12.3. Törekvések a városi hősziget hatás csökkentésére

A városi hősziget jelenség a városok kiterjedésének, népességének, környezeti hatásának növekedésével a globális felmelegedés regionális következményeit tovább erősíti. Ezért különösen fontosak azok a törekvések, melyek városi hősziget hatás csökkentését célozzák (12.5. ábra). Ezekről számolunk be a továbbiakban.

A városi hősziget hatást csökkentő lehetőségek és hatások

12.5. ábra: A városi hősziget hatást csökkentő lehetőségek és hatások (Akbari et al., 2001 nyomán). NOx jelöli a nitrogén-oxidokat, VOC az illékony szerves vegyületeket.

A városi tetők és a mesterséges burkolatok átlagosan több mint 60%-át teszik ki a városi felszínnek. Egy meleg nyári délután ezek a többnyire sötét színű, száraz felszínek nagymértékben felmelegszenek a napsugárzás hatására, és a többlet energiát a felettük található légtér melegítésére fordítják. A városkörnyéki területek levegője hűvösebb, mivel ezen területek felszínei jobban visszaverik a napsugárzást, és magasabb a nedvességtartalmuk. Egyéb antropogén tényezők is hozzájárulnak a nyári városi hőszigethez, mint például a légkondícionáló berendezések, a közlekedés és az ipari tevékenység. A városi hősziget hatására nő a felhasznált energiamennyiség, romlik a levegőminőség, és egyre több hőséggel kapcsolatos megbetegedés jelentkezik a lakosság körében.

Mivel a városi hősziget kialakításában kulcsszerepet játszanak a mesterséges felszínek, ezért a legegyszerűbb módszer az elnyelt napsugárzás mennyiségének csökkentésére az, hogy a sötét színű felszíneket (például a fekete vagy szürke tetőket) világos színűre (például fehérre) cseréljük, melyek már a bejövő napsugárzás nagyobb hányadát verik vissza (12.6. ábra).

A fekete és a fehér tetővel fedett épületek eltérő hőháztartási viszonyai

12.6. ábra. A fekete és a fehér tetővel fedett épületek eltérő hőháztartási viszonyai.

A beérkező napsugárzásnak kevesebb mint a fele látható az emberi szem számára (12.7. ábra). A világos színű felszínek azért maradnak hűvösek, mivel nemcsak az emberi szem számára látható tartományú sugárzást verik vissza. Amennyiben valamilyen speciális okból (például esztétikai szempontok szerint, vagy a csillogó hatás csökkentésére) mégis szükség van a sötét színű tetőre, használhatunk olyan különleges hatású anyagokat, amelyek kevésbé melegszenek fel, mivel a látható tartományon kívüli sugárzást visszaverik. A másik lehetőség a levegő hűtésére a növényzet (fák) telepítése, melyek a párolgás útján hőt vonnak el a környezettől, és árnyékoló hatásuknak köszönhetően csökkentik az alattuk lévő felszín hőmérsékletét.

A beérkező napsugárzás spektrális eloszlása. A felszínre érkező napenergia csaknem fele a közeli infravörös tartományba esik. A hidegtetők anyaga ebben a tartományban jó visszaverőképességgel rendelkezik.

12.7. ábra: A beérkező napsugárzás spektrális eloszlása. A felszínre érkező napenergia csaknem fele a közeli infravörös tartományba esik. A hidegtetők anyaga ebben a tartományban jó visszaverőképességgel rendelkezik.

12.3.1. Hidegtetők alkalmazása

Hidegtetőnek nevezzük definíció szerint azokat az épületek fedésére alkalmas borító anyagokat, melyek egyrészt nagymértékben visszaverik a napból érkező sugárzást (0,3–2,5 μm), másrészt nagy az emisszivitásuk a hőmérsékleti infravörös tartományban (4–80 μm) (12.8. ábra). A kevesebb elnyelt napsugárzás kevésbé melegíti fel a tetőt. A nagy emisszivitás pedig biztosítja a nagyobb mértékű hőleadást.

.

A hidegtető sugárzási sajátosságai.

12.8. ábra. A hidegtető sugárzási sajátosságai - animáció

A hidegtetők csökkentik az épület belsejébe történő hővezetést, valamint a külső légtér felé a konvekciós hatást és az infravörös tartományú kisugárzást. Mivel az épületbe bejutó energia kisebb, ezért a beltér hűtésére is kevesebb energiát kell fordítani, s ezáltal kevesebb fosszilis tüzelőanyagot használunk fel, mely következtében az üvegházhatású gázok és a légszennyező anyagok kibocsátása is csökkenthető. A kisebb légszennyezőanyag-koncentráció hatására kedvezőbb a levegőminőség, kisebb arányban, ritkábban alakulnak ki az emberi egészségre veszélyes szmoghelyzetek, csökken a troposzferikus ózonkeletkezés. Ezek a tényezők javítják az épületek hatásfokát, s ezen keresztül csökkentik a városi hősziget hatást.

A hidegtetők alkalmazásának kedvező tulajdonságai mellett van néhány hátránya is. A téli hónapokban a hidegtetővel felszerelt házakban nagyobb a fűtési igény, hiszen ekkor is érvényesül a beérkező napsugárzás magas visszaverődési aránya. Ha viszont hóval fedett a tető, akkor ez nem számít, hiszen a hó albedója határozza meg a visszavert sugárzás arányát. Összességében a nyári mérséklő hatás bőven ellensúlyozza a téli fűtés megnövekedett energiaigényét.

A másik hátrányos következménye a hidegtetők használatának, hogy egy alacsonyabb épület fehér, vagy ezüstös tetőfelszíne csillogó hatásával zavarhatja a szomszédos magasabb épületek lakóit. Ez a hatás mérsékelhető, ha nem fehér vagy fémesen csillogó, hanem színezett hidegtetőket alkalmaznak az alacsony épületek fedésére.

Ahogy korábban már említettük, a beérkező sugárzás teljes energiájából mintegy 45% esik a látható tartomány spektrumába (12.7. ábra). A hagyományos sötét tetők nagymértékben elnyelik a látható tartományon kívüli ultraibolya és közeli infravörös tartományban érkező sugárzást is. A színezett hidegtetők kinézete megegyezik a hagyományos, sötét színű tetőkével, azonban a közeli infravörös tartományban bejövő napsugárzás jóval nagyobb részét verik vissza. Egy tipikus nyári délutánon a színezett hidegtető a napsugárzás 35%-át visszaveri, s így 12 °C-kal hűvösebb, mint a hagyományos sötét háztető, amely a beérkező sugárzásnak mindössze 10%-át veri vissza.

A fehér tetők abban az esetben jelenthetnek megoldást, amikor a tető nem látszik az utca szintjéről, mivel vízszintes, vagy nagyon kis hajlásszögű. Vannak olyan térségek, ahol erre a szempontra nem ügyelnek, s a ferde tetőket is lehetnek fehérek. A tetőfedésre alkalmas anyagok fehér színben is rendelkezésre állnak: egyrétegű lemez, rugalmas ún. elasztomer anyagokkal történő tetőfedés, festett fém, cserép és kavics. Egy tipikus nyári délutánon a fehér tetők a beérkező sugárzás 80%-át visszaverik, s ezzel mintegy 30 °C-kal hűvösebb a felszínük, mint a szürke színű tetőknek (ezek csak a napsugárzás 20%-át verik vissza).

A ferde tetők esetében a fehér szín kevéssé esztétikus, ezért az elmúlt évtizedekben kifejlesztették a színezett hidegtetőket. Ilyen például az aszfaltzsindely, fém, cserép, kavics.

Az alábbiakban összefoglaljuk a hidegtetők legfontosabb előnyeit.

  • Csökkentik az épületbe jutó hőt, mivel a tetőfelület többlethőmérséklete nem haladja meg az 5–14 °C-ot egy adott nap során.

  • Növelik a tető anyagának és az épület hűtőberendezésének élettartamát.

  • Javítják a tetőszigetelés hatékonyságát. Ez azért van, mert a hőmérséklet növekedésével a hővezetés is növekszik.

  • Csökkentik az elektromos energiaigényt. Nagy hőségek esetén a megtakarítás elérheti akár a 10%-ot is.

  • Közvetve csökkentik a légszennyezőanyagok és az üvegházhatású gázok kibocsátását.

  • Használatuk energiamegtakarítást eredményez a napsütéses napokon, még a magas földrajzi szélességeken is.

12.3.2. Hideg útburkolatok alkalmazása

Hideg útburkolatok alkalmazásával is mérsékelhetjük a városi hősziget hatást. A hagyományos sötét tetőkhöz hasonlóan a hagyományos, sötét útburkolatok is nagymértékben felforrósodnak napsütés hatására, mivel a beérkező napsugárzás 80-95%-át elnyelik. A mesterséges útburkolatok teszik ki a városi felszínek mintegy harmadát. Ezért az utak jelentősen hozzájárulnak a városi hősziget hatáshoz, illetve növelhetik a globális melegedés mértékét.

A napsugárzást visszaverő hideg útburkolatok hűvösebbek maradnak, mint a hagyományos burkolatok. A burkolat reflektanciáját növelhetjük, ha speciális, visszaverőképességet növelő anyagokat, kezeléseket alkalmazunk az útburkolatok kialakításánál. Hideg burkulatot hagyományos anyagok (cement) felhasználásával is előállítanak. Az új típusú cement a napsugárzás 30-50%-át visszaveri. Vannak új színező bevonatok aszfalt burkolatra is, amelyek körülbelül a napsugárzás 50%-át verik vissza. Egy másik lehetőség az átlátszó kötőanyagok használata, mellyel világosabb színű, nagy reflektivitású felületet hozhatunk létre. Mint ahogy minden anyagnál, úgy az útburkolatok esetén is a használattól, s a légköri anyagokkal való érintkezéstől idővel a napsugárzás-visszaverő képesség változik. Például a cement burkolat a gumiabroncsok és az olajcseppek hatására sötétedik, így a reflektanciája 30-50%-ról 20-35%-ra csökken. A szinte fekete aszfaltburkolatok viszont hasonló hatásokra világosodnak, s a visszaverő képességük 5%-ról 10-20%-ra nő.

A hideg útburkolatok előnyeit az alábbiakban foglalhatjuk össze:

  • Energiamegtakarítás és kibocsátáscsökkentés. Mivel a hideg útburkolatok csökkentik a kültéri levegő hőmérsékletét, ezáltal az épületek belsejének hűtéséhez nyáron kevesebb energiára van szükség. A hideg útburkolatok azáltal is segítenek energiát megtakarítani, hogy csökkentik a szükséges éjszakai világítás erősségét (12.9. ábra).

    A hideg útburkolatok világosabb és jobban fényvisszaverő felszíne ugyanolyan fényerőt képes biztosítani éjszaka lényegesen kevesebb égő használatával.

    12.9. ábra: A hideg útburkolatok világosabb és jobban fényvisszaverő felszíne ugyanolyan fényerőt képes biztosítani éjszaka lényegesen kevesebb égő használatával

  • Komfortosabb és egészségesebb környezeti feltételek. A hideg útburkolatok mérséklik a városi levegő felmelegedését, ezáltal csökkentik a hőséghez kapcsolódó megbetegedéseket, és lassítják a szmog kialakulását, így sokkal komfortosabbá teszik a kültéri környezetet. A gyalogosok is jobban érzik magukat a hűvösebb levegőn és a hidegebb útburkolatok közelében (12.10. ábra).

    Az eltérő útburkolatok hatására a felszínhőmérsékletek jelentősen eltérnek.

    12.10. ábra: Az eltérő útburkolatok hatására a felszínhőmérsékletek jelentősen eltérnek.

  • A közlekedésbiztonság növekedése. A világosabb színű útburkolatok jobban visszaverik a közvilágítást és autólámpák fényeit éjszaka, ezáltal javítják a látási viszonyokat.

  • A levegőminőség javulása. A városi léghőmérséklet csökkentésével a hideg útburkolatok lassíthatják azokat a légköri kémiai reakciókat, melyek városi szmoghoz vezetnek.

  • A hőerőművek emissziójának csökkenése. A közvilágítás és a légkondícionáló berendezések kisebb fogyasztása miatt a hideg útburkolatok csökkentik a hőerőművek üvegházhatású gáz- és szennyezőanyag-kibocsátását.

A városi hősziget hatáshoz, illetve a városi légtér szennyezéséhez jelentős mértékben járul hozzá a közlekedés, azaz a személygépkocsik, a tömegközlekedés és a teherszállítás. Kutatások során megvizsgálták, hogy egy ezüstszínű autóban egy órányi napon való parkolás után 5-6 fokkal alasonyabb a hőmérséklet, mint egy fekete színű autóban. Ennek oka, hogy a világos színű autó külső felszíne a beérkező napsugárás 57%-át visszaveri, míg a sötét színű csak az 5%-át (12.11. ábra). A légkondícionáló berendezés kisebb használatával az üzemanyagfogyasztás 13%-kal mérsékelhető. Így csökken a kibocsátott NOX, CO és egyéb szerves vegyületek kibocsátása.

A fehér színű autó külső felszíne a beérkező nagsugárzás jóval nagyobb hányadát veri vissza, mint a sötétkék.

12.11. ábra: A fehér színű autó külső felszíne a beérkező nagsugárzás jóval nagyobb hányadát veri vissza, mint a sötétkék.

Összefoglalva elmondhatjuk, hogy a jelenleg elérhető technológiákkal a városok átlagos felszíni albedója mintegy 10%-kal növelhető. Az albedó növelésével a beérkező napsugárzás visszavert hányadát növelhetjük. Ezáltal kisebb lesz az elnyelt energia, és kisebb lesz a városok hőátadása a környezetnek. Vizsgálatok szerint, ha a teljes Földre vonatkozóan a városi tetők albedóját 25%-kal és az útburkolatokét 15%-kal növeljük, az éves szén-dioxid kibocsátás mintegy 57 Gt-val csökkenthető (Menon et al., 2010). A kisebb szén-dioxid kibocsátás jelentősen lassíthatja a globális felmelegedést legsúlyosabb hatásait. Ha minél több városban alkalmazzák a hidegtetők, hideg útburkolatok technológiáját, a globális mérséklő hatásai annál gyorsabban jelenhetnek meg.

12.3.3. Zöldtetők

A hősziget hatás mérséklésének egy másik módszere a zöldtetők alkalmazása. Zöldtetőnek (vagy élő tetőnek) nevezzük az olyan épületek tetejét, ahol egy vízhatlan réteg tetejére növényeket telepítünk (12.12. ábra). Lefedhetjük a tetőfelületet részben vagy akár egészen is vegetációval. Gyakran kiegészítő rétegeket is alkalmaznak, például a gyökérzet mélyebbre haladását gátló felületet, többletvíz elvezető rendszert, öntöző rendszert (12.13. ábra). A tetőkön akár kis tavakat is hozhatnak létre.

Zöldtetős lakóház Tongyang belvárosában (Hubei tartomány, Kína).

12.12. ábra. Zöldtetős lakóház Tongyang belvárosában (Hubei tartomány, Kína) (Fotó: Vmenkov)

A zöldtető szerkezeti felépítése, rétegei.

12.13. ábra. A zöldtető szerkezeti felépítése, rétegei (Forrás: Earth Pledge)

A zöldtetők kiépítésének hármas célja lehet: a csapadékvíz megkötése, egy szigetelő réteg kialakítása és a városi hősziget hatás csökkentése. Két alaptípusa van: intenzív (12.14. ábra) és extenzív zöldtetők. Az intenzív zöldtetők esetén sokkal vastagabb a talajréteg, ezért a növények sokkal szélesebb köre telepíthető. A növényzet és a talaj együttes tömege jellemzően 390-730 kg területegységenként (1 m2). Emiatt ez a típus az épületszerkezetre nagyobb terhelést jelent és a növényzet is fokozottabb fenntartási igénnyel rendelkezik. Az extenzív zöldtetők talajrétege könnyebb és vékonyabb, ezért kisebb növényzeteltartó-képességgel rendelkezik. A növényzet és a talaj együttes tömege jellemzően 50-120 kg területegységenként.

Intenzív zöldtető Manhattanban (New York, USA).

12.14. ábra. Intenzív zöldtető Manhattanban (New York, USA) (Fotó: Alyson Hurt, Flickr)

Habár a zöldtetők mai, modern változata viszonylag újkeletű (az 1960-as években Németországban fejlesztették ki), a gyeppel fedett házak, épületek Skandinávia északi részén évszázadok óta szokásos építészeti elemek. Jelenleg Németországban az épületek közel egytizede rendelkezik zöldtetővel, melyek nagy hányada Berlinben található. Európában számos országban – elsősorban Németországban, Svájcban és Hollandiában – egyre jobban terjednek a zöldtetők. Például az osztrák Linzben 1983 óta a zöldtetők tervezői, fejlesztői jelentős önkormányzati támogatásban részesülnek. Európán kívül az Amerikai Egyesült Államok több nagyvárosában – többek között Chicagoban, Atlantában, Portlandban – a helyi szabályozások nagy hangsúlyt fektetnek a zöldtetők alkalmazására annak érdekében, hogy a hősziget hatást mérsékeljék.

Becslések szerint a városi hősziget hatására átlagosan 4 °C-kal melegebbek a városok a környezetükhöz képest. Mérések bizonyítják, hogy forró, nyári napon a zöldtetővel borított Chicago-i városháza (12.15. ábra) tetőszintjén mért hőmérséklet átlagosan 1,4–4,4 °C-kal alacsonyabb, mint a környező hagyományos tetővel fedett épületek tetején mért hőmérséklet.

Chicago-i városháza zöldtetője.

12.15. ábra. Chicago-i városháza zöldtetője (Fotó: TonyTheTiger)

A zöldtetők előnyei környezeti szempontok alapján:

  • Csökkentik az épület téli fűtési igényét, mivel szigetelő rétegként viselkednek

  • Kellő csapadék-ellátottságú éghajlat esetén, illetve mesterséges öntözés esetén csökkentik az épület nyári hűtési igényét mintegy 50-90%-kal a párolgás hőelvonó szerepe miatt

  • A hőszigetelő jelleg nyáron lassítja a felmelegedést, s ezzel szintén csökkentik az épület nyári hűtési igényét

  • Késleltetik és csökkentik a lehulló csapadékmennyiség lefolyását

  • Természetesnek ható környezetet hoznak létre, sőt akár a növénytermesztéshez is hozzájárulhatnak

  • Javítják a levegőminőségét azáltal, hogy kiszűrnek számos légszennyező anyagot, és így csökkentik a légúti megbetegedések, asztmás tünetek megjelenésének arányát

  • Nagy mennyiségű szén-dioxidot nyelhetnek el (12.16. ábra)

    Zöldtető rendszer amerikai parkolóházon.

    12.16. ábra: Zöldtető rendszer amerikai parkolóházon (Forrás: roofrocket.com)

  • A csapadékvízből kiszűrik a szennyező anyagokat és a nehézfémeket

  • Hangszigetelő hatásuk kettős: az alkalmazott talajréteg csökkenti az alacsonyfrekvenciájú, a növényzet pedig a magasfrekvenciájú hanghullámok bejutását az épületbe

  • A városi környezet módosult vízháztartását a természeteshez közelítik a víz hosszabb tározása és a párolgás, párologtatás (együttesen evapotranszspiráció) révén

  • Mérséklik a városi hősziget hatást

A zöldtetők anyagi jellegű előnyei:

  • Növelik a tetőzet élettartamát – akár kétszeresére is

  • Növelik az ingatlan értékét

  • Csökkentik az energiafogyasztást

  • Számos helyen a zöldtetővel rendelkező házak adókedvezményekben részesülnek (pl. New York-ban 2009 óta egy évi ingatlanadó alól mentesülnek azok a háztulajdonosok, akiknek az épület tetejének legalább 50%-át zöldtetővé alakítják)

A zöldtetők hátrányai:

  • Jelentős hátrányt jelent az a többletköltség, ami a zöldtetők kialakításával, telepítésével jár. A magas beruházási költségigény elsősorban abból adódik, hogy a teljes rendszer szerkezeti felépítését összeállítsák, illetve hogy a vízszigetelő és a gyökérzet-korlátozó réteget kiépítsék.

  • Újonnan létesített épületeknél többletköltséget jelent a földtömeg statikus terhelése és az öntözéshez szükséges víz miatti speciális épületszerkezeti technológiák alkalmazása.

  • A földrengés-veszélyes régiókban szintén többletköltséget okoznak a földrengés elleni megfelelő védelem érdekében használt speciális módszerek

  • Bizonyos zöldtetőknek ugyan nagyon magas lehet a fenntartási költsége, de a helyi adottságok figyelembevételével és a megfelelő növényzet kiválasztásával ez jelentősen csökkenthető, sőt akár teljesen költségmentessé is tehető