Жара в большом городе

Если выехать за пределы большого города, можно ощутить изменение климата в буквальном смысле: вне городской черты всегда прохладнее. Ученые считают, что эффект «теплового острова», когда температура воздуха в городе на несколько градусов выше по сравнению с окрестностями, представляет опасность для здоровья человека и усугубляет последствия антропогенного изменения климата. Этот эффект обусловлен множеством факторов. Преимущественно он объясняется последствием низкого уровня испарения влаги в городах – в «царстве бетона» ей негде взяться.
Второй по величине источник эффекта «теплового острова» – человеческая деятельность. Это тепло, вырабатываемое транспортом, отопление домов и даже тепло, выделяемое человеческими телами.
Коричневая дымка, которую мы видим над городом ранним утром или ближе к вечеру – это фотохимический смог, который образуется в результате взаимодействия ультрафиолетовых лучей с оксидами азота (газами, образующимися при сжигании ископаемого топлива). И это не единственный опасный для здоровья человека загрязнитель, который накапливается в городском воздухе. В нем также присутствуют и другие вредные вещества, которые не могут улетучиться из–за эффекта «теплового острова»: диоксид серы, частицы пыли, свинец, углеводороды и монооксид углерода.
Из–за фотохимических взаимодействий, создаваемых эффектом «теплового острова», повышается уровень озона. Это важнейший газ для защиты Земли от ультрафиолетового излучения, но в то же время он вреден для здоровья при непосредственном контакте с ним.
Также играют роль индивидуальные факторы – от плотности застройки до типов строительных материалов и городского дизайна. Каждый город испытывает различные эффекты нагрева.
Согласно данным мировых исследований, к 2050 году более 2/3 населения земного шара будет жить в городах. Это приведет к среднему увеличению температуры воздуха летом на 1–3°C. Зной спровоцирует ухудшение качества воздуха, рост связанных с этим заболеваний и смертности населения.

Как на сковородке
В ходе расширения городов деревья, трава и кустарники уничтожаются ради места для дорог, зданий, парковок и магазинов. Городская инфраструктура, в основном состоящая из непроницаемых поверхностей (цемент, асфальт, кирпич, сталь), вносит основной вклад в создание эффекта «теплового острова». Летом температура поверхности дорожного покрытия может быть на 20–30°C выше температуры окружающего воздуха. Тепловая энергия, поглощаемая асфальтом и крышами в течение дня, выделяется в атмосферу ночью. А это время, когда город мог бы остывать.
В январе 2013 года в «Международном журнале исследований и технологий дорожного покрытия» была опубликована статья, в которой приведены результаты тестирования дорожной поверхности с помощью тепловизионной инфракрасной камеры, пиранометра, метеостанции и набора термопар. Исследование показало, что бетон медленно повышает внутреннюю температуру в течение дня, а асфальт выделяет поверхностное тепло быстрее, чем бетон. Явление накопления и выделения тепла также оценивалось с помощью искусственного нагревания и охлаждения в лабораторных условиях. Было обнаружено, что окрашенные поверхности оказывают отражающее и охлаждающее действие.
Светлая краска снижает температуру поверхности минимум на 2–3 градуса. То есть имеет смысл покрывать улицы, парковки и крыши покрытием с выраженным отражающим эффектом. Так, в 2009 году в Нью–Йорке покрасили в белый цвет 9,2 млн квадратных футов крыш. А в Лос-Анджелесе покрывают улицы белой краской, которая снижает температуру дорожного покрытия на 10°C.
Правда, этот способ трудно реализуем и не решает проблемы в корне. Поэтому города ищут более эффективные способы, которые могли бы помочь в борьбе с эффектом теплового острова.

Пять способов решить проблему
1. Использование альтернативных строительных материалов. Пористый и резиновый бетон, проницаемые, светоотражающие и натуральные покрытия не нагреваются так, как традиционные стройматериалы. Например, ультрафиолетовые лучи отражаются от зданий со стеклянными фасадами вместо того, чтобы «впитываться» и нагревать их. А проницаемые строительные материалы пропускают воду, которая охлаждает городские кварталы.
2. Устойчивая архитектура. В последнее время возросла популярность древесины в качестве строительного материала. Одно из ее
самых больших преимуществ – то, что она способна поглощать большое количество углерода из атмосферы.
Углеродно-отрицательная архитектура – это создание зданий, которые удаляют из атмосферы больше углерода, чем выбрасывают за весь срок службы, включая эксплуатационный углерод, образующийся в результате потребления тепла и электроэнергии. Так, в Абу-Даби для башен-близнецов был спроектирован динамический фасад из деревянных решеток. Положение этих элементов зависит от того, в какой точке на небе находится солнце. Панели создают тень, не мешая свету проникать внутрь здания.
С момента появления в 1990-х годах стандарт энергоэффективности стал одним из самых известных способов создания устойчивой архитектуры. Дома с высоким уровнем изоляции и воздухонепроницаемости требуют меньшего обогрева и охлаждения.
Реверсивная архитектура заключается в том, что здания могут быть демонтированы в конце срока службы, но их компоненты можно использовать повторно. Это соответствует целям экономики замкнутого цикла, в которой все материалы используются повторно для устранения любых отходов.
Биомикрия (подход, имитирующий природные системы) – еще один способ, с помощью которого архитектура может помочь в борьбе с жарой. Суть в создании эффективных структур, которые сведут к минимуму использование материалов, а также потенциально воспроизведут полезные процессы фотосинтеза (для превращения атмосферного углерода в целлюлозу и другие соединения). Города могли бы удалять углерод из атмосферы, имитируя процесс биоминерализации, с помощью которого такие формы жизни, как морские микроорганизмы, превращают углерод в известняк и другие минералы.
Регенеративная архитектура относится к сооружениям, оказывающим положительное воздействие на окружающую среду. Яркий пример – проект Sahara Forest в Катаре. Это теплицы с морской водой, которые воспроизводит физиологию намибийского жука, греющегося в тумане для сбора пресной воды в пустыне. Любой избыток воды, который он образует, используется для восстановления растительности в окружающем ландшафте.
Также, уделяя приоритетное внимание улучшению существующего строительного фонда, а не сносу, архитекторы могут дольше использовать экологичные материалы. Модернизация и реставрация зданий проводится для достижения энергоэффективности и улучшения тепловых характеристик дома (снижения его энергозависимости от отопления и охлаждения), а также для обновления конструкции – в противном случае здание было бы снесено, а возведение нового привело бы к новым выбросам вредных веществ.
3. Озеленение. Один из лучших способов борьбы с эффектом «теплового острова» – возвращение к природе. Любая растительность обладает естественной способностью охлаждать воздух за счет испарения влаги. Растения забирают воду из земли и накапливают ее в стеблях и листьях. Затем вода попадает в маленькие отверстия на нижней стороне листьев, где превращается в водяной пар и выбрасывается в воздух. Этот процесс называется транспирацией – по сути это природный кондиционер. Кроме того, зеленый покров обеспечивает тень, помогает отражать ультрафиолетовые лучи и не накапливает тепло.
Озеленение крыш и фасадов, интеграция большего количества парковых зон в черту города помогают городам бороться с феноменом «теплового острова». Как показывают исследования, если общая площадь крон деревьев увеличится на 10%, средняя дневная температура в городе снизится на 1–1,5 градуса. Кроме того, озеленение может снизить затраты на кондиционирование воздуха. Власти Лос-­Анджелеса подсчитали, что озеленения крыш будет достаточно, чтобы сэкономить около $100 млн в год затрат на электроэнергию.
4. Водоемы. Естественные и искусственные водоемы в городе регулируют температуру и смягчают ее суточные и сезонные перепады. Это наглядно демонстрируют города, расположенные на островах или имеющие береговую линию. Вода испаряется, увлажняя и освежая воздух.
Высокая температура поверхности тротуаров и крыш приводит к нагреву ливневых стоков. Исследования показали, что тротуары с температурой +38°C могут повысить температуру дождевой воды с +21 до +35°C. Нагретая ливневая вода стекает в канализацию и попадает в ручьи, реки, пруды и озера. Быстрое изменение температуры может быть стрессовым и даже смертельным для водной флоры и фауны.
Кроме того, такие условия идеально подходят для развития и распространения смертельных болезней, передаваемых через воду. Это особенно опасно для сельских общин, которые полагаются на воду из рек и водохранилищ. Например, в Индии это основная причина смертей во время сезона муссонов.
5. Создание продуваемых пространств. Аэродинамически города имеют совсем иную форму, чем сельские районы. Высокие здания препятствуют свободному потоку воздуха, в результате чего тепло, вырабатываемое городом, задерживается в воздухе над улицами и между зданиями. Освежающий ветер – очень ценный ресурс, которого не хватает городам, особенно расположенным в низинах и окруженным холмами. Чтобы снизить влияние этого негативного фактора, создаются «вентиляционные коридоры»: широкие улицы с деревьями, которые дают возможность чистому воздуху спускаться с холмов. Плотная застройка в таких районах запрещена с той же целью.

В поисках баланса
Очевидно, что современные города нуждаются в комплексе мер для смягчения эффекта «теплового острова», чтобы уменьшить его воздействие на здоровье человека, энергетическую систему, городскую экологию и инфраструктуру. Но универсального подхода не существует. Зеленые насаждения, например, сложно использовать в районах с дефицитом воды. А отражающие поверхности в суровом климате могут сделать температуру комфортной летом, зато зимой жителям придется использовать большее количество энергии для обогрева.
Когда речь заходит о борьбе с изменением климата и жарой, приходится идти на компромиссы. Размышляя о проектировании городов будущего, важно найти баланс. Есть много факторов, которые придется учесть, чтобы сохранить планету здоровой и обеспечить безопасность будущих поколений. 

Ариэла Лихтик