Controlling solar radiation through urban form manipulation to improve thermal performance of outdoor spaces in Upper Egypt
| dc.contributor.advisor | Pahl-Weber, Elke | |
| dc.contributor.advisor | Schäfer, Rudolf | |
| dc.contributor.advisor | Mahmoud, Hatem | |
| dc.contributor.author | Galal Mohamed Sayed Ahmed, Omar Mohamed | |
| dc.contributor.grantor | Technische Universität Berlin | en |
| dc.contributor.referee | Pahl-Weber, Elke | |
| dc.contributor.referee | Aziz, Suzette Michel | |
| dc.contributor.referee | Schäfer, Rudolf | |
| dc.date.accepted | 2021-08-31 | |
| dc.date.accessioned | 2021-12-16T15:29:27Z | |
| dc.date.available | 2021-12-16T15:29:27Z | |
| dc.date.issued | 2021 | |
| dc.description.abstract | Although the geometry of urban settlements can significantly affect local microclimates, planning of new urban communities in Upper Egypt does not amply account for the requirements of the arid climate that they are situated in. The thermally stressful conditions resulting from this can have negative implications on sustainable lifestyles and energy consumption. Nonetheless, expansions are currently being planned following the same trends for these deserted ghost towns. On the other hand, in the Greater Cairo Region (GCR), older urban communities were originally planned with similar characteristics to these deserted towns. However, they have experienced an unplanned evolutionary process over the last decades. These settlements became denser as residents built additions vertically or replaced existing structures with higher ones. Consequently, the geometric parameters of outdoor spaces have become more complex, with significant impacts on the local micro climate. The research at hand is triggered by the following inquiries: To what extent can urban form manipulation affect outdoor thermal comfort? How does the thermal behavior vary with variation of spatial scales (quarters, blocks and streets)? Which urban form variables are most associated with change in thermal comfort at each spatial scale? And how can these insights be translated into simple and easy to apply guidelines for planning and transforming new urban communities in Upper Egypt? Using New Aswan as a case study (representative of new urban communities in Upper Egypt) and drawing from the richness of the older planned communities in GCR, this research attempts to explore the answers of the aforementioned questions. After explorations in literature of urban morphology and its relation to energy efficient mobility, a qualitative criterion was formulated by which four quarters from GCR were chosen as samples. Additionally, a quarter was chosen from New Aswan as a morphological representative for the status quo in Upper Egypt. Using ENVI-met version 4.4.3 simulation model that is calibrated according to measurements taken at Aswan University campus, two groups of simulations were conducted under Aswan’s extreme hot climatic conditions in summer. The first group simulates the impact of the urban form of two quarters (with identical layout but are different in their building heights) on Physiological Equivalent Temperature (PET) at pedestrian level. This aims to assess possible densification scenarios for the existing part of New Aswan. The results show that the densification has lowered average PET values by 1 °C throughout the entire quarter and up to 5.5 °C in some of the evolved areas during the daytime hours. However, at other locations within East-West oriented streets the increased heights had a negative effect and was insignificant at the wider spaces. The second group simulates all the quarters from GCR and the quarter from New Aswan with the aim of exploring how key urban form variables can affect outdoor thermal comfort (PET). Urban geometry variations affected average PET by up to 9 o◦C at the scale of individual streets, with prevalence of shade being the most important parameter. Multiple regression analysis showed that urban form variables explain more than half of the variation in PET. Extent of enclosure and Floor Area Ratio were most important at the block scale, while aspect ratio and orientation were the most impactful at the street scale. Based on these results, recommendations for changes in buildings regulations and planning guidelines were suggested. The results of this study are intended to contribute to two fields: the scientific field of research, showing how and in what extent urban form and outdoor thermal comfort are interrelated and the applied field of urban planning, to guide planners of new urban communities in arid climates. | en |
| dc.description.abstract | Obwohl die Geomorphologie städtischer Siedlungen das lokale Mikroklima erheblich beeinflussen kann, berücksichtigt die Planung neuer städtischer Gemeinden in Oberägypten die Anforderungen des trockenen Klimas, in dem sie sich befinden, nicht ausreichend. Die sich daraus ergebenden thermisch belastenden Bedingungen können negative Auswirkungen auf einen nachhaltigen Lebensstil und den Energieverbrauch haben. Statt dessen sind derzeit Erweiterungen geplant, die den gleichen Trends folgen, die zu den verlassenen Geisterstädten geführt haben. Andererseits wurden in der Region Greater Cairo (GCR) durchaus ältere städtische Gemeinden entwickelt, die vergleichbare Merkmale aufweisen. Sie haben allerdings in den letzten Jahrzehnten einen ungeplanten Evolutionsprozess erlebt. Diese Siedlungen wurden dichter, als die Bewohner vertikale Anbauten bauten oder bestehende Strukturen durch höhere ersetzten. Infolgedessen sind die geometrischen Parameter von Außenräumen komplexer geworden, was erhebliche Auswirkungen auf das lokale Mikroklima hat. Die vorliegende Forschung widmet sich vor diesem Hintergrundden folgenden Forschungsfragen: Inwieweit kann die Manipulation der städtischen Form den thermischen Komfort im Freien beeinflussen? Wie ändert sich das thermische Verhalten mit der Variation der räumlichen Skalen (Viertel, Blöcke und Straßen)? Welche städtischen Formvariablen sind auf jeder räumlichen Skala am stärksten mit einer Änderung des thermischen Komforts verbunden? Und wie können diese Erkenntnisse in einfache und leicht anzuwendende Richtlinien für die Planung und Umgestaltung neuer städtischer Gemeinschaften in Oberägypten umgesetzt werden? Diese Studie wählt Neu Assuan als Fallstudie (repräsentativ für neue städtische Gemeinden in Oberägypten) und schöpft aus dem Reichtum der älteren geplanten Gemeinden in GCR, um die Antworten auf die oben genannten Fragen zu untersuchen. Nach Untersuchungen in der Literatur zur Stadtmorphologie und ihrer Beziehung zur energieeffizienten Mobilität wurde ein qualitatives Kriterium formuliert, anhand dessen vier Viertel der GCR als Stichproben ausgewählt wurden. Zusätzlich wurde aus New Assuan ein Viertel als morphologisches Abbild für den dortigen Status quo ausgewählt. Unter Verwendung des ENVI-met-Simulationsmodells der Version 4.4.3, das gemäß den auf dem Campus der Assuan-Universität durchgeführten Messungen kalibriert wurde, wurden im Sommer zwei Gruppen von Simulationen unter den extrem heißen Klimabedingungen von Assuan durchgeführt. Die erste Gruppe simuliert den Einfluss der Stadtform zweier identischer Viertel mit Ausnahme ihrer Höhe auf die physiologische Äquivalenttemperatur (PET) auf Fußgängerebene. Ziel ist es, mögliche Verdichtungsszenarien für den bestehenden Teil von New Assuan zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verdichtung die durchschnittlichen PET-Werte während des gesamten Quartals um 1 ° C und in einigen der entwickelten Gebiete während der Tagesstunden um bis zu 5,5 ° C gesenkt hat. An anderen Stellen in Ost-West-orientierten Straßen wirkten sich die angehobenen Gebäudehöhen jedoch negativ aus und waren in den größeren Räumen unbedeutend. Die zweite Gruppe simuliert alle Viertel von GCR und das Viertel von New Assuan mit dem Ziel zu untersuchen, wie wichtige Variablen der städtischen Form den thermischen Komfort im Freien (PET) beeinflussen können. Variationen der Stadtgeometrie beeinflussten das durchschnittliche PET auf der Skala einzelner Straßen um bis zu 9 ° C, wobei die Prävalenz des Schattens der wichtigste Parameter war. Multiple Regressionsanalysen zeigten, dass städtische Formvariablen mehr als die Hälfte der Variation von PET erklären. Das Ausmaß des umschlossenen Raums und das Bodenflächenverhältnis waren auf der Blockskala am wichtigsten, während das Seitenverhältnis und die Ausrichtung auf der Straßenskala am wirkungsvollsten waren. Basierend auf diesen Ergebnissen werden in dieser Arbeit Empfehlungen für Änderungen der Bauvorschriften und Planungsrichtlinien entwickelt. Die Ergebnisse dieser Studie sollen zu zwei Bereichen beitragen: dem wissenschaftlichen Forschungsbereich, der zeigt, wie und in welchem Umfang Stadtform und thermischer Komfort im Freien miteinander zusammenhängen, und dem angewandten Bereich der Stadtplanung, um für die Planung neuer Stadtgemeinden in Gebieten mit trockenem Klima praxisorientierte Hinweise zu geben. | de |
| dc.identifier.uri | https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/13571 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-12358 | |
| dc.language.iso | en | en |
| dc.rights.uri | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/ | en |
| dc.subject.ddc | 710 Town planning, spatial planning, landscaping | de |
| dc.subject.other | arid climate | en |
| dc.subject.other | microclimate | en |
| dc.subject.other | outdoor thermal comfort | en |
| dc.subject.other | urban morphology | en |
| dc.subject.other | Upper Egypt | en |
| dc.subject.other | trockenes Klima | de |
| dc.subject.other | Mikroklima | de |
| dc.subject.other | thermischer Außenraum-Komfort | de |
| dc.subject.other | Stadtmorphologie | de |
| dc.subject.other | Oberägypten | de |
| dc.title | Controlling solar radiation through urban form manipulation to improve thermal performance of outdoor spaces in Upper Egypt | en |
| dc.title.subtitle | Lessons learnt from Cairo before expanding at New Aswan | en |
| dc.title.translated | Sonneneinstrahlung und urbane Form – Verbesserung des thermischen Komforts in Außenräumen, am Beispiel von Oberägypten | de |
| dc.title.translatedsubtitle | Lehren aus Kairo für die Weiterentwicklung von New Aswan | de |
| dc.type | Doctoral Thesis | en |
| dc.type.version | acceptedVersion | en |
| tub.accessrights.dnb | domain | en |
| tub.affiliation | Fak. 6 Planen Bauen Umwelt::Inst. Stadt- und Regionalplanung | de |
| tub.affiliation.faculty | Fak. 6 Planen Bauen Umwelt | de |
| tub.affiliation.institute | Inst. Stadt- und Regionalplanung | de |
| tub.publisher.universityorinstitution | Technische Universität Berlin | en |