به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، با افزایش دمای زمین، شهرها بهدلیل سطوح تیره آسفالت، ساختمانهای متراکم و وسایل نقلیه، گرمای بیشتری را در خود نگه میدارند. این پدیده که به اثر جزیره گرمایی معروف است، موجب میشود دمای بعضی محلههای شهری تا حدود ۴.۵ درجه سانتیگراد بالاتر از مناطق اطراف باشد. این گرمای اضافی که از طریق تصاویر ماهوارهای قابل مشاهده است، تأثیر مستقیمی بر سلامت انسان دارد و با افزایش مرگومیر ناشی از بیماریهای قلبی-عروقی، نارسایی تنفسی و بیماریهای کلیوی مرتبط است.
دانشمندان و برنامهریزان شهری معتقدند که برای مقابله با این پدیده نمیتوان از راهحلهای یکسان برای همه شهرها استفاده کرد. هر شهر بسته به موقعیت جغرافیایی، ساختار شهری و نوع منابع گرمایی خود، نیاز به راهکارهای متفاوتی دارد. بهعنوان مثال، شهرهایی همچون فینیکس و دبی که در مجاورت بیابان قرار دارند، میتوانند از سطوح بازتابنده برای دفع تابش خورشید بهره ببرند، در حالی که در آتن، اولویت با ایجاد تهویه طبیعی و خنکسازی بامها از طریق پوشش گیاهی و مواد بازتابنده است تا جریان هوا از سمت دریا به داخل شهر کشیده شود.
یکی از روشهای رایج مقابله با اثر جزیره گرمایی، استفاده از سطوح بازتابنده روی پیادهروها و بامها است. این سطوح با رنگ روشن یا مواد خاص، بخش بیشتری از نور خورشید را منعکس میکنند و دمای سطح را کاهش میدهند، با این حال برخی کارشناسان هشدار میدهند که بازتاب بیش از حد نور به سمت پیادهروها و فضاهای عمومی ممکن است برای عابران آزاردهنده باشد و دمای بدن افراد را به اندازه دمای محیط کاهش ندهد.
روش استفاده از سطوح بازتابنده یا پیادهروهای خنک شامل پوشش خیابانها و پیادهروها با مواد روشنرنگ، آسفالتهای بازتابنده یا بتنهای خنک است. این مواد با انعکاس بخش بیشتری از نور خورشید، از جذب گرما توسط سطح جلوگیری میکنند و دمای روسازی را بهطور قابلتوجهی کاهش میدهند. این رویکرد ساده و کمهزینه در بسیاری از شهرهای گرم و پرجمعیت بهعنوان راهحلی مؤثر برای مقابله با جزیره حرارتی شهری به کار گرفته میشود.
از مهمترین مزایای این روش میتوان به کاهش دمای محیط شهری، صرفهجویی در مصرف انرژی برای سرمایش ساختمانها و بهبود کیفیت هوا اشاره کرد. علاوه بر این، خنکتر شدن معابر موجب افزایش آسایش حرارتی شهروندان و گردشگران میشود و تجربه پیادهروی و حضور در فضاهای باز را در روزهای گرم بهبود میبخشد. این کار بهطور غیرمستقیم به رونق گردشگری، کاهش شکایات حرارتی و حتی کاهش هزینههای بهداشتی ناشی از گرما کمک میکند.
سنگاپور: پیشگام آسیا در پیادهروهای خنک
سنگاپور یکی از شهرهای پیشروی آسیا در مقابله با اثر جزیره گرمایی شهری از طریق سطوح بازتابنده است. این شهر در چارچوب پروژه ملی خنکسازی سنگاپور که از سال ۲۰۱۷ آغاز شد، آزمایشهای گستردهای روی پوششهای خنک و آسفالتهای بازتابنده انجام داده است. این پروژه با همکاری آژانس ملی محیطزیست، سازمان توسعه شهری و دانشگاه ملی سنگاپور اجرا میشود.
در چند محله آزمایشی از جمله توآ پایو و جورنگ پوششهای بازتابنده با آلبدوی حدود ۰.۳۵ تا ۰.۴۵ روی پیادهروها و بخشهایی از خیابانها اعمال شده است. اندازهگیریهای انجامشده توسط محققان دانشگاه ملی سنگاپور نشان داده که دمای سطح این پوششها در روزهای آفتابی تا ۷ درجه سانتیگراد کمتر از آسفالت معمولی بوده و دمای هوا در ارتفاع ۱.۵ متری حدود ۰.۸ تا ۱.۲ درجه سانتیگراد کاهش یافته است. این آزمایشها بیشتر در مناطق مسکونی با تراکم بالا انجام شدهاند.
نوع پوشش مورد استفاده در این پروژهها پوششهای آببند اکریلیک حاوی ذرات سرامیکی و مواد معدنی بازتابنده است که برای آبوهوای گرم و مرطوب سنگاپور طراحی شدهاند. این مواد نهتنها بازتاب نور خورشید را افزایش میدهند، بلکه در برابر رطوبت و بارانهای استوایی نیز دوام خوبی دارند. پایش دما با استفاده از سنسورهای ثابت و تصاویر حرارتی ماهوارهای انجام میشود.
یکی از اهداف اصلی این پروژهها، کاهش مصرف انرژی سرمایش ساختمانها و بهبود آسایش حرارتی در فضاهای عمومی است. نتایج اولیه نشان میدهد که استفاده از این سطوح میتواند مصرف انرژی تهویه مطبوع را در ساختمانهای مجاور ۵ تا ۸ درصد کاهش دهد، همچنین به کاهش تشکیل آلایندههای ثانویه همچون ازن کمک کند.
پاراماتا؛ پوششهای بازتابنده در قلب سیدنی
شهر پاراماتا در استرالیا یکی از نمونههای فعال در استفاده از سطوح بازتابنده برای کاهش دمای شهری است. این شهر با همکاری شورای شهر پاراماتا و مؤسسات تحقیقاتی همچون دانشگاه وسترن سیدنی، پروژههایی را برای پوشش خیابانها و پیادهروها با آسفالتهای خنک و پوششهای بازتابنده اجرا کرده است. این پوششها از مواد با ضریب بازتابندگی خورشیدی بالاتر از ۳۰ ساخته شدهاند و در پروژههای آزمایشی در مناطق مرکزی و تجاری شهر به کار رفتهاند. اندازهگیریهای محلی نشان میدهد که این سطوح توانستهاند دمای سطح آسفالت را در ساعات اوج گرما بین ۵ تا ۸ درجه سانتیگراد نسبت به آسفالت معمولی کاهش دهند.
یکی از ویژگیهای فنی این پروژه، استفاده از پوششهای پلیمریمعدنی است که علاوه بر بازتاب نور، دوام بالایی در برابر ترافیک سنگین دارند. این مواد شامل ذرات سرامیکی یا تیتانیوم دیاکسید هستند که با افزایش آلبدوی سطح، جذب حرارت را کاهش میدهند. این پوششها در پاراماتا در ضخامتهای دو تا چهار میلیمتر روی آسفالت موجود اعمال شده و در بعضی نقاط با بتن نفوذپذیر ترکیب شدهاند تا همزمان به مدیریت آبهای سطحی نیز کمک کنند. پایش دما با سنسورهای ثابت و تصاویر حرارتی ماهوارهای انجام شده و نتایج نشاندهنده کاهش دمای محیطی تا ۱.۲ درجه سانتیگراد در مقیاس محلی است.
خنکتر شدن خیابانهای مرکزی پاراماتا در ماههای تابستان، تجربه شهروندان و بازدیدکنندگان از حضور در فضاهای عمومی همچون پارک پاراماتا و مناطق تجاری را بهبود بخشیده است. مردم مدت زمان بیشتری را در فضای باز سپری میکنند و شکایات مربوط به گرمای شدید کاهش یافته است. این موضوع بهطور غیرمستقیم به افزایش رضایت بازدیدکنندگان و حمایت از کسبوکارهای محلی کمک میکند. ترکیب این روش با سایر راهکارهای خنکسازی شهری از جمله کاشت درختان بومی، اثربخشی آن را افزایش داده است.
مواد متامتریال خنککننده تابشی: فناوری پیشرفته خنکسازی غیرفعال
مواد متامتریال خنککننده تابشی، نسل جدیدی از مواد مهندسیشده هستند که با استفاده از ساختارهای میکرویی و نانویی، عملکردی فراتر از رنگهای ساده بازتابنده دارند. این مواد نهتنها بخش عمدهای از نور خورشید را بازتاب میدهند، بلکه با انتشار امواج مادون قرمز در محدوده پنجره جوی، گرما را بهطور مستقیم به فضای بیرون از جو زمین میفرستند و بدون نیاز به مصرف انرژی، دمای سطح را کاهش میدهند. این ویژگی موجب شده است که متامتریالها بهعنوان یکی از روشهای خنکسازی غیرفعال شناخته شوند و پتانسیل بالایی برای کاهش دمای شهری و مصرف انرژی ساختمانها داشته باشند.
از جمله مهمترین مزایای این مواد میتوان به بازتاب بسیار بالای نور خورشید (بالای ۹۵ درصد)، قابلیت خنک کردن سطح حتی پایینتر از دمای هوا، کاهش قابلتوجه مصرف انرژی سیستمهای تهویه مطبوع (بین ۲۰ تا ۶۰ درصد) و عملکرد بدون نیاز به برق اشاره کرد. این مواد میتوانند به کاهش اثر جزیره گرمایی شهری کمک کنند و در بلندمدت، هزینههای عملیاتی ساختمانها را کاهش دهند.
تاکنون چند پروژه آزمایشی و نیمهتجاری با استفاده از این مواد اجرا شده است. شرکت اسکایکول سیستم (SkyCool Systems) پنلهای متامتریال خود را روی بام چند ساختمان تجاری و انبار در کالیفرنیا نصب کرده که نتایج آن کاهش ۲۰ تا ۴۰ درصدی مصرف انرژی سیستمهای تهویه مطبوع را نشان داده است.
دو نمونه کلیدی که با حمایت کمیسیون انرژی کالیفرنیا اجرا شده، نصب آرایههای پنل اسکایکول روی سقف دو سوپرمارکت در شهرهای رد بلاف و میلپیتاس است. این پروژهها روی سیستمهای تبرید تجاری یخچالها و فریزرهای فروشگاهی متمرکز بودهاند و پنلها بهصورت زیرسردکن و پیشسردکن در مدار کندانسورهای هوایی در مدار قرار گرفتهاند و آب یا سیال واسط را که سپس وارد مبدل حرارتی سیستم تبرید میشود، خنک میکنند.
در سایت رد بلاف یک آرایه شامل ۸۰ پنل روی بام نصب شد که حدود ۳۰ تا ۴۵ کیلووات ظرفیت دفع حرارت اضافی به سیستم کندانسور اضافه کرد. این افزایش ظرفیت موجب شد فشار تخلیه کمپرسورها حدود ۵۰ پاسکال کاهش یابد که نتیجه آن، ۱۵ درصد صرفهجویی در انرژی و کاهش پنج تا هفت کیلوواتی پیک توان مصرفی سیستم تبرید بود. نکته جالب این است که پیش از نصب پنلها، برای تقویت عملکرد کندانسور در تابستان از آبپاش روی بام استفاده میشد، اما بعد از نصب آرایه، این نیاز از بین رفت و در نتیجه، هزاران گالن آب در سال صرفهجویی شد.
در سایت میلپیتاس یک آرایه ۶۰ پنلی برای زیرسردکردن و پیشسردکردن سیستم تبرید نصب شد. وقتی دمای هوای محیط کمتر از حدود ۲۴ درجهی سانتیگراد بود، پنلها بهعنوان زیرسردکن عمل میکردند و ۶ تا ۱۴ درجه سانتیگراد زیرسردسازی اضافی در خروجی کندانسور فراهم میکردند که نتیجه آن کاهش ۱۵ تا ۲۰ درصدی مصرف انرژی بود. در حالت پیشسردکن، آرایه پنلها حدود ۲۵ تا ۳۰ کیلووات ظرفیت اضافی دفع حرارت برای کندانسور ایجاد کردند و توانستند در تابستان نزدیک به سه کیلووات از پیک توان سیستم بکاهند که در مجموع نزدیک به ۲۰ هزار کیلوواتساعت صرفهجویی سالانه به همراه داشت.
از ۲۰۲۲ به بعد اسکایکول شروع به گسترش نصبها در خارج از کالیفرنیا کرده است. برای مثال، در ژوئن ۲۰۲۲ پنلهای تابشی روی بام یک فروشگاه خواروبارفروشی در نورت مارکت در مینهسوتا نصب شد؛ این اولین نصب این فناوری در آن ایالت بود. در این پروژه، پنلها مستقیم با سیستم تبرید فروشگاه یکپارچه شدند تا دمای سیال خروجی کندانسور کاهش یابد و به این ترتیب، توان مصرفی کمپرسور کاهش و ظرفیت سرمایشی افزایش پیدا کند.
فناوری خنککاری تابشی اسکایکول طی چند سال اخیر از مرحله آزمایشگاهی و پایلوتهای محدود در کالیفرنیا، به یک راهحل نیمهتجاری در مقیاس انبارها، سردخانهها و فروشگاهها در چند ایالت آمریکا رسیده است؛ مسیری که همزمان با بهبود عملکرد متامتریالهای اپتیکی، بهینهسازی نحوه ادغام پنلها در مدار تبرید و گسترش جغرافیایی نصبها نشان میدهد این سامانه میتواند بهعنوان یک فناوری مکمل در کنار HVAC متعارف، در کاهش مصرف انرژی، کاهش بار پیک و کاهش وابستگی به خنککاری تبخیری نقش قابلتوجهی در گذار به ساختمانهای کمکربن ایفا کند.
نظر شما