1 涼爽城市與熱島現(xiàn)象
1.1 “涼爽城市”釋義
“涼爽城市”在目前還不是一個被普遍認識的概念,一般認為它是以提高城市夏季熱舒適程度,特別是以緩解城市熱島效應(yīng)為目標而開展的城市研究和實踐行動.在部分發(fā)達國家,“涼爽城市”的概念已經(jīng)不再陌生,許多針對性的研究計劃或者實際行動都已經(jīng)展開.比如加拿大利用政府和民間基金啟動了“ 涼爽多倫多計劃”(C ool T oronto P roject——T oronto's urban heat island m itigation andadaptation project),嘗試用這樣一個長期計劃來逐步改善城市熱環(huán)境,使多倫多市民在夏季享有更宜人的氣候.其他城市也制定了各自的行動方針或計劃來改善日趨炎熱的夏季氣候,芝加哥也啟動了緩解熱島效應(yīng)的行動,并在2002 年實行的芝加哥節(jié)能法案中對城市屋頂綠化和屋面材料的使用提出了具體的要求;2003 年東京市政廳也制定了針對熱島效應(yīng)的對策,甚至在一些熱島現(xiàn)象并不明顯的中小城市,類似于涼爽城市概念的研究或行動都已經(jīng)提開展起來.目前我國對于涼爽城市的概念還是相對陌生,市民和政府部門對于如何改善城市炎熱氣候還不夠重視,對于如何開展應(yīng)對行動還沒有列入議題,這對于改善城市生活環(huán)境、節(jié)省能源、維持城市可持續(xù)發(fā)展來說是相當(dāng)重要的,它理應(yīng)受到全體市民和各級政府的關(guān)注.
1.2 城市熱島效應(yīng)及其危害
城市區(qū)域氣候隨著城市化進程與居民活動程度的增強而受到影響,其中最顯著而且普遍的結(jié)果之基金一就是熱島效應(yīng). 熱島效應(yīng)是一種特殊的城市氣候現(xiàn)象[1], 它的特征表現(xiàn)為城市內(nèi)氣溫較郊外正常氣溫偏高,日高溫時間延長和酷熱天氣日數(shù)延長[2 ].城市的交通中心、商業(yè)中心或者是人口密度比較高的居住區(qū)等公共環(huán)境,是熱島現(xiàn)象最明顯的場所[3 ],如圖1 所示. 而且熱島效應(yīng)作用時間經(jīng)常從白天最熱時間開始持續(xù)到入夜, 熱島效應(yīng)相對于市區(qū)外正常氣溫的最大溫差Δt 發(fā)生時間經(jīng)常在夜晚(圖2), 長時間的高熱,對公共熱健康環(huán)境造成明顯地破壞,直接對居民的正常工作和生活構(gòu)成威脅; 極端的熱環(huán)境還將加重室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)負擔(dān), 增加能耗; 空氣調(diào)節(jié)廢熱最終排放到戶外公共場所, 繼而形成熱舒適環(huán)境破壞與能耗增加的惡性循環(huán).
1.3 熱島現(xiàn)象的成因
研究表明,產(chǎn)生熱島效應(yīng)的原因在于植被的減少、城市內(nèi)通風(fēng)能力的下降和非滲透性
表面材料的大量使用.建筑物和室外人工硬地面接受到
熱輻射(主要是日光輻射) 并將熱能儲蓄在材料中,這些儲蓄熱量在氣溫降低時釋放出來,使區(qū)域環(huán)境降溫速度減慢;城市地段密集的建筑樓群,影響通風(fēng)散熱以及因綠化覆蓋率偏低所致的氣候改善能力過低.1997 年H aider T ah a 的一項研究表明, 城市道路或建筑中大量使用暗顏色人工材料由于吸收大量
太陽能而很大程度地增強了熱島效應(yīng).
2 城市層面上的應(yīng)對策略
改善城市炎熱微氣候,緩解熱島效應(yīng)首先必須在城市宏觀層面采取相應(yīng)的措施,包括更多的使用恰當(dāng)材料,增加植被覆蓋面和利用水體的“冷柜”效果等.
2.1 建設(shè)材料的使用
材料的光學(xué)特性和熱特性對城市溫度造成不同程度的影響. 在近幾年的研究和實踐中, 利用適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)材料緩解熱島效開始實施, 并且美國環(huán)境保護署在1999 年的能源之星計劃中將屋面
建材產(chǎn)品列入在案. 研究表明, 淺顏色表面的材料和植被綠化相結(jié)合, 使建筑物較少吸收外部熱量, 可節(jié)約大量用于建筑內(nèi)部制冷的能耗. 在城市環(huán)境中, 如果用具有較高日照反射率的人工材料替代深顏色材料, 將大大減少太陽能的吸收和儲存. 除了材料的反射率外,城市建筑布局也影響到城市的平均反射率. 在發(fā)達城市, 密集的樓群使反射部分在“城市峽谷”內(nèi)部產(chǎn)生多次反射, 所以平均反射程度不高. 歐美典型城市平均日照反射率在0.15～0.3 之間, 而北非地區(qū)范圍在0.45～ 0.9 之間. 目前對于材料反照率在長時間范圍內(nèi)的反射特性的研究還比較欠缺.
2.2 植被覆蓋
植物對城市環(huán)境有著多種多樣的影響. 除了增加城市美感和對自然接近的要求外, 植物還具有防止水土流失, 改善動物生存環(huán)境, 防噪、防塵、改善空氣質(zhì)量等優(yōu)點. 例如一行30 m 寬高15 m 樹可以減少6～10 dB 的噪音. 另外光合作用可以減少室外的二氧化碳濃度, 葉子可以過濾掉空氣污染物, 此外植被通過
遮陽對于在直接和間接的蒸發(fā)減少
建筑能耗的作用也非常明顯, 被遮陽的墻面和窗戶可以減少40% ～50% 的空調(diào)制冷能耗.
2.3 水體的“冷柜”效果
水的比熱比較大, 一定量的水體被加熱時要吸蓄大量的能量, 城市公共地段的水體起著“冷柜”的作用. 水面在蒸發(fā)過程中可以降低表面接觸空氣的溫度, 空氣對流繼而降低周圍氣溫, 降溫程度取決于風(fēng)速和水體迎風(fēng)面的長度: 水體和空氣的接觸面越大,降溫的范圍越大. 在室外開放地點, 還可以利用噴泉進一步降溫, 因為噴泉形成的水霧加快蒸發(fā)速度, 進而加快氣溫下降. 我國南方地區(qū), 許多城市中大量存在的池塘、內(nèi)河、沼澤在新一輪論城市建設(shè)中被改造、鋪換, 這種做法無益于城市熱島效應(yīng)的緩解.
2.4 涼爽街區(qū)
停車廠、廣場、大街、人行道、公園、購物商場等公共場所都可看作是樹木種植的潛在擴容區(qū), 應(yīng)鼓勵此類場地所有者擴大樹木種植密度, 并盡可能將園林綠化納入發(fā)展計劃中. 街道設(shè)計同樣應(yīng)該提供更多的綠色空間, 諸如街心花園、街道邊的綠地,都可以從物理上、心理上改善哪怕是最輕微的舒適程度. 有些街道經(jīng)過設(shè)計改造后, 能夠比原先增加一倍的樹木種植量.
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