当前世界环境

介绍

乡村和城市环境对动量传递(气流)、能量(太阳能加热)和质量(降水)的反应不同。这些差异是湿度、热量、辐射和空气动力学特性的独特组合的原则，这些特性影响农村和城市表面如何调节和划分现有的能源(T. Oke, 1987)。反过来，能量分配影响这些表面和它们旁边的周围层的热通量。(斯图尔特,2011)。

城市物理结构的许多特征可以对城市气候产生影响，并对城市热岛强度进行负面影响（T. oke，1981; P Shahmohamadi等，2009）。

在城市和郊区的热岛形式，许多传统的建筑材料吸收和恢复更多的太阳辐射，而不是未触及的农村地区的有机材料。

但这种升温有两个关键因素。首先，大部分城市建筑材料都是不透水和防水的，因此湿度很难消散太阳的能量。其次，深色材料与城市背景下的峡谷状结构协作，捕捉并收集更多的太阳辐射能量(Connors, Galletti， & Chow, 2013;Gartland, 2011;Prashad, 2014;Radhi, Fikry， & Sharples, 2013)。

降低屋顶表面温度可能在改善面临城市热岛的城市热条件中发挥关键作用(Coutts, Daly, Beringer， & Tapper, 2013;KÅ， ysik & Fortuniak, 1999;Kolokotsa, Santamouris， & Zerefos, 2013)。这一目标可以通过将传统屋顶表面替换为绿色屋顶来实现，绿色屋顶可以在夏季提供更低的温度，以增强其热性能并减少太阳辐射的吸收。本文通过对屋顶绿化降温过程的分析，探讨了屋顶绿化在改善城市热岛效应方面的潜力。

热岛的负面影响

城市hi对城市背景和支持社会的基础设施有广泛的影响(P. Shahmohamadi, Che-Ani, Etessam, Maulud， & Tawil, 2011)。城市热岛加剧对空气质量、能源需求和公共健康具有区域尺度效应(Guo, Barnett， & Tong, 2013;Rosenzweig, Solecki， & Slosberg, 2006)。UHI现象加剧了对能源的需求，加速了有毒雾霾的产生，并通过增加大城市上空的热浪造成人体热不适和健康问题(Li, Harvey， & Kendall, 2013;Synnefa, Santamouris， & Apostolakis, 2007)。

夏季UHI显着降低了户外空气质量以及加强城市的能源需求，由于这种能量强化，可能发生了广泛的力量停电，由空调使用的增加引起。报告显示，成千上万的人因热相关疾病而每年死亡。（戴维斯，Steadman，＆Oreszczyn，2008），最新的例子是严重的过热波浪是2003年8月在欧洲的死亡率约50,000人口的因素。以及电力和温度消耗的影响，UHI还增加了城市的污染物浓度。此外，它通过改变风图案，形成雾和云，增加湿度，改变降水率来实现当地气候。“（Mirzaei＆Haghhighat，2010）

夜间和日间的UHI都对环境中的一级和二级本地污染物有显著影响(Sarrat, Lemonsu, Masson， & Guedalia, 2006)。它们可以将污染物浓度放大到清洁大气的10倍(Taha, 1997)。这一现象造成了聚集，并因此将空气污染物转移到城市地区，从而增加了城市炎热中心地区的呼吸相关疾病(Lai & Cheng, 2010)。

很明显，气候质量低的城市在夏季消耗更多的电力用于建筑制冷，同时用于照明。此外，高温给居民带来的不适和不便是非常常见的(Bitan, 1992)。

缓解策略

中和UHI的影响是社会的主要关注点。由于问题严重程度，已经完成了广泛的研究工作，并且可以对该主题进行大量的文学范围。该领域的可用文献包括概念，方法，最新调查工具，最新研究方法和缓解策略（A.M.Rizwan，L. Y.C. Dennis，＆C. Liu，2008）。A number of strategies have been suggested, consolidated and employed with noticeable outcomes (McPherson, 1994; Onishi, Cao, Ito, Shi, & Imura, 2010; A. M. Rizwan, L. Y. Dennis, & C. Liu, 2008; Arthur H Rosenfeld et al., 1995; Arthur H. Rosenfeld, Akbari, Romm, & Pomerantz, 1998; Mat Santamouris, Synnefa, & Karlessi, 2011; M. F. Shahidan, Jones, Gwilliam, & Salleh, 2012; Solecki et al., 2005; Takebayashi & Moriyama, 2007; N. H. Wong & Yu, 2005). Offered mitigation strategies and techniques include the use of green roofs (Alexandri & Jones, 2008; Bass, Krayenhoff, Martilli, Stull, & Auld, 2003; Bass, Krayenhoff, Martilli, & Stull, 2002; Kolokotsa et al., 2013; M Santamouris, 2012; Susca, Gaffin, & Dell Osso, 2011; Takebayashi & Moriyama, 2007; J. K. W. Wong & Lau, 2013), the use of greenery system in the urban context including proper landscaping and design of green modules (M Santamouris, 2013; Yu & Hien, 2009; Zoulia, Santamouris, & Dimoudi, 2009), proper shading and radiation control of surfaces (Akbari, Pomerantz, & Taha, 2001), using cool roofs (Berdahl & Bretz, 1997; Bretz, Akbari, & Rosenfeld, 1998; Prado & Ferreira, 2005; Arthur H. Rosenfeld et al., 1998; Synnefa, Dandou, Santamouris, Tombrou, & Soulakellis, 2008; Synnefa et al., 2007; Takebayashi & Moriyama, 2007), mitigating of anthropogenic heat (Ichinose, Shimodozono, & Hanaki, 1999; Sailor, 2011) , Increasing the albedo of construction materials (Li, Harvey, Holland, & Kayhanian, 2013), and increasing wind velocity in order to alleviate the UHI impact in cities.

屋面结构对热岛效应的影响是非常关键的。许多研究已经证明屋顶表面是一个城市热平衡的主要因素(Akbari, Shea Rose， & Taha, 2003;Arnfield, 1982;Bansal, Garg， & Kothari, 1992;KÅ， ysik & Fortuniak, 1999;Susca等人，2011)。屋顶在城市区域中占有相当大的比例，并极大地参与了城市热岛的强化。屋顶几乎占城市表面的20%到25% (Akbari et al.， 2003;Susca et al.， 2011)和传统的屋顶材料往往在阳光下加热到50-90°C的温度。通过对屋面材料进行供暖，给屋面以下建筑带来了室内温度升高、制冷能耗增加、室内热舒适性降低、水电费增加、屋面材料快速腐蚀、制冷系统恶化等问题。

此外，热门屋顶是他们的社区的问题来源，如夏季的电力需求增加，电气关机更多的概率，增加了发电厂的排放率，较温暖的郊区和城市温度，辅助温度和发射组合助击烟雾形成并送出送到垃圾填埋场的更多屋顶材料垃圾（Gartland，2011）。降低屋顶的表面温度可能在改善城市热岛面临的城市热情方面发挥关键作用。这一目标可以通过将传统屋顶表面替换为绿色屋顶来实现，绿色屋顶可以在夏季提供更低的温度，以增强其热性能并减少太阳辐射的吸收。

屋顶及其对城市气候的影响

太阳辐射的一部分被建筑的外部特征反射，广泛地影响建筑的总热量的获得或损失。对于暴露在大量太阳辐射下的地区尤其如此(Reagan & Acklam, 1979)。其中一个要素就是屋顶。屋顶覆盖了20%到25%的城市地区，它们是在城市地区的热图像中看到的最热的元素。事实上，大多数传统屋顶材料的温度通常在65-90ºC之间。它们的太阳反射率为5 ~ 25%，吸收了75% ~ 95%的太阳辐射能。传统屋顶材料在城市地区的广泛使用加强了城市环境中收集的太阳辐射的数量。传统的屋顶材料也有其他的特性，使热岛问题恶化。热容和热导率也是关键问题。传统的屋顶材料往往在白天储存更多的热量，并在晚上逐渐消散。(Gartland, 2011)。 They emit the heat through infrared radiation and as well transfer it by convection to the volumetric air which surrounded them and exacerbate the UHI effect. As well, they conduct a part of the stored heat to the buildings below and disturb the thermal comfort of inhabitants and make them to spend more electricity for air-conditioning. As a consequence, the buildings emit more heat from air-conditioning process directly and power plants emission indirectly. Besides, the materials in traditional roofing systems are impermeable which turn them to solid elements that prevent water from penetration and latent heat evaporation process. Once latent heat phenomenon is involved, evaporation or sometimes condensation also impacts the thermal system of the roof surfaces (M Santamouris, 2013).

利用绿色屋顶缓解城市热岛效应的过程

植物是一个健康城市必不可少的元素之一。绿化系统为城市地区提供了巨大的好处，包括减少能源需求、减少污染物、径流水管理和更好的生态系统(Arabi, 2014;Gartland, 2011)。但最重要的是，植被通过三个过程缓解城市热岛效应((Akbari & Rose, 2001, 18;伊曼纽尔、2005、1600;黄，Akbari， & Taha, 1990;Arthur H Rosenfeld等人，1995,256;M Santamouris等，2001,214;陈晓东，2011,168;Shashua-Bar & Hoffman, 2000年，227; Solecki et al., 2005, 39). Firstly, plants shade the buildings and protect them against solar radiation. As a result the building below them will be cooler. They reduce the heat convection to the air above, mitigate UHI and as a consequence decrease the energy for cooling. The rate of solar radiation transferred under the canopy of plants depends on plant type. But, it s usually between 6 to 30 percent in summer and 10 to 80 percent in winter (M. F. Shahidan et al., 2012). Moreover, the plants with high density canopy that produce lower quantities of radiant heat will lead to the minimum quantities of soil radiation below the plant canopy. This situation improves evapotranspiration and the generation of extra latent heat supports the air temperature mitigation process and relative humidity enrichment. Reduction in air warming results in cooling benefits by creation of high quality shade and filtering the solar radiation (M. F. Shahidan et al., 2012). Shading plants also make people feel cooler and more comfortable. Besides, they reduce the risk of heart attack and keep the people safe from the sun s dangerous ultraviolet rays. Secondly, during the photosynthesis process, vegetation converts water, carbon dioxide and solar radiation to glucose and oxygen. For this conversion, plants use an auxiliary process named evapotranspiration to keep themselves cool (Kalogirou, 2009). Plants absorb water through their roots and release it into the air in the form of vapor through their leaves (Monteith, 1965). They use the energy of solar radiation to evaporate water and as a consequence the energy consumed for evaporation is not used to increase the air temperature. It is calculated that an average tree evaporates 1460kg of water during a clear summer day and consumes almost 860MJ of energy; this outdoor cooling effect is equivalent to five typical air conditioners (Che-Ani et al., 2009; Matheos Santamouris & Asimakopoulos, 2001). As a result, air temperature is lower within and downwind of well-vegetated regions because of evapotranspiration.

总体而言，不同的研究（Huang等，1990,7;克朗，Bretz，Huang，＆Akbari，1994,23）证明了植物区良好的峰值温度比裸机更凉爽。

第三，植物和绿化系统也可以作为挡风玻璃。这种效应在整个寒冷季节都是有用的(Gartland, 2011)。实验表明，根据冠层密度，植被使风速降低了20 - 80% (Huang et al.， 1990)。另一方面，它在夏天也很有用。将植被放置在屋顶上，冷却建筑物所需的冷却能量将会减少，这是因为建筑受到了太阳辐射和环境反射辐射的保护(Akbari, 2002, 119;布朗和吉莱斯皮，1995,9;罗宾奈特,1972年,131年;王新民等，2007,2949;Yu & Hien, 2006,118)。

总的来说，大多数现有和最近的研究(下表)得出的结论是，绿色屋顶在缓解城市热岛效应和改善城市气候方面具有很强的作用。

表1A：关于绿色屋顶对城市热岛效果的研究摘要

结论

城市环境在每年恶化，城市热岛现象并联放大。温度升高，污染高，健康问题是UHI的负面影响。为了改善这些负面影响，可以使用一些策略。其中一个是实现绿色屋顶。绿色屋顶可以用作减轻热岛的多功能策略，并同时补偿绿色空间的短缺。此外，该技术导致更积极的效果，例如减轻空气污染，杂散管理，从而改善城市背景的公共卫生和审美方面。通过使用绿色屋顶，城市的最热点转换为最酷的斑点。简而言之，使用绿色屋顶作为UHI缓解战略的福利：

根据绿化屋顶的类型、建筑规模和气候条件，减少冷暖能源需求。

除了吸收热量，减少空气热流动的趋势外，绿色屋顶还起到风缓冲和过滤通过它的空气的作用;

在光合作用过程中，绿化系统将水、二氧化碳和太阳辐射转化为葡萄糖和氧气。这个循环过程为人类和动物提供食物和氧气;

通过蒸发蒸腾过程，植物通过根部吸收水分，然后通过叶子将水分以水蒸气的形式释放到空气中。它们利用太阳辐射的能量蒸发水，因此蒸发所消耗的能量不会用于提高空气温度。

根据树冠密度，植被减少20-80％，并根据遮阳伞所需的冷却能量将减少，这是因为建筑物受到防止阳光辐射并反映环境辐射。本文调查的研究证明，绿色屋顶的冷却和缓解能力非常重要，并且可以大大参与城市背景下的温度。因此，本文建议使用绿色屋顶来降低热岛的有害影响，而且还用于补偿绿化系统的短缺，减少污染物，杂散的水和公共卫生。

确认

本文得到了Putra Malaysia大学的支持

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