The effect of urban pattern in new urban expansion areas in desert communities on thermal comfort: a case study of the city of Farafra تأثير النمط العمراني بمناطق الامتدادات العمرانية الجديدة في التجمعات الصحراوية على الراحة الحرارية: دراسة حالة مدينة الفرافرة

Elsayed, Maha Mohammed EzzEldin Hanafy; Mohammed, Walid Amer Abdellatif

doi:10.21608/jesaun.2023.237401.1262

The effect of urban pattern in new urban expansion areas in desert communities on thermal comfort: a case study of the city of Farafra تأثير النمط العمراني بمناطق الامتدادات العمرانية الجديدة في التجمعات الصحراوية على الراحة الحرارية: دراسة حالة مدينة الفرافرة

Document Type : Research Paper

Authors

¹ Urban design department, Faculty of Urban Regional and Planning, Cairo University, Giza, Egypt

² Department of Environmental Planning and Infrastructure, Faculty of Urban Regional and Planning, Cairo University, Egypt

10.21608/jesaun.2023.237401.1262

Abstract

In hot arid areas, urban development is influenced by the climatic environment, as it imposes an objective standard that is reflected in the urban pattern that occupies the site, ignoring climate variables and importing urban patterns that are incompatible with desert communities, which could lead to project failure, as it was observed that the urban pattern in urban expansion areas did not take environmental requirements into account. Although the plan has not yet been implemented, the hot arid climate conditions in Farafra necessitate investigating the compatibility of the built environment from a thermal environmental aspect as a prospective intervention opportunity. The applied research focuses on evaluating the efficiency of the urban pattern from an environmental aspect at a height of 1.5 m. To improve the accuracy of the analysis, the study area was divided into several domains, and it was simulated on a grid domain of varying sizes based on its spatial urban characteristics, with a grid size of 3.5 m on the x, y, and z axes in the ENVI-met v4 program, and measurements were taken during the peak thermal period on August 26, 2023. To get reliable simulation data for a 24-hour period, the digital indicators revealed that the research region typically fell into the thermal comfort range, apart from the time from 9 a.m. to 6 p.m. in the thermal heat stress range, when the thermal comfort index ranges (PMV = 2:3). It was documented. The largest thermal extreme heat stress occurs between 11 a.m. and 4 p.m., and it ranges (PMV = 3:4.5), which is beyond the thermal range, indicating a high PMV index during the time when activities and work are performed. At the conclusion of the study, a set of recommendations for design and planning in urban growth zones in hot, dry desert cities was developed.
تختلف التنمية العمرانية تبعاً لاختلاف طبيعية البيئة المناخية بالمناطق الحارة الجافة حيث تفرض معطيات تنعكس على تشكيل النمط العمراني للموقع وتجاهل العوامل المناخية واستيراد تشكيلات عمرانية غير متوائمة مع المجتمعات الصحراوية يمكن ان تؤدى الى فشل المشروع، حيث يلاحظ أن النمط العمراني بمناطق الامتدادات العمرانية لم يراعى المعايير البيئية للظروف المناخية الحارة الجافة بمدينة الفرافرة، مما يتطلب اختبار مدى توافق النمط العمراني من المنظور البيئي الحراري كفرصة لإمكانية التدخل حيث لم ينفذ المخطط بعد، شملت الدراسة التطبيقية اختبار كفاءة النمط العمراني من المنظور البيئي وتم اجراء المحاكاة للمتغيرات البيئية على ارتفاع 1.5م، وقسمت منطقة الدراسة إلى عدة نطاقات لزيادة دقة التحليل وتمت محاكاتها على مجال شبكي بأحجام متفاوتة حسب خصائصها العمرانية المكانية وبحجم شبكي 3.5م على المحاور x,y,z في برنامج ENVI-met v4، وقد اخذت القياسات خلال فترة الذروة الحرارية يوم 26 بشهر أغسطس 2023 من اجل الحصول على بيانات محاكاة دقيقة لمدة 24 ساعة، وتوصلت المؤشرات الرقمية إلي وقوع منطقة الدراسة بشكل عام في نطاق الراحة الحرارية ماعدا الفترة من 9 صباحاً الى 6 مساءً في نطاق الاجهاد الحرارى حيث تتراوح مؤشر الراحة الحرارية (PMV=2:3) وسجل أعلى إجهاد حرارى شديد في الفترة 11 صباحاً الى 4 مساءً وتراوح (PMV=3:4.5) وهو خارج المدى الحراري مما يتضح ارتفاع مؤشر PMV في أكثر توقيت الذى يتم فيه ممارسة الأنشطة والاعمال، ومن ثم الوصول في نهاية البحث لمجموعة من التوصيات الخاصة بالتصميم والتخطيط بمناطق الامتدادات العمرانية للتجمعات الصحراوية الحارة الجافة.

Keywords

Main Subjects

Architecture Engineering and the Engineering Architectural Interior Design.

References

[1] الهيئة العامة للتخطيط العمراني، "تقرير المخطط الاستراتيجي العام لمدينة الفرافرة،" وزارة الإسكان والمرافق والتنمية العمرانية، القاهرة، 2016.

[2] أبو العنين، نجوى ابراهيم محمود. "أسس ومعايير التصميم والتخطيط لتحقيق التنمية العمرانية للأقاليم الصحراوية،" التنمية العمرانية في المناطق الصحراوية ومشكلات البناء فيها، الرياض - المملكة العربية السعودية، 2003.

[3]M. Salameh, A. Elkhazindar, and B. Touqan, “The effect of building height on thermal properties and comfort of a housing project in the hot arid climate of the UAE,” Front. Built Environ., vol. 9, no. May 2023, doi: 10.3389/fbuil.2023.1174147.

[4] M. Salameh and B. Touqan, “Traditional Passive Design Solutions as a Key Factor for Sustainable Modern Urban Designs in the Hot, Arid Climate of the United Arab Emirates,” Buildings, vol. 12, no. 11, 2022, doi: 10.3390/buildings12111811.

[5] A. Elkhazindar, S. N. Kharrufa, and M. S. Arar, “The Effect of Urban Form on the Heat Island Phenomenon and Human Thermal Comfort: A Comparative Study of UAE Residential Sites,” Energies, vol. 15, no. 15, 2022, doi: 10.3390/en15155471.

[6] الدبركي، أمال عبد الحليم. "الخصائص العمرانية وأثرها على المناخ العمراني بالبيئة الصحراوية الجافة،" ندوة التنمية العمرانية في المناطق الصحراوية ومشكلات البناء فيها، الرياض، المملكة العربية السعودية، 2003.

[7]O. M. Galal, D. J. Sailor, and H. Mahmoud, “The impact of urban form on outdoor thermal comfort in hot arid environments during daylight hours, case study: New Aswan,” Build. Environ., vol. 184, no. August, p. 107222, 2020, Doi: 10.1016/j.buildenv.2020.107222.

[8] إبراهيم، أسامة سعد خليل. "المباني المتوافقة بيئيا مع الأقاليم الصحراوية في مصر (تطوير نموذج نظري ضمن خط عرض 30 شمالا)،" النشرة العلمية لبحوث العمران، المجلد 6، ص21-51، 2006.

[9] فجال، خالد سليم. عبد السلام، بسمة يحيى. "توظيف مبادئ العمارة الخضراء في تصميم الفراغات العمرانية في المناطق الحارة الجافة - دراسة حالة مدينة المنيا الجديدة،" المجلة العلمية لكلية الهندسة - جامعة المنيا، رقم 37، ص31-53، 2018.

[10] M. Salameh and B. Touqan, “From Heritage to Sustainability: The Future of the Past in the Hot Arid Climate of the UAE,” Buildings, vol. 13, no. 2, 2023, Doi: 10.3390/buildings13020418.

[11] وزيري، يحيى. التصميم المعماري الصديق للبيئة - نحو عمارة خضراء، القاهرة: مكتبة مدبولي، 2003.

[12] جميل، سميرة جمال. "المناخ والعمارة،" مجلة العلوم والتكنولوجي، المجلد 14، رقم 1، ص37-48، 2009.

[13] O. M. Galal, H. Mahmoud and D. Sailor, "Impact of evolving building morphology on microclimate in a hot arid climate," Sustain. cities soc., 2020.

[14] عويس، حازم محمد حامد. أبو عوف، طارق فاروق عبد السلام. "اختيار المواقع الملائمة للعمران في البيئة الصحراوية باستخدام نظم المعلومات الجغرافية،" ندوة التنمية العمرانية في البيئة الصحراوية ومشكلات البناء فيها، الرياض - المملكة العربية السعودية، 2003.

[15] بشندي، سعاد يوسف حسنين. العادلي، خالد زكريا. "مدخل التصميم العمراني المستدام وتشكيل عمران المجتمعات الصحراوية: دراسة حالة مجتمعات الواحات التقليدية بصحراء مصر الغربية،" ندوة التنمية العمرانية في المناطق الصحراوية ومشكلات البناء فيها، الرياض - المملكة العربية السعودية، 2003.

[16] عبد الحليم، سالي أحمد نبيل. "صياغة نموذج منهجي للتصميم العمراني البيئي للقرى الجديدة في الإقليم الصحراوي،" رسالة ماجستير غير منشورة، كلية التخطيط الإقليمي والعمراني، جامعة القاهرة، الجيزة، 2015.

[17] الوكيل، شفق العوضي. سراج، محمد عبد الله. "المناخ وعمارة المناطق الحارة،" دار نشر عالم الكتب، القاهرة، 1989.

[18] عبد الرحمن، محمود محمد محمد علي. "دور تقنيات محاكاة الرياح في الاستدامة البيئية للعمارة والعمران (دراسة حالة على المدن المتوسطة)،" رسالة ماجستير غير منشورة، كلية الهندسة، جامعة المنصورة، المنصورة، 2017.

[19] يوسف، نيفين يوسف عزمي. "تخطيط وتصميم التجمعات العمرانية بالصحراء المصرية،" رسالة ماجستير غير منشورة، كلية الهندسة، جامعة طنطا، طنطا، 2004.

[20] H. Fathy, "Natural energy and vernacular architecture: principles and examples with reference to hot arid climates," published for United Nations University by University of Chicago press, Chicago, 1986.

[21] محمد، أحمد هلال. "نمط البناء الأفقي الموجه إلى الداخل النموذج الأمثل لعمارة الصحراء،" ندوة التنمية العمرانية في المناطق الصحراوية ومشكلات البناء فيها، الرياض - المملكة العربية السعودية، 2003.

[22] العزب، إسراء محمد محمد ، "نحو معايير تصميمية متوافقة بيئيا لعمارة المستقبل بصحراء مصر،" رسالة ماجستير غير منشورة، كلية الهندسة، جامعة المنصورة، المنصورة، 2015.

[23] الجهاز المركزي للتعبية العامة والإحصاء، "التعداد العام للسكان،" الجهاز المركزي للتعبية العامة والإحصاء، القاهرة، 2017.

[24] meteoblue, "Weather Qaşr al Farāfirah," 16 6 2023. [Online]. Available: https://www.meteoblue.com.

[25] Weather Spark, "The Weather Year-Round Anywhere on Earth," 16 9 2023. [Online]. Available: source: WeatherSpark.com.

[26] محمد، محمد عطية. القاضي، أحمد. عبد العزيز، محمد. (2021). تطبيق البرمجيات البارامترية لقياس الراحة الحرارية للفراغات العمرانية لتحسين مؤشر جودة الحياة البيئية. مجلة القطاع الهندسي بجامعة الازهر، 16(60)، 972-984.

[27] P. O. Fanger, Thermal comfort: Analysis and applications in environmental engineering. New York: McGraw Hill, 1972.

[28] underground, "Worldwide weather forecasts and climate information, “Al Wahat Al Khargah, Egypt," 2023. [Online]. Available: https://www.wunderground.com/history/daily/eg/al-wahat-al-khargah/HEAT/date/2023-8-26. [Accessed 26 8 2023].

[29] NASA, "NASA prediction of worldwide energy resources," 2023. [Online]. Available: https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer. [Accessed 26 8 2023].

[30] شافعي، أحمد محمد. “التشكيل العمراني لتحقيق الراحة الحرارية بالتطبيق على القاهرة الجديدة,” كلية التخطيط الإقليمي والعمراني، جامعة القاهرة، رسالة ماجستير غير منشورة, 2016.

[31] I. Elwy, Y. Ibrahim, M. Fahmy, and M. Mahdy, “Outdoor microclimatic validation for hybrid simulation workflow in hot arid climates against ENVI-met and field measurements,” Energy Procedia, vol. 153, pp. 29–34, 2018, Doi: 10.1016/j.egypro.2018.10.009.

[32] M. Fahmy, H. El-Hady, M. Mahdy, and M. F. Abdelalim, “On the green adaptation of urban developments in Egypt; predicting community future energy efficiency using coupled outdoor-indoor simulations,” Energy Build., vol. 153, pp. 241–261, 2017, Doi: 10.1016/j.enbuild.2017.08.008.

[33] M. H. Elnabawi, N. Hamza, and S. Dudek, “Numerical modelling evaluation for the microclimate of an outdoor urban form in Cairo, Egypt,” HBRC J., vol. 11, no. 2, pp. 246–251, 2015, Doi: 10.1016/j.hbrcj.2014.03.004.

[34] M. Zou and H. Zhang, “Cooling strategies for thermal comfort in cities: a review of key methods in landscape design,” Environ. Sci. Pollut. Res., vol. 28, no. 44, pp. 62640–62650, 2021, Doi: 10.1007/s11356-021-15172-y.