Zielona ściana zamiast klimatyzacji. Upał ma z nią spory problem

Klimatyzacja pomaga nam przetrwać upały, ale nie jest rozwiązaniem bez wad. Zużywa dużo energii, obciąża sieć elektryczną i dodatkowo oddaje ciepło do otoczenia. Nic więc dziwnego, że naukowcy szukają sposobów na chłodzenie budynków, które nie wymagają ciągłej pracy urządzeń. Jednym z takich pomysłów są zielone ściany, czyli elewacje pokryte roślinnością.

Nowe badanie przeprowadzone przez zespół kierowany przez prof. Jihui Yuana z Osaka Metropolitan University pokazuje, że pionowa zieleń zamontowana na południowej fasadzie budynku może poprawić warunki cieplne wewnątrz nawet o 1,7 st. C. Naukowcy analizowali budynek edukacyjny w Shahrood w Iranie, wykorzystując połączone modele opisujące warunki cieplne wewnątrz budynku i mikroklimat jego otoczenia. W czasie fali upałów taka różnica może zdecydować, czy budynek da się jeszcze znieść bez agresywnego chłodzenia.

Problem miejskich upałów nie polega wyłącznie na tym, że słońce mocniej świeci. Miasta same bardzo skutecznie magazynują ciepło. Beton, asfalt, ciemne dachy i nagrzane elewacje działają jak wielka bateria cieplna. W dzień pochłaniają energię, a wieczorem i nocą oddają ją z powrotem do otoczenia.

To właśnie dlatego w centrum miasta potrafi być znacznie goręcej niż na terenach podmiejskich. Miejska wyspa ciepła pogarsza komfort na zewnątrz, ale działa też na budynki. Ściany, dachy i okna przenoszą ciepło do środka, a pomieszczenia zaczynają się nagrzewać szybciej, niż powinny.

Klimatyzacja rozwiązuje problem w sposób lokalny, bo chłodzi wnętrze. Jednocześnie jednak zwiększa zapotrzebowanie na energię i oddaje ciepło na zewnątrz. Przy dużej skali powstaje błędne koło: im cieplej w mieście, tym więcej klimatyzatorów pracuje, a im więcej ich pracuje, tym większy nacisk na sieć i dodatkowe ciepło wyrzucane do przestrzeni miejskiej.

Zielona ściana pomaga obniżać temperaturę na kilka różnych sposobów. Przede wszystkim działa jak naturalna osłona przed słońcem. Zamiast nagrzewać bezpośrednio elewację, promienie słoneczne trafiają najpierw na warstwę roślin. Do tego dochodzi transpiracja, czyli oddawanie wody przez liście. Gdy woda paruje, odbiera część ciepła z otoczenia. Między roślinami a ścianą tworzy się też dodatkowa warstwa powietrza, która może ograniczać nagrzewanie samej konstrukcji budynku.

Największe znaczenie ma to na elewacjach mocno wystawionych na promieniowanie słoneczne. W badaniu szczególnie dobrze wypadła ściana południowa. Ma to sens, bo właśnie tam zysk ze zmniejszenia nasłonecznienia jest największy. Rośliny nie tylko poprawiają estetykę budynku, ale przejmują część pracy, którą normalnie musiałaby wykonać klimatyzacja.

Nie oznacza to automatycznie, że wystarczy posadzić bluszcz i problem upałów znika. Efekt zależy od orientacji ściany, rodzaju roślin, lokalnego klimatu, konstrukcji budynku, podlewania, wilgotności, koloru elewacji i sposobu montażu. Zielona ściana jest narzędziem, nie zaklęciem.

Badanie nie sprowadzało się jedynie do sprawdzenia, czy rośliny na ścianie dają trochę cienia i chłodu. Naukowcy połączyli dwa modele: jeden analizował warunki cieplne wewnątrz budynku, a drugi to, co dzieje się wokół niego. Dzięki temu mogli zobaczyć, jak budynek wpływa na swoje otoczenie i jak otoczenie wpływa na budynek.

Wcześniejsze analizy często patrzyły na te dwie kwestie osobno. Jedne skupiały się na tym, jak upał odczuwają ludzie na ulicy, inne na temperaturze wewnątrz budynków. Tymczasem w rzeczywistości wszystko jest ze sobą powiązane. Nagrzana elewacja oddziałuje na otoczenie, a gorące otoczenie wpływa na to, co dzieje się w środku budynku.

Modele wykorzystano dla budynku edukacyjnego w Shahrood w Iranie, gdzie latem temperatury potrafią być naprawdę wysokie. Naukowcy sprawdzili nie tylko obecne warunki pogodowe, lecz także różne scenariusze przyszłego klimatu, fale upałów i sytuacje związane z przerwami w dostawie prądu. To pozwoliło zobaczyć, jak budynek radzi sobie wtedy, gdy klimatyzacja nie może działać normalnie albo nie działa wcale.

Wynik dla zielonej ściany na południowej fasadzie wyniósł do 1,7 st. C poprawy warunków cieplnych wewnątrz. Ktoś może powiedzieć, że to niewiele. W czasie ekstremalnych upałów taka różnica ma jednak kolosalne znaczenie, zwłaszcza w szkołach, urzędach, szpitalach, domach opieki i mieszkaniach bez mocnej klimatyzacji.

Wysoka temperatura w budynku nie działa zero-jedynkowo. Nie jest tak, że przy jednej wartości wszystko jest dobrze, a przy kolejnej nagle zaczyna się problem. Komfort cieplny i obciążenie organizmu pogarszają się stopniowo. Każdy stopień mniej może ograniczyć przegrzewanie, zmniejszyć ryzyko dla osób starszych, dzieci i chorych oraz obniżyć zużycie energii potrzebnej do chłodzenia.

Najważniejsze jest jednak to, że zielona ściana działa pasywnie. Nie potrzebuje takiego poboru prądu jak klimatyzator. W czasie awarii sieci nie wyłącza się jednym kliknięciem. Jej skuteczność zależy od utrzymania i dostępu do wody, ale sama idea jest cenna: budynek może być zaprojektowany tak, by wolniej wpuszczał upał do środka.

Choć największą uwagę przyciągnęły zielone ściany, naukowcy sprawdzili również inne sposoby ograniczania skutków upałów. Okazało się, że o tym, jak bardzo nagrzewa się budynek i jego otoczenie, decydują nie tylko rośliny. Ważne jest także albedo, czyli zdolność powierzchni do odbijania promieniowania słonecznego. Jasne materiały odbijają go więcej i mniej się nagrzewają, podczas gdy ciemne pochłaniają więcej energii i szybciej osiągają wysoką temperaturę.

Wyniki były ciekawe, bo efekt zależał od tego, czy patrzymy na wnętrze budynku, czy na przestrzeń na zewnątrz. Powierzchnie o wysokim albedo szczególnie dobrze obniżały temperatury wewnętrzne, bo ograniczały nagrzewanie przegród budowlanych. Z kolei powierzchnie o niższym albedo w analizowanym przypadku poprawiały komfort na zewnątrz o około 1,5 st. C, prawdopodobnie dlatego, że mniej światła odbijały w stronę ludzi i otoczenia.

Przeczytaj także:

Badanie dobitnie pokazuje, że nie ma jednego prostego sposobu na schłodzenie miasta. Samo malowanie wszystkiego na biało ani sadzenie roślin gdzie się da nie wystarczy. Każde miejsce działa trochę inaczej. Inaczej zachowuje się elewacja, inaczej dach, chodnik czy dziedziniec. To, co pomaga obniżyć temperaturę wewnątrz budynku, nie zawsze musi równie dobrze działać na zewnątrz.

*Źródło grafiki wprowadzającej: PeoGeo, Getty Images, Canva Pro