Тротуари являють собою велику міську поверхню, яка покриває близько 40 відсотків американських міст. Але крім забезпечення руху вони можуть також виділяти тепло.
Завдяки так званому ефекту міського острова тепла, щільно забудовані непроникні поверхні, такі як тротуари, можуть поглинати сонячне випромінювання і зігрівати навколишнє середовище, віддаючи його у вигляді тепла. Таке явище становить серйозну загрозу для міст. Воно підвищує температуру повітря на цілих 7 градусів за Фаренгейтом і збільшує ризики для здоров’я і навколишнього середовища – ризики, які можуть посилитися зміною клімату.
У відповідь на це дослідники з Центру стійкості бетону Массачусетського технологічного інституту (MIT CSHub) вивчають, як поверхня, яка зазвичай піднімається над міськими островами тепла, може замість цього зменшити їх інтенсивність. Їх дослідження зосереджені на «прохолодних тротуарах», які відбивають більше сонячного світла і виділяють менше тепла, ніж звичайні поверхні для мощення.
Недавнє дослідження, проведене командою нинішніх і колишніх дослідників MIT CSHub в журналі Environmental Science and Technology, описує прохолодні тротуари і їх застосування.
Дослідження показало, що вони можуть знизити температуру повітря в Бостоні і Феніксі на 1,7 градуса за Цельсієм (3 градуса за Фаренгейтом) і 2,1 градуса за Цельсієм (3,7 градуса за Фаренгейтом) відповідно. Вони також скоротять викиди парникових газів, скоротивши загальні викиди до 3 відсотків в Бостоні і на 6 відсотків у Феніксі. Однак для досягнення такої економії необхідно вибирати стратегії холодного тротуару відповідно до клімату, дорожнього руху і конфігурації будівель в кожному районі.
Такі міста, як Лос-Анджелес і Фенікс, вже провели масштабні експерименти з прохолодними тротуарами, але ця технологія все ще не отримала широкого розповсюдження. Команда CSHub сподівається, що їх дослідження використають в майбутніх проектах з укладання доріг, щоб допомогти містам впоратися із змінним кліматом.
Подряпини на поверхні
Добре відомо, що більш темні поверхні нагріваються на сонці більше, ніж світліші. Вчені-кліматологи використовують метрику під назвою «альбедо», щоб допомогти описати це явище.
«Альбедо – це показник відбивної здатності поверхні», – пояснює Хесс АзаріДжафарі, провідний автор статті з CSHub Массачусетського технологічного інституту. «Поверхні з низьким альбедо поглинають більше світла і мають тенденцію бути темнішими, в той час як поверхні з високим альбедо світліші і відображають більше світла».
Альбедо відіграє центральну роль в охолодженні тротуарів. Типові поверхні мощення, такі як звичайний асфальт, володіють низьким альбедо, поглинають більше випромінювання і виділяють більше тепла. А для прохолодних тротуарів використовуються більш яскраві матеріали, які відбивають більш ніж в три рази більше випромінювання і, отже, повторно випромінюють набагато менше тепла.
«Ми можемо побудувати прохолодні тротуари різними способами, – говорить Рендольф Кірчайн, дослідник Лабораторії матеріалознавства і співдиректор Concrete Sustainability Hub. «Більш яскраві матеріали, такі як бетон і світліші наповнювачі, забезпечують більш високе альбедо, в той час як існуючі асфальтові покриття можна «охолодити» за допомогою покриттів, що відбивають світло».
Дослідники CSHub розглянули ці кілька варіантів в дослідженні Бостона і Фенікса. У їх аналізі враховувалися різні результати, коли бетон, асфальт і бетон, які відбивають світло, замінювали звичайні асфальтові покриття, які складають більше 95 відсотків покриттів у всьому світі.
Щоб отримати повне уявлення про екологічні переваги прохолодних тротуарів в Бостоні і Феніксі, дослідникам довелося не обмежуватися тільки матеріалами для дорожнього покриття. Це тому, що прохолодні тротуари не тільки знижують температуру повітря, але і здійснюють прямий і непрямий вплив на зміну клімату.
«Єдине прямий вплив – радіаційний вплив», – зазначає Азарі Джафарі. «Відображаючи радіацію назад в атмосферу, холодні тротуари дають радіаційний вплив, що означає, що вони змінюють енергетичний баланс Землі, посилаючи більше енергії з атмосферу – подібно до полярних крижаних шапок».
Холодні тротуари також чинять комплексний непрямий вплив на зміну клімату, змінюючи енергоспоживання в сусідніх будівлях.
«З одного боку, за рахунок зниження температури прохолодні тротуари можуть частково знизити потребу в кондиціонерах влітку, в той же час збільшуючи потребу в опаленні взимку», – каже Азарі Джафарі. «І навпаки, відображаючи світло – так зване падаюче випромінювання – на довколишні будівлі, прохолодні тротуари можуть нагріти конструкції, що може збільшити споживання змінного струму влітку і знизити потребу в опаленні взимку».
Таким чином, оцінка впливу прохолодних тротуарів на зміну клімату – складний процес, що вимагає безлічі компромісів.