為城市降溫

段景頤

據(jù)估計， 2050年全球范圍內(nèi)的空調(diào)機(jī)組數(shù)量將是現(xiàn)在的3倍多?？照{(diào)很耗電，且若空調(diào)中的制冷劑泄漏還可能對地球大氣層造成破壞。為此，科學(xué)家已經(jīng)在思考為城市和建筑物降溫的新方法。在這個問題上，古人的智慧和最新科技都提供了一些幫助。

古人高處借涼風(fēng)

亞茲德是伊朗中部一座歷史悠久的古城。由于地處沙漠，這里的夏季戶外溫度經(jīng)常超過40 ℃，但當(dāng)?shù)卦S多人堅持不裝空調(diào)，因為他們習(xí)慣了已經(jīng)在這座城市中運(yùn)行了數(shù)千年的古代冷卻系統(tǒng)。

在伊朗的許多傳統(tǒng)建筑頂部有高聳的“煙囪”，其實它們是捕風(fēng)裝置。在沙漠地區(qū)，越靠近地面空氣溫度越高，高層空氣卻十分涼爽。發(fā)現(xiàn)這一點的古代伊朗人在建筑物上修建高聳的捕風(fēng)裝置，將高空的涼風(fēng)引入建筑物內(nèi)，以降低室內(nèi)溫度。早在5世紀(jì)，就有一位伊朗詩人在詩歌中描述了這種裝置。古波斯、古埃及、古巴比倫和古阿拉伯等沙漠文明都想方設(shè)法在建筑物中通風(fēng)，以適應(yīng)沙漠的炎熱氣候。實驗數(shù)據(jù)顯示，捕風(fēng)裝置能夠降低10 ℃左右的室內(nèi)溫度，效果十分顯著。

更神奇的是，即便無風(fēng)時捕風(fēng)裝置也能借助壓強(qiáng)差，讓房屋中的熱空氣順著管道上升到高處。在此過程中，房屋中的熱量被氣流不斷帶走，因此室內(nèi)溫度依然會比室外的溫度低。

捕風(fēng)裝置將高處的涼風(fēng)導(dǎo)入室內(nèi)

地上遮陰? ?地下制冷

白天，城市中的瀝青和混凝土等材料會大量吸收來自太陽的熱量;夜幕降臨，城市密集的高樓又讓風(fēng)難以有效帶走熱量，再加上城市大量消耗能源所產(chǎn)生的廢熱，城市的溫度會大大高于附近郊區(qū)的溫度，這就是熱島效應(yīng)。

新加坡的熱島效應(yīng)十分明顯，城郊溫差可達(dá)7 ℃。地理位置靠近赤道的新加坡很依賴空調(diào)，初到新加坡的游客在逛商場時甚至?xí)驗槭覂?nèi)溫度過低而發(fā)抖。空調(diào)在讓室內(nèi)溫度大幅下降的同時，也向室外排放大量廢熱，從而加劇城市熱島效應(yīng)。為了減輕熱島效應(yīng)，新加坡人想了許多辦法。

在新加坡的濱海灣花園中，矗立著18座名為“太陽能超級樹”（簡稱“超級樹”）的樹形人工建筑物，其中最高的達(dá)50米。超級樹的“樹干”和“樹冠”上攀附著大量綠色植物。白天，超級樹為濱海灣花園遮陰，從而降低地面溫度。

在超級樹的下方，還隱藏著一座大型的地下工廠，這是新加坡在擺脫空調(diào)依賴上的一次大膽嘗試。這座地下工廠中有16臺制冷機(jī)組，每臺的制冷量相當(dāng)于3600戶住宅空調(diào)的制冷量。制冷機(jī)組將低溫水通過制冷管道輸送到附近的住宅和銀行等建筑中，將這些建筑白天吸收的熱量帶走，從而為整片區(qū)域的多棟建筑降溫，這被稱為區(qū)域供冷網(wǎng)。相比每家每戶單獨使用空調(diào)降溫，區(qū)域供冷網(wǎng)能實現(xiàn)大規(guī)模可持續(xù)供冷，不但制冷效果顯著，而且比空調(diào)節(jié)能。在夜間電費(fèi)較低時，制冷機(jī)組還能大量制冰供白天使用，從而進(jìn)一步降低制冷成本。

蒸騰作用在葉片上留下的水珠

植物降溫有妙招

2014年7—8月，蘇州大學(xué)科研團(tuán)隊分?jǐn)?shù)次統(tǒng)計了蘇州市內(nèi)各地區(qū)的白天最高溫度。他們發(fā)現(xiàn)，在同一地區(qū)，遮陰和不遮陰地表的溫差最高可達(dá)13.1 ℃。闊葉植物的樹冠能夠遮擋部分太陽光，有效降低下方地面和空氣的溫度。

植物還有更有效的環(huán)境降溫手段。植物根部吸收水分，水分經(jīng)維管運(yùn)輸，通過葉片上的氣孔蒸發(fā)到空氣中，這就是植物的蒸騰作用。蒸發(fā)需要吸熱，因此蒸騰作用會源源不斷地帶走地表的熱量，從而降低環(huán)境溫度。但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，雖然闊葉植物的蒸騰作用最強(qiáng)烈，但讓人們更明顯感受到蒸騰作用的卻是草。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，夏季草地的濕度最高（最悶熱），闊葉植物和灌木叢濕度適中（最宜人），而裸露地面的濕度最低（最干燥）。

2020年，美國科學(xué)家在對比三種常見爬墻植物后，發(fā)現(xiàn)常春藤給室內(nèi)帶來的降溫效果最顯著。他們發(fā)現(xiàn)，常春藤能讓室內(nèi)溫度降低最高達(dá)7.2 ℃，而且外墻的常春藤還能明顯降低室內(nèi)的空氣濕度，減輕因濕度過高而給人帶來的悶熱感。

植物和建筑結(jié)合已經(jīng)成為趨勢。成都市新都區(qū)一個建成不久的住宅小區(qū)讓我們看到植物布滿大樓的奇觀。該小區(qū)每一戶人家的陽臺都布滿綠色植物，整棟住宅樓綠意盎然，儼然一座空中花園。每戶的陽臺上都配置有噴淋系統(tǒng)為植物灌溉，這些植物有助于降低夏季室內(nèi)溫度。

位于成都市新都區(qū)的“垂直森林住宅”

白色房頂更涼爽

住頂樓的人常常感到頂樓在夏天很熱。樓頂?shù)姆浪牧弦话闶菫r青，這種黑色材料可以吸收超過95%的太陽光，而涂有白色涂料的樓頂能反射太陽光。因此，近年來不少科學(xué)家倡議將城市建筑的屋頂涂成白色。實驗結(jié)果表明，白色屋頂可讓頂樓的室內(nèi)溫度降低3～7 ℃。

相比深色房頂， 白色房頂可以大大減少建筑物吸收的太陽輻射

不過，普通的白色涂料只能反射約80%的可見光，依然會吸收紫外線和近紅外線。2018年，一種名為“超級涼爽”的超級反射涂料問世，它干燥后能形成特殊的表面結(jié)構(gòu)，從而反射近紅外線、可見光和紫外線，整體反射率高達(dá)99.6%。在正午陽光直射下，超級涼爽涂料的表面溫度比周圍環(huán)境溫度低6 ℃。

冰冷湖水給城市降溫

直徑1.6米的水管從地面一直延伸到加拿大安大略湖83米深的湖底，從這里抽取的水的溫度只有4 ℃。低溫水經(jīng)過一系列過濾處理后，被輸送到多倫多市郊區(qū)的一個換熱站。換熱站把經(jīng)過低溫水冷卻的空氣通過地下管道輸送到城市的多棟建筑物中，為這些建筑降溫。即便算上抽水過程中消耗的電量，這套冷卻系統(tǒng)的能耗依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于中央空調(diào)。

工人們在連接深層湖水冷卻系統(tǒng)的輸水管道

深層湖水冷卻系統(tǒng)可為376萬米2 的辦公區(qū)域提供制冷。經(jīng)過換熱后的低溫湖水溫度略微升高，并被作為市民的飲用水。深層湖水冷卻系統(tǒng)不僅可以減少夏季城市對電網(wǎng)的依賴，而且每年能減少7.9萬噸二氧化碳排放量，這相當(dāng)于減少1.6萬輛家用轎車全年的排放量。不過，由于這套系統(tǒng)的使用需要附近有穩(wěn)定的低溫水源，因此它并不適用于所有城市。

打造海綿城市

由于夏季降水多，城市硬化路面容易積水形成內(nèi)澇。為了解決夏季內(nèi)澇，科學(xué)家提出了“海綿城市”的設(shè)計理念。通過鋪裝透水路面、增加裸露土壤和蓄水水體比例等手段，海綿城市可以在雨季更好地吸收降雨，減少城市積水。

海綿城市示意圖

其實，經(jīng)過海綿城市改造后，夏季城市也更涼爽。綠化區(qū)域和濕地是海綿城市的重要組成元素，充沛的水體和土壤蓄水為植物蒸騰作用充分供水。大規(guī)模的蒸騰作用能有效降低城市熱島效應(yīng)。湖南省常德市從2014年開始實施海綿城市改造，包括城市規(guī)劃、綠化改造和水體整治。研究表明，常德市城區(qū)2017年的夏季的城郊溫差比2013年降低0.92℃，海綿城市改造收效明顯。