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(gè)被普遍認(rèn)識(shí)的概念,一般認(rèn)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(biāo)而開(kāi)展的城市研究和實(shí)踐行動(dòng).在部分發(fā)達(dá)國(guó)家,“涼爽城市”的概念已經(jīng)不再陌生,許多針對(duì)性的研究計(jì)劃或者實(shí)際行動(dòng)都已經(jīng)展開(kāi).比如加拿大利用政府和民間基金啟動(dòng)了“ 涼爽多倫多計(jì)劃”(C ool T oronto P roject——T oronto's urban heat island m itigation andadaptation project),嘗試用這樣一個(gè)長(zhǎng)期計(jì)劃來(lái)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(dòng)方針或計(jì)劃來(lái)改善日趨炎熱的夏季氣候,芝加哥也啟動(dòng)了緩解熱島效應(yīng)的行動(dòng),并在2002 年實(shí)行的芝加哥節(jié)能法案中對(duì)城市屋頂綠化和屋面材料的使用提出了具體的要求;2003 年?yáng)|京市政廳也制定了針對(duì)熱島效應(yīng)的對(duì)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(dòng)都已經(jīng)提開(kāi)展起來(lái).目前我國(guó)對(duì)于涼爽城市的概念還是相對(duì)陌生,市民和政府部門對(duì)于如何改善城市炎熱氣候還不夠重視,對(duì)于如何開(kāi)展應(yīng)對(duì)行動(dòng)還沒(méi)有列入議題,這對(duì)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(lái)說(shuō)是相當(dāng)重要的,它理應(yīng)受到全體市民和各級(jí)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(jìn)程與居民活動(dòng)程度的增強(qiáng)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(shí)間延長(zhǎng)和酷熱天氣日數(shù)延長(zhǎng)[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(chǎng)所[3 ],如圖1 所示. 而且熱島效應(yīng)作用時(shí)間經(jīng)常從白天最熱時(shí)間開(kāi)始持續(xù)到入夜, 熱島效應(yīng)相對(duì)于市區(qū)外正常氣溫的最大溫差Δt 發(fā)生時(shí)間經(jīng)常在夜晚(圖2), 長(zhǎng)時(shí)間的高熱,對(duì)公共熱健康環(huán)境造成明顯地破壞,直接對(duì)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(fù)擔(dān), 增加能耗; 空氣調(diào)節(jié)廢熱最終排放到戶外公共場(chǎng)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(chǔ)蓄在材料中,這些儲(chǔ)蓄熱量在氣溫降低時(shí)釋放出來(lái),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(guò)低.1997 年H aider T ah a 的一項(xiàng)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(yáng)能而很大程度地增強(qiáng)了熱島效應(yīng).
2 城市層面上的應(yīng)對(duì)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(duì)城市溫度造成不同程度的影響. 在近幾年的研究和實(shí)踐中, 利用適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)材料緩解熱島效開(kāi)始實(shí)施, 并且美國(guó)環(huán)境保護(hù)署在1999 年的能源之星計(jì)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(yáng)能的吸收和儲(chǔ)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(dá)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(duì)于材料反照率在長(zhǎng)時(shí)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(duì)城市環(huán)境有著多種多樣的影響. 除了增加城市美感和對(duì)自然接近的要求外, 植物還具有防止水土流失, 改善動(dòng)物生存環(huán)境, 防噪、防塵、改善空氣質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn). 例如一行30 m 寬高15 m 樹(shù)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(guò)濾掉空氣污染物, 此外植被通過(guò)
遮陽(yáng)對(duì)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(yáng)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(shí)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(guò)程中可以降低表面接觸空氣的溫度, 空氣對(duì)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(zhǎng)度: 水體和空氣的接觸面越大,降溫的范圍越大. 在室外開(kāi)放地點(diǎn), 還可以利用噴泉進(jìn)一步降溫, 因?yàn)閲娙纬傻乃F加快蒸發(fā)速度, 進(jìn)而加快氣溫下降. 我國(guó)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(wú)益于城市熱島效應(yīng)的緩解.
2.4 涼爽街區(qū)
停車廠、廣場(chǎng)、大街、人行道、公園、購(gòu)物商場(chǎng)等公共場(chǎng)所都可看作是樹(shù)木種植的潛在擴(kuò)容區(qū), 應(yīng)鼓勵(lì)此類場(chǎng)地所有者擴(kuò)大樹(shù)木種植密度, 并盡可能將園林綠化納入發(fā)展計(jì)劃中. 街道設(shè)計(jì)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(guò)設(shè)計(jì)改造后, 能夠比原先增加一倍的樹(shù)木種植量.
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