Влияние солнечных фотоэлектрических панелей на рассеяние CO в идеальных двумерных уличных каньонах

Почему солнечные панели на крышах могут также очищать воздух

Городские улицы часто ощущаются как глубокие коридоры, ограниченные высокими зданиями. Выхлоп от автомобилей может застаиваться в этих «уличных каньонах», вредя здоровью жителей и прохожих. В этом исследовании задают неожиданный вопрос: если покрыть крыши солнечными панелями для выработки чистой электроэнергии, могут ли эти панели также способствовать выносу дорожного загрязнения из улиц внизу?

Уличные каньоны и скопления автомобильного выхлопа

Когда ветер дует поперёк ряда зданий, он закручивается и опускается в промежуток между ними, формируя крупное медленно движущееся воздушное вихревое поле. Этот вихрь склонен сгущать автомобильный выхлоп, такой как угарный газ, к одной стороне улицы и удерживать его близко к земле. Во многих оживлённых городах это означает, что даже при общем улучшении качества воздуха люди на уровне тротуара всё ещё могут дышать повышенными концентрациями выхлопов по несколько часов в день.

Компьютерные модели как виртуальная аэродинамическая труба

Чтобы исследовать, как крыши с панелями могут изменить эту картину, автор создал детальную компьютерную симуляцию идеализированного двумерного уличного каньона. Здания по обеим сторонам и дорога между ними имели одинаковую высоту и ширину, что упростило реальность и позволило изолировать роль солнечных панелей. Тонкий линейный источник на дороге выпускал угарный газ, имитируя транспорт, в то время как устойчивый ветер дул поперёк крыш, перпендикулярно улице. В работе использовалась хорошо отработанная модель воздушных потоков, многократно проверенная с помощью аэротрубных экспериментов, что даёт уверенность в физической реалистичности виртуальных результатов.

Наклон панелей для управления потоком ветра

Ключевой эксперимент заключался в установке солнечных панелей на крыше подветренного здания и наклоне их под тремя углами: 30°, 45° и 60°. По сравнению с плоской крышей без панелей добавление панелей изменяло скорость ветра и форму воздушного вихря в каньоне. При наклоне 30° поток ускорялся, пересекая панель, а за ней образовывалась зона пониженного давления. Такое сочетание втягивало больше воздуха вверх и наружу из каньона, сокращая медленные застойные зоны в середине и у поверхности. По мере увеличения угла наклона до 45° и затем 60° вертикальная высота и «фронтальная площадь» панели уменьшались, зона пониженного давления сокращалась, и благоприятный эффект на поток ослабевал.

Меньше загрязнения в каньоне и вблизи людей

Эти изменения в аэродинамике привели к заметным различиям в концентрациях загрязнения. По всему каньону средние уровни угарного газа снизились на 21,7 % при наклоне 30°, почти на 20 % при 45° и примерно на 14 % при 60° по сравнению с отсутствием панелей. Наибольшее загрязнение всегда наблюдалось у подветренной стены, где главный вихрь направляет выхлоп и где небольшие угловые завихрения его улавливают. И здесь панели под 30° показали лучший результат, обеспечив самые низкие концентрации у поверхности здания и на типичной высоте пешехода — 15 сантиметров над дорогой в масштабе модели. Хотя панели немного снижали перемешивание прямо на краю крыши, этот недостаток компенсировался более сильным восходящим потоком, который выносил больше загрязнения из каньона.

Что это означает для будущих городских улиц

Проще говоря, продуманно ориентированные солнечные панели на крышах могут выполнять двойную функцию. Помимо генерации чистой электроэнергии, они способны направлять ветер таким образом, чтобы способствовать выносу автомобильного выхлопа из узких улиц. В этой идеализированной конфигурации наклон 30° дал наилучший баланс, усилив потоки и сократив среднее загрязнение в каньоне более чем на пятую часть. Реальные города сложнее этой двумерной модели, но исследование показывает, что небольшие проектные решения на крышах могут заметно влиять на воздух, которым дышат пешеходы, давая градостроителям ещё одну причину учитывать, как устанавливаются солнечные панели.

Цитирование: Guang-Xing, H. The influence of solar PV panels on CO dispersion in ideal 2D street canyons. Sci Rep 16, 4745 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35045-z

Ключевые слова: городское загрязнение воздуха, уличный каньон, солнечные панели на крышах, поток ветра, рассеяние загрязняющих веществ