为城市降温

据估计, 2050年全球范围内的空调机组数量将是现在的3倍多。空调很耗电,且若空调中的制冷剂泄漏还可能对地球大气层造成破坏。为此,科学家已经在思考为城市和建筑物降温的新方法。在这个问题上,古人的智慧和最新科技都提供了一些帮助。

古人高处借凉风

亚兹德是伊朗中部一座历史悠久的古城。由于地处沙漠,这里的夏季户外温度经常超过40 ℃,但当地许多人坚持不装空调,因为他们习惯了已经在这座城市中运行了数千年的古代冷却系统。

在伊朗的许多传统建筑顶部有高耸的“烟囱”,其实它们是捕风装置。在沙漠地区,越靠近地面空气温度越高,高层空气却十分凉爽。发现这一点的古代伊朗人在建筑物上修建高耸的捕风装置,将高空的凉风引入建筑物内,以降低室内温度。早在5世纪,就有一位伊朗诗人在诗歌中描述了这种装置。古波斯、古埃及、古巴比伦和古阿拉伯等沙漠文明都想方设法在建筑物中通风,以适应沙漠的炎热气候。实验数据显示,捕风装置能够降低10 ℃左右的室内温度,效果十分显著。

更神奇的是,即便无风时捕风装置也能借助压强差,让房屋中的热空气顺着管道上升到高处。在此过程中,房屋中的热量被气流不断带走,因此室内温度依然会比室外的温度低。

捕风装置将高處的凉风导入室内

地上遮阴   地下制冷

白天,城市中的沥青和混凝土等材料会大量吸收来自太阳的热量;夜幕降临,城市密集的高楼又让风难以有效带走热量,再加上城市大量消耗能源所产生的废热,城市的温度会大大高于附近郊区的温度,这就是热岛效应。

新加坡的热岛效应十分明显,城郊温差可达7 ℃。地理位置靠近赤道的新加坡很依赖空调,初到新加坡的游客在逛商场时甚至会因为室内温度过低而发抖。空调在让室内温度大幅下降的同时,也向室外排放大量废热,从而加剧城市热岛效应。为了减轻热岛效应,新加坡人想了许多办法。

在新加坡的滨海湾花园中,矗立着18座名为“太阳能超级树”(简称“超级树”)的树形人工建筑物,其中最高的达50米。超级树的“树干”和“树冠”上攀附着大量绿色植物。白天,超级树为滨海湾花园遮阴,从而降低地面温度。

在超级树的下方,还隐藏着一座大型的地下工厂,这是新加坡在摆脱空调依赖上的一次大胆尝试。这座地下工厂中有16台制冷机组,每台的制冷量相当于3600户住宅空调的制冷量。制冷机组将低温水通过制冷管道输送到附近的住宅和银行等建筑中,将这些建筑白天吸收的热量带走,从而为整片区域的多栋建筑降温,这被称为区域供冷网。相比每家每户单独使用空调降温,区域供冷网能实现大规模可持续供冷,不但制冷效果显著,而且比空调节能。在夜间电费较低时,制冷机组还能大量制冰供白天使用,从而进一步降低制冷成本。

蒸腾作用在叶片上留下的水珠

植物降温有妙招

2014年7—8月,苏州大学科研团队分数次统计了苏州市内各地区的白天最高温度。他们发现,在同一地区,遮阴和不遮阴地表的温差最高可达13.1 ℃。阔叶植物的树冠能够遮挡部分太阳光,有效降低下方地面和空气的温度。

植物还有更有效的环境降温手段。植物根部吸收水分,水分经维管运输,通过叶片上的气孔蒸发到空气中,这就是植物的蒸腾作用。蒸发需要吸热,因此蒸腾作用会源源不断地带走地表的热量,从而降低环境温度。但科学家发现,虽然阔叶植物的蒸腾作用最强烈,但让人们更明显感受到蒸腾作用的却是草。调查发现,夏季草地的湿度最高(最闷热),阔叶植物和灌木丛湿度适中(最宜人),而裸露地面的湿度最低(最干燥)。

2020年,美国科学家在对比三种常见爬墙植物后,发现常春藤给室内带来的降温效果最显著。他们发现,常春藤能让室内温度降低最高达7.2 ℃,而且外墙的常春藤还能明显降低室内的空气湿度,减轻因湿度过高而给人带来的闷热感。

植物和建筑结合已经成为趋势。成都市新都区一个建成不久的住宅小区让我们看到植物布满大楼的奇观。该小区每一户人家的阳台都布满绿色植物,整栋住宅楼绿意盎然,俨然一座空中花园。每户的阳台上都配置有喷淋系统为植物灌溉,这些植物有助于降低夏季室内温度。

位于成都市新都区的“垂直森林住宅”

白色房顶更凉爽

住顶楼的人常常感到顶楼在夏天很热。楼顶的防水材料一般是沥青,这种黑色材料可以吸收超过95%的太阳光,而涂有白色涂料的楼顶能反射太阳光。因此,近年来不少科学家倡议将城市建筑的屋顶涂成白色。实验结果表明,白色屋顶可让顶楼的室内温度降低3~7 ℃。

相比深色房顶, 白色房顶可以大大减少建筑物吸收的太阳辐射

不过,普通的白色涂料只能反射约80%的可见光,依然会吸收紫外线和近红外线。2018年,一种名为“超级凉爽”的超级反射涂料问世,它干燥后能形成特殊的表面结构,从而反射近红外线、可见光和紫外线,整体反射率高达99.6%。在正午阳光直射下,超级凉爽涂料的表面温度比周围环境温度低6 ℃。

冰冷湖水给城市降温

直径1.6米的水管从地面一直延伸到加拿大安大略湖83米深的湖底,从这里抽取的水的温度只有4 ℃。低温水经过一系列过滤处理后,被输送到多伦多市郊区的一个换热站。换热站把经过低温水冷却的空气通过地下管道输送到城市的多栋建筑物中,为这些建筑降温。即便算上抽水过程中消耗的电量,这套冷却系统的能耗依然远远低于中央空调。

工人们在连接深层湖水冷却系统的输水管道

深层湖水冷却系统可为376万米2 的办公区域提供制冷。经过换热后的低温湖水温度略微升高,并被作为市民的饮用水。深层湖水冷却系统不仅可以减少夏季城市对电网的依赖,而且每年能减少7.9万吨二氧化碳排放量,这相当于减少1.6万辆家用轿车全年的排放j3yl86S5KgXrE7t2nyvr7s9Z/KHBxy7yTK9j1Xza1/0=量。不过,由于这套系统的使用需要附近有穩定的低温水源,因此它并不适用于所有城市。

打造海绵城市

由于夏季降水多,城市硬化路面容易积水形成内涝。为了解决夏季内涝,科学家提出了“海绵城市”的设计理念。通过铺装透水路面、增加裸露土壤和蓄水水体比例等手段,海绵城市可以在雨季更好地吸收降雨,减少城市积水。

海绵城市示意图

其实,经过海绵城市改造后,夏季城市也更凉爽。绿化区域和湿地是海绵城市的重要组成元素,充沛的水体和土壤蓄水为植物蒸腾作用充分供水。大规模的蒸腾作用能有效降低城市热岛效应。湖南省常德市从2014年开始实施海绵城市改造,包括城市规划、绿化改造和水体整治。研究表明,常德市城区2017年的夏季的城郊温差比2013年降低0.92℃,海绵城市改造收效明显。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午8:56。
转载请注明:为城市降温 | 三分钟阅读-杂志精选

相关文章