ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПАРЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ...
КРОВЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Большие закрытые территории летом быстро нагреваются и не имеют возможности удерживать дождевую воду. Компания Optigrun international AG (Германия, Австрия) считает, что традиционная для больших городов «серая» инфраструктура
– там, где она не является абсолютно необходимой
– сейчас устарела: уже давно существуют зеленые, синие и синезеленые альтернативы, способные уменьшить сток дождевой воды в канализацию и улучшить микроклимат за счет естественного охлаждения. Критерии правильной «зеленой крыши» В настоящее время существует большое количество систем «зеленых крыш», что затрудняет правильный выбор. Заказчику предстоит разобраться, какая система подходит для конкретной крыши, здания или даже городского района. Каждая система зеленой крыши разработана с определенной целью, как, например: максимально облегченная конструкция; разнообразие видов используемых растений; максимальное удержание дождевой воды. Но в какой степени соответствующие конструкции «зеленых крыш» способствуют удовлетворению требований городов в отношении устойчивости к изменению климата? Два чрезвычайно важных критерия для оценки вклада зеленой крыши в проектирование городских районов, устойчивых к изменению климата
– это способность к испарению и связанная с этим способность к охлаждению. Максимальное испарение через растительность и через субстрат восстанавливает естественный круговорот воды и снижает риск затопления за счет минимизации объема сброса воды в канализацию. В то же время испарение воды в жаркую погоду приводит к естественному охлаждению, что позволяет заметно улучшить микроклимат. Результаты научного исследования, проведенного компанией Optigrun international AG, показывают, что не все зеленые крыши одинаковы. Были исследованы четыре различных системы «зеленых крыш» (рис. 3) с точки зрения их эффективности по критериям испарения и охлаждения: 1. «Зеленая крыша» облегченной конструкции с небольшой гидроаккумулирующей способностью (Spardach). 2. «Зеленая крыша» со средней толщиной слоя субстрата и средней гидроаккумулирующей способностью (Naturdach). 3. «Зеленая крыша» со средней толщиной слоя субстрата и высокой гидроаккумулирующей способностью за счет подпорных элементов конструкции, создающих резервуары для воды (Retentionsdach). 4. «Зеленая крыша» со средней гидроаккумулирующей способностью и большой толщиной слоя субстрата (Gartendach). Испарительная способность зеленых крыш Жарким летом, когда охлаждение особенно важно, с зеленых крыш испаряется до 4,88 л/м2 воды в сутки. Однако между отдельными системами зеленых крыш наблюдаются существенные различия. В первую очередь, это связано с размером и типом водоудерживающего слоя, толщиной субстрата и видами растений, используемых для озеленения. Наличие больших резервуаров для воды увеличивает способность к испарению. Это показывает сравнение «зеленых крыш» Naturdach (2) и Retentionsdach (3)
– двух систем, которые в этом исследовании различались только гидроаккумулирующей способностью
– толщиной слоя запасаемой воды. Экстенсивные «зеленые крыши» с большим запасом воды испаряют воду так же сильно, как и интенсивные системы «зеленых крыш». Хотя «зеленая крыша» Gartendach (4) с толщиной слоя субстрата 15 см и травянистой растительностью имела значительно более массивную структуру, чем «зеленая крыша» Retentionsdach (3), последняя, благодаря наличию больших резервуаров для воды. достигла таких же высоких показателей испарения, как и первая. Хотя лето 2021 года в целом было дождливым, во второй половине июня был достаточно продолжительный сухой период. Изза недостатка атмосферных осадков средние значения испарения воды с экономичной «зеленой крыши» Spardach (1) и «зеленой крыши» Naturdach (2) были лишь немного выше, чем в мае и июле. С другой стороны, «зеленые крыши Retentionsdach (3) и Gartendach (4) продемонстрировали значительно более высокую испарительную способность. Таким образом, большие резервуары для воды являются явным преимуществом для «зеленых крыш» в засушливые сезоны, поскольку поддерживают жизнедеятельность растительности, а охлаждающая способность за счет испарения наиболее полно проявляет свой эффект именно в эти периоды. Средняя интенсивность испарения различных «зеленых крыш», л/м2 в сутки, по месяцам показана на рис. 4. «Зеленые крыши» с высокой скоростью испарения обладают наибольшей естественной охлаждающей способностью: в двух системах «зеленых крыш» с высокой скоростью испарения как температура основания, так и температура воздуха на уровне растительности были значительно ниже. Это видно не только по отдельным жарким дням, но и по всем среднемесячным значениям: Чтобы представить «средний июньский день», для каждого часа были усреднены показатели по 30 отдельным дням. Установлено, что средние температуры основания крыши с малой высотой субстрата и гидроаккумулирующего слоя Spardach (1) в полуденные часы достигали почти 30°С, тогда как температура субстрата «зеленой крыши» Retentionsdach (3) составляла только 22°С. Разница температур воздуха у поверхности вегетационного слоя экономичной «зеленой крыши» Spardach (1) и поверхности гидроаккумулирующей «зеленой крыши» Retentionsdach (3) в полдень в среднем составляла более 3,5°С (рис. 5). Эти различия могут быть связаны не только с эффективностью испарения, но и с влажностью субстрата: система Retentionsdach (3) с увеличенной гидроаккумулирующей способностью имела среднюю влажность субстрата 26,5%, что на 10% выше, чем у системы Naturdach (2) с идентичной структурой, но с меньшей толщиной водоудерживающего слоя. Высокие значения влажности субстрата являются результатом «пассивного орошения», при котором вода, накапливающаяся и хранящаяся в удерживающем ее пространстве, возвращается в слой субстрата через так называемые капиллярные мосты, соединяющие водоудерживающий слой с субстратом и позволяющие воде подниматься вверх благодаря действию капиллярных сил. Создаваемая таким образом система пассивного орошения обеспечивает особенно высокую скорость испарения даже тогда, когда другие системы зеленых крыш высыхают. Важные результаты для выбора системы «зеленой крыши» С одной стороны, результаты исследования показывают, что существуют большие различия между различными системами «зеленых крыш» с точки зрения их воздействия на микроклимат. Кроме того, исследование отвечает на вопросы относительно того, какие компоненты «зеленой крыши» играют особенно важную роль в адаптации городов к изменению климата. Показано, что большой гидроаккумулирующий слой не только обеспечивает пышную зелень в засушливые сезоны, но и разгружает городские канализационные каналы, предотвращает ливневое затопление за счет удержания дождевой воды и обеспечивает максимальное испарение и охлаждение. С другой стороны, крыши с толстым слоем субстрата и травянистой растительностью с высокой испаряемостью способны восстановить естественный круговорот воды, даже если они более подвержены стрессам в засушливые периоды. Следовательно, существенное значение имеет не только то, применяется ли «зеленая крыша» или нет, но и то, какая система «зеленой крыши» используется. На испытательной станции, которая была создана компанией Optigrun international AG для проведений исследований, продолжают собираются данные, которые способствуют лучшему пониманию микроклиматических характеристик «зеленых крыш». Такая информация необходима для понимания особенностей разнообразных систем «зеленых крыш» и принятия правильных решений по проектированию устойчивых и пригодных для жизни
– там, где она не является абсолютно необходимой
– сейчас устарела: уже давно существуют зеленые, синие и синезеленые альтернативы, способные уменьшить сток дождевой воды в канализацию и улучшить микроклимат за счет естественного охлаждения. Критерии правильной «зеленой крыши» В настоящее время существует большое количество систем «зеленых крыш», что затрудняет правильный выбор. Заказчику предстоит разобраться, какая система подходит для конкретной крыши, здания или даже городского района. Каждая система зеленой крыши разработана с определенной целью, как, например: максимально облегченная конструкция; разнообразие видов используемых растений; максимальное удержание дождевой воды. Но в какой степени соответствующие конструкции «зеленых крыш» способствуют удовлетворению требований городов в отношении устойчивости к изменению климата? Два чрезвычайно важных критерия для оценки вклада зеленой крыши в проектирование городских районов, устойчивых к изменению климата
– это способность к испарению и связанная с этим способность к охлаждению. Максимальное испарение через растительность и через субстрат восстанавливает естественный круговорот воды и снижает риск затопления за счет минимизации объема сброса воды в канализацию. В то же время испарение воды в жаркую погоду приводит к естественному охлаждению, что позволяет заметно улучшить микроклимат. Результаты научного исследования, проведенного компанией Optigrun international AG, показывают, что не все зеленые крыши одинаковы. Были исследованы четыре различных системы «зеленых крыш» (рис. 3) с точки зрения их эффективности по критериям испарения и охлаждения: 1. «Зеленая крыша» облегченной конструкции с небольшой гидроаккумулирующей способностью (Spardach). 2. «Зеленая крыша» со средней толщиной слоя субстрата и средней гидроаккумулирующей способностью (Naturdach). 3. «Зеленая крыша» со средней толщиной слоя субстрата и высокой гидроаккумулирующей способностью за счет подпорных элементов конструкции, создающих резервуары для воды (Retentionsdach). 4. «Зеленая крыша» со средней гидроаккумулирующей способностью и большой толщиной слоя субстрата (Gartendach). Испарительная способность зеленых крыш Жарким летом, когда охлаждение особенно важно, с зеленых крыш испаряется до 4,88 л/м2 воды в сутки. Однако между отдельными системами зеленых крыш наблюдаются существенные различия. В первую очередь, это связано с размером и типом водоудерживающего слоя, толщиной субстрата и видами растений, используемых для озеленения. Наличие больших резервуаров для воды увеличивает способность к испарению. Это показывает сравнение «зеленых крыш» Naturdach (2) и Retentionsdach (3)
– двух систем, которые в этом исследовании различались только гидроаккумулирующей способностью
– толщиной слоя запасаемой воды. Экстенсивные «зеленые крыши» с большим запасом воды испаряют воду так же сильно, как и интенсивные системы «зеленых крыш». Хотя «зеленая крыша» Gartendach (4) с толщиной слоя субстрата 15 см и травянистой растительностью имела значительно более массивную структуру, чем «зеленая крыша» Retentionsdach (3), последняя, благодаря наличию больших резервуаров для воды. достигла таких же высоких показателей испарения, как и первая. Хотя лето 2021 года в целом было дождливым, во второй половине июня был достаточно продолжительный сухой период. Изза недостатка атмосферных осадков средние значения испарения воды с экономичной «зеленой крыши» Spardach (1) и «зеленой крыши» Naturdach (2) были лишь немного выше, чем в мае и июле. С другой стороны, «зеленые крыши Retentionsdach (3) и Gartendach (4) продемонстрировали значительно более высокую испарительную способность. Таким образом, большие резервуары для воды являются явным преимуществом для «зеленых крыш» в засушливые сезоны, поскольку поддерживают жизнедеятельность растительности, а охлаждающая способность за счет испарения наиболее полно проявляет свой эффект именно в эти периоды. Средняя интенсивность испарения различных «зеленых крыш», л/м2 в сутки, по месяцам показана на рис. 4. «Зеленые крыши» с высокой скоростью испарения обладают наибольшей естественной охлаждающей способностью: в двух системах «зеленых крыш» с высокой скоростью испарения как температура основания, так и температура воздуха на уровне растительности были значительно ниже. Это видно не только по отдельным жарким дням, но и по всем среднемесячным значениям: Чтобы представить «средний июньский день», для каждого часа были усреднены показатели по 30 отдельным дням. Установлено, что средние температуры основания крыши с малой высотой субстрата и гидроаккумулирующего слоя Spardach (1) в полуденные часы достигали почти 30°С, тогда как температура субстрата «зеленой крыши» Retentionsdach (3) составляла только 22°С. Разница температур воздуха у поверхности вегетационного слоя экономичной «зеленой крыши» Spardach (1) и поверхности гидроаккумулирующей «зеленой крыши» Retentionsdach (3) в полдень в среднем составляла более 3,5°С (рис. 5). Эти различия могут быть связаны не только с эффективностью испарения, но и с влажностью субстрата: система Retentionsdach (3) с увеличенной гидроаккумулирующей способностью имела среднюю влажность субстрата 26,5%, что на 10% выше, чем у системы Naturdach (2) с идентичной структурой, но с меньшей толщиной водоудерживающего слоя. Высокие значения влажности субстрата являются результатом «пассивного орошения», при котором вода, накапливающаяся и хранящаяся в удерживающем ее пространстве, возвращается в слой субстрата через так называемые капиллярные мосты, соединяющие водоудерживающий слой с субстратом и позволяющие воде подниматься вверх благодаря действию капиллярных сил. Создаваемая таким образом система пассивного орошения обеспечивает особенно высокую скорость испарения даже тогда, когда другие системы зеленых крыш высыхают. Важные результаты для выбора системы «зеленой крыши» С одной стороны, результаты исследования показывают, что существуют большие различия между различными системами «зеленых крыш» с точки зрения их воздействия на микроклимат. Кроме того, исследование отвечает на вопросы относительно того, какие компоненты «зеленой крыши» играют особенно важную роль в адаптации городов к изменению климата. Показано, что большой гидроаккумулирующий слой не только обеспечивает пышную зелень в засушливые сезоны, но и разгружает городские канализационные каналы, предотвращает ливневое затопление за счет удержания дождевой воды и обеспечивает максимальное испарение и охлаждение. С другой стороны, крыши с толстым слоем субстрата и травянистой растительностью с высокой испаряемостью способны восстановить естественный круговорот воды, даже если они более подвержены стрессам в засушливые периоды. Следовательно, существенное значение имеет не только то, применяется ли «зеленая крыша» или нет, но и то, какая система «зеленой крыши» используется. На испытательной станции, которая была создана компанией Optigrun international AG для проведений исследований, продолжают собираются данные, которые способствуют лучшему пониманию микроклиматических характеристик «зеленых крыш». Такая информация необходима для понимания особенностей разнообразных систем «зеленых крыш» и принятия правильных решений по проектированию устойчивых и пригодных для жизни
Жара и проливные дожди, которые усиливаются в результате изменения климата, и связанный с этим ущерб от наводнений и гибели людей являются одной из самых серьезных проблем для городов в ХХI веке.
online просмотр