炎热夏天汹汹来袭，走出空调房，难耐的热浪扑面而来。虽然天气预报说只有30多度，但城市之中的气温早已于越40度——热岛效应使得整个城市早已成为光波炉，永不消暑。为什么会出现这种情况？全球前沿科技又拿出了什么方案对抗热岛效应？

前置知识：什么是热岛效应？

    20世纪60年代，人们从气象卫星的红外线影像中意外发现世界各大城市地区的气温明显高于周围地区，从气温线看来城市部分就好像在周边地区的一个浮岛，于是，人们将城市地区的气温无论在早上还是日落都异常高于周边的地区性气候现象称为热岛效应。

    引发热岛效应的原因，科研人员将其归纳为树木和裸地减少，降雨渗透地面减少，进而蒸发或蒸散量减少；大气污染，大气吸收的太阳热量增加；被低反照率的柏油和混凝土覆盖，地表面吸收太阳热量增加；产业活动和汽车、空调设备等的人工废热；建筑物林影响风的流动等5点，并根据这5点对降低热岛效应进行了科学研究。

从“头”降温  新型智能屋顶

    作为从早到晚一直被暴晒的地方之一——屋顶是人们解决热岛效应首先考虑的地方。虽然有人曾提出将屋顶变为空中植被，但基于其他诸如暴雨、冰雹、飓风等其他气候的考虑，使它无法普及。目前，研究人员提供了三种解决方案：新材料浅色反射屋顶、自动化太阳能电池屋顶、光导管屋顶。

    众所周知，现在不少大楼的楼顶都涂有纯黑色的沥青或是保持混凝土的深灰本色，对阳光的反射率仅有4%-10%，其吸收的太阳光热量成为了热岛效应的主力军。简单的做法是，将屋顶刷上浅色涂料（或换上光亮的浅色屋顶建筑材料）将反射率提升到40%以上。麻省理工学院的研究人员更将其发挥到极致，他们利用可控制相变型聚合物凝胶制造的屋顶瓷砖Thermeleon可在炎热的时候呈现白色发射阳光，而在冬天气温较低的时候变成黑色吸收光热保持室内温度，而瓷砖的环状凹凸纹则是为了在冬天能进一步保留温度而设置的，并不影响夏天的阳光反射。

麻省理工学院的研究人员正在演示用热吹风吹向冰冷的黑色Thermeleon瓷砖时，瓷砖会因气温上升而变白的现象

    事实上，伴随着太阳能电池技术和锂电池技术的逐渐成熟，在太阳能飞机、汽车、船都成为现实的现在，自动化太阳能电池屋顶的出现也算是在情理之中。自动化太阳能电池屋顶主要有三部分，即太阳能电池模块、锂电池存储模块和管理模块构成。在白天，太阳能电池模块发挥功能，将太阳能转化为电能存储的锂电池中供晚上和紧急情况下使用，此时，管理模块可以将电力转化情况、电池状态信息发送到手机APP上，用户在查看信息的同时也可以对其进行远程操作。根据加州大学圣迭戈分校的研究数据，太阳能电池屋顶能吸收30%的太阳能，然后将剩余的漫射到天空和周围，最终的太阳反射率约为30%，太阳能电池的发电效率约为0.9千瓦时/平方米。

虽然太阳能电池并未完全普及，但它为节能减排指出了另一条康庄大道

    光导管屋顶的基本思路就是将太阳光直接用作室内照明，减少屋顶吸收太阳光的热量。整套装置由光采集模块、导管、漫射器三部分构成。日光通过室外的采光装置捕获，然后将其导入室内。用户通过电脑设定光照强度后，电脑会自动测定光照强度并更改漫射器参数，之后，自然光会经由漫射器均匀地导入室内需要光线的地方。整个光导管系统所产生的室内光亮完全可以和人工照明的亮度一较高低，且相比后者，光导管系统的耗电量相当低（光照控制部分需要电力），也能将原本产生热岛效应的阳光转而被利用而降低建筑屋顶的放热。

不少大厦都在开始着手实施光导管的安装，实际证明其环保和节能的效果相当突出

走路不烫脚 路面大改造

    在典型的城市中，蛛网般铺设在城市中的泊油路、暴晒阳光下的户外停车场占了城市越35%-50%的面积，但它们却是热岛效应的另一大帮手。研究人员各显神通，对路面降温进行了丰富而复杂的研究。

    来自伯克利实验室的热岛研究小组把目光放在了浅色屋顶的阳光反射率上，将研究课题定为了提高路面阳光反射率。通常灰黑色泊油路的阳光反射率仅为10%，这使得下午时分的路面烫得甚至可以煎鸡蛋，而采用新型涂料的路面能将发射率提高到40%，美女们即使坐在上面也不会感到特别的热。这种涂料包含了绿色、蓝色、黄色和白色等多种颜色，不过，各种颜色的涂料都能有效反射包含热量最多的红外光谱的光源，从而降低被晒路面的温度。

组合图：路面降温材料的原理

    相对于“赶走”阳光，马萨诸塞州伍斯特理工学院土木与环境工程教授拉吉卜·马利克（Rajib Mallick）却觉得应该好好利用这足以煎鸡蛋的路面高温。在初步成果中，他将路面重新改造，埋入了水管道。使用时，利用抽水泵将冷水灌入管道中，冷水在管道中吸收了地面热量，进而转化为热水或蒸汽，他计划前者可以输送至洗衣房、餐厅等各个需要热水的场所，而将后者输送至蒸汽涡轮发电机进行发电。目前，他正计划埋入其他导热材料，以期望将热量转换到其他地方回收使用，降低热岛效应。

改造前

改造后

路面改造原理图及效果展示图

延伸阅读：对抗热岛效应的五大建筑物

    不少建筑家也投入到对抗热岛效应的队伍中，他们设计了各种千奇百怪的建筑，利用建筑的各种特点消弱、降低热岛效应，引导了未来科技建筑的发展风标。

新加坡森林城市计划

    目前，新加坡正在着手试试100万平方米的立体植被计划以遏制热岛效应。其中较为著名的是高50米的垂直花园，这个垂直花园外壁覆盖了绿色植物来过滤废弃，顶部设有太阳能电池板收集太阳能供夜间花园的照明使用，同时，漏斗状的顶部设计也方便这个花园收集雨水供园艺使用。

德国议会大厦

    由英国建筑师诺曼·福斯特（Norman Foster）设计改造的德国议会大厦已经成为旅游景点和节能的标志。新的圆顶采用玻璃和镜面将阳关反射进入主室以减少对人工照明的依赖，中央的漏斗用于雨水的疏导和收集。整体的绿色结构和电力转换使其建筑物二氧化碳排放量下降了94%。

中国日月坛微排大厦

    在太阳能技术上，中国在全球名声在外，而这个日月坛微排大厦更是登入了全球环保建筑的榜单。整个大厦由两条弧形太阳能电池带构成，集太阳能光热、光伏、建筑节能于一体，整体节约能源高达30%。

西班牙“空气之树”

    “空气之树”是坐落于西班牙马德里郊区的一个自给自足的花园。整个建筑由回收材料制成，网状的墙面结构保证了整体的通风效果，顶部的太阳能电池转化的电源用于树冠的水雾喷头、灯及其他设备，而额外的电能则会纳入区域电网。

阿布扎比风之塔

    位于阿布扎比东南部的马斯达尔学院是正在兴建的100%能源可再生城市的一部分，而作为学院的标志，风之塔屹立其中，通过循环构造冷却空气，降低风之塔周围的气温和热岛效应。