Ученые из группы Heat Island лаборатории Berkeley Lab в сотрудничестве с Исследовательским центром дорожных покрытий Калифорнийского университета (UCPRC), Университетом Южной Калифорнии (USC) и thinkstep Inc., проведена оценка жизненного цикла обычных и холодных дорожных покрытий. Рассматривая технологии за 50 лет, включая производство, установку, использование и утилизацию / переработку, они обнаружили, что дополнительная энергия и выбросы, содержащиеся в холодных материалах дорожного покрытия, обычно превышают ожидаемую экономию энергии и выбросов за счет уменьшения кондиционирования пространства (охлаждения и отопление) в зданиях.
«Это исследование дает важный взгляд на компромиссы прохладных тротуаров и дает городам инструмент, позволяющий понять их в их конкретных условиях», — сказала Хейли Гилберт, исследователь лаборатории Беркли. «Я не могу пойти в город и сказать:« Прохладные тротуары — это хорошо », не сообщив им, что развертывание может иметь негативные экологические последствия."
Светоотражающие тротуары рассматривались как одна из нескольких стратегий смягчения так называемых городских островов тепла, на которых дневные температуры повышаются, отчасти из-за темной и сухой инфраструктуры, такой как дороги и здания.
Другие стратегии охлаждения включают городские деревья, которые создают тень, и отражающие крыши и стены, которые поглощают меньше солнечного света. Результатом всех трех является экономия энергии на кондиционировании воздуха.
В результате исследования был разработан инструмент поддержки принятия решений, который города могут загрузить и использовать для оценки энергетических и экологических последствий различных типов дорожного покрытия. Первоначальное исследование финансировалось Советом по воздушным ресурсам Калифорнии (CARB) и Министерством транспорта Калифорнии (Caltrans), а отчет был опубликован в прошлом месяце.
Затем исследователи использовали созданный ими инструмент принятия решений для проведения тематических исследований в Лос-Анджелесе и Фресно.
Их статья «Энергетические и экологические последствия кампании по укладке прохладного тротуара» будет опубликована в журнале Energy and Buildings; Гилберт является ведущим автором, а соавторами являются Пабло Росадо, Дев Миллштейн и Роннен Левинсон из Berkeley Lab, а также сотрудники из UCPRC, USC и Управления устойчивого развития мэрии Нью-Йорка.
Ключевые концепции, которые не были рассмотрены в этом исследовании, включают в себя влияние прохладных тротуаров на экономику и здоровье, а также потенциальную экономию выбросов в результате взаимодействия автомобиля с дорогой (например, более гладкие дороги могут привести к небольшому повышению топливной эффективности).
Как охладить города в теплый климат
Тротуары, включая дороги и автостоянки, могут покрывать одну треть или более типичной U-образной площади.S. город, и предыдущие исследования показали, что прохладные тротуары могут снизить среднюю температуру наружного воздуха в городе примерно на 0.5 градусов Цельсия, в зависимости от степени развертывания, размера города и расположения города.
Предполагается, что такое снижение температуры воздуха улучшит качество местного воздуха за счет уменьшения образования смога и концентрации озона.
Снижение эффекта городского теплового острова становится все более важным, поскольку города готовятся к будущему потеплению.
Однако исследователи и города хотят определить наиболее эффективные стратегии охлаждения, сказал Гилберт.
Асфальт vs. цемент vs. покрытия
Безусловно, наиболее распространенным материалом городских дорожных покрытий является асфальтобетон, который имеет темный цвет и имеет низкий коэффициент отражения солнечного света, или "альбедо".«Цементный бетон светлее и имеет более высокое альбедо.
Однако высокотемпературный процесс производства цемента более энергоемкий и углеродоемкий, чем производство асфальта из нефти.
Помимо традиционного асфальтобетона и цементного бетона, исследователи также оценили несколько других альтернативных материалов, таких как отражающие покрытия и использование промышленных отходов, таких как шлак и летучая зола, для замены некоторых энергоемких цементов в цементобетоне. UCPRC и thinkstep Inc. рассчитал энергию и выбросы, связанные с материалами и конструкцией дорожного покрытия.
Исследователи USC применили региональную климатическую модель к Калифорнии, а лаборатория Беркли провела моделирование энергопотребления в зданиях.
Альбедо дорожного покрытия влияет на здания как напрямую, отражая больше или меньше солнечного света в соседние здания, так и косвенно, изменяя температуру наружного воздуха.
Исследователи обнаружили, что в большинстве случаев дополнительная энергия, заключенная в холодном материале, была намного больше, чем экономия энергии от увеличения альбедо. «На протяжении всего жизненного цикла дорожного покрытия материал покрытия имеет гораздо большее значение, чем его коэффициент отражения», — сказал Левинсон.
Он добавил: «Я был удивлен, обнаружив, что за более чем 50 лет поддержание отражающего покрытия потребует в шесть раз больше энергии, чем герметичное уплотнение.
Шламовое уплотнение состоит только из камня и асфальта, для производства которого требуется мало энергии, в то время как отражающее покрытие содержит энергоемкий полимер."
Эти результаты моделирования «снизу вверх» соответствуют отдельному исследованию «сверху вниз», проведенному исследователем Мелвином Померанцем, также из группы Heat Island в лаборатории Беркли.
Используя данные о поставке электроэнергии всему городу своей энергетической компанией в жаркие и мягкие дни, Померанц рассчитал максимально возможную экономию электроэнергии и избежал выбросов углекислого газа в семи теплых городах Калифорнии.
Результатом стало ежегодное снижение потребления электроэнергии менее чем на 1 киловатт-час на квадратный метр более прохладного тротуара.
Это привело к денежной экономии за счет энергосбережения менее 60 центов в год и позволило избежать выбросов CO2 на уровне менее 1 цента в год. Если в годовом исчислении дополнительные затраты на создание квадратного метра более прохладного тротуара меньше указанной, тротуар является рентабельным. Его результаты были недавно опубликованы в журнале Urban Climate под заголовком «Являются ли более прохладные поверхности снижением затрат для городских тепловых островов??"
«Этот конкретный анализ ранее не проводился», — сказал Померанц. "Важно знать, что не работает, а также что работает.
Не в каждом городе должны быть белые тротуары."
Хорошие новости: глобальный охлаждающий эффект
Левинсон отметил одно преимущество, которое следует учитывать: глобальное похолодание. Повышение отражающей способности дорог и отправка большего количества солнечного света обратно в космос помогает охладить планету, компенсируя часть атмосферного потепления, вызванного выбросами парниковых газов.
«Единовременная выгода от охлаждения дорожного покрытия в глобальном масштабе существенно больше, чем сокращение или экономия углерода за 50-летний жизненный цикл», — сказал он.
Более того, по мере того, как в городах становится теплее, более прохладные тротуары могут принести пользу как для комфорта, так и для здоровья.
Этот аспект не входил в текущее исследование.
Исследование также показало, что технологические инновации играют определенную роль. «Разработка более низкоэнергетических решений для прохладных дорожных покрытий с низким содержанием углерода все еще необходима», — сказал Левинсон.
