Architecture/Design

Self Portrait, Image credit: UNSW Sydney 澳洲悉尼新南威尔士大学的马特奥斯·桑塔莫里斯教授（Dr. Mattheos Santamouris）引领城市降温创新之先 在当今世界，随着城市温度的持续上升和气候变化的不断加剧，寻找和实施城市降温的创新方案变得前所未有地重要。在这一领域处于领先地位的是澳洲悉尼新南威尔士大学的马特奥斯·桑塔莫里斯教授（Dr. Mattheos Santamouris），他的开创性研究最近在《自然城市》杂志上登出，该研究提出了一系列针对城市过热问题的创新解决方案，特别是针对沙特阿拉伯极端炎热的城市利雅得。 新冠肺炎（COVID-19）疫情持续的三年时间里，桑塔莫里斯教授及其研究团队投入了大量努力，旨在应对沙特阿拉伯利雅得所面临的极端高温问题，该地区温度有时能够升至45°C。他们深入研究了采用“超级冷却”建筑材料、扩展绿化空间以及实施高能效改造措施的综合效果，最终提出了一套能够将城市温度降低高达5°C的解决方案。这项成就在提升城市居住品质、减少能源需求和改善居民生活福祉方面，实现了显著的进步。 在这次采访中，我们深入了解了他们开创性研究成就，着重讨论了实施的策略、面对的挑战及其对全球城市规划和可持续建筑产生的深远影响。通过解决城市高温问题和推动环境可持续性目标，桑塔莫里斯教授和他在悉尼新南威尔士大学的研究团队为构建更凉快、更可持续的未来城市开辟了新途径，并利用创新技术及材料在全球改变了城市降温的方式。 你能否详述一下，贵团队在降低利雅得城市温度方面的研究目标？ 我们的研究项目跨越了三年，期间受到了新冠疫情大流行以及随之而来的旅行限制影响。此项研究是为了应对利雅得在夏天面临的极端高温情况所启动，其温度常常超过45°C，这对城市的宜居性和能源使用带来了巨大挑战。应利雅得皇家委员会之邀，我们开始寻找有效城市降温的途径和策略，以提升居民生活舒适性和减少对高能耗冷却系统的依赖。 首先，我们进行了利雅得城市景观的深度模拟分析。该分析以500米×500米的高分辨率进行，融合了卫星图像及地面测站的数据，以精确勾画出城市的热度分布图。 研究过程涵盖了评估各种减温策略。包括利用出色冷却特性且被广泛认可的创新冷却材料，以及绿色空间的策略性融入，同时考察了灌溉与非灌溉植物对环境温度的影响。借助先进的模拟技术，我们细致地考量了这些多样化策略在对抗城市过热中的效力。 我们全面的研究结果显示乐观的前景，有可能将利雅得的最高温度显著降低至多5摄氏度。此外，这些方法被发现可以大幅降低建筑物冷却所需的能源消耗，减少约35%，以上证明了我们提出的降温策略在解决城市过热问题上具有明显的益处。 你能解释一下什么是热量缓解管理吗？ 热量缓解管理是指采用一系列技术和创新手段，目的在于通过管理热量的流动和扩散来控制地球的温度环境。所有生物，包括人类，都会释放红外辐射，这些辐射上升至大气层会被温室气体吸收，其中一部分辐射随后则被反射回地面。地球能够维持一个稳定并适宜生存的温度，很大程度上依赖于大气中的一部分，即大气窗口，它允许一定量的地面热量散逸到太空中。为了优化这一自然的冷却机制，开发了专门的高科技材料，这些材料设计利用大气窗口来加强地球的自然温控能力，有效地将热量通过大气窗口传输至太空，减少地表的热量累积。这种对热量散发和大气层交互的精细操控，构成了热量缓解管理的核心策略，关键在于保持地球的热量平衡。如果缺失了这种大气窗口机制，地球可能会变得极端炎热或寒冷，不再适合生命存在，变成类似于金星或火星的极端环境。因此，发展能有效利用这种大气窗口的材料，标志着在全球温度调控策略上的一大步进。 你的研究如何将“超级冷却”建筑材料、城市绿化以及能源效率改进结合起来，以达到降低城市温度的效果？ 我们的研究项目主要利用了称为“超级冷却”或光子的建筑材料，这些材料因其出色的反射能力和通过大气窗口的高效热量释放而受到关注。这些材料的独特性在于，它们能够将吸收的热量直接传输到太空，有效减轻地面的热积聚，实现环境降温。 此外，我们研究了使用具有高反射率的材料以及那些不仅能通过大气窗口，也能在更广泛的红外光谱范围内反射太阳辐射和散发热量的冷却材料的影响。这一全面策略有助于降低热吸收，为城市环境带来普遍的冷却效果。 研究中还特别关注植被的作用，包括灌溉和非灌溉的绿化措施。在城市区域引入绿色空间是降温的有效方式，因为选用的植物类型及维护直接关系到能否达到最优的降温效果。在利雅得案例中，我们挑选了耐热的本地树种，这些树种在适当灌溉的情况下能够促进水分循环和蒸散作用，从而帮助降低温度。而未得到充足水分的植被，在极端高温条件下可能因叶片的暗色素吸热而无法有效降温，甚至可能导致局部温度上升。 我们的研究结论是，结合使用“超级冷却”材料和保持良好灌溉的绿化措施，是降低城市温度最为有效的方法。耐热植物的精心选择与维护，以及充分的水源供给，是利用这些冷却技术的关键。对于利雅得而言，精心规划和持续维护的城市绿化基础设施，是实现显著城市降温的核心策略。 高性能建筑实验室（High-Performance Architecture Lab）研发的反射性建筑材料在城市冷却方面与传统建筑材料相比有何显著优势？ 我们位于澳大利亚的实验室研发出了一种以其卓越反射能力而闻名的特殊材料，这种材料主要被应用于屋顶而非墙面。这些材料代表了全球创新的一部分，世界各地也有类似的技术发展。它们最大的特点是能够同时反射太阳光和将红外辐射（通过大气中一个特定的波段，波长介于7到13微米之间）直接散发到太空中。这种能力允许材料直接绕过大气层，将热量排放到太空中，有效降低城市的热量负担。 与那些倾向于吸收热量并将其重新释放回周围环境的传统建筑材料不同，我们这些材料作为一种漫反射镜，能够反射太阳光而不产生眩光或光亮问题。这一特性避免了额外热量的积聚，进而显著促进了城市环境的降温。 这些材料的一大优势是能够将建筑的冷却需求降低高达50%，这是我们与美国加州大学伯克利分校的劳伦斯伯克利国家实验室合作的研究成果。这一发现突显了我们材料在降低城市温度方面的高效性，以及在开发这类技术方面进行国际合作的重要性。 能否介绍一下贵团队在利雅得Al Masiaf区进行冷却效果、气候和能源模拟时遇到的挑战，以及你们如何克服这些问题？ 这个项目从一开始就充满挑战，特别是考虑到这是我们第一次尝试在一个大规模城市环境中部署这样的解决方案。针对整个城市定制我们创新的建筑材料，需要经过一系列复杂和时间密集的优化步骤。面对我们所承担的这一创新性任务，最初很难确定哪些策略最为有效。尽管遇到这些挑战，我们通过持续的测试和调整，最终找到了应对之道。 我们最初专注于开发适合屋顶使用的高反射性材料。随着项目进展，我们创造了新型材料，这些材料虽然反射率不如之前的高，但在热效益方面表现出色，适用于建筑的垂直外墙和人行道使用。这一进展是我们项目的重要突破，不仅提高了解决方案的适用性，也扩大了其可能的影响范围。 虽然我们对利雅得进行了全面的研究，但特别是在Al Masiaf区的核心地区，我们集中实现了我们的节能方案。通过专注于这一具体区域，我们能够细化策略，并逐步将应用范围扩展到更广的城市区域，使得更多地区受益，并期望将这些方案推广到更多城市环境中。 气温预计降低4.5°C，这将如何影响利雅得的能源使用和公众健康？ 城市升温正加剧能源消耗和公共健康问题，这主要是由气候变化和城市扩张所造成。预计到2050年，城市的夜间温度可能会上升4至5摄氏度，而白天温度上升1至3摄氏度，这将对能源需求、人类健康以及经济条件造成深远影响。 在短期内，将城市温度降低至多4.5°C可以减少对空调系统的依赖，降低能源消耗，减轻高温带来的健康问题和死亡风险，同时缓解城市热岛效应的严重性。从长期来看，预计气温的降低将显著减少电力的峰值需求，进而减少在高峰期间需要启用的额外发电设施。 我们的研究显示，采用反射性屋顶材料能够降低40%至45%的空调使用需求。结合使用其他策略，如新加坡，能够实现几乎不需要冷却能源的建筑，展现了先进技术在构建零碳或零能耗建筑方面的潜力，即便是在温暖湿润的气候条件下。 综合应对城市过热问题需要进行大规模的脱碳工作，预计到2050年的年度成本将达到约1.6万亿美元。这不仅是一项财政投资，更包含了确保低收入人群，特别是在发展中国家，能够获得经济实惠的本地解决方案，而避免依赖昂贵的进口技术。 归根结底，有效降低利雅得等城市的温度将带来显著且广泛的好处，包括节能、改善公共健康以及减少过热带来的经济负担。未来，结合尖端技术、前瞻性政策和包容性策略将成为满足全球不同人口需求的关键。 城市应如何有效地选择和执行降温策略，以防止意外的气温上升？ 在世界各地，我们已经见证了一些使用散热技术取得成功的案例，如在印度、中国和日本，教育和商业建筑普遍采用了冷屋顶技术。这些例子证明了通过正确结合创新技术和政策支持可以实现显著的改善。例如，欧洲的包豪斯计划致力于到2050年显著减少建筑领域的能源消耗，并提高城市环境的质量。此外，欧洲计划使其110个城市到2050年达到碳中和状态，目前正朝这个目标努力。在加州，新的道路建设项目被要求使用耐热材料，展示了政策对于这些技术的支持。 尽管取得了进展，但在推广广泛应用这些策略方面仍面临挑战。需要广泛传播有效的策略，克服行业内部的阻力，并争取开明政策制定者的支持。 针对每个地区特有的过热原因制定对策至关重要。例如，悉尼的过热主要是由沙漠热气流所引起，因此需要采用与其他地区不同的解决方案。这可能意味着在某些地区成功的策略，如增加绿化，可能需要在其他地区得进行调整或寻找替代方法。 解决城市高温问题需要一个将创新技术和目标明确的政策结合起来的全面策略。这种方法需要克服行业反对、利用政治支持，并为每个城市的独特气候挑战量身定制解决方案。若不实施一体化的脱碳措施和针对性的散热策略，城市及其居民将面临重大影响。 你能否解释在城市绿化中进行灌溉对降低温度的重要作用，以及它与未进行灌溉区域的对比效果？  在城市绿化中进行适当的灌溉对于提升其降温能力极为关键。通过蒸腾作用，植物利用根部吸收的水分并通过叶片释放水蒸气，从而有效地降低周围空气温度。在缺乏水分供应的情况下，尤其是在炎热的天气中，植物将无法进行正常的水分吸收和蒸腾，导致其降温功能丧失。此外，处于水分压力下的植物可能会排放出生物挥发性有机化合物（BVOCs），这会进一步恶化城市的空气质量，甚至可能超过汽车排放的影响。因此，缺乏灌溉不仅会减少绿地的冷却效果，还可能加剧城市的温室效应和空气污染。诸如利雅得的大型公园开发项目等实践已经证明了良好维护的绿色空间在降低城市温度和改善环境质量方面的重要性。 针对城市降温的研究成果，如何能够为其他面临同样热度挑战的城市在规划与建筑方面提供借鉴？ 通过对全球400多个城市进行的降温研究，我们发现我们的降温策略能够有效地将城市气温降低2.5至3摄氏度。这些创新技术为城市降温、提升环境品质以及增进公共健康提供了有力的支撑。以德里的高温波为例，展示了实施这些策略的必要性，高温波对劳动者的工作效率产生了严重影响，并突显了城市过热对经济的潜在威胁。 将你的研究成果转化为利雅得的实际解决方案需要采取哪些步骤，预计会遇到哪些挑战？ 我们正在研发一种新型材料，希望在未来2至3年内能够将城市温度降低7至8摄氏度，从而加强我们对抗城市过热现象的能力。面临的挑战包括需要克服对气候变化的质疑态度以及对采纳新技术的抵触。幸运的是，依托于我们目前的知识水平和技术发展，我们有能力有效地应对这些挑战。运用我们的洞察力和创新，采取主动和积极的措施对于实现有意义的城市降温非常关键，目的是为了解决城市过热这一复杂问题提供有效方案。