Крутые тротуары могут помочь сохранить прохладу в городах, верно? Да, но согласно новому исследованию Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) при Министерстве энергетики, многие светоотражающие покрытия имеют некоторые неожиданные недостатки по сравнению с обычными покрытиями при рассмотрении всего жизненного цикла материалов.
Ученые из группы Heat Island лаборатории Беркли в сотрудничестве с Исследовательским центром дорожного покрытия Калифорнийского университета (UCPRC), Университетом Южной Калифорнии (USC) и thinkstep Inc., проведена оценка жизненного цикла обычных и охлаждающих покрытий. Рассматривая технологии за 50 лет, включая производство, установку, использование и утилизацию/переработку, они обнаружили, что дополнительная энергия и выбросы, воплощенные в холодных материалах дорожного покрытия, обычно превышают ожидаемую экономию энергии и выбросов за счет уменьшения кондиционирования помещений (охлаждение). и отопление) в зданиях.
«Это исследование дает важный взгляд на компромиссы между прохладными тротуарами и дает городам инструмент для понимания их особенностей в их конкретных условиях», - говорит исследователь из лаборатории Беркли Хейли Гилберт. «Я не могу приехать в город и сказать: «Прохладные тротуары - это хорошо», не сообщив им, что это может иметь негативные последствия для окружающей среды».
Светоотражающие тротуары рассматривались как одна из нескольких стратегий смягчения так называемых городских тепловых островов, в которых дневная температура повышается отчасти из-за темной и сухой инфраструктуры, такой как дороги и здания. Другие стратегии охлаждения включают городские деревья, которые дают тень, а также отражающие крыши и стены, которые поглощают меньше солнечного света. Выгода для всех трех - это экономия энергии на кондиционировании воздуха.
В ходе исследования был разработан инструмент поддержки принятия решений, который города могут загрузить и использовать для оценки энергетических и экологических последствий различных типов дорожного покрытия. Первоначальное исследование финансировалось Калифорнийским советом по воздушным ресурсам (CARB) и Департаментом транспорта Калифорнии (C altrans), а отчет был опубликован в прошлом месяце.
Исследователи использовали созданный ими инструмент принятия решений для проведения тематических исследований в Лос-Анджелесе и Фресно. Их статья «Энергетические и экологические последствия кампании по прохладному дорожному покрытию» будет опубликована в журнале «Энергия и здания»; Гилберт является ведущим автором, а соавторами являются Пабло Росадо, Дев Миллштейн и Роннен Левинсон из лаборатории Беркли, а также сотрудники из UCPRC, USC и Управления устойчивого развития мэрии Нью-Йорка.
Ключевые концепции, которые не были рассмотрены в этом исследовании, включают экономические и медицинские последствия холодных тротуаров, а также потенциальную экономию выбросов за счет взаимодействия транспортного средства с дорогой (например, более ровные дороги могут привести к небольшому повышению эффективности использования топлива).
Как охлаждать города в условиях потепления
Тротуары, в том числе дороги и автостоянки, могут покрывать треть или более типичного города США, и предыдущие исследования показали, что прохладные тротуары могут снизить среднюю температуру наружного воздуха в городе примерно на 0,5 градуса Цельсия, в зависимости от степень развертывания, размер города и местоположение города. Предполагается, что это снижение температуры воздуха улучшит качество местного воздуха за счет снижения образования смога и концентрации озона..
Уменьшение эффекта городского острова тепла становится все более важным, поскольку города готовятся к будущему потеплению. Однако, по словам Гилберта, исследователи и города хотят определить наиболее эффективные стратегии охлаждения.
Асфальт против цемента против покрытий
Безусловно, наиболее распространенным материалом для городских дорожных покрытий является асфальтобетон, который имеет темный цвет и низкий коэффициент отражения солнечного света, или «альбедо». Цементобетон светлее и имеет более высокое альбедо. Однако высокотемпературный процесс производства цемента является более энергоемким и углеродоемким, чем производство асфальта из нефти.
В дополнение к традиционному асфальтобетону и цементобетону исследователи также оценили несколько других альтернативных материалов, таких как отражающие покрытия и использование промышленных отходов, таких как шлак и летучая зола, для замены некоторых энергоемких цементных материалов. в цементном бетоне. UCPRC и thinkstep Inc. рассчитали энергию и выбросы, связанные с материалами дорожного покрытия и конструкцией.
Исследователи Университета Южной Калифорнии применили региональную климатическую модель к Калифорнии, а лаборатория Беркли провела моделирование энергопотребления зданий. Альбедо тротуара влияет на здания как напрямую, отражая большее или меньшее количество солнечного света на близлежащие здания, так и косвенно, изменяя температуру наружного воздуха.
Исследователи обнаружили, что в большинстве случаев дополнительная энергия, воплощенная в холодном материале, была намного больше, чем экономия энергии за счет увеличения альбедо. «В жизненном цикле дорожного покрытия материал дорожного покрытия имеет гораздо большее значение, чем его отражательная способность», - сказал Левинсон.
Он добавил: «Я был удивлен, обнаружив, что более 50 лет поддержание отражающего покрытия требует в шесть раз больше энергии, чем гидроизоляция. Гидроизоляция состоит только из камня и асфальта, для чего требуется мало энергии. продукции, а отражающее покрытие содержит энергоемкий полимер."
Эти результаты моделирования «снизу вверх» согласуются с отдельным исследованием «сверху вниз», проведенным исследователем Мелвином Померанцем, также работающим в группе Heat Island в лаборатории Беркли. Используя данные об электроэнергии, поставляемой электроэнергетической компанией всему городу в жаркие и мягкие дни, Померанц рассчитал максимально возможную экономию электроэнергии и предотвращение выбросов углекислого газа в семи теплых городах Калифорнии.
Результатом стало ежегодное снижение потребления электроэнергии менее чем на 1 киловатт-час на квадратный метр более холодного дорожного покрытия. Это привело к экономии денежных средств за счет энергосбережения менее 60 центов в год и сокращению выбросов CO2 менее чем на 1 цент в год. Если годовые дополнительные затраты на изготовление квадратного метра более холодного покрытия меньше этой суммы, покрытие является рентабельным. Его результаты были недавно опубликованы в журнале «Городской климат» под заголовком «Являются ли более холодные поверхности средством снижения затрат на городские острова тепла?»
«Этот конкретный анализ ранее не проводился», - сказал Померанц. «Важно знать, что не работает, а что работает. Не в каждом городе должны быть белые тротуары».
Хорошая новость: эффект глобального охлаждения
Левинсон отметил одно преимущество, которое следует учитывать: глобальное похолодание. Повышение светоотражающей способности дорог и, таким образом, направление большего количества солнечного света обратно в космос помогает охладить планету, частично компенсируя потепление атмосферы, вызванное выбросами парниковых газов.
«Единовременный глобальный эффект охлаждения от холодных тротуаров значительно больше, чем 50-летний углеродный штраф или экономия за жизненный цикл», - сказал он..
Более того, по мере того, как в городах становится теплее, более прохладные тротуары могут принести пользу как комфорту, так и здоровью. Этот аспект не был частью текущего исследования.
Исследование также показало, что технологические инновации должны сыграть свою роль. «Разработка низкоэнергетического и низкоуглеродного охлаждающего дорожного покрытия по-прежнему необходима», - сказал Левинсон.