Chłodne dachy w Phoenix

TYTUŁ PRAKTYKI

Chłodne dachy

PRZYKŁAD REALIZACJI

Dachy białe i las miejski w Phoenix

GŁÓWNE CELE

• Poprawa komfortu termicznego i zmniejszenie narażenia na fale upałów
• Zmniejszenie nagrzewania się budynku i przez to zmniejszenie zapotrzebowania na energię
• Ograniczenie zjawiska Miejskiej Wyspy Ciepła
• Zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza

SEKTORY

• Zdrowie publiczne
• Energetyka

GŁÓWNE ZAGROŻENIA KLIMATYCZNE

• Fale upałów
• Miejska Wyspa Ciepła

GŁÓWNE DZIAŁANIA

Dachy chłodne (cool roofs) charakteryzują się wysokim stopniem odbicia promieniowania słonecznego (określanego również jako albedo lub refleksyjność) i emisją termiczną (zdolnością do odprowadzania zaabsorbowanej energii cieplnej). Wysoka refleksyjność oznacza, że znaczą część energii słonecznej padającej na dach jest odbijana i tylko jej część jest absorbowana jako energia cieplna. Tę właściwość zapewnia specjalna powłoka pokrywająca powierzchnię dachu, która umożliwia odbijanie promieni słonecznych, tym samym ogranicza przenikanie ciepła do wnętrza domu.
Dach chłodny wg definicji opracowanej przez Radę ds. Klasyfikowania Chłodnych Dachów (Cool Roof Rating Council) powinien spełniać minimalne parametry, tj. współczynnik odbicia promieniowania słonecznego co najmniej 0,70 oraz emisja termiczna przynajmniej 0,75 (albedo tradycyjnych dachów wynosi od 0,10 do 0,25).
Lasy miejskie, parki, zadrzewione skwery istotnie wpływających na klimat otoczenia. Zieleń wysoka, czyli drzewa o rozłożystych koronach działają jak parasol, osłaniając w 90% przed promieniowaniem słonecznym. Drzewa pomagają zacienić powierzchnie zbudowane z materiałów o dużej pojemności cieplnej, tj. beton, cegła, asfalt, kamień, dzięki czemu zmniejsza się akumulacja ciepła w ciągu dnia, co korzystnie łagodzi intensywność miejskiej wyspy ciepła.

EFEKTY

Zastosowanie dachu chłodnego jako pokrycia dachowego poprawia komfort termiczny mieszkańców i łagodzi stres cieplny związany z falami upałów. Takie rozwiązanie pozytywnie wpływa także na otoczenie budynku poprzez osłabienie intensywności miejskiej wyspy ciepła.

W budynku z dachem chłodnym spada zapotrzebowania na użytkowanie klimatyzacji, co skutkuje obniżeniem zużycia energii elektrycznej w miesiącach ciepłych. Bezpośrednim efektem dla środowiska jest poprawa jakość powietrza, a tym samym poprawa warunków zdrowotnych mieszkańców. Prezentowana praktyka może być także rozpatrywana jako jedno z rozwiązań służących redukcji negatywnego oddziaływania człowieka na klimat. Szczegółowe informacje o efektach działania dachów chłodnych zamieszczono w opisie praktyki: dachy chłodne studium przypadku w Koszalinie i Poznaniu.

PROCES WDRAŻANIA

Miasto Phoenix, stolicy stanu Arizona, położone jest na północnym obszarze pustyni Sorana, w jednym z najsuchszych regionów Ameryki Północnej. Warunki klimatyczne tego miejsca są opisywane jako subtropikalne suche. W miesiącach letnich jest tu bardzo gorącą, zimy są ciepłe, praktycznie przez cały rok nie ma opadów, średnioroczne sięgają 211 mm. Średnia roczna temperatura powietrza wynosi 21,5°C, w najcieplejszym miesiącu lipcu przeciętnie 32,7°C, a w najzimniejszym oscyluje w okolicy 11,4°C. Szybko postępująca urbanizacja, zajmująca rozległe obszary, doprowadziła do wzrostu intensywnej miejskiej wysp ciepła. Różnica temperatury między centrum a przedmieściami miasta sięga 6°C w lecie, ok. 9°C w zimie i 9,4-12,9°C wiosną.

Zielony kodeks budowlany przyjęty przez Radę miasta Phoenix w 2005 r. miał na celu złagodzenie miejskiej wyspy ciepła. Kodeks wprowadza wytyczne określające warunki i procedury dotyczące zakupu Produktów z certyfikatem Energy Reflective Roof (Energetyczny dach refleksyjny), aby zachęcić do zastosowania dachów chłodnych na budynkach publicznych. Obowiązek wprowadzenia tego rodzaju pokrycia dachowego objął nowo powstające budynki w mieście. W październiku 2012 r. Burmistrz Greg Stanton wdrożył inicjatywę Phoenix Cool Roofs polegającą na pokryciu 6 503 metrów kwadratowych dachów na istniejących budynkach materiałami odblaskowymi (ryc. 1c) w celu złagodzenia ekstremalnych upałów w miesiącach letnich. Wyznaczony cel osiągnięto do końca 2014 r.

Ponadto opracowany został w 2010 r. Master plan „Drzewo i zacienie” (Master plan tree and shadow). Ten plan, w którym drzewa pełnią zasadniczą rolę, jest mapą drogową dla stworzenia zdrowszego i lepiej funkcjonującego miasta pustynnego XXI wieku. Wdrożenie planu pomoże miastu i jego mieszkańcom zaoszczędzić miliony dolarów, jednocześnie stawiając czoła ważnym wyzwaniom środowiskowym i społecznym. Celem do 2030 r. jest osiągnięcie 25% pokrycia powierzchni miasta koroną drzew co będzie skutecznym działaniem w walce ze skutkami miejskiej wyspy ciepła. Stworzenie połączonej sieci zacienionych korytarzy (ulice, chodniki, nabrzeża) jest ważnym elementem planu generalnego „Drzewo i zacienienie”. Jednak w niektórych obszarach miasta na jest niewiele miejsca lub nie ma go wcale na stworzenie naturalnego cienia. W takich miejscach jak place uliczne, parki miejskie i przystanki konstrukcje techniczne mogą zapewnić cień i ochronę przed słońcem, a także tworzyć komfortową przestrzeń użytkową na pikniki, imprezy i inne zajęcia na świeżym powietrzu. Normy techniczne takich konstrukcji wskazują wykorzystanie materiałów budowlanych nienarażających na wysokie temperatury, a jeżeli wymagane jest podświetlenie, to zastosowanie paneli fotowoltaiczne.

Jedną z inicjatyw w ramach lasu miejskiego jest tworzenie Obywatelskiego obszaru Parku w Downtown Phoenix. Miejsce to wykorzystywane głównie jako plac parkingowy, z kilkoma tylko drzewami, zostało przekształcone w park miejski z 111 drzewami. Zakłada się, że gdy te drzewa osiągną dojrzałość, powierzchnia parku będzie w 71% pod osłoną koron drzew, czyniąc to miejsce zieloną oazę w sercu Downtown Phoenix.

Ważnym etapem planu „Drzewo i zacienienie” jest podnoszenie świadomości na temat sytuacji środowiskowej i korzyści wynikających z lasu miejskiego poprzez edukację urzędników miejskich i ogół społeczeństwa, min. poprzez projekty demonstracyjne w zakresie zastosowania drzew do zacienienie w różnych częściach miasta w celu wzbudzenia zainteresowania i pokazania możliwości.

Pomimo sukcesu miejskiego programu dachów chłodnych, to działanie nie znalazło odzwierciedlenia w inicjatywach sektora prywatnego i sektory mieszkalnictwa, w których tego rodzaju dachy nie weszły do powszechnego zastosowania. W związku z taką sytuacją oraz realizacją programu „Drzewo i zacienienie” przeprowadzono badania wpływu dachu chłodnego i zadrzewień na klimat lokalny w okresie letnim, co w zamierzeniu miało przekonać innych do wdrażania takich rozwiązań.

Oceniono efekt chłodzenia drzew i dachów chłodnych w dzielnicy mieszkaniowej Phoenix przy użyciu modelu mikroklimatu ENVI-met. Stworzono osiem opcji nasadzeń drzew (od 0% pokrycia koroną drzew do 30% pokrycia koroną drzew), aby scharakteryzować związek pomiędzy stopniem pokrycia koroną drzew a korzyściami z chłodzenia drzew w ciągu dnia. W drugim zestawie symulacji, przeprowadzono ocenę dziewięciu połączonych opcji nasadzeń drzew i kształtowania krajobrazu (mesic, oasis i xeric) ze zwykłymi dachami w obecnych warunkach klimatycznych i dwóch prognozowanych warunkach klimatycznych. Dla każdego z 54 opcji porównano średnią temperaturę powietrza w porze wczesno popołudniowej i oceniono korzyści każdej opcji dla łagodzenie warunków termicznych w obecnych i przyszłych warunkach klimatycznych. Wyniki sugerują, że związek pomiędzy procentowym pokryciem koroną drzew a obniżeniem temperatury powietrza jest liniowy – 0,14°C chłodzenia na procentowy wzrost pokrycia drzew w badanym sąsiedztwie. Wzrost pokrywy drzew z obecnych 10% do docelowych 25% spowodował, że w dzielnicach mieszkaniowych temperatura zmniejsza się średnio o 2,0°C. Zastosowanie dachów chłodnych obniża temperaturę powietrza blisko o 0,3°C. Rezultaty tego specyficznego dla miasta projektu łagodzenia skutków miejskiej wyspy ciepła stanowią źródło informacji dla kampanii informacyjnych mających na celu zaangażowanie decydentów miejskich, przemysłu i opinii publicznej w inicjatywy związane z budownictwem ekologicznym i leśnictwem miejskim.

NAPOTKANE PROBLEMY I ZDOBYTE DOŚWIADCZENIA

Istotnym czynnikiem decydującym o efektywności działania dachu chłodnego jest prawidłowa instalacja i konserwacja dachu. Położenie geograficzne Phoenix na pustyni Sonoran sprawia, że zieleń miejska bardzo różni się od tej w miastach o innych, łagodniejszych uwarunkowaniach klimatycznych. Woda niezbędna do prawidłowego rozwoju zieleni przy niewielkich i sporadycznych opadach deszczu może stanowić poważne ograniczenie w utrzymania lasu miejskiego, dlatego należy działania związane z tworzeniem infrastruktury zielonej prowadzić w połączeniu z działaniami dotyczącymi poprawy gospodarki wodnej. Woda musi być wykorzystywana w sposób efektywny – za pomocą wysokowydajnych systemów nawadniania, wykorzystania materiału roślinnego odpornego na suszę, strategicznego rozmieszczenia korytarzy zacienienia i ciągłej edukacji. Działania związane z tworzeniem lasu miejskiego wymagają czegoś więcej niż tylko posadzenie drzew; ale także aktywnej ich konserwacji i pielęgnacji.

DANE FINANSOWE

Wiele chłodnych produktów dachowych kosztuje tyle samo, co inne porównywalne materiały dachowe. Dla tych, które są droższe, różnica jest często szybko odzyskiwana w postaci oszczędności wynikających z obniżenia kosztów energii. Inwestycja w las miejski odpowiednio zarządzana, zapewnia zwrot nakładów na inwestycję w wysokości przynajmniej 2,23 USD (wg United States Department of Agriculture Forest Service; źródło: City of Phoenix Tree and Shade Master Plan).

UZASADNIENIE DLACZEGO PROJEKT JEST PRZYKŁADEM DOBREJ PRAKTYKI

–