: Οι αστικές εγκαταστάσεις συμβάλλουν σημαντικά στην ετήσια κατανάλωση ενέργειας και, ως εκ τούτου, η αξιολόγηση της ενεργειακής τους απόδοσης και ο αναβαθμισμένος σχεδιασμός διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην επίτευξη των στόχων βιωσιμότητας. Σε αυτή τη μελέτη, διερευνάται η συσχέτιση μεταξύ της επιφανειακής θερμοκρασίας, η οποία λαμβάνεται μέσω δορυφορικών εικόνων, και τα πρότυπα κατανάλωσης ενέργειας σε αστικό επίπεδο για τη διερεύνηση της καταλληλόλητας τους για αξιολόγηση ενεργειακών αποδόσεων. Ως βασική μελέτη περίπτωσης ,για τη διεξαγωγή της ανάλυσης, χρησιμοποιήθηκε η Νέα Υόρκη. Διερευνήθηκε η συσχέτιση μεταξύ της έντασης της ενεργειακής κατανάλωσης και της θερμοκρασίας, σε επίπεδο αστικού τετραγώνου, για επιλεγμένα σημεία. Το αποτέλεσμα καταδεικνύει μια ισχυρή συσχέτιση μεταξύ τους. Ο παρατηρούμενος συσχετισμός θα μπορούσε ενδεχομένως να αξιοποιηθεί για την ανάπτυξη μιας προσέγγισης για τον έλεγχο των ενεργειακών αποδόσεων.
Εισαγωγή: Η κατανάλωση ενέργειας στα κτίρια ειδικά για κλιματισμό και φωτισμό συνεισφέρουν σημαντικές στις ενεργειακές δαπάνες και το ανθρακικό αποτύπωμα τους. Κατά συνέπεια ,η αξιολόγηση της απόδοσης του κτιρίου παίζει σημαντικό ρόλο στην επιχειρησιακή ανάλυση των υποδομών. Η ενεργειακή αναβάθμιση του κτιρίου ,βελτιώνοντας τα φυσικά χαρακτηριστικά του, αποτελεί την πρώτη γραμμή των πρακτικών για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης.
Οι ενεργειακοί έλεγχοι των κτιρίων διεξάγονται συνήθως με οπτική επιθεώρηση και με χειροκίνητες υπέρυθρες (IR) κάμερες θερμικής απεικόνισης. Σε αστικό επίπεδο τέτοιες μέθοδοι μπορούν να είναι εξαιρετικά δαπανηρές, αλλά αυτές οι αξιολογήσεις θα μπορούσαν να συμβάλουν στην εφαρμογή ομοσπονδιακών ή τοπικών πολιτικών εξοικονόμησης ενέργειας και ελέγχου εκπομπών ή να συνεισφέρουν στην αντιμετώπιση ή τον μετριασμό του φαινομένου της Αστικής Θερμικής Νησίδας (ΑΘΝ).
Οι τεχνολογίες τηλεπισκόπησης έχουν χρησιμοποιήσει για την ανίχνευση επιφανειακής θερμοκρασίας και οι θερμικές υπέρυθρες δορυφορικές εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί σε μελέτες κλιματικών συνθηκών όπως η κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα. Σε αστικές μελέτες, έχουν γίνει αρκετές ερευνητικές προσπάθειες χρησιμοποιώντας τεχνολογίες τηλεπισκόπησης για τη μελέτη του φαινομένου της ΑΘΝ και των μεθόδων μετριασμού της.
Σε αυτή τη μελέτη, διερευνήθηκε η σκοπιμότητα των διαστημικών τεχνολογιών τηλεπισκόπησης για την αξιολόγηση των ενεργειακών αποδόσεων των αστικών υποδομών. Η υψηλότερη ανάλυση των θερμικών εικόνων, που αποκτήθηκε με τη χρήση διαστημικών αισθητήρων IR, είναι 90-100 μέτρα στην ακατέργαστη μορφή τους (ο δορυφόρος LANDSAT 8 μπορεί να προσφέρει έως και 30 μέτρα ανάλυση μέσω της αναδειγματοληψίας και της παρεμβολής). Οι πληροφορίες θερμοκρασιών σε αυτή την ανάλυση θα μπορούσαν να αποτελέσουν δυνητική πηγή πληροφόρησης για αξιολογήσεις σε επίπεδο γειτονιάς. Για αυτό το σκοπό εξετάστηκε η συσχέτιση μεταξύ της ενεργειακής κατανάλωσης και της επιφανειακής θερμοκρασίας. Ως μελέτη περίπτωσής επιλέχθηκε η πόλη της Νέας Υόρκης, λαμβάνοντας υπόψη και τα πολυάριθμα αστικά επίπεδα της μαζί με τις γειτονιές και δομικά τετράγωνα.
Υλικά και Μέθοδοι:
- Δορυφορικές Εικόνες Υπερύθρων
Υπάρχουν δύο κύριες διαστημικές πηγές εικόνων στο θερμικό υπέρυθρο, ο δορυφόρος ASTER, με χωρική ανάλυση 90μ. για εικόνες στο θερμικό υπέρυθρο (TIR), και ο δορυφόρος LANSDAT 8 με χωρική ανάλυση 100μ. στο θερμικό υπέρυθρο. Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν εικόνες του LANDSAT 8.
- Επεξεργασία Θερμικών Υπερύθρων Εικόνων
Το πρώτο βήμα για την επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων είναι η διόρθωση των εικόνων ραδιομετρικά έτσι ώστε να μπορούν να συγκριθούν με in situ μετρήσεις υπέρυθρων θερμόμετρων. Η διαδικασία μετατρέπει τον ψηφιακό αριθμό (DN) στις εικόνες LANDSAT σε φασματική ακτίνα (L) , η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε επιφανειακή θερμοκρασία (LST)
- Δεδομένα Κατανάλωσης Ενέργειας
Τα δεδομένα για την ενέργεια σε μια αστική περιοχή μπορούν να βρεθούν σε διαφορετικές κλίμακες, όμως λαμβάνοντας υπόψη την ανάλυση των θερμικών εικόνων, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα ενεργειακό στοιχείο-σημείο αναφοράς για τη σύγκριση της κατανάλωσης ενέργειας με την επιφανειακή θερμοκρασία. Για αυτό χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο που υπολογίζει την ενεργειακή κατανάλωση κτιρίου για διαφορετικές εφαρμογές του τελικού χρήστη και τη μετρά σε kWh / m² (m² της επιφάνειας των κτιρίων) .Η PLUTO, η γεωγραφική υπηρεσία βάσης δεδομένων των κτιρίων της NYC χρησιμοποιήθηκε για το κτιριακό υπόβαθρο. Για το 2009, οι ετήσιες ημέρες θέρμανσης και ψύξης ήταν κοντά στον 30-ετή μέσο ετήσιο όρο υποδηλώνοντας ότι εισάγεται ελάχιστη μεροληψία επιλέγοντας το συγκεκριμένο έτος. Η εικόνα 1 δείχνει τον χάρτη κατανομής της ηλεκτρικής ενέργειας σε διαφορετικούς δήμους.
Ανάλυση Δεδομένων
Επιλέχθηκαν τα δεδομένα από τον Μάρτιο του 2015 βάσει δύο κριτηρίων: α) η εικόνα πρέπει να αντανακλά την επιφανειακή θερμοκρασία για μια ψυχρή εποχή έτσι ώστε να μπορεί να παρατηρηθεί η διαφορά θερμοκρασίας με το κτιριακό περιβάλλον και β) η εικόνα πρέπει να έχει τη μέγιστη σαφήνεια, που σημαίνει ελάχιστη νεφοκάλυψη. Η Εικόνα. 2. Δείχνει την κατανομή της επιφανειακής θερμοκρασίας της NYC. Προκειμένου να διερευνηθεί η πιθανή συσχέτιση μεταξύ της επιφανειακής θερμοκρασίας και της συνολικής ετήσιας ενεργειακής κατανάλωση στα κτίρια, επιλέχθηκαν 20 σημεία δεδομένων από διαφορετικούς δήμους γειτονιά. Και στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε ανάλυση γραμμικής παλινδρόμησης η οποία έδειξε ότι οι δύο δείκτες συσχετίζονται σε μεγάλο βαθμό (R² = 0,63)(Διάγραμμα 1) .
Συμπεράσματα: Όπως φαίνεται, η συνολική ετήσια κατανάλωση ενέργειας και η θερμοκρασία της επιφάνειας της γης παρουσιάζουν ισχυρή συσχέτιση, κάτι που δείχνει ότι υπάρχει δυνατότητα οι δορυφορικές θερμικές εικόνες να χρησιμοποιηθούν για ενεργειακή αξιολόγηση. Όμως κρίνεται απαραίτητη η χρήση της ανάλυσης αιτιότητας προκειμένου να διαπιστωθεί το κατά πόσο περιοχές με υψηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες είναι πιο ευάλωτες και πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στην αναβάθμιση τους
