Наука и технологии России

Вход Регистрация

Мегаполис-«кондишн»

На первый взгляд, самая холодная столица мира – не очень удачное место для геоинженерного эксперимента, цель которого – сделать город прохладнее. Но, хотя среднегодовая температура в столице Монголии, Улан-Баторе, лишь чуть выше нуля, летом в городе стоит испепеляющая жара, да еще здесь запредельный уровень загрязнения воздуха. Вот почему правительство решило в порядке эксперимента опробовать новое средство.

В ноябре 2011 года к северу от города на площади 30 гектаров началось бурение сети скважин, которые затем будут заполнять водой. Идея состоит в том, что зимой вода замерзнет, образуя подземные «эскимо» длиной по 2 метра, а летом будет постепенно таять, питая местные реки, обеспечивая влагой растения и охлаждая горячие ветры, пронизывающие город.

Амбициозный проект! Если способ окажется эффективным, этот принцип можно будет применять повсеместно, ведь жара – проблема не только Улан-Батора. Более половины населения Земли живет в городах, которые постоянно расширяются и в которых становится все жарче. А поскольку глобальное потепление добавит жару еще больше, найти наиболее эффективный способ охлаждения городов – вопрос уже не только комфорта проживания, но зачастую жизни и смерти.

В вышедшем недавно докладе американской организации «Национальный совет по охране природных ресурсов» (NRDS) утверждается, что от волн экстремальной жары к концу века среднегодовой показатель смертности в крупных американских городах возрастет на 3300 человек. Включение кондиционеров только ухудшит ситуацию, ведь они выкачивают горячий воздух из зданий на улицу. Как же обеспечить прохладу в городских агломерациях? Помогут ли хитроумные решения вроде монгольского «ледяного щита» уменьшить жару?

Влияние урбанизации на местный климат впервые зафиксировал в начале XIX века британский метеоролог-любитель Люк Ховард. Это он обнаружил, что в Лондоне на 2°С теплее, чем за городом, в основном из-за отделочных материалов – кирпича и шифера. Днем они нагреваются, а ночью отдают тепло. А с увеличением площади асфальтовых и бетонных покрытий, с появлением неимоверного количества автомобилей и кондиционеров эффект «острова жары» в городах еще более усилился. Недавно ученые установили, что в тесно застроенных городах иногда бывает на 12°С теплее, чем за городом.

По прогнозам NRDS, к 2099 году в 40 самых крупных городах США каждое лето экстремальная жара будет стоять в среднем по 7 недель, то есть в 8 раз дольше, чем сейчас. Для нашего организма жара – это шок; кроме того, она усиливает вредоносный эффект от загрязнения воздуха, поэтому смертность в жару увеличивается не менее резко, чем температура. Например, в 2003 году во время волны жары в Европе умерло на 35 тысяч человек больше обычного (см. график), причем больше всего смертность возросла в городах. С увеличением числа жарких дней и ночей все больше людей, особенно пожилых, будет попадать в больницы и на кладбища.

Однако до разработки научных способов управления городским климатом еще далеко. До недавнего времени и исследований такого рода было очень мало, отчасти из-за доступности кондиционеров, говорит Маттеос Сантамурис, физик из Афинского университета (Греция). Но дальше полагаться на эти агрегаты нельзя: они только усиливают эффект «островов жары» над городами, да еще и увеличивают потребление энергии. Так, в Афинах летом оно обычно возрастает вдвое, поскольку жители включают свои кондиционеры.

Блестящие города

Очевидный способ справиться с этой проблемой – сделать так, чтобы города поглощали меньше тепла. Поэтому Сантамурис и его сотрудники разрабатывают дорожные покрытия и кровли, которые будут отражать солнечную энергию, а не поглощать. А поскольку дорожные покрытия и крыши занимают более половины площади города, это заметно уменьшит жару на улицах, говорит он. Будучи председателем Европейского совета «Прохладная кровля», Сантамурис колесит по миру вместе с давним сторонником этой идеи – Хашемом Акбари из Университета Конкордия в Монреале (Канада). Акбари – советник Всемирного союза прохладных городов, цель которого – установить теплоотражающие поверхности в 100 крупных городах мира.

Целесообразно ли это? Опыты показали, что светоотражающая кровля позволит жителям дома сэкономить за счет снижения потребности в кондиционерах, причем наряду с уменьшением их счетов за электричество снизятся и выбросы углекислого газа в атмосферу. А вот доказать, что отражающие кровли улучшат микроклимат на улицах города, гораздо труднее. Пока это в основном демонстрируется на широкомасштабных компьютерных моделях. В 2010 году было проведено исследование, показавшее, что, если установить отражающие крыши во всех городах мира, это на 0,6 °С снизит средние температуры. Один из немногих опытов на реальных объектах – тепличная ферма на юго-востоке Испании. Местная температура там упала на 0,3°С – после того, как на пустырях вместо кустарника выросли сооружения со светоотражающей пленкой.

Сантамурис выполнил, возможно, самое широкомасштабное испытание отражающих поверхностей в условиях города. В 2010 году в афинском парке «Флисвос» уложили 4500 м2 брусчатки, которая была изготовлена из традиционных строительных материалов с добавкой частиц неорганического минерала, отражающих инфракрасные лучи. С тех пор каждое лето там измеряют температуру брусчатки – она на 12°С ниже, чем при обычном мощении. По прикидкам Сантамуриса, благодаря этому температура воздуха в самом парке понизилась почти на 2°С.

Однако отражающие поверхности могут создать новую проблему. Прошлогоднее исследование показало, что при использовании такого дорожного покрытия тепло отражается на стены прилегающих зданий, из-за чего там приходится увеличивать мощности кондиционирования.

А в работе ученых из Стэнфордского университета в Калифорнии (США) утверждается, что повсеместное применение подобных материалов может увеличить температуру на планете. Кроме того, даже если отражающие материалы окажутся эффективными в жару в теплых странах, то в местностях с континентальным климатом (например, в Денвере или Москве) из-за них могут увеличиться расходы на отопление зимой.

Они делают погоду
В городах – свой микроклимат, и они могут влиять на погоду неожиданным образом. Тепло, отраженное от белых крыш, может уменьшить облачность, утверждают Марк Джакобсон и Джон Тен Хуве из Стэнфордского университета (США). По мере того как город нагревается, от него вверх поднимается горячий воздух. Затем он охлаждается, образуются облака, которые могут стать причиной грозы или дождя. А поскольку из-за светоотражающей кровли воздух нагревается меньше, они могут способствовать уменьшению количества осадков, что, как ни странно, приведет к повышению температуры.
Бо Сворна и Роберт Баллинг из Университета штата Аризона в Темпе (США) утверждают, что уличное движение тоже может влиять на погоду. По их наблюдениям, челночный трафик снижает число и интенсивность зимних ливней в Финиксе (штат Аризона). В рабочие дни недели, когда трафик интенсивнее, здесь выпадает меньше осадков, в выходные – больше. По мнению ученых, на процесс образования дождевых облаков могут влиять мельчайшие частицы, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей

И здесь была бы гораздо эффективнее замена асфальта и брусчатки на растительность. Если увеличить площадь зеленых насаждений в городе, уменьшится эффект «острова жары» – благодаря охлаждению от испарения влаги и от создания тени. Это само по себе уже может понизить температуру на 7°С. Но увеличивать площадь насаждений в городах экономически не эффективно, особенно там, где цены на земельные участки достигли астрономических высот. «В условиях тесной городской застройки более целесообразны насаждения на крышах, вьющиеся растения на фасадах, деревья вдоль тротуаров. В теории они могут уменьшить эффект “острова жары”», – говорит Эндрю Пуллин из Центра консервации при Бангорском университете (Великобритания). Ученые пока не знают, какая растительность будет более эффективна и насколько прохлада распространится за пределы зеленых зон. Неизвестно даже, сколько растительности нужно для компенсации эффекта жары от заданной площади асфальта или бетона.

Тем не менее в некоторых городах осуществляются проекты по обновлению застройки или увеличению островков с растительностью. Эти районы можно использовать в качестве полигона для практической проверки различных идей.

В качестве примера можно привести амбициозный проект по реконструкции района вокруг Тайбэйского аэропорта в Тайване – строительство парка «Тайчунские ворота». Городские власти подписали контракт с Катриной Мосбаш, ландшафтным архитектором из Франции. Она предложила «зелёное легкое», чтобы выманить жителей из их коконов с кондиционерами наружу. Строительство парка длиной 2,5 км должно начаться в этом году. В отдельных его зонах будут проходить испытания разные способы улучшения микроклимата. Некоторые участки – например, предназначенные для пробежек и занятий спортом – станут более прохладными и менее влажными. Другие помогут очистить воздух (отчасти благодаря брусчатке, в состав которой входят катализаторы, поглощающие свет и за счет его энергии разлагающие вещества – загрязнители атмосферы). Парк спроектирован в соответствии с розой ветров – так, чтобы он продувался свежим воздухом. В одном месте Мосбаш хочет повысить комфорт за счет уменьшения влажности с помощью «оазиса наоборот». Это будет перфорированная платформа длиной 18 метров, отверстия в которой будут соединены с электрическим осушителем. Результаты компьютерного моделирования, выполненного проектировщиками, говорят, что вокруг этой платформы субъективно ощущаемая температура будет ниже на 4°С. В прохладную зону будет дуть холодный воздух от электрических охладителей через слои пластмассового напольного покрытия и через сидения. Снабжать парк электроэнергией будут несколько ветрогенераторов. Но, поскольку в этом городе влажность зачастую превышает 90%, вряд ли эти меры будут чувствоваться за пределами парка.

Еще более амбициозный подход используется для улучшения микроклимата в историческом центре Тираны, столицы Албании. Греческий архитектор Никос Финтикакис, сотрудничающий с Сантамурисом, смоделировал воздействие различных методов снижения жары с учетом температур и розы ветров этого города. Результаты были столь впечатляющи, что в 2012 году они обновили район площадью примерно 2 км2, добавив растительности и тени, а также реализовали другую идею Сантамуриса – термохромное дорожное покрытие.

Оно содержит теплочувствительные материалы, меняющие цвет в зависимости от температуры. Зимой это покрытие темное, благодаря чему хорошо поглощает тепло, а по мере повышения температур становится сначала желтым, а затем белым, то есть отражает больше тепла. «Брусчатка функционирует прекрасно», – говорит Сантамурис, занимающийся коммерческой реализацией этой технологии. «Этим летом мы, как и ожидалось, зафиксировали снижение температуры на 3 °С», – говорит Финтикакис.

Генплан

Обновление Тираны на этом не закончится. Архитектурное бюро Grimshaw выиграло тендер на разработку генплана всего города, где аналогичные стратегии будут применены на площади примерно 14 км2.

И наконец, любое обновление должно учитывать не только открытые пространства, но и самое важное – то, что делает город городом, – здания. По словам Джанет Барлоу, метеоролога-урбаниста из Университета Рединга (Великобритания), форма, размеры и распределение магазинов, домов и жилых кварталов обычно таковы, что в совокупности они влияют на скорость ветра в «каньонах улиц». Результаты компьютерного моделирования, выполненного Барлоу, показали, что ширина улицы должна в 1,5 раза превышать высоту стоящих на ней домов. Только так можно получить постоянный проток воздуха, чтобы и обеспечить прохладу жителям, и выдуть из города загрязненный воздух.

Теперь ее теоретические расчеты реализуются на практике в проекте PlanIT Valley в «экологическом» городе на севере Португалии, строительство которого должно завершиться в 2015 году. Его спроектировала компания Living PlanIT. Специалисты компании разработали генплан так, чтобы увеличить скорость ветра на уровне верхних этажей зданий: тогда можно получать электроэнергию с помощью ветрогенераторов и поддерживать приятный бриз уже внизу, на уровне тротуаров.

Сами здания можно использовать для регулирования климата вблизи них, говорит Рул Лоонен, инженер из Технического университета в Эйндховене (Нидерланды). Один из примеров того, как это делается, – проект береговой линии Мина Зайед, который сейчас реализуется в Абу-Даби. Это здание цилиндрической формы, обернутое широкой движущейся шторой, которая движется вместе с солнцем, обеспечивая тень в течение всего дня для парка на открытом воздухе, расположенного в центре здания. По словам Лоонена, в стадии разработки находятся и другие типы активных фасадов, в том числе и из термочувствительного полимера, снижающего температуру изменением своего цвета, наподобие термохромной брусчатки Сантамуриса, и «потеющий» фасад, выделяющий влагу.

К сожалению, наибольший эффект дают пока решения вчерашнего дня. В проекте PlanIT Valley – это кондиционирование воздуха, в котором используется всего лишь лед, произведенный с использованием избыточной электроэнергии солнечных батарей. Шимед-Эрден Баатар, координатор проекта в Улан-Баторе от Монгольского правительственного фонда чистого воздуха, говорит, что проект «Ледяной щит» работает и правительство планирует реализовать этот естественный кондиционер воздуха в более широких масштабах. «Он пригоден для любого города с континентальным климатом, – говорит Баатар. Можно создать рекреационную зону в предместьях или встроить его в центр города. Это гигантская экономия энергии!»

РЕЙТИНГ

5.00
голосов: 3

Галереи

Пожары в Подмосковье

Лето 2010 года в России запомнилось рекордной жарой и катастрофическими пожарами. В этом альбоме - будни пожарной охраны, отстаивающей дачные посёлки Павлово-Посадского и Луховицкого районов Московской области. 2-3 августа 2010 года

31 фото

Обсуждение