Картирование тепла зданий с помощью дистанционного зондирования

Одна из проблем, связанных с изменением климата, заключается в том, что здания становятся некомфортными по мере нагревания планеты. Это не только делает отдельные здания более горячими, но и общее тепло от зданий делает целые города и поселки более горячими, явление, известное как эффект городского теплового острова.

Несмотря на то, что кондиционирование воздуха является опцией, потребность в энергии для охлаждения зданий также может оказаться слишком большой для некоторых районов. Вместо того, чтобы пытаться охладить все здания в каком-то районе, усилия могут быть направлены на наиболее горячие сооружения.

Измерение тепловой сигнатуры зданий

Теперь, используя новую спутниковую систему, есть способ дистанционно измерять тепловые сигнатуры зданий и направлять усилия на самые неудачные конструкции.

Стартап Satellite Vu недавно запустил первый из предстоящей группировки спутников, которые могут измерять тепловые сигнатуры; цель состоит в том, чтобы эти спутники могли помочь в разработке более совершенных технологий охлаждения зданий и помочь странам достичь нулевого уровня выбросов к 2050 году.

Новые спутники Satellite Vu, которых планируется запустить восемь, называются HotSat. Идея состоит в том, чтобы эти спутники обеспечивали мониторинг обширной территории, а также отдельных зданий, чтобы найти наихудшие области с тепловыми сигнатурами, испускаемыми зданиями.

В городских районах с более темной поверхностью и меньшим количеством растительности, как правило, намного жарче, чем в сельской местности и природных районах. Это обработанный спутниковый снимок, полученный с помощью инструмента НАСА ECOSTRESS, показывает влияние городского теплового острова во время недавней волны тепла в Индии.

В то время как в соседних сельских районах было примерно на 40 градусов по Фаренгейту прохладнее, городские «острова тепла» Дели и небольшие города достигли 102 градусов по Фаренгейту (39 градусов по Цельсию) в момент фиксации самой высокой температуры 5 мая 2022 года. Изображение: NASA/JPL-Caltech.

Спутники также могут быть использованы для определения таких областей, как автостоянки, которые могут способствовать нагреванию. Преимущество заключается в том, что усилия по уменьшению тепла от зданий могут уменьшить общий эффект теплового острова в городах и поселках, находя худшие, самые горячие здания, а затем охлаждая их, чтобы уменьшить общий эффект теплового острова.

HotSat использует тепловидение для картирования тепловых сигнатур зданий

Первый спутник HotSat-1 был запущен в июне 2023 года. Спутник использует тепловизионное изображение с использованием средневолнового инфракрасного излучения; клиенты могут подписаться на Satellite Vu, чтобы обеспечить удаленное наблюдение за зданиями. Профили зданий могут быть созданы с использованием возможностей 3D-визуализации, чтобы так же точно определить области, требующие наибольшего внимания, когда речь идет о том, что может быть перегрето в конструкции. Например, неисправные клапаны или котлы могут привести к утечкам в конструкциях, которые могут потребовать внимания. HotSat-1 был создан британским производителем (Surrey Satellite Technology Limited).

Группировка из восьми спутников SatVu будет предоставлять данные о тепловых сигнатурах зданий с более высоким разрешением. Эти два изображения демонстрируют более высокое разрешение возможностей дистанционного зондирования SatVu по сравнению с тепловыми картами Landsat. Изображения: SatVu.

Используя тепловизионную съемку, спутник способен обнаруживать нагрев как в ночных, так и в дневных условиях; предполагается, что разрешение будет в пределах 3,5 метров.

В дополнение к мониторингу тепловых сигнатур, спутник может быть использован для мониторинга инфраструктуры и моделей жизнедеятельности, например землепользования, с помощью тепловизионной съемки.

Необходимость повышения энергоэффективности зданий для снижения тепловых сигнатур

В то время как некоторые эксперты высоко оценили новую спутниковую систему, поскольку она поможет контролировать здания и общее отопление в регионах, которые должны свести к минимуму эффект теплового острова, некоторые ученые заявили, что этот новый спутник может не решить более широкую проблему отопления в городах.

Финансирование необходимо для модернизации зданий, чтобы они стали более прохладными, и Великобритания имеет, пожалуй, самый неэффективный жилой фонд среди развитых стран, причем большинство домов построено до 1970 года.

Финансирование модернизации старых домов может стоить огромных денег, и финансирование таких усилий может быть более приоритетным, чем удаленный мониторинг таких зданий. Тем не менее, Satellite Vu утверждает, что целенаправленные усилия, нацеленные на 20% худших структур, способствующих, например, в создании тепловых островов, были бы более эффективным способом снижения общего тепла в городах. Экономическая выгода будет заключаться в устранении необходимости модернизации всего или многих жилых фондов в районах, построенных до 1970 года.

Отдельные крыши, а не крупный тепловой остров, можно наблюдать с помощью HotSat; Текущий мониторинг обычно выявляет обширные области, где может быть высокая температура, но он не может определить конкретные здания и их вклад в тепловой остров.

Усилия по уменьшению количества тепловых островов также могут быть намного дешевле за счет использования результатов обработки данных со спутника.

Простые меры, такие как посадка деревьев или создание садов вокруг горячих сооружений, могут помочь решить некоторые проблемы в координации с результатами тепловых изображений, полученных с помощью HotSat.

Использование HotSat для идентификации загрязнителей воды

Кроме того, еще одним преимуществом могут быть не только здания, но и мониторинг загрязнения. Резкие изменения температуры воды часто могут означать загрязнение или добавление нового загрязняющего вещества в воду.

Спутники HotSat могут идентифицировать изменения температуры поверхности воды, что может обеспечить более быстрое реагирование, даже в тех случаях, когда загрязнение не имеет запаха или его трудно обнаружить на земле. Несмотря на то, что это коммерческое предприятие, данные со спутника будут предоставлены Ordnance Survey (OS), которое является правительственным агентством в Великобритании, отвечающим за геодезию и картографию.

Данные и применение спутника могут быть распространены и на другие страны. В связи с недавними волнами жары, затронувшими многие части мира, города будут становиться все более трудными для жизни и неудобными местами для многих. Усилия по охлаждению городов потребуют целенаправленных подходов, которые позволяют эффективно использовать финансирование и усилия по максимально возможному охлаждению городов и районов.

Спутники HotSat, разработанные компанией Satellite Vu, могут обеспечить мониторинг тепла с высоким разрешением с помощью тепловых изображений, которые могут помочь идентифицировать самые горячие здания в городах. Для достижения нулевого уровня выбросов минимизация энергопотребления и модернизация старых зданий могут стать ключевой целью, и спутники HotSat могут стать важным инструментом в этих усилиях.