Архитектурно -
дизайнерское
бюро "АрхОснова"
+7 (903) 543-85-02
+7 (916) 462-22-33
archosnova@yandex.ru

СТАТЬЯ АРХИТЕКТОРА БЮРО "АРХОСНОВА" В СБОРНИКЕ II МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЭФФЕКТА ТЕПЛОВОГО ОСТРОВА НА АРХИТЕКТУРНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ГОРОДОВ
Березкин И.С.

Аннотация: Статья посвящена проблемам возникновения эффекта теплового острова, его влиянию на архитектурное планирование городов и способам борьбы с ним.

Одной из основных проблем для любого крупного мегаполиса являются тепловые острова, характеризующиеся повышенными выбросами тепловой энергии. По этой причине средняя годовая температура в этих районах города на несколько градусов выше, чем на территориях прилегающих к ним. Чаще всего центр теплового острова смещен от центральной части города в направлении преобладающих ветров. Эффект городского теплового острова влияет не только на комфорт и здоровье людей, живущих в городах, но и определяет источники энергии, необходимые для охлаждения в городских условиях. Основная часть конечного потребления энергии в нашем современном обществе приходится на городские здания, которые потребляют около 50% от всей вырабатываемой энергии. В будущем, цивилизованное общество должно найти новые источники для городской энергетики, основанные на широкой интеграции возобновляемых источников энергии, преобразовании и хранении этой энергии, а также распределении и управлении энергией на уровне городов.

Цель должна заключаться в том, чтобы отдельные городские районы и даже городские кварталы, смогли стать энергетически независимыми, и позволить снизить зависимость их энергетических систем от внешних экономических, природных и политических факторов вкупе с дополнительной экономией финансовых средств. Достичь этого возможно только уделяя достаточное внимание грамотному использованию городской территории, а также проектированию и строительству энергоэффективных зданий.

Эта новая концепция, несмотря на всю ее сложность, имеет огромный потенциал, который позволит в будущем значительно децентрализовать энергетический сектор. Удовлетворение потребностей в энергии для районов зависит не только от возможностей энергетических систем, но также от микроклимата, который образуется вокруг зданий, и который существенно отличается в сельских, пригородных и городских районах.

При проектировании зданий в городских условиях, обычной практикой является создание энергетического моделирования, опирающегося на конфигурацию отдельностоящего здания, без учета влияния соседних зданий, за исключением инсоляции. Состояние городского климата и микроклимата в будущем может сильно отразится на спросе на энергию и даже вызвать ее дефицит.

Современным архитекторам и проектировщикам приходится считаться с двумя важными аспектами городского микроклимата: солнечной радиацией и ветром. В энергетическом моделировании отдельных зданий, рассматривается воздействие солнечных лучей на фасад как дополнительный источник обогрева, при этом потери тепла происходят при недостаточно качественной теплоизоляции конструкций из-за разницы температур внутри и снаружи здания.

Внутри конфигураций улиц, потоки солнечного и длинноволнового излучения характеризуются множественными диффузными и зеркальными отражениями от поверхностей зданий. В результате этих многократных отражений излучения захватываются и остаются в уличном пространстве, солнечное излучение поглощается, в то время как длинноволновое излучение инертно отводится в атмосферу, что приводит к повышению температуры поверхности зданий. Этот процесс также ведет к повышению температуры воздуха между зданиями. При этом скорость ветра в городской среде значительно снижается и, как следствие, уменьшается его воздействия на окружающие здания. Низкая скорость ветра приводит к уменьшению теплообмена между зданиями и окружающей средой, это приводит к повышению температуры воздуха в стесненном городском пространстве.

При классическом энергетическом моделировании, конвективные коэффициенты теплоотдачи применяются для расчета отдельностоящих зданий, что приводит к неточным расчетным данным для зданий, расположенных в плотно застроенной среде. Только учитывая эти эффекты, можно правильно выполнить динамические расчеты воздействия ветра и температурных полей вокруг зданий. В городах можно выделить зоны, где существуют локальные высокие температуры воздуха, которые называются местные острова тепла.

Казалось бы, что охлаждающий эффект из-за ветров, пересекающих конфигурации городских должен быть очевиден, но при сравнении результатов с низкой скоростью ветра, можно увидеть, что локальные острова тепла не уменьшаются. Это наблюдение кажется нелогичным, так как ожидалось, что более высокая скорость ветра должна эффективней бороться с жарой в городской среде. Объяснение данного факта состоит в том, что при небольших скоростях ветра, наиболее важное значение имеет эффект плавучести. Плавучесть означает, что воздух будет двигаться вверх из-за разницы температур между поверхностью здания и окружающим воздухом. Архитектура зданий в городских условиях, имеет большое влияние на теплоотдачу, поэтому при низких значениях скорости ветра нельзя пренебрегать эффектом плавучести.

Только изучив основные аспекты городского микроклимата и эффект возникновения теплового острова, можно правильно определить пространство, необходимое для естественного охлаждения каждого здания. Низкий коэффициент ветровой нагрузки означает широкие улицы с невысокими зданиями, в то время как высокий коэффициент ветровой нагрузки характерен для узких улиц, окруженных высокими зданиями.

Потребность в охлаждении помещений отдельностоящего здания гораздо ниже, по сравнению со зданием, расположенном в уличном каньоне. Для более широких улиц, потребность в охлаждении выше, потому что большое количество солнечной и тепловой радиации попадает в ловушку, главным образом из-за многочисленных отражений от зданий.
Напротив, в узких уличных пространствах, потребность в охлаждении ниже из-за меньшего поступления солнечной радиации, но при этом из-за низкой скорости ветра снижается отвод тепла от зданий.

Эффект теплового острова значительно увеличивает область спроса на все виды охлаждения и наглядно показывает, какое сильное влияние городской микроклимат может оказывать на него. В качестве решения проблем, связанных с появлением островов тепла должны быть приняты комплексные меры, принимаемые современными архитекторами совместно с городскими властями.

Одной из таких мер может стать покраска крыш городских зданий в белый цвет совместно с использованием современных светоотражающих материалов. Результаты проведенных американскими учеными экспериментов в г. Нью-Йорк показали, что кровельное покрытие белого цвета позволило снизить пиковую летнюю температуру в среднем на 24 градуса Цельсия.
Второй мерой должно стать требование от городских властей увеличение количества велосипедных маршрутов и значительное снижение автомобильного трафика в пользу развития экологически безопасного общественного транспорта.

Использование преимуществ растений в архитектурных решениях фасадов зданий станет еще одной мерой для сокращения теплового острова. Зеленые растения являются хорошим средством для нейтрализации городского загрязнения и снижения теплового эффекта. Несмотря на то, что идея концепции зеленых стен существует достаточно давно, в настоящее время она используется пока очень редко. Включив растения в свои проекты, архитекторы смогут превратить города в комфортные компромиссы для жизни, где можно будет дышать чистым воздухом.

Список литературы:
1. Болдина Е.А., Грищенко М.Ю. Исследование «теплового острова» Москвы по разносезонным снимкам Landsat 7/ETM+ //Геоинформатика. 2011. № 3. С. 62-69.
2. Бусыгин Б.С., Гаркуша И.Н. Геоинформационная технолгия температурного картографирования городов по данным космических съемок // Geolinformatics. 2012. 14 May. http://earthdoc.org/publication/ (дата обращения 24.10.2016).
3. Второй оценочный доклад об изменении климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Росгидромет. М.: 2014. 61 с.
4. Wagner, F., & Caves, R. (2012). Community Livability: Issues and Approaches to Sustaining the Well-Being of People and Communities. Routledge.
5. Allegrini J, Dorer V, Carmeliet J: Influence of the urban microclimate in street canyons on the energy demand for space cooling and heating of buildings. Energy and Buildings 104–106: 464–473, 2012.
6. Saneinejad S, Moonen P, Carmeliet J: Comparative assessment of various heat island mitigation measures. Building and Environment 73: 162-170, 2014.
7. Moonen P, Defraeye T, Dorer V, Blocken B, Carmeliet J: Urban Physics: effect of the micro-climate on comfort, health and energy demand. Frontiers of Architectural Research 1(3): 197-228, 2012.