Investigation of the effect of vegetation and green infrastructures on outdoor bioclimatology: the case study of the environment of urban school buildings

Abstract

The aim of the present Doctoral Thesis is to study quantitatively and qualitatively the thermal uptake and the corresponding thermal stress on humans in urban open spaces with application to the environment of school buildings and to make proposals for schoolyard re-designing, mainly using planting elements to improve their bioclimatology of outdoor spaces. The school yards of various educational ranges are open spaces of great interest, as school-age children spend there a great deal of their time during the school day. In the densely populated cities of Greece, school yards are usually surrounded by dense and tall buildings, the surface covering is designed using materials with very high heat capacity such as asphalt, cement, bricks and slabs, shading systems usually do not exist, while planting elements are limited and usually distributed perimetrically, as the courtyard area is occupied exclusively by sports grounds, resulting in heavy thermal stress for children from April to November especially in warm or Mediterranean climatic climates. The main objectives of this paper were: 1) to investigate the biophysical environment created by the existing construction of schoolyards. 2) to look for methods that will improve the microclimate of school yards using mainly green elements above and around school buildings and 3) propose ways to redesign schoolyards in order to improve thermal uptake and thermal stress conditions in humans. Quantification of human thermal comfort is done with thermophysiological indices, most important of which is Physiologically Equivalent Temperature (PET). For calculating the PET index, the air temperature, relative air humidity, air velocity and Mean Radiant Temperature (Tmrt) are measured or simulated. Tmrt is determined by the short- and longwave flux densities from the three-dimensional environment of the human being, namely from vertical incident solar radiation, ground-reflected radiation, and horizontal circumferential radiation. In the 1st part of the thesis the human thermal uptake and the corresponding thermal stress conditions were studied in 6 school yards and the surrounding area of a university building of the city of Volos, with different spatial layout, orientation, extent, number and type of construction, soil cover materials and extent of planting, number and type of trees and planting arrangement. This section presents the results of the assessment of the thermal comfort conditions in two schools in Volos, the 1-2 Elementary School of Nea Ionia and the 23rd Primary School of Volos. The measurements took place during sunny days from April to October around the solar noon on the solar radiation plate, so that the meteorological conditions at the above time can be considered as constant. The meteorological factors (air velocity, air temperature, relative air humidity and solar radiation) were measured at characteristic points of the courtyard, the thermal uptake was calculated by calculating the mean radiant temperature and the thermal stress by calculating the thermophysiological PET index (oC) and Cluster analysis was applied which revealed microclimatically homogeneous points. The results of the spatial distribution of the parameters were presented on corresponding maps.25Analysis of the observations data showed that direct incident solar radiation was the determinant factor that affected the thermal uptake and thermal stress conditions in the two schools. The more exposed was an area in direct sunlight, the more intense the thermal stress was. Direct exposure to solar radiation has resulted in a high heat input from the sun and elevated mean radiant temperatures. At these points, thermal sensation reaches the extremes of extreme thermal strain on the PET scale. At places exposed to the sun on surfaces with materials with high reflectivity, thermal stress was further increased due to the high radiation-reflected radiation that increased the thermal load and the mean radiant temperature. Finally, the group of sun-exposed sites but at high wind speeds showed a 3.7 to 5 ° C decrease in the PET scale for each 1m / s increase in wind speed. Conversely, thermal sensation was clearly better in shaded areas, due to the significant reduction of incident radiation. Thus the trees, apart from their aesthetic value, offer significant microclimate advantages. The analysis of the results showed that the trees achieved a reduction of incident radiation reaching up to 94% depending on the increase of the crown density, the increase in the size of the crown, the reduction of the distance between the crown and the ground, the combined shading of different sub-layers of foliage and increased planting density in a row. The significant reduction in incident radiation under the trees resulted in a significant improvement in thermal sensation, with a mean radiant temperature drop of up to -56%, while average PET values reached up to -37%. At the same time, the range of harmful UV that reaches pedestrian level decreased by up to 92%. In the 2nd part, the effect on the microclimate conditions and on the thermal comfort conditions of architectural interventions in the building envelope including elements of vegetation was studied. The aim was to evaluate the parameters of the structures that could mitigate the thermal stress conditions near the building environment. The hydroponic pergola and the vertical hydroponic wall, which are the main points of interest in this second part, have the advantage compared to conventional shading systems, they use almost zero space in the ground, while contributing to the increase in green, they introduce the idea of planting outside of natural soil, and give the landscape architect a field of creativity in design, as different construction solutions can be synthesized to create the end result. To assess the effect on the microclimate of the hydroponic pergola and the hydroponic green wall, corresponding real-scale constructions were installed on the campus of the Technological Educational Institute of Epirus in Kostakioi, Arta. A number of parameters were continuously recorded on the patio, the green wall, and outside the atrium used as meteorological reference data. The experimental data was then used to evaluate the numerical simulation results of the recent version of the ENVI-met microclimate model, a microclimate simulation system based on Computational Fluid Dynamics (CFD) and principles of thermodynamics. The results showed very good agreement between measured and simulated values. The model was then used to predict the effects of different design scenarios on corresponding structures at air temperature (Tair), relative air humidity (RH) and average radiation temperature (Tmrt). The outputs of these parameters were used as input data in the RayMan pro (V 2.1) model for estimating the thermophysiological index PET. Design scenarios included different percentages of the atrium covered with pergola, or different heights of green walls and plants of different foliage density. From the study of the different scenarios on the patio during the day, there was a significant effect of the planted pergola on thermal intake when the patio is exposed to full sunlight. The simulated Tmrt values in the center of the atrium showed that in the case of the empty atrium Tmrt displayed high values (approximately 60 ° C) between 9:00 and 14:00 due to the effect of solar radiation reaching the center of the patio, while the rest of the day the surrounding buildings shaded the center of the patio. Compared to the absence of pergola in the atrium, covering 100% of the trellis pergola surface, the Tmrt and PET values decreased during the warmest part of the day by 29.4 ° C and 17.9 ° C respectively.Covering the surrounding walls inside the atrium with a green wall there was no significant effect on the microclimate on the patio compared to the case with empty walls. When 50% of the patio area was covered with a planted pergola and the surrounding walls were covered with a 2 m green wall, the average PET reduction was higher. The spatial distribution of Tmrt at various time intervals during the day and the absolute differences in Tmrt values compared to the empty atrium showed significant differences between the two cases for all study periods. The average absolute differences in Tmrt values observed in the atrium area shaded by the pergolas around 12:00 were 20.9 ° C, while the Tmrt's reduction in the atrium was periodic following the sun's movement and seasonal nature accordingly with the height of the sun over time. The green wall exposed in the south orientation does not seem to affect the thermal intake in front of the green wall. Tmrt and PET were also only slightly reduced due to the planted wall. The spatial analysis in front of the empty wall and the green wall showed that at a distance of more than 1 meter from the green wall, the differences in the observed Tmrt were eliminated. Although air temperature values were not significantly affected by the presence of the green wall, the most significant effect of the green wall was the reduction of the solar radiation behind the green wall, which led to a corresponding reduction in Tmrt. Behind the wall Tmrt was reduced by about 31 ° C throughout the sun exposure period. This reduction resulted in a significant decrease (about 8 ° C) in the building's surface temperature behind the green wall and then in the reduction of the building's energy load.Finally, in 3rd part, a study of the impact on the microclimate and the conditions of human thermal comfort of the bioclimatic redesign of the school yard landscape was made with simulations with the ENVImet (V4.0) microclimate simulation model, which included mainly the planting of trees and green shapes in the schoolyard. Initially, the recent version of the ENVImet (V4.0) microclimate simulation model was used, using experimental measurements and after its successful evaluation, the model was used to assess different design suggestions to improve thermal comfort conditions, comparing with the original state. The simulation of the existing yard state showed that the values of the thermophysiological PET index (oC) were within the range of the thermal sensation of the extreme thermal strain (> 41 ° C) from the early morning, while at midday 80.5% school courtyard was within the scope of the above category. With the implementation of the redesign proposal, 69.9% of the area of the courtyard area improved by two or three grades of the PET scale, contributing to the improvement of the microclimate in 82% of the total area of the yard. The stem of the trees reduced the direct incident radiation by more than 90%, decreased the mean radiant temperature (Tmrt) and the PET index to 31 ° C and 19 ° C respectively and the surface soil temperatures in wet grass and hard surfaces above 20 ° C and 14 ° C respectively.The present study has shown that the existing design of urban school yards creates conditions of intense thermal pollution, a situation that will become even more intense in the near future due to city overheating and evolving climate change. The feeling of this study remains that the open design of such spaces promotes thermal pollution, while the presence of predominantly shade trees provides thermal benefits. Thus, incorporating an effective bioclimatic design into school yards based on local climatic conditions can reduce exposure and thus protect children from the direct and cumulative consequences of different environmental burdens. Finally, an attempt of this study was to evaluate the ENVI-met microclimate model with the prospect of using numerical simulation as a promising perspective for extracting accurate results for the timely detection of different designer visions of architectural landscapes in microclimate and human thermal comfort and use the results in designing outdoor spaces with the best possible bioclimatic results. Finally, the ENVI-met (V4.x), enriched with new features, can provide reliable predictions of microclimate and thermal uptake parameters in a complex urban environment, providing accurate meteorological measurements near space study and detailed model settings.

Ο σκοπός της Διδακτορικής Διατριβής είναι να μελετηθεί ποσοτικά και ποιοτικά η θερμική πρόσληψη και η αντίστοιχη θερμική καταπόνηση στον άνθρωπο σε αστικούς υπαίθριους χώρους με εφαρμογή στο περιβάλλον των σχολικών κτιρίων και να γίνουν προτάσεις επανασχεδιασμού κυρίως με τη χρήση στοιχείων φύτευσης, ώστε να βελτιωθεί η βιοκλιματολογία αυτών των υπαίθριων χώρων. Οι σχολικές αυλές διαφόρων εκπαιδευτικών βαθμίδων είναι σημαντικού ενδιαφέροντος υπαίθριοι χώροι, καθώς τα παιδιά σχολικής ηλικίας περνούν μεγάλο μέρος του χρόνου τους στη διάρκεια της σχολικής μέρας. Στις πυκνοκατοικημένες πόλεις της Ελλάδας, οι σχολικές αυλές συνήθως περιβάλλονται από πυκνά και ψηλά κτίρια, τα δάπεδα σχεδιάζονται χρησιμοποιώντας υλικά με πολύ μεγάλη θερμοχωρητικότητα όπως άσφαλτο, τσιμέντο, τούβλα και πλάκες, συστήματα σκίασης συνήθως δεν υπάρχουν, τα στοιχεία φύτευσης είναι περιορισμένα και συνήθως κατανέμονται περιμετρικά καθώς η έκταση της αυλής καταλαμβάνεται αποκλειστικά από γήπεδα άθλησης, με αποτέλεσμα την έντονη θερμική καταπόνηση των παιδιών από τον Απρίλιο έως και το Νοέμβριο ιδιαίτερα σε ζεστά ή Μεσογειακά κλίματα.Από τους βασικούς στόχους λοιπόν της παρούσας εργασίας ήταν: 1) να διερευνήσει το βιοφυσικό περιβάλλον που δημιουργείται από την υπάρχουσα κατασκευή των σχολικών αυλών, 2) ν’ αναζητήσει μεθόδους που θα βελτιώνουν το μικρόκλιμα των σχολικών αυλών χρησιμοποιώντας κυρίως στοιχεία πρασίνου πάνω και γύρω από τα σχολικά κτίρια, 3) να προτείνει τρόπους επανασχεδιασμού των σχολικών αυλών ώστε να βελτιωθεί η θερμική πρόσληψη και οι συνθήκες θερμικής καταπόνησης στον άνθρωπο. Η ποσοτικοποίηση της θερμικής άνεσης στον άνθρωπο έγινε με θερμοφυσιολογικούς δείκτες σημαντικότερος από τους οποίους είναι ο ΡΕΤ (Physiologically Equivalent Temperature). Για τον υπολογισμό του δείκτη ΡΕΤ, μετρούνται η θερμοκρασία αέρα, η σχετική υγρασία αέρα, η ταχύτητα αέρα και υπολογίζεται η μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας (Mean Radiant Temperature, Tmrt) η οποία καθορίζεται από τις πυκνότητες ροών μικρού και μεγάλου μήκους ακτινοβολίας από το τρισδιάστατο περιβάλλον του ανθρώπου, δηλαδή από την κάθετη προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία, την ανακλώμενη από το έδαφος ακτινοβολία, και την οριζόντια περιμετρική ακτινοβολία. Στο 1ο μέρος της εργασίας μελετήθηκε ποιοτικά και ποσοτικά η ανθρώπινη θερμική πρόσληψη και οι αντίστοιχες συνθήκες θερμικής καταπόνησης σε 6 σχολικές αυλές και τον περιβάλλοντα χώρο ενός πανεπιστημιακού κτιρίου της πόλης του Βόλου με διαφορετική χωροταξική διάταξη, προσανατολισμό, έκταση, πλήθος και είδος κατασκευών, υλικών εδαφοκάλυψης και έκτασης φυτεύσεων, αριθμό και είδος δέντρων και διάταξης φύτευσης. Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εκτίμησης των συνθηκών θερμικής άνεσης σε δύο σχολικές μονάδες στο Βόλο, του 1-2ου Δημοτικού σχολείου Νέας Ιωνίας και του 23ου Δημοτικού σχολείου Βόλου. Οι μετρήσεις έγιναν κατά τη διάρκεια ηλιόλουστων ημερών από τον Απρίλιο έως τον Οκτώβριο γύρω από το ηλιακό μεσημέρι στο πλατό της ηλιακής ακτινοβολίας, ώστε οι μετεωρολογικές συνθήκες στο παραπάνω διάστημα να μπορούν να θεωρηθούν σταθερές . Μετρήθηκαν οι μετεωρολογικοί παράγοντες (ταχύτητα αέρα, θερμοκρασία αέρα, σχετική υγρασία αέρα και ηλιακή ακτινοβολία), σε χαρακτηριστικά σημεία της αυλής, εκτιμήθηκε η θερμική πρόσληψη με τον υπολογισμό της μέσης θερμοκρασίας ακτινοβολίας και η θερμική καταπόνηση με τον υπολογισμό του θερμοφυσιολογικού δείκτη ΡΕΤ (oC) και εφαρμόστηκε ανάλυση ομαδοποίησης η οποία αποκάλυψε σημεία μικροκλιματικά ομοιογενή. Τα αποτελέσματα της χωρικής κατανομής των παραμέτρων παρουσιάστηκαν σε αντίστοιχους χάρτες.Η ανάλυση των δεδομένων των παρατηρήσεων έδειξε ότι η άμεση προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία ήταν ο καθοριστικός παράγοντας που επηρέασε τη θερμική πρόσληψη και τις συνθήκες θερμικής καταπόνησης στα δύο σχολεία.Όσο περισσότερο εκτεθειμένη ήταν μια περιοχή στην άμεση ηλιακή ακτινοβολία τόσο πιο έντονη ήταν η θερμική καταπόνηση. Η απευθείας έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία είχε ως αποτέλεσμα την υψηλή πρόσληψη θερμότητας από τον ήλιο άρα και αυξημένες τιμές της μέσης θερμοκρασίας ακτινοβολίας. Στα σημεία αυτά, η θερμική αίσθηση φτάνει στα όρια της ακραίας θερμικής καταπόνησης της κλίμακας του ΡΕΤ. Στα σημεία που ήταν εκτεθειμένα στον ήλιο πάνω από επιφάνειες με υλικά με υψηλή ανακλαστικότητα, η θερμική καταπόνηση αυξάνονταν ακόμη περισσότερο λόγω του υψηλού ποσοστού ανακλώμενης από το έδαφος ακτινοβολίας που αύξανε το θερμικό φορτίο και τη μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας. Τέλος, η ομάδα των σημείων που ήταν εκτεθειμένα στον ήλιο αλλά σε θέσεις με υψηλή ταχύτητα ανέμου εμφάνιζαν μια μείωση 3.7 έως 5οC της κλίμακας ΡΕΤ για κάθε αύξηση 1m/s στην ταχύτητα του ανέμου. Αντίθετα, η θερμική αίσθηση ήταν σαφώς καλύτερη σε περιοχές που σκιάζονταν, λόγω της σημαντικής μείωσης της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Έτσι τα δέντρα, εκτός από την αισθητική τους αξία, προσφέρουν σημαντικά μικροκλιματικά πλεονεκτήματα. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων έδειξε ότι τα δέντρα επιτυγχάνουν μείωση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας που φτάνει έως 94% ανάλογα με την αύξηση της πυκνότητα της κόμης, την αύξηση του μεγέθους της κόμης, τη μείωση της απόστασης κομής-εδάφους, τη συνδυασμένη σκίαση διαφορετικών υποορόφων φυλλώματος και την34αυξημένη πυκνότητα φύτευσης σε σειρά. Η σημαντική μείωση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας κάτω από τα δέντρα είχε ως αποτέλεσμα τη σημαντική βελτίωση της θερμικής αίσθησης, με τη μείωση της μέσης θερμοκρασίας ακτινοβολίας να φτάνει μέχρι και -56%, ενώ οι μέσες τιμές ΡΕΤ να φτάνουν μέχρι και -37%. Ταυτόχρονα το φάσμα της βλαπτικής UV που φτάνει στο επίπεδο των πεζών μειώθηκε μέχρι και 92%. Στο 2ο μέρος, μελετήθηκε η επίδραση στις συνθήκες μικροκλίματος και στις συνθήκες θερμικής άνεσης αρχιτεκτονικών παρεμβάσεων στο κέλυφος του κτιρίου που περιλαμβάνουν στοιχεία βλάστησης. Στόχος ήταν να αξιολογηθούν οι παράμετροι των δομών που θα μπορούσαν να μετριάσουν τις συνθήκες θερμικής καταπόνησης κοντά στο περιβάλλον του κτιρίου. Η υδροπονική πέργκολα και ο κάθετος υδροπονικός τοίχος, πού είναι τα κύρια σημεία ενδιαφέροντος σε αυτό το δεύτερο μέρος, έχουν το πλεονέκτημα σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα σκίασης, ότι χρησιμοποιούν σχεδόν μηδενικό χώρο στο έδαφος, ενώ συνεισφέρουν στην αύξηση του πράσινου, εισάγουν την ιδέα της φύτευσης εκτός φυσικού χώματος, και δίνουν στον αρχιτέκτονα τοπίου ένα πεδίο δημιουργικότητας στο σχεδιασμό καθώς διαφορετικές κατασκευαστικές λύσεις μπορούν να συντεθούν ώστε να δημιουργηθεί το τελικό αποτέλεσμα. Για την εκτίμηση της επίδρασης στο μικροκλίμα της υδροπονικής πέργκολας και του υδροπονικού πράσινου τοίχου, εγκαταστάθηκαν αντίστοιχες κατασκευές πραγματικής κλίμακας στην πανεπιστημιούπολη του Τεχνολογικού Εκπαιδευτικού ιδρύματος Ηπείρου στο Κοστακιοι της Άρτας. Ένας αριθμός από παραμέτρους καταγράφονταν συνεχώς στο αίθριο, στον πράσινο τοίχο και εξωτερικά του αίθριου που χρησιμοποιήθηκαν ως μετεωρολογικά δεδομένα αναφοράς. Στη συνέχεια τα πειραματικά δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων αριθμητικής προσομοίωσης της πρόσφατης έκδοσης του μικροκλιματικού μοντέλου ENVI-met, ένα σύστημα προσομοίωσης του μικροκλίματος που βασίζεται στην υπολογιστική ρευστοδυναμική (Computational Fluid Dynamics (CFD) και στις αρχές της θερμοδυναμικής. Τα αποτελέσματα έδειξαν πολύ καλή συμφωνία μεταξύ μετρημένων και προσομοιωμένων τιμών. Στη συνέχεια, το μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη των επιδράσεων διαφορετικών σεναρίων σχεδιασμού αντίστοιχων κατασκευών στη θερμοκρασία αέρα (Tair), τη σχετική υγρασία αέρα (RH) και τη μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας (Tmrt). Τα εξαγόμενα αυτών των παραμέτρων χρησιμοποιήθηκαν ως δεδομένα εισόδου στο μοντέλο RayMan pro (V 2.1) για την εκτίμηση του θερμοφυσιολογικού δείκτη (PET). Τα σενάρια σχεδιασμού περιλάμβαναν διαφορετικά ποσοστά κάλυψης του αίθριου με φυτεμένη πέργκολα, ή διαφορετικά ύψη πράσινων τοίχων και φυτών διαφορετικής πυκνότητας φυλλώματος. Από τη μελέτη των διαφορετικών σεναρίων σχεδιασμού στο αίθριο στη διάρκεια της ημέρας, διαπιστώθηκε σημαντική επίδραση της φυτεμένης πέργκολας στη θερμική πρόσληψη όταν το αίθριο εκτίθεται σε πλήρη ηλιασμό. Οι προσομοιωμένες τιμές της Tmrt στο κέντρο του αίθριου έδειξαν ότι στην περίπτωση του άδειου αίθριου η Tmrt εμφάνισε υψηλές τιμές (περίπου 60 ° C) μεταξύ 9:00 και 14:00, εξαιτίας της επίδρασης της ηλιακής ακτινοβολίας που έφτασε στο κέντρο του αίθριού, ενώ το υπόλοιπο της ημέρας τα περιβάλλοντα κτίρια σκίαζαν το κέντρο του αίθριου. Σε σύγκριση με την περίπτωση που δεν υπάρχει πέργκολα στο αίθριο, καλύπτοντας το 100% της επιφάνειας του αίθριου με φυτεμένη πέργκολα οι τιμές Tmrt και ΡΕΤ μειώθηκαν κατά το θερμότερο μέρος της ημέρας κατά 29,4 ° C και 17,9 ° C αντίστοιχα. Καλύπτοντας τους περιβάλλοντες τοίχους στο εσωτερικό του αίθριου με πράσινο τοίχο δεν υπήρξε σημαντική επίδραση στο μικροκλίμα στο αίθριο σε σύγκριση με την περίπτωση με άδειους τοίχους. Όταν 50% της έκτασης του αίθριου καλύπτονταν με φυτεμένη πέργκολα και οι περιβάλλοντες τοίχοι καλύπτονταν με πράσινο τοίχο ύψους 2μ η μέση μείωση του ΡΕΤ ήταν μεγαλύτερη. Η χωρική κατανομή της Tmrt σε διάφορα χρονικά διαστήματα στη διάρκεια της ημέρας και οι απόλυτες διαφορές στις τιμές της Tmrt σε σύγκριση με το άδειο αίθριο, έδειξαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο περιπτώσεων για όλες τις χρονικές περιόδους μελέτης. Οι μέσες απόλυτες διαφορές των τιμών της Tmrt που παρατηρήθηκαν στην περιοχή του αίθριου που σκιάζονταν από την πέργκολα γύρω στις 12:00 ήταν 20.9 ° C, ενώ η μείωση της Tmrt στην έκταση του αίθριου είχε περιοδικό χαρακτήρα ακολουθώντας την κίνηση του ηλίου και εποχικό χαρακτήρα ανάλογα με το ύψος του ήλιου στη διάρκεια του χρόνου. Ο πράσινος τοίχος εκτεθειμένος σε νότιο προσανατολισμό, δε φαίνεται να επηρεάζει τη θερμική πρόσληψη μπροστά από τον πράσινο τοίχο. Επίσης η Tmrt και ο ΡΕΤ ήταν μόνο ελαφρά μειωμένοι εξαιτίας του φυτεμένου τοίχου. Η χωρική ανάλυση μπροστά από τον άδειο τοίχο και τον πράσινο τοίχο έδειξε ότι σε απόσταση μεγαλύτερη από 1 μέτρο από τον πράσινο τοίχο, οι διαφορές στην παρατηρούμενη Tmrt εξαλείφονταν.Παρότι οι τιμές της θερμοκρασίας του αέρα δεν επηρεάστηκαν σημαντικά από την παρουσία του πράσινου τοίχου, η πιο σημαντική επίδραση του πράσινου τοίχου ήταν η μείωση της ηλιακής ακτινοβολίας πίσω από τον πράσινο τοίχο, που οδήγησε σε αντίστοιχη μείωση της Tmrt. Πίσω από τον τοίχο η Tmrt ήταν μειωμένη κατά περίπου 31 °C στη διάρκεια όλης της περιόδου έκθεσης στον ήλιο. Αυτή η μείωση οδήγησε σε σημαντική μείωση (περίπου 8 °C) στη θερμοκρασία επιφάνειας του κτιρίου πίσω από τον πράσινο τοίχο και ακολούθως στη μείωση του φορτίου ενέργειας του κτιρίου. Τέλος, στο 3ο Μέρος, έγινε μελέτη της επίδρασης στο μικροκλίμα και στις συνθήκες ανθρώπινης θερμικής άνεσης, του βιοκλιματικού ανασχεδιασμού του τοπίου σχολικής αυλής που περιελάβανε κυρίως τη φύτευση δέντρων και πράσινων διαμορφώσεων με τη βοήθεια προσομοιώσεων με το μοντέλο προσομοίωσης μικροκλίματος ENVImet (V4.0). Αρχικά έγινε αξιολόγηση της πρόσφατης έκδοσης του μοντέλου προσομοίωσης μικροκλίματος ENVImet (V4.0), χρησιμοποιώντας πειραματικές μετρήσεις και μετά την επιτυχή αξιολόγηση του, το μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για να εκτιμήσει διαφορετικές προτάσεις σχεδιασμού με στόχο τη βελτίωση των συνθηκών θερμικής άνεσης, συγκρίνοντας με την αρχική κατάσταση.Η προσομοίωση της υφιστάμενης κατάστασης της αυλής έδειξε ότι οι τιμές του θερμοφυσιολογικού δείκτη ΡΕΤ (oC), ήταν μέσα στο εύρος της θερμικής αίσθησης της ακραίας θερμικής καταπόνησης (> 41 °C) από νωρίς το πρωί, ενώ το μεσημέρι το 80,5% της σχολικής αυλής ήταν εντός του εύρους της παραπάνω κατηγορίας. Με την εφαρμογή της πρότασης επανασχεδιασμού, το 69,9% της έκτασης της έκτασης της σχολικής αυλής, βελτιώθηκε κατά δύο ή τρεις τάξεις της κλίμακας ΡΕΤ, συμβάλλοντας στη βελτίωση του μικροκλίματος στο 82% της συνολικής έκτασης της αυλής. Η κόμη των δένδρων μείωσε την άμεση προσπίπτουσα ακτινοβολία περισσότερο από 90%, μείωσε τη μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας (Tmrt) και τον δείκτη ΡΕΤ έως τους 31 ° C και 19 ° C αντίστοιχα και τις επιφανειακές θερμοκρασίες εδάφους στο υγρό γρασίδι και σε σκληρές επιφάνειες άνω των 20 ° C και 14 ° C αντίστοιχα. Η παρούσα μελέτη έδειξε ότι ο υπάρχων σχεδιασμός των αστικών σχολικών αυλών, δημιουργεί συνθήκες έντονης θερμικής ρύπανσης, μιας κατάστασης που θα γίνει ακόμη πιο έντονη στο κοντινό μέλλον εξαιτίας της υπερθέρμανσης των πόλεων, και της εξελισσόμενης κλιματικής αλλαγής. Η αίσθηση από την παρούσα μελέτη παραμένει ότι ο ανοιχτός σχεδιασμός τέτοιων χώρων, προάγει την θερμική ρύπανση, ενώ η παρουσία κυρίως δέντρων σκιάς, παρέχει θερμικά πλεονεκτήματα. Έτσι, η ενσωμάτωση ενός αποτελεσματικού βιοκλιματικού σχεδιασμού στις σχολικές αυλές που να βασίζεται στις τοπικές κλιματικές συνθήκες, μπορεί να μειώσει τις εκθέσεις κι έτσι να προστατέψει τα παιδιά από τις άμεσες αλλά και τις αθροιστικές συνέπειες των διαφόρων περιβαλλοντικών επιβαρύνσεων. Τέλος, προσπάθεια της παρούσας μελέτης ήταν να αξιολογήσει το μικροκλιματικό μοντελο ENVI-met με την προοπτική να χρησιμοποιηθεί η αριθμητική προσομοίωση ως μια υποσχόμενη προοπτική για την εξαγωγή ακριβών αποτελεσμάτων για την έγκαιρη ανίχνευση των διαφορετικών σχεδιαστικών οραμάτων των αρχιτεκτόνων τοπίου στο μικροκλίμα και στην ανθρώπινη θερμική άνεση και να χρησιμοποιούν τα αποτελέσματα στο σχεδιασμό υπαίθριων χώρων με τα καλύτερα δυνατά βιοκλιματικά αποτελέσματα. Τέλος το μοντέλο ENVI-met (V4.x), εμπλουτισμένο με νέα χαρακτηριστικά, μπορεί να παρέχει αξιόπιστες προβλέψεις των παραμέτρων που επηρεάζουν το μικροκλίμα κα τη θερμική πρόσληψη, σε ένα πολύπλοκο αστικό περιβάλλον, με την προϋπόθεση ότι παρέχονται ακριβείς μετεωρολογικές μετρήσεις κοντά στο χώρο μελέτης και λεπτομερείς ρυθμίσεις του μοντέλου.