Фото: Guardian. Остекление фасадов с учётом городского острова тепла

В результате изменения климата температура воздуха становится выше, а количество дней без дождя увеличивается. Последние несколько десятилетий были самым теплым периодом в истории климатологических исследований. Вдобавок в плотно застроенных городских центрах дополнительной проблемой является формирование городских островов тепла, то есть участков с более высокой температурой воздуха, чем в прилегающих районах. Почему данное явление на повестке дня у градостроителей, и какие решения в остеклении фасадов снижают его воздействие, рассмотрим в материале tybet.ru.

Доказано, что чрезмерная жара представляет угрозу для здоровья и жизни, особенно детей и пожилых людей. Слишком высокая температура воздуха также негативно сказывается на производительности труда. Неудивительно, что летом кондиционеры в офисных зданиях или магазинах часто работают на полную мощность, что связано с большим потреблением электроэнергии. Однако есть более экологичные способы снизить температуру в зданиях, чем кондиционирование воздуха. В борьбе с городским островом тепла могут помочь зеленые крыши, озеленение фасадов, солнцезащитные стекла, смарт-окна и светоотражающие покрытия металлических профильных систем.

Что такое городской остров тепла?

Городской остров тепла (ГОТ) – это климатическое явление, при котором температура воздуха в городе выше, чем на прилегающих территориях. ГОТ создается в результате характерной для городов функционально-пространственной структуры – скопления искусственно созданных поверхностей, малой доли зеленых насаждений и ослабленной вентиляции местности. Такие материалы, как бетон, асфальт и кирпич, поглощают больше солнечного света, чем отражают, а затем выделяют тепловую энергию, повышая температуру окружающей среды. Кроме того, повышению температуры воздуха в городе способствует деятельность человека – отопление и кондиционирование воздуха в зданиях, движение автомобилей, производство товаров и так далее. В совокупности эти факторы повышают температуру в центральной части городов по сравнению с окраинами. На картах изотермы расположены концентрически замкнутым образом – отсюда и термин «городской остров тепла».

Этот эффект впервые был замечен в первой половине 20-го века, но до 1980-х годов более высокая температура в городах считалась потенциальной выгодой, поскольку она снижала потребность в отоплении. Однако рост населения и изменение использования зданий привели к увеличению тепловыделения от электрических приборов, в то время как потребность в охлаждении помещений также возросла. По иронии судьбы, охлаждение зданий с помощью кондиционеров еще больше повышает температуру наружного воздуха и усугубляет проблему.

Что вызывает ГОТ?

• ● Сокращение воздушных потоков. Форма и расположение зданий в городах замедляют движение воздуха у земли. Они создают сложные узоры тени и солнечного света, что приводит к ограниченному обмену природной энергии.

• ● Уменьшение зеленых и синих зон. Поскольку большая часть городского ландшафта вымощена и не имеет растительности, как правило, воды для испарения мало, поскольку она отводится в дренаж из-за широко распространенных водостойких поверхностей.

• ● Эффект пониженного альбедо (солнечной отражательной способности). Большие заасфальтированные поверхности, которые являются плотными и часто темного цвета, очень хорошо сохраняют и поглощают солнечное излучение, отражая только 5% его. Это увеличивает температуру окружающего воздуха.

• ● Увеличение энергопотребления. Урбанизация связана с выбросом отработанного тепла из зданий, транспорта и промышленности, что непосредственно способствует эффекту городского острова тепла.

Существуют различные типы ГОТ в зависимости от того, на каком уровне (поверхности земли / ниже высоты крыши / выше высоты крыши) измеряется температура. Для смягчения воздействия на разных уровнях будут подходить различные меры. Городской остров тепла – сложное явление, которое климатологи и градостроители изучают с 1930-х годов не только для объяснения его причин, но и для поиска решений этой проблемы, в том числе с помощью светопрозрачных конструкций.

Рекомендуем прочесть: Свет в окошке: наука поможет актуализировать нормативную базу для применения стекла в строительстве

Влияние ГОТ на здоровье

Городской остров тепла имеет для горожан много негативных последствий, которые становятся все более серьезными с изменением климата. Например, повышение температуры в городе из-за этого явления может достигать 2-8 °C. Может показаться, что это не так уж много, но даже нижнее превышение температурной шкалы чревато для горожан обезвоживанием или тепловым ударом, не говоря уже о негативном воздействии на окружающую среду. Поэтому в городах тепловой стресс, ощущаемый жителями, еще сильнее из-за действия ГОТ.

Фото: archdaily.com. Зелёные насаждения на фасаде

Исследования доказывают, что городской остров тепла оказывает существенное влияние на увеличение частоты случаев теплового удара и способствует обострению хронических заболеваний дыхательной и сердечнососудистой систем. Это воздействие особенно сильно затрагивает детей, пожилых людей и инвалидов. Учёные также обнаружили, что в климатических условиях, характерных для ГОТ, растения могут производить больше аллергенов. Наконец, он усугубляет негативное воздействие загрязнения воздуха на здоровье человека.

В настоящее время около половины населения мира проживает в агломерациях, но, по оценкам, к 2050 году это будет ближе к двум третям. Поэтому городской остров тепла будет всё чаще на повестке дня и будет стимулировать поиск решений в разных сферах строительства, включая остекление фасадов.

Рекомендуем прочесть: Урбанизация или окна в большом городе

Городской остров тепла – вызов для градостроителей

Неудивительно, что градостроители уже много лет пытаются ограничить явление городского острова тепла. Поскольку его интенсивность зависит от функциональной и пространственной структуры городов, принципиальный вопрос: как формировать городское пространство, чтобы обеспечить тепловой комфорт его жителям? Городская зелень, особенно высокая, здесь имеет первостепенное значение – она облегчает тепловой режим, повышает влажность, улучшает локальную циркуляцию воздуха, способствует его очищению от загрязняющих веществ. Сохранение и увеличение площади биологически активных зон в пространственной структуре города является оптимальным решением для смягчения теплового режима.

Сохранение, а тем более увеличение, городских зеленых зон сталкивается с препятствиями, вытекающими из самой природы городов, но также связано с кризисом пространственного планирования. Центральные зоны мегаполисов интенсивно застраиваются, там мало места, которое можно освоить под городское озеленение. Территории, которые пока не застроены, заняты монокультурными жилыми массивами, а территории вокруг крупных городов переживают стихийный процесс урбанизации. В результате безвозвратно теряются площади, которые можно было бы использовать для ослабления эффекта ГОТ.

Хотя у архитекторов есть инструменты пространственного планирования, в городах и пригородных районах наблюдается хаос, который проявляется, в том числе, в огромной трате территории и энергии. Разрастание городов и отсутствие социальных услуг в микрорайонах обусловливают чрезмерное развитие автомобильного транспорта, что, очевидно, сказывается на состоянии атмосферного воздуха, усиливает влияние города на глобальный климат, но и усугубляет явление ГОТ и его последствия. Таким образом, для нормализации микроклимата в городском пространстве необходимо примирить многие «интересы», стимулировать развитие объектов, максимально отвечающих «зелёному» курсу в прямом и переносном смысле.

Создание зеленой инфраструктуры, то есть сети городских зеленых зон, следует рассматривать как одно из мероприятий по обеспечению безопасности здоровья горожан. В густозастроенных жилых районах, где мало полезного пространства, необходимо насытить его небольшими решениями, такими как зеленые крыши, карманные парки, вертикальные сады или зеленые фасады, которые облегчат тепловой режим и уменьшат тепловой стресс жителей в быту. Покрытие легконагреваемых строительных материалов растительностью предохраняет их от чрезмерного поглощения солнечного света и, как следствие, снижает интенсивность городского острова тепла.

Рекомендуем прочесть: «Умные» оконные технологии управляют светом и тенью

«Зеленые» решения в остеклении фасадов

Из-за плотной застройки и теплоаккумулирующих бетонных и асфальтовых покрытий многие крупные агломерации страдают от эффекта городского острова тепла, при котором воздух плохо циркулирует, а температура повышается. Автомобильные выхлопы и отработанное тепло кондиционеров также способствуют нагреву и загрязнению воздуха. Вот почему международная тенденция направлена на зеленые здания с растениями на фасадах, террасах, балконах и крышах.

Фото: Schüco. Растения в системе AF UDC 80 Green Façade растут не на земле, а на самом фасаде

В частности, озелененные фасады имеют много преимуществ: они улучшают городской климат, поглощая CO2, и очищают воздух от мелких частиц пыли и загрязняющих веществ. В то же время зеленые фасады производят кислород, компенсируют нехватку зеленых насаждений на земле, а также оживляют и украшают городской пейзаж, повышая качество жизни и проживания, тем самым способствуя большей устойчивости городских агломераций.

В отличие от наземного озеленения, фасадная конструкция предлагает решение, при котором растения растут на самом фасаде. Фасадное озеленение не требует заземления и поэтому особенно подходит для городских районов с плотной застройкой. В то же время «зеленый» фасад предлагает высокую степень дизайнерского разнообразия: благодаря озеленению отдельных участков можно реализовать индивидуальный дизайн и рисунок. Зеленые элементы могут быть интегрированы на всех высотах и участках. С помощью подконструкции обсаженные растениями модули легко соединяются с фасадным элементом и подвешиваются на фасаде на своём месте. Это означает, что фасад уже предварительно озеленен, так что длительные периоды взращивания, требующие интенсивного обслуживания, больше не нужны.

Растения поливаются и орошаются с помощью встроенной системы, невидимой снаружи. Озеленение защищает оболочку здания от воздействия погодных условий и повышает энергоэффективность, потому что растения создают дополнительную теплоизоляцию и естественное затенение, которые уменьшают колебания температуры и, таким образом, снижают затраты на отопление и кондиционирование воздуха. В то же время зеленый фасад способствует звукоизоляции и снижению шума, так как озеленение поглощает звуковые волны и тем самым положительно влияет на акустический смог в крупных городах.

Рекомендуем прочесть: Видение остекления фасадов будущего представили на 2-м Международном саммите NEXT Facade Summit

Солнцезащитное стекло и смарт-окна

Очередным важным вектором является снижение энергопотребления. Большинство современных офисных зданий в основном застеклены панорамными окнами. В результате они обеспечивают пользователей большим количеством дневного света, но солнечные лучи также могут способствовать повышению температуры в помещении. К тому же они преимущественно расположены в центре в плотном окружении других построек, создавая высокую вероятность оказаться в эпицентре ГОТ. Этой проблемы можно избежать благодаря использованию современного остекления, которое обеспечивает высокий уровень светопропускания внутрь, защищая здания от солнца. Например, солнцезащитных стекол с двойным слоем серебра и покрытиями с превосходными мультифункциональными свойствами либо смарт-окнами.

Фото: HALIO INTERNATIONAL. Смарт-окна в остеклении фасадов

Среди солнцезащитных систем есть три основных типа стекла: поглощающее (абсорбирующее), отражающее (рефлексивное) и селективное. В первом случае речь идет в основном о цветных стеклах, которые создаются на стадии варки стекла. В жидкую стекломассу добавляют вещества, окрашивающие ее в такие цвета, как синий, зеленый, графитовый и коричневый. Эти цвета обеспечивают сильное поглощение света. Абсорбирующие стекла, в частности, благодаря своему цвету и толщине, сильно нагреваются, но при этом поглощают около 50% солнечного излучения, которое затем рассеивается и излучается наружу. По этой причине они в основном используются в качестве внешнего слоя в стеклопакетах.

Рефлексивное стекло представляет собой остекление, на поверхность которых нанесено специальное покрытие (обычно это керамическая краска), отражающее как тепло солнечного, так и видимого света. Этот тип в основном используется на фасадах офисных зданий и торговых центров, где эстетика так же важна, как и функциональность фасада. Это стекло, благодаря своей отражающей поверхности, имеет зеркальный эффект, обеспечивая приватность внутри здания.

Особым типом остекления являются бесцветные селективные стекла, обеспечивающие высокий уровень теплоизоляции. Свойства этого вида стекла получаются за счет нанесения на его поверхность нескольких слоев специальных оксидов металлов, отражающих солнечное излучение. Также это позволяет контролировать степень солнечного света внутри здания и ограничивать проникновение в него солнечной энергии. Селективные стекла могут быть окрашены в массе, тогда они обычно бывают серыми, зелеными или синими.

Еще одним типом эффективного остекления с точки зрения борьбы с городским островом тепла являются стекла с переменными оптическими параметрами, более известные как смарт-окна. К ним относятся, в том числе фотохромные и электрохромные стекла. Первый тип содержит галогениды серебра, которые под воздействием УФ-излучения или видимых волн меньшей длины изменяют цвет стекла и фактически ограничивают приток света внутрь помещения. В свою очередь электрохромное стекло отличается плавным изменением своих свойств, в том числе пропускания и отражения солнечного излучения. Они вызываются активацией специального переключателя, в результате чего возникает разница электрического напряжения в камере стеклопакета. Затем под действием заряда газ окрашивается в синий цвет.

Рекомендуем прочесть: Солнцезащитные решения для окон от RGC

Порошковые покрытия, отражающие солнечные лучи

Футуристическое здание Матрешка (Matrex), расположенное в деловом и технологическом парке Сколково, является одним из наглядных примеров снижения влияния городского острова тепла. Как и большинство мегаполисов, Москва нагревается намного быстрее, чем окружающая территория, и продукты с абсорбирующими свойствами могут иметь большое значение для снижения температуры внутри объектов.

Фото: Buro Happold. Многоцелевое коммерческое здание Matrex

Для усиления эффекта монолитно-пирамидальная конструкция покрыта энергоэффективными фасадными системами, профили которых обработаны порошковой краской с низкой абсорбцией солнечных лучей. Уникальная структура покрыта лаком из семейства теплоотражающих порошковых покрытий, которые направляют солнечные лучи за пределы здания. Другой особенностью покрытия является его способность поддерживать охлаждение фасада здания, что может значительно способствовать снижению эффекта городского острова тепла.

Контрольное испытание, проведенное AkzoNobel, показало, что теплоотражающие пигменты поддерживают температуру крыши на 7 °C ниже, чем при нанесении покрытия без использования светоотражающей технологии. Между тем, температура внутри здания была на 3 °C ниже, что снизило потребление энергии, необходимой для питания вентиляторов и кондиционеров.

Также инженеры-проектировщики решили проблему шума от близлежащего аэропорта, выбрав специальное звуконепроницаемое стекло для остекления фасада, благодаря чему театральные постановки и другие мероприятия не будут мешать загруженному воздушному движению над головой. Многоцелевое коммерческое здание Matrex, спроектированное российским архитектором Борисом Бернаскони, удостоено престижной награды Architzer A +.

Подготовлено редакцией tybet.ru.

Размещение и использование (полностью или частично) данного материала допускается только при наличии активной гиперссылки на tybet.ru