اثر جزیره گرمایی شهری به دلیل شهرنشینی بی پروا در سراسر جهان شدید شده است. اثر جزیره گرمایی شهری پدیده‌ای است که به دلیل غلظت متراکم ساختمان‌ها و سطوح سنگفرش شده و کاهش دسترسی به فضاهای سبز شهری، زمانی رخ می‌دهد که دمای هوا در مناطق شهری نسبت به محیط‌های طبیعی اطراف بالاتر باشد (مهاجرانی و همکاران، 2017). سازمان بهداشت جهانی (WHO) اعلام کرد که 68 درصد از جمعیت جهان در سال 2050 در شهرها زندگی خواهند کرد و شدت این مشکل را عمیق تر می کند (UN-Habitat, 2022).

به طور خاص، هنگامی که دمای هوا در مناطق شهری در طول موج گرما افزایش می‌یابد، ساکنان شهری از سطوح بالایی از استرس گرمایی رنج می‌برند که می‌تواند مستقیماً بر سلامت آنها تأثیر بگذارد (کورنو و همکاران، 2024؛ هو و همکاران، 2023). علاوه بر این، افزایش دمای روز و شب در مناطق شهری به دلیل اثر جزیره گرمایی می‌تواند مصرف انرژی کلی شهر را افزایش دهد و در نتیجه مشکلات بارهای اوج را ایجاد کند (هوانگ و همکاران، 2017؛ سانتاموریس و همکاران، 2015). این به نوبه خود باعث افزایش انتشار گازهای گلخانه ای می شود که می تواند یک چرخه معیوب ایجاد کند که تغییرات آب و هوایی را بیشتر تسریع می کند (Haddad et al., 2024).

با توجه به اثرات چندوجهی اثر جزیره گرمایی شهری، اجرای استراتژی‌های کاهش موثر ضروری است. در این رابطه، چیدمان فضای سبز به عنوان یکی از راه حل های اصلی کاهش برجسته شده است (Calhoun et al., 2024). فضاهای سبز شهری دمای هوا را کاهش داده و دمای محیط را از طریق تعرق و سایه‌اندازی کاهش می‌دهند (جیائو و همکاران، 2021؛ ماراندو و همکاران، 2022). برای تنظیم یک برنامه برای کاهش موثر اثر جزیره گرمایی شهری، تعیین کمیت اثر خنک کننده فضاهای سبز به طور دقیق مهم است. برای این منظور، مطالعات قبلی تلاش کرده‌اند تغییرات دمای هوا در فضاهای سبز موجود را با استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) تجزیه و تحلیل کنند تا اثر خنک‌کنندگی فضاهای سبز را نشان دهند. مدل سازی CFD می تواند به طور دقیق اثر خنک کننده فضاهای سبز در مقیاس کوچک و تازه توسعه یافته را شبیه سازی کند، بنابراین تجزیه و تحلیل محیط حرارتی را در سطح میکروسکوپی ممکن می سازد. علاوه بر این، ارزیابی جامعی از چگونگی تأثیر عناصر مختلف ساختار شهری مانند شکل ساختمان، چیدمان، ارتفاع و فضاهای سبز بر محیط حرارتی را ممکن می‌سازد. همچنین از تحلیل مقایسه ای چیدمان های مختلف فضاهای سبز و سناریوهای توسعه شهری پشتیبانی می کند.

بر این اساس، CFD برای مشکلات تحقیقاتی در بسیاری از مطالعات قبلی برای پیش‌بینی اثر خنک‌کنندگی فضاهای سبز استفاده شده است (یانگ و همکاران، 2023). هوانگ و همکاران (2022) اثر خنک کنندگی فضاهای سبز را در مناطق شهری بسیار متراکم در هنگ کنگ از طریق تجزیه و تحلیل CFD اندازه گیری کرد و نشان داد که پارک گیاهی شهری در سایت تحقیقاتی دما را به طور متوسط ​​0.13 درجه سانتی گراد کاهش می دهد. فیشر و همکاران (2022) شبیه سازی های CFD را برای سناریوهای فضای سبز در شهرهای مدیترانه ای تکمیل کرد. در نتیجه، زمانی که درختان کنار جاده کاشته شدند، میانگین دمای تابشی (MRT) 7.5 درجه سانتیگراد، و شاخص جهانی آب و هوای گرمایی (UTCI) تقریباً 1.5 درجه سانتیگراد کاهش یافت، که کاهش اثر جزیره گرمایی شهری را تأیید کرد و در نتیجه اعتبار ایجاد فضای سبز را تأیید کرد. سان و همکاران (2017) اثر کاهش جزیره گرمایی پارک‌های شهری در پکن را از طریق CFD اندازه‌گیری کرد. در نتیجه، اثر خنک کنندگی فضاهای سبز تأیید شد زیرا آنها تأیید کردند که وقتی فضاهای سبز ایجاد شد، دمای معادل فیزیولوژیکی (PET) حدود 2 درجه سانتی گراد کاهش یافت. هرات و همکاران (2024) شبیه سازی های CFD را برای سناریوهای مختلف فضای سبز در مناطق شهری در ملبورن، استرالیا، در طول موج گرما انجام داد. تجزیه و تحلیل نه شاخص مرتبط با گرما مانند PET نشان داد که اثر خنک کننده با افزایش اندازه فضای سبز افزایش می یابد.

به این ترتیب، مطالعات قبلی عمدتاً بر تغییرات محیطی حرارتی ناشی از ایجاد فضای سبز متمرکز بوده اند. Che & Zhuang (2024) ارزیابی‌های جامعی از سیستم‌های سبز عمودی در ساختمان‌ها با ارتفاع‌های مختلف انجام دادند، شرایط حرارتی داخلی و خارجی، مصرف انرژی و انتشار کربن را بررسی کردند. یافته های آنها نشان داد که سیستم های سبز عمودی مصرف انرژی را تا 5.9 درصد کاهش می دهند. سرسنگی و همکاران (2024) نشان داد که به ازای هر متر مربع افزایش در مساحت باغ خصوصی، مصرف برق سالانه 1.2 کیلووات ساعت در سال در شهرهای ایران کاهش می یابد. به طور مشابه، ژانگ و همکاران. (2014) تخمین زد که فضاهای سبز شهری در پکن به 3.09 کمک کرده است×108کاهش کیلووات ساعت تقاضای تهویه مطبوع

با این حال، ادبیات موجود عمدتاً بر روی اثرات کاهش انرژی ساختمان‌های سبز یا تأثیرات مصرف انرژی فضای سبز موجود متمرکز شده است. در نتیجه، شکاف تحقیقاتی قابل توجهی در تحلیل کمی وجود دارد که چگونه توسعه فضاهای سبز شهری جدید بر مصرف انرژی در ساختمان‌های اطراف تأثیر می‌گذارد. علاوه بر این، با توجه به اینکه ساختمان‌ها خود اثرات سایه‌اندازی ایجاد می‌کنند، بررسی تأثیر ترکیبی فضاهای سبز شهری و توسعه ساختمان بر محیط‌های حرارتی محلی – موضوعی تحقیقاتی که هنوز مورد بررسی قرار نگرفته است، بسیار مهم است (Chàfer et al., 2022).

برای این منظور، سه سناریو برای مناطق مشمول نوسازی شهری برای انجام تجزیه و تحلیل تنظیم شد: (ⅰ) مرحله قبل از توسعه، (ⅱ) ساختمان های بلند و توسعه فضای سبز (ⅲ) ایجاد فضای سبز. ENVI-met، یک ابزار شبیه‌سازی CFD، برای مدل‌سازی تغییرات در محیط حرارتی میکروسکوپی مورد استفاده قرار گرفت و آسایش حرارتی درک شده توسط انسان در طول موج گرما با استفاده از PET، یک شاخص آسایش حرارتی، تجزیه و تحلیل شد. همچنین برای ارزیابی کمی کاهش مصرف انرژی ناشی از اثر سرمایش فضاهای سبز، مصرف انرژی برای هر سناریو با استفاده از مدل سازی انرژی ساختمان شهری (UBEM) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. با مقایسه این سناریوها، تأثیر چند وجهی ادغام فضاهای سبز و ساختمان‌های بلند بر روی محیط حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر این، شبیه‌سازی‌های پارامتری برای درک جامع تأثیر مکان و ارتفاع ساختمان‌های بلند بر محیط حرارتی انجام شد و اثر خنک‌کننده حاصل به صورت کمی ارزیابی شد (به شکل 1 مراجعه کنید).

تازگی این مطالعه در مقایسه با مطالعات قبلی مبتنی بر ویژگی‌های زیر است: اول، این مطالعه نه تنها اثر خنک‌کنندگی فضاهای سبز، بلکه تأثیر آن‌ها بر مصرف انرژی را برای کمی کردن اثرات صرفه‌جویی انرژی توسعه فضای سبز مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. دوم، تعامل بین ساختمان ها و فضای سبز بر روی محیط حرارتی شهری با توجه به اثر سایه ساختمان ها و تغییرات در تعرق گیاهان سبز مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، این مطالعه اثر سرمایش مرتبط با مکان و ارتفاع ساختمان بلند مرتبه با فضای سبز را برای تعیین ارتفاع بهینه ساختمان برای کاهش اثر جزیره گرمایی بررسی می‌کند.

این مطالعه در نهایت به دنبال ارائه دستورالعمل‌های عملی برای طرح‌های توسعه فضای سبز و ساختمان‌های بلند برای توسعه پایدار شهری است. از این رو، جنبه های مختلف توسعه شهری، یعنی محیط حرارتی و بهره وری انرژی، یکپارچه و مورد توجه قرار گرفت.