أثر المدن واقية الشجر بناء لودات التبريد والطاقة الاستخدام

وتزداد حرارة المدن خلال أشهر الصيف حيث تستوعب الطاقة الشمسية وتستوعبها بشكل مباشر، وتزيد من سرعة التصفح، وتزيد هذه الظاهرة درجات الحرارة المحيطة بمستوى 2 إلى 5 درجات مئوية مقارنة بالمناطق الريفية المجاورة، وتزيد من الطلب على تكييف الهواء وشبكات الطاقة المزروعة، وتوفر الكانتوبيات الحضرية وتغطية الأشجار قياساً طبيعياً وفعالاً من حيث التكلفة، وذلك عن طريق وضع المباني المبردة وتبريد الكائنات المجهرية المحيطة بالهياكل

How Urban Canopies and Tree Cover Reduce Coling Loads

ويتأثر أداء الطاقة في المبنى تأثراً شديداً ببيئة البيوت المباشرة، والملابس الحضرية - اللافقار الجماعي لأشجار الشوارع، وأشجار المنتزهات، وأشجار الفناء - تكيف الظروف المناخية المحلية بثلاث طرق أولية تقلل من حمولة التبريد: التظليل، والتبخر، وتعزيز الطحالب السطحية.

توفير الشحوم والحد من الإشعاع الشمسي

الإشعاع الشمسي المباشر هو آلية المكسب الحراري المهيمن لمعظم المباني خلال موسم التبريد، وعندما تُلقي الأشجار ظلاً على الجدران والأسطح والنوافذ، فإنها تعترض 70-90 في المائة من الطاقة الشمسية القادمة، تبعاً لأنواع الأشجار وكثافة المنشورات وتركيب الكتف الكتف، ويخفض الشحوم السطحي لمكونات المباني المظللة بنسبة 10-20 درجة شرقاً، مما يقلل مباشرة من سرعة الحرارة في السيرة.

التبريد والتبريد المتناثر

فالأشجار تعمل كمبردات مبردة طبيعية، فهي، من خلال التهرب، تستوعب المياه من التربة وتطلقها كبخار مياه في الهواء من خلال أوراقها، وهذا التغير يستهلك الحرارة الكامنة، ويبرد الهواء المحيط بمقياس ٢-٩-٩-٧ تحت الغطاء الحرفي، ويظهر التأثير الأكثر وضوحا في الأيام الساخنة والجافة عندما تكون معدلات التبريد أعلى.

Albedo and Surface Temperature Effects

Albedo—the fraction of solar radiation reflected by a surface—increases when tree canopies cover dark roofs, parking lots, and pavement. Urban surfaces typically have low albedo (0.1–0.15), absorbing most sunlight and converting it to heat. A dense tree canopy replaces these low-albedo surfaces with a high-albedo, photosynthetically active surface (albedo ~0.3–0.4 for deciduous trees in summer). The net effect is reduced surface temperatures and lower long-wave radiation emitted toward neighboring buildings. Additionally, trees shade adjacent pavement, decreasing stored heat that would otherwise be released during evening hours and prolonging the urban cooling period. Combined with reflective roofing, tree cover can cut building cooling energy by an additional 15–25% beyond shade alone.

Quantifying the Energy Savings from Urban Tree Cover

وتوفر عقود القياسات الميدانية ودراسات محاكاة الطاقة دليلا قويا على حجم تخفيضات الحمولة المبردة التي تعزى إلى الأشجار الحضرية، ويتوقف حجم المدخرات على المناطق المناخية، ونوع البناء، ووضع الأشجار، وكثافة الكوب.

البحث في نتائج خفض كميات كبيرة من النفايات

وقد أدى تحليل دقيق لـ 23 دراسة نُشرت في Building and Environment) إلى انخفاض في عدد المباني التي تهتز بها الأشجار بنسبة تتراوح بين 10 و30 في المائة في المتوسط، مع انخفاضات الذروة بنسبة تصل إلى 50 في المائة عند وضع أمثل، وعلى سبيل المثال، فإن دراسة محاكاة في Phoenix, Arizona-a hot-dry climate-found

دراسات محاكاة الطاقة والبيانات الحقيقية للعالم

وفي إطار هذه الدراسة، قام مختبر لورانس بيركلي الوطني بتصميم إمكانيات التخفيف من الحرارة الحضرية التي تبلغ ١٠٠ مليون شجرة إضافية في المدن الأمريكية، وأظهرت النتائج أن كل شجرة تشق فيها مبنى تقل فيها معدلات التبريد في الهواء بنسبة ٢-٤ في المائة في كل شجرة.

الأثر على الطلب على بيك وقابلية الاعتماد على غريد

وتجني استراتيجيات التعبئة الحضرية فوائد غير متناسبة خلال ساعات العمل الأولى من اليوم الذي يبلغ فيه الطلب على الكهرباء ذروته، إذ يمكن أن تؤدي زيادة قدرها 10 في المائة في الغطاء الشجري على نطاق المدينة إلى خفض الطلب على الطاقة القصوى بنسبة 1 إلى 3 في المائة في منطقة خدمات المرافق العامة، وفقاً لتحليل أجرته الجمعية الأمريكية للحشرات ذات القدرة الحرارية على تصريف النفايات، وعلى سبيل المثال، وجدت إدارة المياه والطاقة في لوس أنجلوس أن تنفيذ برنامج يستهدف زراعة الأشجار في المناطق ذات الحجم المنخفض يبلغ ذروته بعشرين من حيث الإنتاج.

الاستراتيجيات الرامية إلى تحقيق أقصى قدر من الفوائد على الغطاء الشراي في التصميم الحضري

ولا تنتج جميع نواقل الأشجار منافع متساوية للتبريد، ولا بد من اختيار الأنواع بعناية، والتنسيب، والإدماج في الهياكل الأساسية الخضراء الأخرى لتحقيق أقصى قدر من التخفيضات في عبء البناء.

اختيار أنواع الأشجار الملائمة

وتتوفر لدى الأنواع الشهية تاجات واسعة وكثيفة ومؤشرات عالية لحجم الورقات، واستخدام معتدل للمياه من أجل الحفاظ على التهرب، وتنتج عن ذلك أفضل أنواع محلية مكيفة مع المناخ المحلي، لأنها تتطلب قدرا أقل من الري، وتزيد قدرتها على التكيف مع الآفات والجفاف، ففي المناطق القاحلة، مثلا، توفر أنواعا مثل البعوض، والوصايا الصحراوية، وتزود الشوفان بظلال متوسطة الكثافة.

التنسيب الأمثل في المباني البرية

ومن أجل تحقيق أقصى قدر من التبريد، ينبغي أن تكون الأشجار في موقع يسمح بتثبيت الجنوب والشرق والغرب من التعرض للبناء خلال أدق أجزاء اليوم )من الساعة ٠٠/١٠ إلى الساعة ٠٠/١٦( كما أن نوافذ وأحوائط التبريد ذات العجلات الغربية يمكن أن تصب بأشد شمس عصر وينبغي أن تعطى الأولوية، كما أن الأشجار المزروعة من ١٥ إلى ٢٥ قدما من المبنى توفر التظل الأمثل دون خطر إلحاق ضرر أو سقوط أطراف متعددة.

إدماج الهياكل الأساسية الخضراء

وتعمل الغطاء الشجري الحضري على أفضل وجه كجزء من استراتيجية شاملة للهياكل الأساسية الخضراء تجمع بين قوالب الأشجار وعناصر أخرى للتبريد وإدارة مياه العواصف.

الخنازير الخضراء والحدائق الارتدادية

وتخفض السقف الأخضر درجات حرارة السطح بنسبة ٣٠-٦٠ درجة ف من خلال الظل والتبخر، وتقطع الأحمال المبردة للمساحات ذات الرف العلوي، وعندما تقترن أشجار الشوارع التي تحلق على الأرض الأدنى، يمكن أن يصل أثر البناء الكلي إلى وفورات في التبريد بنسبة ٤٠-٥٠ في المائة، وتضيف الحدائق العمودية )الأسور الخضراء( في المظاهر الشرقية والغربية طبقة إضافية من التبريد الحراري والريف الحضري.

المكافآت القابلة للاشتعال والحدائق المطرية

وتخفض الرصفات القابلة للزراعة السطحية ودرجات الحرارة السطحية الدنيا في النهار بمقدار ٦-١٢ درجة ف بالمقارنة مع الأسفلت التقليدي، وتزرع الحدائق المطيرة بالأشجار وتصطاد مياه العواصف وتحافظ على إمدادات المياه للتبخر وتخلق حلقة إيجابية من التغذية المرتدة، وتزرع فيها الأشجار في الممشى الأحيائي أو حفر شجر الشوارع مع تحسين صحة الأشجار والنمو الهيكلي، مما يؤدي إلى زيادة الفوائد على فترات الذروة.

المنافع البيئية والاقتصادية المشتركة الأوسع نطاقا

وإلى جانب التبريد في المباني، يقدم الغطاء الشجري الحضري حافظة من المنافع المشتركة التي تعزز حالة الاستثمار في برامج البنية التحتية الخضراء.

تحسين نوعية الهواء وعزل الكربون

وتستوعب الأشجار ملوثات مثل الأوزون وثاني أكسيد النيتروجين وخامات الجسيمات من خلال أسطح أوراقها، وتحسين نوعية الهواء الحضري، ويمكن أن تخفض المدينة المجهزة جيداً المادة الجسيمية الدقيقة (PM2.5) بنسبة 5 إلى 10 في المائة، وتخفض معدلات الأمراض التنفسية، وبالإضافة إلى ذلك، فإن الغابات في المناطق الحضرية تستهلك الكربون بمعدلات تتراوح بين 1 و2 طن لكل هكتار في السنة أثناء مرحلة النمو، وتسهم في تحقيق وفورات نسبية في بناء الأشجار.

إدارة مياه العواصف ومكافحة التآكل

ويعترض الأنهار الخبيثة على الأمطار، ويقلل حجم وسرعة الجري الممتد إلى مياه العواصف، ويمكن أيضا أن تعترض شجرة ملتوية ناضجة ٥٠٠ ٢ - ٠٠٠ ٤ غالون من المياه في السنة، مما يقلل من تدفقات مياه الأمطار، ويخفف العبء على شبكات المجاري المشتركة، ويقلل من خطر الفيضانات الحضرية، كما أن التآكل المتسارع في المجاري المائية قد يخفف من حدة الكوارث.

قيمة الممتلكات والرفاه المجتمعي

وتباع المنازل في الشوارع المتجهة إلى الأشجار بنسبة تتراوح بين 7 و15 في المائة من المنازل المماثلة دون أشجار الشوارع، وفقاً للدراسات العقارية، وتشجع الرصيفات والمتنزهات المظلة على المشي، والتدوير، والتفاعل الاجتماعي، وتعزز النشاط البدني والصحة العقلية، وتخفف الضغط الحراري، وتحسن البيوت في الهواء الطلق خلال أشهر الصيفية، وتزيد هذه العائدات الاقتصادية والاجتماعية إلى زراعة الأشجار من مدخرات الطاقة، وتجعل من المجتمعات المحلية الجذابة.

التحديات والنظر في المسألة

وفي حين أن فوائد الأمكنة الحضرية كبيرة، فإن التنفيذ الفعال يتطلب التصدي لعدة تحديات، فالتوافر من المياه هو قيد أساسي في المناخ القاحل وشبه القاحلة، ويمكن أن تؤدي الأشجار التي تعتمد على الري من أجل البقاء إلى تنافس الاستخدامات الأخرى للمياه البلدية؛ واختيار الأنواع المتحملة للجفاف واستخدام تقنيات الحد من مياه الأمطار، مثل توجيه مياه الأمطار إلى حفر الأشجار، إلى تخفيف حدة ذلك، بما في ذلك تطويع الأشجار المتخلفة في الميزانية، وإزالة الحواجز التي تسودها.

خاتمة

ومن بين أكثر التدخلات فعالية وأقل تكلفة والمفيدة اجتماعياً للحد من حمولات التبريد في المباني واستهلاك الطاقة في المدن، ومن خلال الظل والتهرب من الأرض وتحسين الطلاء، يمكن للأشجار أن تقطع حمولات التبريد بنسبة تتراوح بين 10 و30 في المائة في المباني النموذجية، بينما يمكن أيضاً أن تحقق تحسينات في نوعية الهواء، وإدارة مياه الأمطار، وزيادة قيمة الممتلكات، وعزلة الكربون في الهياكل الأساسية ذات الكفاءة.