為什麼高樓多的地方比較熱?東京打造「風道」為城市降溫

為什麼高樓多的地方比較熱?東京打造「風道」為城市降溫
2019-07-11
文.羅良慧
19717
猶記2017年8月的夏天,台北每天最高溫超過攝氏37度的天數已超過10天,更以連續10天最高溫36度以上破了120年來的紀錄。

(編按:為便於閱讀,本文刪節資料來源標註,有興趣讀者可查看原文。)

參採歷史資料,新北市亦於2015年即測得夏季溫度平均高溫達38度以上的紀錄,其中以新莊、三重、中永和等地區最熱。

除了天候的影響,工業發展快速、人口密集度高亦造成相當的影響程度。2017年新北市城鄉局啟動減緩熱島效應示範區的設立,規劃以二年的期程進行風廊通風、綠化、透保水等工作,包含推動屋頂綠美化措施以降低建築溫度。

台灣地狹人稠,人口和產業朝向都市集中的趨勢更為明顯,依內政部2016年統計年報估算,台灣都市化程度已高達79.9%(註1) ,遠超過全球都市化程度52%的比例。

高溫對都市居民的衝擊是迫切的,都市熱島效應又將對都市的環境造成何種影響呢?本文將分別依都市熱島形成的機制、所帶來的影響,以及對既有因應策略與措施的盤點彙整,分別說明及建議如後。

一、都市熱島效應的形成機制

學者林炯明指出「都市熱島(urban heat island)」一詞,最早見於1958年Gordon Manley在英國皇家氣象學會出版之學報中所提出,並無統一的一致性定義,泛指都市地區氣溫較周遭為高的現象。

換言之,也就是高溫化的都市區域在周圍低溫郊區的襯托之下,如同一座發熱的島嶼,在氣象學上稱這樣的現象為「都市熱島效應(urban heat island effects)」。

但是為什麼會造成此種現象呢?主要還是因為人類對都市生活的需求,造成都市早期的發展型態多為符合居民生活與工作的便捷性為主,因此都市內大量使用電力或石化燃料的人工熱源,密集的建築物亦採用蓄熱量高與吸熱表面積大的材料,這些人為的設計使得都市地區溫度上升。

再加上過往都市規劃中,並未適度地保留綠地,使得原本可藉由植物葉面的蒸發過程,讓地表及近地面大氣得以冷卻降溫的機制,卻因林木被砍伐或綠地被開發轉為建造建築物或道路後,其冷卻降溫的效果大幅降低,進而促使都市區域溫度上升而高於鄰近郊區。

透過熱島效應成因的簡述,可發現最主要是對都市氣候造成影響。參採學者研究,亦可知各大都市因其氣候條件、產業特性、建築物高度與分布等的不同,都市熱島效應對個別都市造成的衝擊影響亦有所不同。

例如在特定的環境條件配合下,恐在都市上方形成塵罩(dust domes),都市內各種經濟活動與交通排放的空氣污染物與廢熱更加不易散失,一旦空氣污染愈加嚴重,其中的懸浮微粒濃度愈高,除影響能見度外亦可能增加雲的形成,使得太陽入射輻射比例下降與日照時數減少。

這些對環境的直接衝擊影響又將造成怎樣的後續效應?本文將整理分析如下所述。

二、都市熱島效應帶來的衝擊與影響

藉由探究都市熱島的成因後,對於其帶來的影響,一般而言可分為二大類:

其一為都市熱島造成都市內溫度的上升,氣溫愈高,愈可能帶動空調冷房的使用需求進而增加能源的消耗,因此都市能源的使用型態也將隨之改變。

其二為都市熱島亦可能導致空氣品質降低,並加大極端熱事件的影響,讓都市居民面臨更高的健康風險。

綜整學者們就熱島效應對都市氣候與環境造成的影響及其帶來的後續效應,請參見表1內容:

表1 熱島效應對都市氣候與環境造成的影響

三、因應都市熱島效應的策略與措施

依國際科學研究報告顯示,全球溫度上升已是極可能持續發生的趨勢,而都市的生活空間型態,亦會造成都市熱島效應更為顯著,都市居民將面對變化更為劇烈的溫度升降影響。

因此,除了全面性地減緩都市熱島效應並降低其發生的可能性,如何對高溫與熱浪等極端熱事件進行調適及作出相關因應以減少可能的衝擊,對公部門而言已是非作不可的決策。

「冷卻(cooling)」都市熱島

綜觀各國對減緩都市熱島效應的作法,在範圍與層次上可概分為「社區行動」以及「都市空間規劃」二大類。

因此,本文參採美國環保署網站所建置的熱島社區行動資料庫(Heat Island Community Actions Database),綜整歸納以社區行動為主的五大類都市熱島冷卻策略內容,以及蒐整分析日本以環境規劃設計理念為主的減緩熱島效應策略,如引海風以對都會區降溫等,依序簡介如後。

1.在社區層次可進行的「冷卻(cooling)」都市熱島策略

(1) 增加樹木和植物覆蓋率:種植樹木和植物一直是調節微氣候的重要作法之一,逐漸成長的樹木和植物除了可形成遮蔭覆蓋外,亦可因蒸散作用提供降溫以降低空氣溫度和地表溫度。另外,藉由樹木和植物的生長也可以減少雨水逕流以防止地表土壤的侵蝕。

(2) 安裝綠色屋頂:即是以在屋頂上栽種植物(如植物、灌木、草或樹等)的作法,透過植物蒸散作用並提供遮蔭,去除生活環境中的熱量,有效地降低屋頂表面和周圍空氣的溫度外,並對雨水管理的改善也有其效用。

(3) 安裝反射性材質為主的冷卻屋頂:指在屋頂上搭建由反射性材料或塗料製成的遮蔽式建物,藉由反射陽光和建築物的熱量以降低屋頂溫度,提升居住者的舒適度並使建築物室內溫度下降進而降低冷房空調等能源使用需求。

(4) 使用涼鋪面:在人行道、停車場使用具反射性或可滲透性的鋪路材料,使其反射太陽能及增加水分蒸發,達成比傳統路面更涼爽的效果。選用適合的鋪路材料不僅可以冷卻路面和周圍的空氣,還可以減少雨水逕流並可提高夜間能見度。

(5) 實踐智慧成長:推動社區居民的共同參與,以維持發展且宜居的環境為目標,提出相關措施與行動使其在經濟發展之餘亦保護環境。

在屋頂種植物能除去生活環境的熱量,達到有效降溫。

以加州為例,在「冷卻熱島」策略的工程手段上,最早於2001年為了應對電力短缺,在建築物能源管理規範中加入「冷卻屋頂」作為提升能源效率選項。

2005年之後,這些冷卻屋頂條款成為面積超過180平方公尺或大規範整修的非住宅建築維修及翻新屋頂工程的強制性要求,使其在貢獻節能成效之外,也對減緩熱島效應有所助益。

在「涼鋪面」上,加州交通部(Caltrans)制定「涼鋪面手冊」,對涼鋪面的設置提出標準規範,2015年建築標準委員會研議將手冊的規範納入「加州綠色建築標準規範」之中。

此項加州綠色建築標準代碼(California Green Building Standards Code, CALGreen)於2011年1月1日生效,該規範涵蓋了住宅和商業建築,提供了52個非住宅強制性措施和130個可供選擇的規定,與緩解熱島效應相關的自願措施,如遮蔭、涼鋪面和冷卻屋頂等技術皆含括在內。

在城市綠化上,除了2011年公部門提出了高額的經費加以推動外,此項以「增加樹木和植物覆蓋率」為主的措施,亦廣泛地被使用在「針對公衛的氣候行動」、「加州氣候變遷調適規劃指南」及「加州城市和社區綠化」等計畫中,期能逐漸增加城市內的綠地、綠屋頂等,並以長期的持續作為減少氣候變化帶來的城市熱島效應。

另外,在預防性管理作為上,加州公共衛生部門為評量高溫與熱浪等極端熱事件對個體社區的危害,設定相關風險指標,包含:老年人口比例高、社會孤立人口、兒童、戶外工作者、窮人、慢性病和醫療服務不足等。

並透過這些指標,進行普查以衡量熱事件脆弱性指數值,進而繪製極端熱事件之風險潛勢地圖,用以識別需關注的熱點區域及其個體社區。

2.以環境規劃設計理念所進行的減緩都市熱島策略:

日本早在2002年即辦理跨部會會議處理都市熱島效應,透過跨部會協調合作,全方位的考量如何因應處理。

2004年提出的「減緩都市熱島效應政策框架」中,提出四大類因應對策,分別為:減少人為熱輻射、改善城市地面、改善城市結構,以及改善生活方式。

另一方面,參考內政部建築研究所研究報告,對東京都熱島緩和實施狀況的盤點資料,可看出日本對如何降低熱島效應的積極態度。

以東京都為例,統整了都市設計、住宅、下水道、環境、產業勞動、建設等各區處,分別就「綠化增加」「熱排出、冷卻」等不同減緩策略類型,依其管轄範圍提出相關執行計畫。

2006年日本學者透過對都市空間的規劃,研究引進海風幫助都市降溫的措施。調查結果發現,因東京都有樂町區東面的建築物高度皆低於56公尺,所以從東京灣吹來的海風可直達此區域,相較之下,東京都的新橋區卻因周圍高樓大廈林立,阻礙風的對流,更顯得特別悶熱。

由此可知,若能透過都市規劃加以配合整體環境,對改善熱島效應將有其助益。

另外,日本國立研究開發法人建築研究所(Building Research Institute, BRI)則針對建築物密集的區域創建「風道」(wind path)的效果進行模擬評估,以東京中部地區在港口區域建造摩天大樓的案例進行檢視。

發現大樓興建擋住來自海上的涼風,且影響都市內風的對流,恐加劇都市熱島效應,因此提出了三大措施,包括:

(1) 評量摩天大樓之間的狹縫通道,藉以改善弱風帶,

(2) 拆除部份建築物既有的牆形建築物,

(3) 善用河面上的高架公路來打造「風道」,期透過空間規劃措施來改善都市環境,創造更適宜的都市空間分布型態以減少熱島效應的形成。

引入河川、山谷、海岸來的自然風,也能成為對抗熱島的有效手段。

此外,在公部門的作為上,日本政府如前所述確有將減緩熱島效應付諸行動,依日本環境省所公布的「熱島對策指引」之內容,在因應作為上分為六大類20項技術,此六大類包含:

(1) 風的應用對策,如引入海風、山谷風以及從河川來的風;

(2) 綠化的應用對策,如公園、綠地、街道樹、停車場、建築工地、屋頂及牆壁等各種綠化方案;3)水的應用對策,如噴水、水景設施、路面灑水、建築物建材、排水設備等;

(3) 日照反射與遮蔽的應用,如涼鋪面、冷卻屋頂、人造遮蔭等;

(4) 人為減緩排熱效應:區域性冷暖房系統的應用、減少建築物與汽車的排熱;

(5) 宣導教育,如預防熱中暑等預防性宣導。在此指引中亦對各技術內容的原理、預期效果、相關應用及關聯性制度提出詳盡的說明與介紹,讓使用者可快速掌握技術的內涵。

另外,針對社區的部份,日本環境省於2016年公布「社區熱對策指南」,其內容除防熱、防中暑等措施推廣,亦對專業人員如何採取相關措施以緩解熱島效應,提供了具體對策與技術資訊。

整體而言,就日本因應熱島效應的作法來看,對城市空間的規劃、街區與建築的設計等,日本各界都提出相關改善方案與建議,並以公部門的力量持續落實推動。

四、結論

以台灣北、中、南、東四大區域的人口空間分布來看,北部及西部都會區人口集中的狀況最為顯著。

帶動這二大都會區人口密度呈現持續上升的趨勢,也因此都市內的高樓大廈如雨後春筍般地陸續興建,交通路網也日漸複雜,但公園綠地面積卻逐漸縮減,造成都市內地面不透水率提升,都市也逐漸喪失自我溫度調節功能,導致都市熱島效應也更加地顯著。

當台灣六都周邊資源亦不斷向都市中心集結時,形成為大都會區或城市區域的高度發展空間型態等趨勢已成必然,如此一來,都市規劃的方向將攸關整體環境的永續性。

順應原有地貌讓都市「換氣」

從公部門立場來看緩解熱島效應或減少其發生的可能性,都市的空間規劃仍是最主要的措施手段,如學者汪中和指出,台北盆地受限盆地的地理因素,只要被高壓籠罩就會出現氣流下沉效應。因此,在通風受先天因素的限制下,無法改善太多。

但台北盆地有新店溪、基隆河與大漢溪,具有天然疏導熱能的功用,可思考在水流導熱上可多下功夫,或可引風入城市,提升對流的效果。

換言之,若能以考量自然環境條件來改善既有的都市空間設計時,相信受益的不只是改善高溫難耐的環境,而會使整體都市生態環境的品質更加良好。

學者林炯明指出:「都市熱島的形成是都市化後的必然結果,也可以說是都市化後的後遺症。從現今的角度來看,人地關係的和諧實可涵蓋「環境永續發展」與「災害風險管理」兩者的綜合概念。」

因此,當人們享受都市化帶來的方便舒適之際,善待環境與善用資源的作法亦應成為都市規劃的核心思維。

本文藉由爬梳熱島效應造成的衝擊與影響,進而盤點適宜的策略與措施,不僅希望回應學者所指出,都市熱島效應是一個反應都市內人與地關係是否和諧的指標外,更希望在面臨台灣的「熱島」問題之際,我們可以「調適」並「冷卻」,塑造一個與環境共存、宜居的都市。

(本文獲財團法人國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心授權改寫、轉載,原文標題為〈都市熱島效應影響與因應作為之初探〉

註釋

註1:2016年內政部戶政司統計之全國人口數為23,539,816人,營建署統計之都市計畫區現況人口數為18,808,936人,台灣都市化比例為79.9026% (都市計畫區現況人口數 / 全國人口數)。

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