如何治理城市环境
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发布时间：2024-10-10 04:31
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时间：2024-11-29 20:03
1、“城市热岛效应”是导致城市建筑夏季空调负荷连年增大的最主要原因
中国近十多年的城市化发展，给各大城市建造了大量的高表面蓄热建筑，给城市气候环境造成了极大影响。城市建筑的主要结构材料是钢筋混凝土材料，该材料导热率高，蓄热量大，200mm厚混凝土墙体升高10℃，每平方米可蓄积1.2kwh热量，白天吸收太阳辐照，建筑表面温度升高20-30℃，这导致建筑墙体蓄积大量太阳辐射能量，太阳落山后，这些热量以远红外辐射的形式向周围散热，一方面透过内部轻质保温材料，加大室内空调冷负荷；另一方面，直接向建筑室外散热，如果城市建筑密度高，每平方公里地面钢筋混凝土建筑释放的蓄热量，远远大于每平方公里地面上的汽车、人员、空调设备所释放的总热量，正是这些热量造成了城市温度比郊野农村地区高5-8℃的“城市热岛效应”，城市夏季之所以大量使用空调，很多时候都是因为这高于郊外地区5-8℃的“城市热岛效应”造成的，过去的城市面积小，建筑密度低，“城市热岛效应”不明显，所以，一般城市夏季都用不着开空调。但当今的中国城市，城市面积越大、建筑密度越高，“城市热岛效应”越明显，城市建筑夏季空调负荷越大，这又进一步加大“城市热岛效应”，形成正反馈的叠加放大效应。我国夏季空调耗电量已相当于30个三峡电站满负荷运行一年的发电量。
如果没有“城市热岛效应”，城市夏季象远郊农村地区一样，太阳一落山，就迅速降温，城市建筑夏季大部分时候都用不着开空调。
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2、“城市热岛效应”是“城市大气环流”的内在动力，由此又导致“城市阴霾天气”。
城市化发展所建成的大量高蓄热城市建筑，上午将太阳辐照热能传导、蓄积在整个钢筋混凝土墙体里，这就更难以形成能驱散污染空气的纵向大气对流，下午三点以后，蓄积足够热量的城市建筑墙体，开始释放蓄热，这导致城市中心地区高于郊区农田地区的“城市热岛效应”，如果没有明显的外来季风（*以上），城市大气流动会由温度较低的城市周围郊区流向温度较高的城市中心地区，这种“城市大气环流”会导致城市污染空气浓度从下午三点以后开始越聚越浓，将周围污染空气集聚在“热岛”上空，这就是“城市阴霾天气”，一直到第二天早上，在“城市热岛效应”提供的热动力驱动下，城市空气污染浓度达到当天最大。上午，城市建筑把照在城市表面的太阳能转化成了城市建筑墙体蓄热，导致城市地区大气升温比郊区慢，在中午前后，城市周围郊区温度高于城市，这时的城市建筑呈现冷岛效应，驱使城市上空大气向周围地表温度更热的郊区扩散，所以，中午前后是大城市空气质量最好的时间，但持续时间很短，所以，在没有外来季风的情况下，大城市的大部分时间都是受“城市热岛效应”、“城市大气环流”控制。
在风雨过后的一两个晴天之后，城市最初形成的只是中轻度阴霾天气，一旦中轻度城市阴霾天气形成后，白天太阳辐射地面的能量，会被阴霾大气吸收而导致阴霾大气层升温（比热容很小），而透过中轻度阴霾大气的剩余太阳辐射则被城市建筑（比热容很大）吸收，地表大气更难升温，这使得城市上空大气温度在白天也高于下层大气，更容易形成大气逆温层，导致城市更难形成能驱散阴霾的纵向大气对流，使整个城市就象被盖上锅盖一样闷得不透气，所以，城市一旦形成阴霾天气，就只能一天比一天更严重，就只能等待大范围、高强度的大气流动，所带来大风、降水天气来驱散“城市阴霾天气”。
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3.良好的城市建筑隔热设计，可从城市整体方面大幅降低城市建筑能耗，显著降低“城市热岛效应”
任何人造能源都远小于太阳辐照给地面的热量，只有根据热力学原理，改变城市建筑表面蓄热结构，从源头消除“城市热岛效应”，才能消除过度城市化发展所导致的能源、气候、环境问题。但国内建筑环境学与各建筑节能标准只是为营造24小时连续空调模式下建筑室内环境而开展学术科技研究，只研究如何提高建筑墙体保温和空调系统，来改善建筑室内环境，而不考虑如何改善城市建筑外表面蓄热结构，来改善建筑室外的整个城市的热环境。牺牲城市建筑室外环境营造各自建筑室内小环境的结果，导致由城市建筑蓄热所形成的“城市热岛效应”越来越严重，这一方面导致整个城市空调用量越来越大，另一方面又给导致“城市阴霾天气”的城市大气环流提供热动力。
中国多部建筑节能标准明确规定：如果建筑节能设计达不到建筑热工指标（建筑专业）要求，可以依据暖通空调专业24小时连续空调模式下的建筑能耗模拟计算结果进行设计，这种节能设计只考虑建筑保温（如内保温），而不考虑建筑外表面隔热。在当今就低不就高的唯利经济时代，由开发商决定的中国房地产市场当然更乐于接受这种成本更低的灵活“变通”标准，这事实相当于降低了建筑隔热等建筑热工设计规范要求，当然就没人再理睬《民用建筑热工规范》GB50176-93的严格建筑隔热要求了，这导致实际建筑保温而不隔热，导致城市建筑外表面蓄热问题越来越严重。
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如果依据国家《民用建筑热工规范》50176-93规定的建筑隔热计算方法，设计高隔热性能的建筑围护结构，如在钢筋混凝土墙体材料外侧配置足够厚度的轻质外保温材料（蓄热系数、传热系数都很低），一方面可以防止太阳辐射将建筑墙体烤热，如果整个城市建筑墙体隔热性能都非常好，建筑外墙轻质保温材料蓄积热量会非常少，可大大降低整个城市的“热岛效应”。另一方面，在建筑室内，在国内大多数空调一般每天只开通几小时运行模式下，可以利用夜晚自然通风，通过室内钢筋混凝土墙体夜晚散热蓄冷，第二天白天可吸收室内外热源散热，使建筑室内环境夜暖昼凉。例如，外保温材料内的200mm厚钢筋混凝土墙体，如果通过夜晚的良好自然通风，多降低5℃，每平方米可蓄积0.84*0.2*2500*5=2100kJ=0.58kwh的冷负荷，100平方米居室，若按65平方米的外墙面积计算，仅围护结构墙体就可以储存38kwh的冷负荷。这样的高隔热性能建筑，在夏季大部分时间里，都可以利用建筑墙体本身的蓄热变化，来代替空调维持室内环境温度的相对稳定，从而可以大幅降低城市夏季空调负荷。
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总之，各大城市的建筑节能设计，都应要依据《民用建筑热工规范》50176-93规定的建筑隔热计算方法，做好建筑围护机构隔热设计，尽可能降低城市建筑外表面蓄热，这就可以从源头上消除城市建筑外表面吸收太阳辐照蓄热给城市能源、气候、环境所造成的热影响，从而解决中国近十多年过度城市化发展所导致的能源、气候、环境等一系列问题。
参考资料：http://hi.baidu.com/ehousestar/blog/item/fc97c92410d8a1b54723e848.html
