1 凉爽城市与热岛现象
1.1 “凉爽城市”释义
“凉爽城市”在目前还不是一个被普遍认识的概念,一般认为它是以提高城市夏季热舒适程度,特别是以缓解城市热岛效应为目标而开展的城市研究和实践行动.在部分发达国家,“凉爽城市”的概念已经不再陌生,许多针对性的研究计划或者实际行动都已经展开.比如加拿大利用政府和民间基金启动了“ 凉爽多伦多计划”(C ool T oronto P roject——T oronto's urban heat island m itigation andadaptation project),尝试用这样一个长期计划来逐步改善城市热环境,使多伦多市民在夏季享有更宜人的气候.其他城市也制定了各自的行动方针或计划来改善日趋炎热的夏季气候,芝加哥也启动了缓解热岛效应的行动,并在2002 年实行的芝加哥节能法案中对城市屋顶绿化和屋面材料的使用提出了具体的要求;2003 年东京市政厅也制定了针对热岛效应的对策,甚至在一些热岛现象并不明显的中小城市,类似于凉爽城市概念的研究或行动都已经提开展起来.目前我国对于凉爽城市的概念还是相对陌生,市民和政府部门对于如何改善城市炎热气候还不够重视,对于如何开展应对行动还没有列入议题,这对于改善城市生活环境、节省能源、维持城市可持续发展来说是相当重要的,它理应受到全体市民和各级政府的关注.
1.2 城市热岛效应及其危害
城市区域气候随着城市化进程与居民活动程度的增强而受到影响,其中最显著而且普遍的结果之基金一就是热岛效应. 热岛效应是一种特殊的城市气候现象[1], 它的特征表现为城市内气温较郊外正常气温偏高,日高温时间延长和酷热天气日数延长[2 ].城市的交通中心、商业中心或者是人口密度比较高的居住区等公共环境,是热岛现象最明显的场所[3 ],如图1 所示. 而且热岛效应作用时间经常从白天最热时间开始持续到入夜, 热岛效应相对于市区外正常气温的最大温差Δt 发生时间经常在夜晚(图2), 长时间的高热,对公共热健康环境造成明显地破坏,直接对居民的正常工作和生活构成威胁; 极端的热环境还将加重室内空气调节负担, 增加能耗; 空气调节废热最终排放到户外公共场所, 继而形成热舒适环境破坏与能耗增加的恶性循环.
1.3 热岛现象的成因
研究表明,产生热岛效应的原因在于植被的减少、城市内通风能力的下降和非渗透性
表面材料的大量使用.建筑物和室外人工硬地面接受到
热辐射(主要是日光辐射) 并将热能储蓄在材料中,这些储蓄热量在气温降低时释放出来,使区域环境降温速度减慢;城市地段密集的建筑楼群,影响通风散热以及因绿化覆盖率偏低所致的气候改善能力过低.1997 年H aider T ah a 的一项研究表明, 城市道路或建筑中大量使用暗颜色人工材料由于吸收大量
太阳能而很大程度地增强了热岛效应.
2 城市层面上的应对策略
改善城市炎热微气候,缓解热岛效应首先必须在城市宏观层面采取相应的措施,包括更多的使用恰当材料,增加植被覆盖面和利用水体的“冷柜”效果等.
2.1 建设材料的使用
材料的光学特性和热特性对城市温度造成不同程度的影响. 在近几年的研究和实践中, 利用适当的建设材料缓解热岛效开始实施, 并且美国环境保护署在1999 年的能源之星计划中将屋面
建材产品列入在案. 研究表明, 浅颜色表面的材料和植被绿化相结合, 使建筑物较少吸收外部热量, 可节约大量用于建筑内部制冷的能耗. 在城市环境中, 如果用具有较高日照反射率的人工材料替代深颜色材料, 将大大减少太阳能的吸收和储存. 除了材料的反射率外,城市建筑布局也影响到城市的平均反射率. 在发达城市, 密集的楼群使反射部分在“城市峡谷”内部产生多次反射, 所以平均反射程度不高. 欧美典型城市平均日照反射率在0.15～0.3 之间, 而北非地区范围在0.45～ 0.9 之间. 目前对于材料反照率在长时间范围内的反射特性的研究还比较欠缺.
2.2 植被覆盖
植物对城市环境有着多种多样的影响. 除了增加城市美感和对自然接近的要求外, 植物还具有防止水土流失, 改善动物生存环境, 防噪、防尘、改善空气质量等优点. 例如一行30 m 宽高15 m 树可以减少6～10 dB 的噪音. 另外光合作用可以减少室外的二氧化碳浓度, 叶子可以过滤掉空气污染物, 此外植被通过
遮阳对于在直接和间接的蒸发减少
建筑能耗的作用也非常明显, 被遮阳的墙面和窗户可以减少40% ～50% 的空调制冷能耗.
2.3 水体的“冷柜”效果
水的比热比较大, 一定量的水体被加热时要吸蓄大量的能量, 城市公共地段的水体起着“冷柜”的作用. 水面在蒸发过程中可以降低表面接触空气的温度, 空气对流继而降低周围气温, 降温程度取决于风速和水体迎风面的长度: 水体和空气的接触面越大,降温的范围越大. 在室外开放地点, 还可以利用喷泉进一步降温, 因为喷泉形成的水雾加快蒸发速度, 进而加快气温下降. 我国南方地区, 许多城市中大量存在的池塘、内河、沼泽在新一轮论城市建设中被改造、铺换, 这种做法无益于城市热岛效应的缓解.
2.4 凉爽街区
停车厂、广场、大街、人行道、公园、购物商场等公共场所都可看作是树木种植的潜在扩容区, 应鼓励此类场地所有者扩大树木种植密度, 并尽可能将园林绿化纳入发展计划中. 街道设计同样应该提供更多的绿色空间, 诸如街心花园、街道边的绿地,都可以从物理上、心理上改善哪怕是最轻微的舒适程度. 有些街道经过设计改造后, 能够比原先增加一倍的树木种植量.
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