混凝土人行道，黑色沥青街道，交通，砖钢建筑。这些常见的城市元素可以保留热量并增加温度，这种现象被称为城市热岛效应。
随着夏季气温越来越高，像芝加哥这样的城市需要向决策者和社区提供有关帮助居民保持凉爽的策略的信息。其中一个策略涉及到所有建筑都有的东西:屋顶。某些屋顶材料可以帮助冷却周围的外部空气，减少对空调的需求。
为了帮助了解气候是如何影响城市社区的，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的研究人员通过芝加哥大都市地区的区域建模，研究了三种不同类型的屋顶策略及其对近地表温度和冷却能源需求的影响。
“我们选择在热浪事件期间运行我们的模型-在一个城市连续三天观察到的温度超过95个百分位数-与夏季平均温度相反，这样我们可以最大限度地发挥潜在的好处，”阿贡气候适应能力和决策科学中心(CCRDS)的科学主任，该研究的作者Rao Kotamarthi说。
该团队运行了一个区域气候模型，模拟芝加哥都市区和三种类型的屋顶:冷屋顶(涂成反射热的白色)，绿色屋顶(植被)和太阳能电池板。
他们发现，在气温最高的白天，这三种类型的屋顶降低了近地表温度和空调消耗需求。凉爽屋顶将近地表温度降低了1.5摄氏度，其次是绿色屋顶降低了1.2摄氏度，整个芝加哥地区的太阳能电池板屋顶降低了0.6摄氏度。
因为所有的屋顶策略都提供冷却效果，它们减少了交流电的消耗。制冷屋顶减少交流能源消耗最多，其次是绿色屋顶和太阳能电池板屋顶。当采用冷屋顶、绿色屋顶和太阳能电池板屋顶时，能源需求分别减少了16.6%、14.0%和7.6%。
总体而言，大规模部署冷屋顶显示了冷却效果和冷却节能的最佳潜力。它们的成本低于其他两种技术，而且不需要额外的水。然而，它们在管理雨水负荷方面没有帮助，而绿色屋顶有潜力做到这一点。利益相关者可以利用研究结果为可持续发展方法提供信息，降低夏季制冷能源需求，并帮助减少芝加哥地区长期的温室气体排放。
这项工作很成功。作为气候与城市科学社区研究(CROCUS)城市综合野外实验室的一部分引入。番红花由阿尔戈领导Nne与学术和社区组织以及民间和行业倡导者合作。CROCUS以芝加哥地区为中心，研究城市气候变化及其对环境的影响nmental正义。
这项基线研究的结果将有助于藏红花社区规划和测试缓解方案。研究人员将与藏红花社区组织和成员密切合作。
“两种屋顶之间的成本差异大约是三倍，”同时担任CROCUS科学主任的Kotamarthi说。“哪种选择最具成本效益，能获得最大收益?如果一个社区正在决定一个策略，我们可以查看模型并给他们一个实际的答案。”
研究结果是研究人员下一步希望实现的一个很好的起点，即为每种屋顶选择建立一个城市规模和全球规模的模型。但是如何将绿色屋顶整合到计算机模型中呢?首先，研究人员将通过测量地面和建筑水平来更好地了解绿色屋顶，以改进绿色屋顶的表现方式。
“我们对绿色屋顶的测量很少，”Kotamarthi说。“我们需要测量有多少能量进入，多少能量流出，它需要多少水，以及它保持水的速度。我们需要这些测量来让我们对这个过程有一个完整的了解，这样我们就可以完善计算和模型。”
研究人员将测量整个城市CROCUS合作伙伴的屋顶。例如，东北伊利诺伊大学有两种屋顶类型，而其他合作建筑有太阳能电池板。
最后，研究人员希望将模型的分辨率一直提高到街道规模。Kotamarthi解释说，实现这一目标将帮助他们看到房屋和街道之间的区别，这很重要，因为它将有助于回答一些问题，比如，如果种了一棵树，它对附近的建筑物和人行道有多大的冷却作用?
该团队的研究使用了阿贡领导计算设施(ALCF)和国家能源研究科学计算中心(NERSC)的超级计算资源。ALCF和NERSC是美国能源部科学办公室的用户设施，分别位于阿贡和劳伦斯伯克利国家实验室。
更多信息:Haochen Tan等人，热浪事件期间不同屋顶缓解策略对芝加哥大都会地区近地表温度和能源消耗的影响，《整体环境科学》(2022)。DOI: 10.1016/j.s itotenv.2022.160508期刊信息:整体环境科学
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引用屋顶的材料能冷却室外空气并降低能源需求吗?(2023, September 30)从https://techxplore.com/news/2023-09-roof-material-cool-air-energy.html检索2023年9月30日
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