Table of Contents

Растущая угроза экстремальной жары в городских центрах

Изменение климата приводит к резкому увеличению частоты, интенсивности и продолжительности событий тепловой волны во всем мире. Городские районы, уже являющиеся домом для более половины мирового населения, сталкиваются с различными проблемами из-за концентрации людей, инфраструктуры и экономической активности. Тепловые волны в настоящее время являются самой смертоносной природной опасностью во многих развитых странах, вызывая ежегодно больше смертей, чем наводнения, ураганы или торнадо вместе взятые. Построенная среда городов усугубляет эти условия, делая эффективное городское планирование не только вопросом комфорта, но и критическим общественным здравоохранением и экономическим императивом. Проектирование городов для устойчивости к жаре требует фундаментального изменения в том, как мы подходим к землепользованию, проектированию зданий, инвестициям в инфраструктуру и участию сообщества. Это не об изолированных исправлениях, а системной, многоуровневой стратегии, которая объединяет архитектуру, экологию и политику для создания городских пространств, которые могут выдерживать и адаптироваться к повышению температуры.

Ставки высоки. Длительное воздействие экстремальной жары может привести к тепловому истощению, тепловому удару и ухудшению хронических сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний. Уязвимые группы населения, включая пожилых людей, детей, работников на открытом воздухе и сообщества с низким уровнем дохода, не имеющие доступа к кондиционерам, несут самое тяжелое бремя. Помимо здоровья, тепловые волны напрягают энергетические сети, наносят ущерб инфраструктуре, такой как дороги и железнодорожные линии, снижают производительность труда и нарушают местную экономику. Городское планирование, которое активно решает проблему тепла, может смягчить эти риски, снизить затраты на охлаждение, улучшить качество воздуха и повысить общую пригодность для жизни. Следующие разделы исследуют ключевые стратегии и соображения для строительства жароустойчивых городов.

Понимание эффекта острова тепла в городе

Эффект городского теплового острова (UHI) является основным механизмом, с помощью которого города усиливают тепло относительно их сельской местности. Плотные концентрации темных, непроницаемых поверхностей, таких как асфальтированные дороги, бетонные здания и темные кровельные материалы, поглощают солнечное излучение в течение дня и медленно выделяют его ночью. Это создает купол повышенных температур, которые могут сделать городские центры на 1-7 ° C (1,8-12,6 ° F) теплее, чем прилегающие сельские районы, с наибольшими различиями, происходящими в спокойные, ясные ночи. Удаление растительности, которая обеспечивает тень и охлаждает воздух через испарение, еще больше ухудшает эффект. Отходы тепла от транспортных средств, кондиционеров и промышленных процессов добавляет тепловую нагрузку.

Устранение эффекта UHI является основой любой стратегии повышения термостойкости. Без значимого вмешательства повышение базовых температур усугубит воздействие тепловых волн, чаще выталкивая города за критические пороги. Хорошей новостью является то, что существуют хорошо зарекомендовавшие себя экономически эффективные стратегии смягчения последствий, которые могут значительно снизить температуру поверхности и воздуха, обеспечивая при этом многочисленные сопутствующие выгоды.

Ключевые стратегии смягчения последствий для UHI

  • Холодные крыши и тротуары:] Используя отражающие покрытия, материалы более светлого цвета или специально разработанные «холодные» поверхности, которые отражают больше солнечного света и поглощают меньше тепла. Холодные крыши могут снизить пиковые температуры на крыше до 28 ° C (50°F) и снизить потребность в энергии охлаждения здания на 10-15%. Холодные тротуары помогают снизить температуру окружающего воздуха и могут улучшить ночное охлаждение.
  • Городская зеленая инфраструктура: Парки, уличные деревья, зеленые крыши, зеленые стены и дождевые сады обеспечивают тень и охлаждают воздух через испарение. Одно зрелое дерево может пропускать до 380 литров (100 галлонов) воды в день, обеспечивая охлаждающий эффект, эквивалентный нескольким комнатным кондиционерам, работающим в течение нескольких часов. Стратегическая посадка деревьев может снизить температуру в районе на 2-5 ° C (3,6-9 ° F).
  • Прозрачные поверхности: Замена непроницаемого асфальта и бетона проницаемыми брусчатками, пористым асфальтом или растительной поверхностью позволяет ливневой воде проникать и испаряться, обеспечивая охлаждающий эффект, а также уменьшая стоки и улучшая качество воды.
  • Снижение тепловых отходов: Повышение энергоэффективности зданий и транспортных средств, содействие общественному транспорту и активной мобильности, а также оптимизация систем HVAC могут снизить количество антропогенного тепла, выделяемого в городскую среду.

Проектирование городской ткани для термостойкости

Помимо широкого смягчения последствий УВИ, детальный дизайн улиц, зданий и общественных пространств играет решающую роль в том, как город испытывает и реагирует на экстремальную жару. Городское планирование должно учитывать все, от ориентации улиц до материалов, используемых в строительстве, создавая микроклиматы, которые более прохладны и безопасны для жителей.

Уличная геометрия и покрытие навеса

Узкое, глубоководное уличное каньон может улавливать тепло и загрязняющие вещества, если они не вентилируются должным образом, в то время как широкие открытые улицы могут стать невыносимыми без тени. Проектирование уличных коридоров с адекватным покрытием навеса деревьев является одним из наиболее эффективных и масштабируемых вмешательств. Постоянный теневой навес вдоль тротуаров, велосипедных дорожек и транзитных остановок может снизить температуры пешеходного уровня на 15-20 ° C (27-36 ° F) по сравнению с незатененными районами, резко улучшая комфорт и безопасность. Городская посадка деревьев должна уделять приоритетное внимание видам с высоким объемом навеса, засухоустойчивостью и глубокими корневыми системами, которые не повреждают инфраструктуру.

Ориентация на строительство и архитектурный дизайн

Строительные нормы и правила зонирования могут предписывать пассивные конструктивные особенности, которые уменьшают тепловыделение. Ориентация зданий на минимизацию воздействия на восток-запад, использование внешних затеняющих устройств, таких как жалюзи, свесы и вертикальные плавники, и включение высокоэффективного остекления с низким коэффициентом усиления солнечного тепла - все это помогает поддерживать прохладу интерьеров без чрезмерного кондиционирования. Природные стратегии вентиляции, включая работоспособные окна, ветровые ловушки и дымоходы с эффектом стека, могут быть интегрированы в конструкцию здания, чтобы облегчить ночное охлаждение и уменьшить зависимость от механических систем. В существующих зданиях, модернизация с прохладными крышами, отражающими красками и улучшенной изоляцией обеспечивает значительное повышение устойчивости при умеренных затратах.

Особенности воды и сине-зеленая инфраструктура

Вода обладает высокой удельной теплоемкостью и может поглощать значительную тепловую энергию до того, как ее температура значительно повысится. Фонтаны, брызговики, станции тумана, отражающие бассейны и построенные водно-болотные угодья могут обеспечить локализованное охлаждение за счет испарения и поглощения тепла. При интеграции с зеленой инфраструктурой, такой как дождевые сады и биосвалы, эти «сине-зеленые» элементы создают микрооазисы, которые особенно ценны в плотных городских центрах и вблизи транзитных узлов. Проектирование водных объектов, которые используют переработанные или ливневые воды, захваченные на месте, повышает устойчивость.

Политика, управление и вовлечение сообщества

Технических решений недостаточно без сильной политики, устойчивого финансирования и подлинного участия общин. Теплостойкость должна быть внедрена в структуры городского управления, комплексные планы и нормативно-правовую базу. Политическое лидерство и межведомственная координация необходимы, поскольку планирование теплоснабжения затрагивает землепользование, транспорт, жилье, здравоохранение, управление чрезвычайными ситуациями и экологические услуги.

Интеграция тепла в мандаты городского планирования

В перспективных городах теплостойкость интегрируется в их общие планы, коды зонирования и планы действий по климату. Это может включать в себя упражнения по тепловому картированию для выявления горячих точек и уязвимых групп населения, зоны наложения тепла с особыми требованиями к проектированию и стандарты производительности для новых разработок, которые ограничивают непроницаемое покрытие поверхности и устанавливают минимальный навес на деревьях. В некоторых юрисдикциях приняты «постановления о охлаждении», которые требуют прохладных крыш на всех новых зданиях, устанавливают максимальные пороги теплового воздействия для тротуаров и общественных площадей и предписывают установку теневых конструкций на транзитных остановках и детских площадках.

Экономические стимулы и механизмы финансирования

Финансирование перехода к более прохладному городу требует творческих подходов. Государственно-частное партнерство, зеленые облигации и финансирование налоговых приращений могут финансировать крупномасштабные проекты зеленой инфраструктуры. Программы чистой энергии (PACE) с оценкой недвижимости предлагают финансирование для холодных установок на крыше и тени на частной собственности. Снижение платы за ливневые воды для объектов, которые устанавливают проницаемые поверхности и системы сбора дождевой воды, создают прямые экономические стимулы. Признание предотвращенных затрат на посещение аварийных помещений, связанных с теплом, потерянные часы работы и спрос на энергию могут создать убедительный бизнес-кейс для инвестиций.

Защита уязвимых групп населения посредством целенаправленных действий

Уязвимость к жаре распределяется неравномерно. Районы с низким уровнем дохода и цветные сообщества часто имеют меньше полога деревьев, более непроницаемые поверхности, более старый жилой фонд с плохой изоляцией и ограниченным доступом к охлаждению. Эта историческая модель неравных инвестиций приводит к значительно более высокому воздействию тепла и рискам для здоровья для этих групп населения. Эффективное планирование устойчивости должно уделять приоритетное внимание экологической справедливости, направляя ресурсы и вмешательства в наиболее жаркие районы. Планы действий по охлаждению должны включать назначение общественных центров охлаждения, продление рабочих часов для библиотек и общинных центров во время волн тепла и протоколы проверки на жителей, подверженных риску. Координация с учреждениями общественного здравоохранения, коммунальными службами и социальными службами имеет решающее значение для охвата уязвимых лиц до и во время экстремальных событий.

Участие сообщества и образование

Жители, которые понимают риски и имеют право действовать, являются первой линией обороны города. Общественные кампании по информированию людей о признаках тепловой болезни, важности гидратации и о том, как получить доступ к ресурсам охлаждения. Процессы планирования участия, которые включают членов сообщества в решения по посадке деревьев, проектирование парка и расположение центров охлаждения, создают доверие и обеспечивают, чтобы решения были культурно подходящими и учитывали реальные потребности. Центры устойчивости на уровне района, где жители могут собирать, получать доступ к информации и заряжать устройства во время тепловых событий, способствуют социальной сплоченности и местному потенциалу. Программы, которые обучают и используют местную молодежь в уходе за деревьями и обслуживании зеленой инфраструктуры, создают зеленые рабочие места при создании управления сообществом.

Технологические и основанные на данных подходы

Данные и технологии являются мощными источниками теплостойкости. Дистанционное зондирование со спутников и беспилотников может отображать температуру поверхности по всем городам, выявлять горячие точки и отслеживать эффективность усилий по смягчению последствий с течением времени. Географические информационные системы (ГИС) могут накладывать данные о тепле с демографическими, медицинскими и инфраструктурными данными для определения наиболее уязвимых групп населения и определения приоритетов вмешательств. Датчики Интернета вещей (IoT), развернутые по всему городу, могут предоставлять данные о температуре воздуха в реальном времени, влажности и скорости ветра, вводя в системы раннего предупреждения и адаптивное управление общественными пространствами. Цифровые двойники или динамические виртуальные копии городской среды, позволяют планировщикам моделировать температурные воздействия новых разработок, сценариев посадки деревьев или охлаждения тротуара перед осуществлением реальных инвестиций.

Агентство по охране окружающей среды США предоставляет комплексные ресурсы по стратегиям сокращения городских тепловых островов и данным о производительности прохладной крыши . Аналогичным образом, Всемирная организация здравоохранения предлагает руководство по планам действий в области теплового здоровья и оценке уязвимости . Для планировщиков, ищущих подробное техническое руководство, Американское общество ландшафтных архитекторов публикует тематические исследования дизайна и лучшие практики для устойчивых к теплу городских ландшафтов . Эти ресурсы бесценны для городов на любом этапе разработки их стратегии устойчивости к теплу.

Тематические исследования в области устойчивости к городскому теплу

Несколько городов по всему миру демонстрируют, что возможно с постоянной приверженностью и инновационным дизайном.

Медельин, Колумбия: Corredores Verdes

Медельин, некогда известный высокой преступностью и загрязнением воздуха, преобразовал свою городскую среду посредством создания «зеленых коридоров», которые следуют по основным дорогам и водным путям.Сеть из 30 коридоров, посаженных с различными местными видами и связанных с парками и лесами на склоне холма, снизила температуру города на 2-3 ° C (3,6-5,4 ° F) и, по прогнозам, понизит его еще на 4-5 ° C по мере созревания растительности. Программа также улучшила качество воздуха, увеличила биоразнообразие и стимулировала экономическое оживление в соседних районах.

Лос-Анджелес, США: программа CoolSeal Pavement

Лос-Анджелес провел обширные пилотные исследования отражающих холодных покрытий тротуара, обрабатывая более 200 блоков в некоторых из самых горячих районов. Ранние результаты показывают, что покрытия могут снизить температуру поверхности до 10 ° C (18 ° F) и температуру окружающего воздуха на 0,5-1,5 ° C (0,9-2,7 ° F) в часы пик. Город объединил это с всеобъемлющей инициативой посадки деревьев и прохладным постановлением крыши, которое требует всех новых крыш для соответствия стандартам отражательной способности. Программа является частью более широкого [[FLT: 0]] Зеленый Новый курс [[FLT: 1]], который нацелен на нулевой углеродный след к 2050 году.

Вена, Австрия: комплексное теплопланирование

Стратегия городского теплохода Вены является межведомственной инициативой, которая интегрирует адаптацию к климату во все аспекты городского планирования. Стратегия включает в себя правила зонирования, которые предписывают зеленые крыши на новых зданиях с плоской крышей, городскую программу посадки деревьев, которая отдает приоритет школам и старшим центрам, и преобразование мощеных школьных дворов в затененные, посаженные «холодные дворы». Город также использует сложную модель температуры поверхности земли для оценки каждого нового предложения по развитию для его теплового воздействия, требуя от разработчиков включать меры по смягчению последствий, где это необходимо. Этот систематический подход, основанный на данных, гарантирует, что устойчивость встроена в ткань города с течением времени.

Вывод: создание более холодного будущего требует действий сегодня

Проблема экстремальной жары в городах огромна и растет, но она не является непреодолимой. При преднамеренном планировании, устойчивых инвестициях и сильной политической воле городские районы могут превратиться из тепловых ловушек в среду, которая защищает и повышает благосостояние человека. Решения хорошо понятны, масштабируемы и часто обеспечивают множество преимуществ, которые улучшают качество воздуха, снижают спрос на энергию, управляют ливневыми водами и увеличивают стоимость имущества. В конечном счете, проектирование для устойчивости к жаре не является отдельной задачей от хорошего городского планирования - это неотъемлемое измерение создания справедливых, здоровых и процветающих городов в мире потепления.

Каждый город, независимо от размера или географического положения, может сегодня предпринять значимые шаги. Проведение оценки уязвимости к жаре, картирование городских тепловых островов, принятие политики прохладной крыши, запуск программы посадки деревьев в общинах и разработка плана действий по теплоснабжению - все это достижимые первые шаги. Стоимость бездействия, измеряемая в потерянных жизнях, расходах на здравоохранение, экономических потрясениях и ухудшении неравенства, намного превышает инвестиции, необходимые для адаптации. Переосмыслив дизайн улиц, зданий и общественных пространств, города могут защитить своих жителей от худших последствий экстремальной жары и построить основу для долгосрочной устойчивости.