science >> Wetenschap >  >> Natuur

Wat is het stedelijk hitte-eilandeffect?

De gebouwen en het asfalt van New York helpen het zonlicht op te vangen en zorgen voor warmere temperaturen. Eric Meola/Iconica-collectie/Getty Images

Als je niet tegen de hitte kunt, ga de stad uit. Zet het lokale weerbericht aan en je zult waarschijnlijk een vreemde trend opmerken. De temperaturen zijn in steden vaak een paar graden hoger dan in de omliggende landelijke gebieden. Dit temperatuurverschil is het resultaat van een bizar fenomeen dat bekend staat als de stedelijk hitte-eilandeffect .

Zoals de naam impliceert, het effect maakt steden tot eilanden van hitte. Volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency, temperaturen in Amerikaanse steden kunnen wel 10 graden Fahrenheit hoger worden dan hun omliggende gebieden [bron:EPA]. Normaal gesproken is het temperatuurverschil niet zo groot, maar zelfs een paar graden kan een enorm verschil maken. De vraag naar airconditioning in de zomer leidt tot hogere energierekeningen. En velen beweren dat dit de uitstoot van broeikasgassen verhoogt van elektriciteitscentrales die die extra energie leveren. Anderzijds, sommigen wijzen erop dat de verminderde behoefte aan warmte in de winter de kosten in de zomer compenseert. In aanvulling, warmere steden in de winter betekent minder ijzige straten.

Misschien wel het slechtste resultaat van het hitte-eilandeffect is het aantal hittegerelateerde sterfgevallen. Hoewel schadeveroorzakende stormen de meeste media-aandacht krijgen, de National Oceanic and Atmospheric Administration meldt dat hitte meestal dodelijker is. In de VS, hitte doodt doorgaans meer mensen per jaar dan tornado's, orkanen, overstromingen en bliksem samen [bron:NOAA].

Dus wat creëert het stedelijk hitte-eilandeffect? En hoe kunnen stadsplanners het verminderen?

Hoe het gebeurt:de fysica achter het stedelijk hitte-eilandeffect

Daken van stadsgebouwen en asfalt zijn vaak donker gekleurd, wat helpt om het stedelijke hitte-eilandeffect te stimuleren. David Zimmerman/UpperCut-afbeeldingen/Getty Images

Om het stedelijk hitte-eilandeffect te begrijpen, we moeten eerst een paar eenvoudige natuurkundige regels begrijpen. Het belangrijkste is, we moeten begrijpen dat objecten licht kunnen absorberen en reflecteren. In feite, de kleur van een object hangt af van het soort licht dat het weerkaatst. Bijvoorbeeld, een groen object reflecteert groen licht en absorbeert alle andere zichtbare kleuren licht. Als we een groen object zien, we zien het als groen omdat het de groene golflengte van kleur terugkaatst naar onze ogen. Donker gekleurde objecten zijn uitstekende lichtabsorbers. In feite, zwarte oppervlakken absorberen bijna al het licht. Anderzijds, lichtere gekleurde oppervlakken absorberen helemaal niet veel licht - ze reflecteren bijna alles.

Dus wat heeft de absorptie van licht te maken met warmte? Als een voorwerp licht absorbeert, het zet dat licht om in thermische energie, en geeft het weer af als warmte. Dus, omdat zwarte voorwerpen meer licht absorberen, ze geven ook meer warmte af. Dat is de reden waarom het dragen van een zwart shirt op een warme, zonnige dag zal je alleen maar heter maken. Het zwarte shirt absorbeert licht en geeft het als warmte af aan je huid. Het dragen van een wit overhemd, anderzijds, zal helpen het zonlicht te reflecteren en je koeler te houden.

De snelheid waarmee een object zonnestraling kan weerkaatsen wordt zijn . genoemd albedo [bron:Budikova]. Hoe groter het albedo dat iets heeft, hoe beter het de straling weerkaatst. Traditioneel asfalt heeft een laag albedo, wat betekent dat het de straling slecht weerkaatst en in plaats daarvan absorbeert.

Als we steden bouwen en uitbreiden, we hebben de neiging om gebouwen met donkere oppervlakken op te richten en asfaltverharding aan te leggen. De gebouwen en het trottoir absorberen een aanzienlijke hoeveelheid licht en straling en geven dit af als warmte, de stad opwarmen. Omdat meer dan de helft van de oppervlakten in steden door mensen is gemaakt, steden warmen meer op dan landelijke gebieden, waar structuren minder geconcentreerd zijn [bron:EPA]. Door deze warmteopname is het temperatuurverschil tussen stad en platteland enkele uren na zonsondergang het grootst. Steden houden langer meer warmte vast dan landelijke gebieden [bron:EPA].

Maar dat is niet het enige dat het stedelijk hitte-eilandeffect veroorzaakt. Wetenschappers geloven dat vegetatie een grote rol speelt bij het koel houden van een gebied door middel van een proces genaamd verdampingskoeling . Verdamping is wanneer vloeistof in gas verandert. Planten nemen water op via hun wortels en zijn ervan afhankelijk om te leven. Maar nadat de plant ermee klaar is, droge lucht absorbeert dat water door het gasvormig te maken water damp . De lucht zorgt voor de warmte die dit proces aandrijft, dus tijdens het proces de lucht verliest warmte en wordt koeler. We ervaren hetzelfde als we zweten -- wanneer lucht je bezwete huid raakt, het absorbeert het vocht en koelt de lucht om je heen [bron:Asimakopoulos]. Want een stad bouwen betekent vegetatie vervangen door structuren, de stad verliest de verdampingskoeling voordelen van vegetatie.

Ook andere factoren dragen bij aan het effect. Bijvoorbeeld, auto's en airconditioning, die alomtegenwoordig zijn in stedelijke gebieden, energie omzetten in warmte en deze warmte afgeven aan de lucht.

Nu we weten wat dit fenomeen veroorzaakt, laten we de stappen leren om het te verminderen.

Technieken om het stedelijk hitte-eilandeffect te verminderen

Groene daken, zoals deze bovenop het stadhuis van Chicago, helpen het stedelijk hitte-eilandeffect te compenseren. Tim Boyle/Staff/Getty Images

Gelukkig, omdat we weten wat het stedelijk hitte-eilandeffect veroorzaakt, we kunnen het in belangrijke mate beheersen. Bepaalde technieken verminderen de vraag naar airconditioning en verlagen de energierekening.

Omdat de donkere oppervlakken en lage albedo van stedelijke structuren het gebied verwarmen, de logische oplossing zou zijn om deze trend te keren. Stedenbouwkundigen kunnen dit doen door structuren wit te schilderen, of andere lichte kleuren. Deze basistechniek gaat een lange weg in het omkeren van het stedelijke hitte-eilandeffect.

Echter, sommige mensen houden niet van het idee van een in het oog springende, geheel witte stad. Laagreflecterende coating biedt een alternatief en is verkrijgbaar in niet-witte kleuren. Dit soort coatings reflecteren onzichtbare straling zonder al het licht te reflecteren [bron:Synneffa]. Dus, ze houden een object relatief koel zonder de donkere kleur op te offeren.

Bepaalde hoogreflecterende coatings kunnen ook op asfalt worden aangebracht. Asfaltchipafdichtingen en emulsieafdichtingslagen zijn twee van dergelijke voorbeelden die asfalt behandelen om het oppervlak meer reflecterend te maken [bron:EPA]. De processen verminderen de albedofactor van asfalt, die een belangrijke bijdrage levert aan het stedelijke hitte-eilandeffect.

Een rage die aan populariteit wint, is de installatie van groente daken bovenop stadsgebouwen. Deze oplossing heeft niets met kleur te maken. Een "groen dak" is gewoon een dak met planten en vegetatie. Groene daken maken gebruik van hetzelfde verdampingsverkoelende effect dat steden verliezen wanneer ze vegetatie weghakken. Een groendak voorkomt dus niet alleen dat het dak van het gebouw warmte opneemt, maar koelt de lucht eromheen, het stedelijk hitte-eilandeffect tot op zekere hoogte compenseren. Veel duurzame gebouwen gebruiken groene daken om hun afhankelijkheid van energieverbruik te verminderen.

Verschillende andere methoden helpen ook om het stedelijke hitte-eilandeffect te verminderen. Bijvoorbeeld, dak besprenkelen is een andere oplossing voor verdampingskoeling. Sprinklers op het dak maken het oppervlak nat zodat de lucht eromheen door verdamping afkoelt [bron:Asimakopoulos]. Stedenbouwkundigen zetten ook traditionele parkeerplaatsen aan langs kavels waar bomen en vegetatie groeien. Hoge bomen dragen niet alleen bij aan verdampingskoeling, maar bieden ook de broodnodige schaduw.

Voor meer informatie over groene bouwtechnieken en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

De hypothetische kleine zwarte jurk van de natuurkunde

Om te praten over de beweging van warmte en energie, wetenschappers gebruiken een theoretisch object dat een perfecte absorber (en dus perfecte emitter) is van warmte en energie. Ze noemen dit een zwart lichaam omdat het al het licht absorbeert en voor ons volledig zwart zou lijken. Het is een van de fundamentele instrumenten voor studenten thermodynamica.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe ozonvervuiling werkt
  • 10 duurzame gebouwen
  • 10 natuurlijke bouwmaterialen
  • Hoe u uw huis energiezuiniger kunt maken?
  • Hoe groen bouwen werkt
  • Is een koolstofvrije, Zero waste, autovrije stad aan de horizon?

Meer geweldige links

  • Milieubeschermingsbureau
  • Hitte-eilandgroep
  • nationale Oceanische en Atmosferische Administratie

bronnen

  • "Zwart lichaam." Encyclopedie Britannica. (18 april, 2008) http://www.britannica.com/eb/article-9015527/blackbody#84039.hook
  • Asimakopoulos, de heer Santamouris, D. "Passieve koeling van gebouwen." Earthscan-publicaties, Ltd., 1995. (18 april, 2008) http://books.google.com/books?id=tLHsJ0-vEkYC&dq=Passive+ Cooling+of+Buildings&source=gbs_summary_s&cad=0
  • Bloemveld, Louis A. Hoe dingen werken:de fysica van het dagelijks leven. 2 nd Ed. John Wiley &zonen, inc, New York:2001.
  • Amerikaanse Environmental Protection Agency. "Hitte-eilandeffect:basisinformatie." Milieubeschermingsbureau. 12 okt. 2007. (18 april, 2008) http://www.epa.gov/hiri/about/index.html
  • Amerikaanse Environmental Protection Agency. "Heat Island-effect:productinformatie over koele bestrating." Milieubeschermingsbureau. 12 okt. 2007. (18 april, 2008) http://www.epa.gov/heatisld/images/extra/level3_pavingproducts.html
  • Amerikaanse Environmental Protection Agency. "Heat Island-videosegmenten." Milieubeschermingsbureau. 12 okt. 2007. (18 april, 2008)
  • NOAA. "Hittegolf:een grote zomermoordenaar." Nationale Oceanische en Atmosferische Administratie. (18 april, 2008) http://www.noaawatch.gov/themes/heat.php
  • Pfeffer, Jeremy I., Shlomo Nir. "Moderne natuurkunde:een inleidende tekst." Imperial College Press, 2000. http://books.google.com/books?id=Xn1ggi26xvoC&dq=Modern+Physics:+An+Introductory+Text&source=gbs_summary_s&cad=0
  • Synnefa, Afroditi, Mat Santamouris. "Koelgekleurde coatings bestrijden het stedelijke hitte-eilandeffect." De Internationale Vereniging voor Optische Techniek, 2007. (18 april, 2008) http://spie.org/documents/Newsroom/Imported/0777/0777-2007-06-22.pdf

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Waarom zie je nooit vierkante groenten?
  2. Wat is het belang van nucleïnezuren?
  3. Wat zou er gebeuren als een cel geen ribosomen had?

    Cellen zijn de kleinste functionele eenheden van alle levende wezens. In de cellen bevinden zich gespecialiseerde structuren, organellen genaamd, die ze helpen bepaalde functies uit te voeren. Rib

  4. Hands-on Science-activiteiten over bloed
  5. Mitosis: definitie, stadia en doel
  6. Waarom hebben plantencellen zowel celwanden als celmembranen?
  7. Top 5 manieren om slimmer te worden
  8. Scented Cleaning Products: The New Smoking?
  9. Welke soorten moleculen kunnen door het plasmamembraan passeren via eenvoudige diffusie?

Wetenschap