為城市降溫

段景頤

據估計， 2050年全球范圍內的空調機組數量將是現在的3倍多?？照{很耗電，且若空調中的制冷劑泄漏還可能對地球大氣層造成破壞。為此，科學家已經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

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常超過40 ℃，但當地許多人堅持不裝空調，因為他們習慣了已經在這座城市中運行了數千年的古代冷卻系統。

在伊朗的許多傳統建筑頂部有高聳的“煙囪”，其實它們是捕風裝置。在沙漠地區，越靠近地面空氣溫度越高，高層空氣卻十分涼爽。發現這一點的古代伊朗人在建筑物上修建高聳的捕風裝置，將高空的涼風引入建筑物內，以降低室內溫度。早在5世紀，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法在建筑物中通風，以適應沙漠的炎熱氣候。實驗數據顯示，捕風裝置能夠降低10 ℃左右的室內溫度，效果十分顯著。

更神奇的是，即便無風時捕風裝置也能借助壓強差，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，因此室內溫度依然會比室外的溫度低。

捕風裝置將高處的涼風導入室內

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難以有效帶走熱量，再加上城市大量消耗能源所產生的廢熱，城市的溫度會大大高于附近郊區的溫度，這就是熱島效應。

新加坡的熱島效應十分明顯，城郊溫差可達7 ℃。地理位置靠近赤道的新加坡很依賴空調，初到新加坡的游客在逛商場時甚至會因為室內溫度過低而發抖?？照{在讓室內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。為了減輕熱島效應，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依賴上的一次大膽嘗試。這座地下工廠中有16臺制冷機組，每臺的制冷量相當于3600戶住宅空調的制冷量。制冷機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，從而為整片區域的多棟建筑降溫，這被稱為區域供冷網。相比每家每戶單獨使用空調降溫，區域供冷網能實現大規模可持續供冷，不但制冷效果顯著，而且比空調節能。在夜間電費較低時，制冷機組還能大量制冰供白天使用，從而進一步降低制冷成本。

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，蘇州大學科研團隊分數次統計了蘇州市內各地區的白天最高溫度。他們發現，在同一地區，遮陰和不遮陰地表的溫差最高可達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境降溫手段。植物根部吸收水分，水分經維管運輸，通過葉片上的氣孔蒸發到空氣中，這就是植物的蒸騰作用。蒸發需要吸熱，因此蒸騰作用會源源不斷地帶走地表的熱量，從而降低環境溫度。但科學家發現，雖然闊葉植物的蒸騰作用最強烈，但讓人們更明顯感受到蒸騰作用的卻是草。調查發現，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，美國科學家在對比三種常見爬墻植物后，發現常春藤給室內帶來的降溫效果最顯著。他們發現，常春藤能讓室內溫度降低最高達7.2 ℃，而且外墻的常春藤還能明顯降低室內的空氣濕度，減輕因濕度過高而給人帶來的悶熱感。

植物和建筑結合已經成為趨勢。成都市新都區一個建成不久的住宅小區讓我們看到植物布滿大樓的奇觀。該小區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為植物灌溉，這些植物有助于降低夏季室內溫度。

位于成都市新都區的“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。樓頂的防水材料一般是瀝青，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，近年來不少科學家倡議將城市建筑的屋頂涂成白色。實驗結果表明，白色屋頂可讓頂樓的室內溫度降低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構，從而反射近紅外線、可見光和紫外線，整體反射率高達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 ℃。低溫水經過一系列過濾處理后，被輸送到多倫多市郊區的一個換熱站。換熱站把經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，這套冷卻系統的能耗依然遠遠低于中央空調。

工人們在連接深層湖水冷卻系統的輸水管道

深層湖水冷卻系統可為376萬米2 的辦公區域提供制冷。經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。深層湖水冷卻系統不僅可以減少夏季城市對電網的依賴，而且每年能減少7.9萬噸二氧化碳排放量，這相當于減少1.6萬輛家用轎車全年的排放量。不過，由于這套系統的使用需要附近有穩定的低溫水源，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澇。為了解決夏季內澇，科學家提出了“海綿城市”的設計理念。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，經過海綿城市改造后，夏季城市也更涼爽。綠化區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。大規模的蒸騰作用能有效降低城市熱島效應。湖南省常德市從2014年開始實施海綿城市改造，包括城市規劃、綠化改造和水體整治。研究表明，常德市城區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。