Дата публикации: 18.08.2023
Озеленение и энергоэффективность
можно подружить.
Сравнительный исследовательский проект «Зелёная крыша и солнечная батарея». A: место проведения исследования (красная точка) в центральном деловом районе Сиднея. B: архитектурный проект Daramu House. C: вид на крышу с насаждениями вокруг солнечных панелей и под ними. Источник.
Растущая урбанизация, которую сопровождает всё большее ограничение природных ландшафтов и городских парковых зон, приводят к интеграции зелени в строительные конструкции. Эти меры выливаются, в основном, в кровельные и вертикальные (настенные) насаждения различного рода растений: чаще всего ‒ цветов, но в некоторых уголках мира можно встретить даже мини-фермы с овощами и специями.
В свете меняющегося климата уже, наверное, не осталось аргументов против важности такой модернизации городского устройства. Однако почему-то в этом направлении до сих пор слишком мало исследований, что подтверждается расцветом многих, не редко анекдотичных, заблуждений о пользе и вреде такого рода мер. Тем не менее можно утверждать, что благоприятное влияние зелёных крыш на городскую жизнь вполне обосновано: они сохраняют биоразнообразие, противодействуют загрязнению воздуха, уменьшают стоки дождевой воды на улицы и даже снижают температуру окружающей среды.
При всём этом нельзя не учесть доводов и другой концепции градостроительства. Сегодняшнее технологическое развитие ставит человечество перед необходимостью колоссального прироста энергетических ресурсов. Причём, по тем же климатическим соображениям, главные ставки в этом наращивании должны делаться на возобновляемые источники энергии, из коих самый богатый – тепло нашей уважаемой звезды. Получаемая от неё планетой энергия в 10 тыс. раз превышает наши потребности. А это значит, что нам стоило бы засеять крыши, скорее, солнечными панелями, нежели семенами.
И всё-таки разнотравье, покрывающее наши дома, может сыграть ещё одну неожиданно важную роль...
Известно, что повышение температуры солнечных панелей выше 25℃ заметно снижает их эффективность. Озеленение же, в свою очередь, снижает температуру на крыше. Возникает вопрос: могут ли зелёные крыши решить проблему снижения теплоотдачи солнечных батарей?
Учёные Сиднейского технологического университета решили выяснить истину опытным путём. Они сравнили «биосолнечный» вариант, сочетающий систему солнечных панелей с живыми растениями, и, сопоставимую по размерам, обычную крышу с эквивалентной системой панелей.
Как и ожидалось, зелень поддержала куда большее биоразнообразие, и более того: растения неплохо справились с установленными над ними панелями. Да, наблюдалось явное превосходство одних видов над другими, но растительность процветала. А ещё, снизив средние максимальные температуры примерно на 8℃, она обусловила увеличение выработки солнечной энергии на целых 107% в пиковые периоды.
Это означает, что Карлсону не нужно выбирать между клумбой и электростанцией: мы можем комбинировать эти подходы и получать двойную пользу.
Нюансы.
Здания, на которых проводилось изучение показателей, находятся по соседству, и обладают почти идентичными площадями крыш. Это позволило исследователям измерять воздействие методологического симбиоза природы и технологий на биоразнообразие и выработку солнечной энергии практически без погрешностей в виде разницы условий окружающей среды. Обе крыши получили одинаковое количество солнечного тепла и подверглись одним и тем же атмосферным явлениям с одной и той же периодичностью.
Здания были выбраны неслучайно: ранее во многих исследованиях тестировалась одна крыша, разделённая на две секции, что смазывало различия, вызванные растительностью. Ключ этой проблемы в «пространственном смешении» ‒ влиянии двух соседних секций друг на друга. Например, более прохладная зелёная часть крыши может отразиться на температуре не зелёной и наоборот, что, соответственно, внесёт весомые погрешности в измерения.
Что же касается зданий данного исследования, то они находятся рядом друг с другом в центральном деловом районе Сиднея, что исключает различия среды; они одинаковой высоты, размера и формы, что исключает зависимость эксперимента от особенностей их конструкций. Единственная разница заключалась в том, что крыша Daramu House подверглась озеленению, а International House ‒ нет. Обе крыши имели одинаковые площади, около 1860 м2, около трети которых были покрыты солнечными панелями.
Учёные выбрали смесь местных и неместных трав и недревесных растений, которые будут цвести в любое время года, чтобы привлечь различные виды животных. Посадка покрывала около 78% зелёной крыши, а на долю солнечных панелей пришлось 40% этой площади.
Чтобы проследить за обитателями крыш, использовались камеры с датчиками движения. Также были взяты образцы ДНК и задокументированы изменения, чтобы определить, как затенение солнечными панелями повлияло на растения.
Рассветная роза.
Итак, исследователи констатируют, что со времени исходных насаждений на открытых участках произошли минимальные изменения растительного покрова. Однако есть прелюбопытные детали: самый быстрый и здоровый рост растения обнаружили в непосредственной близости к солнечным батареям. Да так, что некоторые виды даже удвоили охват территории. Учёные считают, что этому немало поспособствовал выбор для этого участка быстрорастущих культур, чтобы озеленить кровлю как можно быстрее.
А дальше произошло прелюбопытное: как и ожидалось, более всего растительность изменилась в областях под самими солнечными панелями и вокруг них. Однако именно такого рода изменений не ожидал никто. Так называемая рассветная роза, Aptenia cordifolia (она же аптения сердцелистная), стала доминирующим видом. Она заняла большую часть пространства под солнечными панелями и вокруг них, несмотря даже на относительно низкую плотность высадки.
Это крайне удивительно. Никак не ожидалось, что открытым местам растения предпочтут затенённые участки под панелями, перечеркнув тем самым все наши опасения и споры. Можно быть спокойными: энергосистема на вашей крыше не помешает росту полноценных и здоровых «садов». Доказано экспериментально.
А вот и гости.
Исследование ДНК окружающей среды (eDNA) из собранных с обеих крыш образцов стоков вод позволило сравнить биоразнообразие и выявило широкий спектр видов на зелёной площадке. Такой подход выбран потому, что некоторые материалы нелегко обнаружить другими методами обследования. Так, среди прочего, пробы показали наличие в экосистеме водорослей и грибов.
Также в результатах нашли отражение визиты некоторых видов птиц, которые ранее были зарегистрированы камерами, и, кроме того, других пернатых, чьи посещения остались незамеченными фото и видеотехникой.
В общем и целом, оказалось, что флора поддерживала в четыре раза больше видов птиц, в семь раз больше членистоногих вроде пауков и многоножек, и в два раза больше видов улиток и слизней, чем лишённая растительности крыша. И там было куда большее разнообразие микроорганизмов, водорослей и грибов.
Особенно обнадёживает то, что озеленение привлекало неожиданные для города виды. Среди них оказались пчёлы с синими полосами (Amegilla cingulata) и клопы с металлическими щитками (Scutiphora pedicellata).
Пчелы с синими полосами оказались среди неожиданных посетителей зелёной крыши. Источник.
Охладили пыл.
Помимо позитивного вклада в экологическую обстановку города, зелёная крыша также благотворно сказалась и на эффективности систем энергопроизводства. Это получилось за счёт снижения поверхностных температур ‒ как солнечных панелей, так и самой крыши. Охлаждение панелей составило до 9,63℃, а кровли ‒ до 6,93℃.
Команда уверяет, что в принципе снижение средней пиковой температуры на зелёной крыше всего на 8℃ приводит к существенной экономии энергии при отоплении и охлаждении внутри здания, поскольку, в зависимости от месяца, это снижение температуры провоцирует прирост максимальной мощности солнечных батарей на внушительные величины: от 21 до 107%. Моделирование же производительности показывает, что обширная зелёная крыша в центре Сиднея может в среднем производить на 4,5% больше электроэнергии практически при любом заданном уровне освещённости.
Выходная мощность (слева) и температура поверхности (справа) солнечных панелей на биосолнечной крыше (зелёный цвет) и обычной (серый). Источник.
Эти результаты говорят сами за себя: нам не нужно выбирать между экологичностью и энергоэффективностью наших крыш ‒ нам нужно просто с умом использовать это единство противоположностей.
Радужные перспективы.
Следующим шагом к превращению городов в эдемы учёные считают разработку методов проектирования зелёных крыш и насаждений, и внедрение этих методов в реалии строительства. Повышение биоразнообразия инфраструктурными решениями может изменить жизнедеятельность городской флоры и фауны, привлечь другие виды животных и растений, что благотворно скажется на физическом и психологическом здоровье населения.
Кстати, от озеленения крыш есть ещё пара эффектов: уменьшение ливневых стоков и вызываемых ими загрязнений, а также изоляция зданий от экстремальных температур. Все эти «услуги» обеспечивает относительно недорогая система, требующая весьма умеренного обслуживания и, самое главное, нулевого потребления энергии.
Так что, очевидно, биосолнечные крыши могут внести значительный вклад в создание городов с нулевым уровнем выбросов. И все, что нужно, это пространство, которое в настоящее время не имеет другого применения.
АРМК, по материалам The Conversation.
