افزایش دمای شهرها و پدیده «جزیره گرمایی شهری» یکی از چالش‌های جدی قرن بیست‌ویکم است. شهرها با تراکم بالای ساختمان‌ها، سطوح آسفالتی و بتنی و کمبود فضاهای سبز، گرما را در خود نگه می‌دارند و این موضوع تأثیرات منفی بر سلامت، مصرف انرژی و کیفیت زندگی شهروندان دارد. تراکم ساختمانی بالا منجر به کاهش فضای باز و سبز می‌شود و نقش خنک‌کنندگی درختان و گیاهان را از بین می‌برد. فشردگی شهری علاوه‌بر اینکه مانع جریان طبیعی هوا و تهویه می‌شود، موجب تجمع گرما در سطح خیابان‌ها و ساختمان‌ها می‌شود، سطوح آسفالتی و بتنی که جایگزین خاک و گیاهان شده‌اند، گرما را جذب و به آرامی آن را در طول شب آزاد می‌کنند، بنابراین دمای محیط حتی پس از غروب آفتاب نیز بالا باقی می‌ماند.

این افزایش دما تأثیرات منفی متعددی بر سلامت شهروندان از جمله افزایش خطر بیماری‌های مرتبط با گرمازدگی، مشکلات تنفسی و کاهش کیفیت خواب دارد. علاوه‌بر این، نیاز به استفاده بیشتر از سیستم‌های تهویه مطبوع و سرمایش، مصرف انرژی را افزایش می‌دهد و هزینه‌های اقتصادی و زیست‌محیطی هنگفتی را به دنبال دارد. از سوی دیگر، تراکم بالای ساختمان‌ها و کمبود فضای سبز موجب کاهش کیفیت زندگی، افزایش آلودگی صوتی و کاهش رفاه روانی ساکنان می‌شود.

مدیریت تراکم ساختمانی و حفظ یا ایجاد فضاهای سبز در برنامه‌ریزی شهری، یکی از راهکارهای کلیدی برای کاهش اثرات جزیره گرمای شهری و بهبود شرایط زیست‌محیطی و انسانی شهرهاست. بسیاری از شهرها با رویکردهای نوآورانه و بر پایه طبیعت، فضاهای عمومی را متحول کرده‌اند تا با گرما مقابله کنند.

افزایش و توسعه فضاهای سبز شهری

فضاهای سبز همچون پارک‌ها، باغ‌ها، درختان، بام‌ها و دیوارهای سبز نقش کلیدی در کاهش دمای شهرها دارند. این فضاها با ایجاد سایه، جذب گرما و تبخیر آب، دمای محیط را کاهش می‌دهند و کیفیت هوا را بهبود می‌بخشند. مطالعات نشان می‌دهد که پارک‌ها و باغ‌های شهری می‌توانند دمای مناطق اطراف خود را به‌طور متوسط بین دو تا هشت درجه سانتی‌گراد کاهش دهند. این کاهش دما به عوامل مختلفی همچون اندازه و تراکم فضای سبز، نوع پوشش گیاهی، میزان آبیاری و شرایط اقلیمی منطقه بستگی دارد.

اجرای پروژه ارزیابی پوشش درختی و سرمایه‌گذاری در کاشت درختان در شهر لوئیزویل ایالت کنتاکی آمریکا، منجر به صرفه‌جویی مالی قابل‌توجهی در کاهش دما، مدیریت روان‌آب و بهبود کیفیت هوا شده است. کاشت درختان در پروژه «قلب سبز» این شهر، نه‌تنها به کاهش آلودگی هوا و بهبود سلامت عمومی کمک می‌کند بلکه اثرات مثبتی بر سیستم ایمنی شهروندان نیز داشته است. این پروژه با نمونه‌گیری و بررسی‌های پزشکی، ارتباط میان فضای سبز و کاهش التهاب و بیماری‌های مرتبط با گرما را مورد مطالعه قرار داده و نتایج مثبتی را به ثبت رسانده است.

فضاهای سبز به کاهش آلودگی هوا، افزایش تنوع زیستی و ارتقای سلامت جسمی و روحی شهروندان کمک می‌کنند. به‌عنوان نمونه، شهر گوانگژو در چین با همکاری بانک جهانی و در قالب برنامه جامع «شهر خنک» اقدام به توسعه پارک‌ها، تالاب‌ها و کریدورهای سبز در مناطق پرجمعیت کرده است. پروژه‌هایی همچون احیای تالاب‌های هایژو و ایجاد کریدورهای سبز در مرکز شهر، دمای محلی را به‌طور ملموس کاهش داده و الگوی موفقی برای سایر شهرها ارائه داده است.

استفاده از مصالح بازتابنده و سطوح خنک در ساختمان‌های عمومی

مصالح بازتابنده یا به‌اصطلاح خنک با انعکاس نور خورشید و کاهش جذب گرما، دمای سطوح آسفالتی، بام‌ها و پیاده‌روها را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهند. این مصالح می‌توانند دمای سطح را تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد و دمای هوای شهری را تا دو درجه کاهش دهند. استفاده از این مصالح همچنین مصرف انرژی برای سرمایش ساختمان‌ها را تا ۴۰ درصد کاهش می‌دهد و کیفیت هوای شهری را بهبود می‌بخشد.

به‌عنوان مثال، اجرای پروژه بام‌های خنک و آسفالت بازتابنده در مناطق مختلف شهر آتن یونان، منجر به کاهش دمای سطح و بهبود آسایش حرارتی ساکنان شهر شده است. تصاویر حرارتی قبل و بعد از اجرای این مصالح، تفاوت دمای قابل‌توجهی را نشان می‌دهد. همچنین در آمستردام هلند، استفاده از بام‌های خنک در ساختمان‌های صنعتی موجب کاهش دمای داخلی و صرفه‌جویی چشمگیر در مصرف انرژی شده است.

سیستم‌های خنک‌کننده بر پایه آب و راهکارهای آبی

آب به‌عنوان یک عامل خنک‌کننده طبیعی، از طریق فرایند تبخیر نقش کلیدی در کاهش دمای محیط‌های شهری ایفا می‌کند. هنگامی که آب از سطح برکه‌ها، آب‌نماها یا تالاب‌های مصنوعی تبخیر می‌شود، انرژی گرمایی محیط صرف تبدیل آب به بخار و در نتیجه کاهش دمای هوا و افزایش رطوبت نسبی می‌شود. این پدیده با عنوان «خنک‌کنندگی تبخیری» شناخته می‌شود و به‌ویژه در مناطق گرم و خشک، می‌تواند به میزان چشمگیری دمای محیط را کاهش دهد و آسایش حرارتی را برای ساکنان و بازدیدکنندگان فراهم کند.

علاوه‌بر این، سیستم‌های مه‌پاش که به‌صورت کنترل‌شده ذرات ریز آب را در هوا پخش می‌کنند، با افزایش سطح تبخیر، اثر خنک‌کنندگی را تقویت می‌کنند. این فناوری به‌ویژه در فضاهای عمومی همچون پارک‌ها، میدان‌ها، خیابان‌ها، کافه‌ها و رستوران‌ها کاربرد دارد و می‌توانند دمای محیط را به‌طور مؤثری کاهش دهد.

در سال‌های اخیر، فناوری‌های نوین همچون نماهای خنک‌کننده بر پایه آب توسعه یافته‌اند که با ترکیب مه‌پاشی دقیق و تهویه طبیعی، جریان هوای خنک را به فضاهای داخلی و خارجی ساختمان‌ها هدایت می‌کنند. این سیستم‌ها با بهینه‌سازی مصرف آب و انرژی، ضمن کاهش دمای محیط، آسایش حرارتی را افزایش می‌دهند و به کاهش نیاز به سیستم‌های تهویه مطبوع پرمصرف کمک می‌کنند. مطالعات نشان داده‌اند که استفاده از این فناوری‌ها می‌تواند دمای محیط را سه تا پنج درجه سانتی‌گراد کاهش دهد و به‌عنوان راهکاری پایدار در مقابله با گرمای شهری مطرح شود.

پارک‌ها و آب‌نماهای تعاملی در لندن همچون «میدان گرنری» نقش مهمی در ایجاد نقاط خنک‌کننده شهری ایفا می‌کنند. این میدان که در منطقه کینگز کراس واقع شده، دارای بیش از ۱۰۰ فواره آب است که به‌صورت تعاملی و بر اساس حضور بازدیدکنندگان فعال می‌شوند. این فواره‌ها با پاشیدن آب به‌صورت مه، دمای هوای اطراف را کاهش می‌دهند و فضایی دلپذیر و خنک برای خانواده‌ها، کودکان و گردشگران فراهم می‌کنند. علاوه‌بر کارکرد خنک‌کنندگی، این آب‌نماها به جذابیت بصری فضا افزوده و به محلی محبوب برای گردهمایی‌های اجتماعی و فرهنگی تبدیل شده‌اند. طراحی‌هایی از این قبیل، نمونه‌ای از کاربرد فناوری‌های ساده و طبیعی برای بهبود کیفیت زندگی شهری و مقابله با گرمای محیطی در مناطق پرجمعیت هستند.

پروژه «باغ‌های کنار خلیج» در سنگاپور یکی از برجسته‌ترین نمونه‌های استفاده از آب برای خنک‌سازی محیط‌های شهری است. این مجموعه عظیم شامل چندین باغ موضوعی، دریاچه‌های مصنوعی و آب‌نماهای گسترده است که با بهره‌گیری از تبخیر آب، دمای محیط را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهند. در این پروژه، دریاچه‌های مصنوعی و آب‌نماها با طراحی دقیق به‌گونه‌ای قرار گرفته‌اند که جریان هوای خنک را در سراسر باغ‌ها پراکنده و از تجمع گرما جلوگیری کنند. این روش موجب شده است که در یکی از گرم‌ترین مناطق استوایی جهان، دمای محیط تا پنج درجه سانتی‌گراد کاهش پیدا کند و آسایش حرارتی برای بازدیدکنندگان فراهم شود.

تهویه طبیعی و طراحی هوشمند شهری

طراحی شهری هوشمند با هدف تسهیل جریان باد و تهویه طبیعی، یکی از راهکارهای مؤثر و پایدار برای مقابله با گرمای شهری است. در این رویکرد، با تحلیل دقیق شرایط اقلیمی و بادهای غالب منطقه، کریدورهای باد یا مسیرهای عبور جریان هوا در سطح شهر طراحی می‌شوند تا هوای تازه و خنک به داخل بافت‌های شهری نفوذ کند و هوای گرم و راکد از آن خارج شود. این کریدورها به‌طور معمول شامل خیابان‌ها، گذرگاه‌ها و فضاهای باز هستند که به‌گونه‌ای قرار می‌گیرند تا جریان هوا به بهترین شکل ممکن میان ساختمان‌ها و فضاهای عمومی جریان پیدا کند.

فاصله‌گذاری مناسب بین ساختمان‌ها و ارتفاعات متناسب، از دیگر عوامل کلیدی در طراحی شهری اقلیم‌گرا است که مانع انسداد جریان هوا نمی‌شود و برعکس به تهویه طبیعی کمک می‌کند. با کاهش تراکم و ایجاد فضاهای باز و نیمه‌باز، امکان گردش هوا افزایش و دمای محلی کاهش پیدا می‌کند، همچنین استفاده از فناوری‌های نوین همچون سنسورهای کنترل رطوبت و دما، سیستم‌های تهویه طبیعی هوشمند و مصالح با قابلیت تنفس، به بهینه‌سازی تهویه و خنک‌سازی محیط کمک می‌کند.

ساختمان استراتفورد در لندن نمونه برجسته‌ای از معماری پایدار و طراحی اقلیم‌گراست که با بهره‌گیری از جهت‌گیری مناسب نسبت به بادهای غالب و استفاده از سیستم‌های تهویه طبیعی، مصرف انرژی را به‌طور چشمگیری کاهش داده است. این ساختمان با طراحی نمایی با عملکرد بالا که امکان تبادل هوای مؤثر و کنترل دما را فراهم می‌کند، نیاز به سیستم‌های تهویه مکانیکی پرمصرف را کاهش داده و آسایش حرارتی ساکنان را بهبود بخشیده است. استفاده از فناوری‌های نوین همچون پنجره‌های بازشوی هوشمند، سایه‌بان‌های متحرک و مصالح با قابلیت عایق‌بندی بالا، از دیگر ویژگی‌های این پروژه است که به کاهش اثرات جزیره گرمای شهری و بهینه‌سازی مصرف انرژی کمک می‌کند.

پروژه سوپربلاک‌ها در بارسلونای اسپانیا، نمونه بارزی از طراحی شهری هوشمندانه است که به‌عنوان یک ابتکار شهری نوآورانه شناخته می‌شود و با هدف کاهش ترافیک خودرو و بازپس‌گیری فضای عمومی برای مردم طراحی شده است. این پروژه مناطق شهری را به بلوک‌های بزرگ‌تر تقسیم می‌کند که در آنها تردد خودروها محدود شده است و خیابان‌های داخلی به فضای عابران پیاده، دوچرخه‌سواران و فعالیت‌های اجتماعی اختصاص پیدا می‌کند. این بازطراحی معابر نه‌تنها موجب افزایش قابل‌توجه فضای سبز و کاهش آلودگی هوا و صوتی شده، بلکه جریان طبیعی باد را در محله‌ها بهبود بخشیده است.

بام‌های سبز و دیوارهای سبز

بام‌های سبز و دیوارهای سبز، با کاشت گیاهان روی سطوح ساختمان‌های عمومی، علاوه‌بر زیباسازی منظر شهری، نقش مهمی در کاهش دمای ساختمان‌ها و محیط اطراف ایفا می‌کنند. پوشش گیاهی و لایه خاک روی بام‌ها با جذب و تبخیر آب، تابش مستقیم خورشید را کاهش می‌دهد و از انتقال حرارت به داخل ساختمان جلوگیری می‌کند؛ به‌طوری که دمای سطح بام سبز می‌تواند ۱۵ تا ۲۲ درجه سانتی‌گراد کمتر از بام‌های معمولی باشد و دمای هوای اطراف را تا حدود ۲.۷ درجه سانتی‌گراد کاهش دهد.

پوشش گیاهی روی ساختمان‌ها همچنین به‌عنوان عایق حرارتی عمل می‌کند و از نوسانات دمایی داخل ساختمان می‌کاهد که منجر به کاهش مصرف انرژی برای سرمایش در تابستان و گرمایش در زمستان می‌شود. مطالعات دانشگاهی نشان داده‌اند که بام‌های سبز می‌توانند مصرف انرژی ساختمان‌های عمومی را تا ۷۵ درصد کاهش دهند، زیرا علاوه‌بر عایق‌بندی، با کاهش سرعت باد و محافظت در برابر تابش مستقیم، بار حرارتی وارده به ساختمان را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهند.

این سیستم‌ها با جذب و تصفیه آلاینده‌های هوا و مدیریت روان‌آب‌های سطحی، به بهبود کیفیت محیط زیست شهری کمک می‌کنند. از این رو، استفاده از بام‌ها و دیوارهای سبز در ساختمان‌های عمومی همچون مدارس، بیمارستان‌ها و ادارات، علاوه‌بر صرفه‌جویی اقتصادی، به ارتقای سلامت و آسایش کاربران و حفظ پایداری شهری کمک می‌کند.

بازآفرینی و طراحی شهری پایدار

تغییر و بازآفرینی فضاهای عمومی با رویکردهای سبز، بر پایه مصالح نوین و طراحی هوشمند، علاوه‌بر اینکه به مقابله با گرمای شهری کمک می‌کند، موجب افزایش کیفیت زندگی، سلامت عمومی و پایداری محیط زیست نیز می‌شود. نمونه‌های موفق جهانی نشان می‌دهد که این راهکارها قابل اجرا و قابل تعمیم به شهرهای مختلف دنیا هستند. با توجه به روند فزاینده گرمایش جهانی و شهرنشینی، سرمایه‌گذاری در این حوزه و همکاری میان دولت‌ها، شهرداری‌ها و جامعه مدنی بیش از پیش اهمیت یافته است.

ساختمان کریستال در لندن، یکی از برجسته‌ترین نمونه‌های معماری پایدار در جهان است که توسط شرکت زیمنس ساخته شده است. این ساختمان با استفاده گسترده از نور طبیعی روز و فناوری روشنایی هوشمند، مصرف انرژی را به حداقل رسانده است؛ به طوری که برق مورد نیاز آن از طریق پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک تأمین می‌شود. سیستم‌های پیشرفته مدیریت ساختمان شامل بیش از ۲۵۰۰ حسگر، مصرف انرژی و عملکردهای مختلف را به‌صورت هوشمند کنترل و بهینه می‌کنند. بام این ساختمان به‌عنوان جمع‌کننده آب باران عمل می‌کند و آب جمع‌آوری شده پس از تصفیه برای مصارف آشامیدنی و غیرخوراکی مانند آبیاری فضای سبز استفاده می‌شود. طراحی نمای شیشه‌ای با قابلیت کنترل تابش خورشید و استفاده از مصالح عایق، به کاهش بار حرارتی ساختمان کمک می‌کند و این سازه را به الگویی پیشرو در زمینه ساختمان‌های سبز و هوشمند تبدیل کرده است.

ساختمان بنیاد آکروس فوکوئوکا در ژاپن نمونه‌ای منحصربه‌فرد از تلفیق معماری سبز و طراحی اقلیمی است که با آتریومی بزرگ و پوشش گیاهی گسترده روی نمای خود، نور طبیعی را به عمق فضاهای داخلی هدایت می‌کند. این ساختمان از یک سیستم زهکشی آب الهام‌گرفته از ساختار کوه‌ها بهره می‌برد که امکان جمع‌آوری و هدایت آب باران را فراهم می‌آورد و آبیاری طبیعی گیاهان روی نما را بدون نیاز به مصرف اضافی آب ممکن می‌سازد. پوشش گیاهی وسیع این بنا به بهبود کیفیت هوا و کاهش اثرات جزیره گرمای شهری کمک می‌کند. طراحی این ساختمان نشان‌دهنده رویکردی پایدار است که با استفاده از طبیعت و فناوری، آسایش حرارتی را در محیط‌های شهری فراهم می‌آورد و الگویی موفق برای ساختمان‌های عمومی دوستدار محیط زیست به‌شمار می‌رود.