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城市屋顶大有用处!屋顶农场和光伏发电化身为城市“救世主”

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 olivia chan • 2018-08-10 16:27:10 来源:前瞻网 E1202G0

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由于空间有限,各城市正在探索更好地利用屋顶的新方法。

我们的城市从来没有像现在这样人口如此密集、楼层如此高耸、生活如此繁忙,随之而来的是对土地的继续争夺。无论你是城市居民、开发商、交通规划者还是农民,你都不得不为日益减少的可用空间而竞争。预计到2050年,城市居住人口将占全球总人口的三分之二,最严谨的城市规划似乎也将无法战胜城市基础设施面临的压力。但如果我们看任何城市中心的航拍照片,我们可以很快地发现还有大量未使用的空间——屋顶。来自非盈利组织健康城市的绿色屋顶(Green Roofs for Healthy Cities)的Steven Peck在接受《Scientific American》采访时说,我们城市的屋顶景观是“最后的城市前沿——占总土地面积的15%到35%。”

那么我们可以用这些宝贵的资源做什么呢?在数量日益增加的高密度城市中,一些城市将屋顶打造成娱乐天地——从酒吧和游泳池到足球场和跑道,现在都可以在摩天大楼顶上找到。还有一些屋顶铺着可吸收烟雾的瓷砖,或者架设着疑似风力涡轮机的东西。而在中国,一家大型购物中心的屋顶上有25栋别墅。但是,当屋顶可以接收太阳光照时,会有两个更明显的用途——农业和太阳能。

绿色城市

十多年来,绿色屋顶越来越受欢迎,在某些情况下,它的规模也越来越大——位于曼哈顿的一个会议中心顶部,面积达8.9万平方米,是纽约市最大的屋顶。绿色屋顶通常由种植床或类似地毯的瓦片组成,以促进低矮植被的生长。绿色屋顶可以在恶劣的环境中为鸟类和昆虫提供栖息地。它们还充当建筑的隔热材料,减少雨水径流,否则会对城市下水道造成破坏。

绿色屋顶还带来了减轻致命的城市热岛效应的额外好处。由于沥青和混凝土等吸热材料的作用,城市的温度可能比周围的乡村高几度。相比之下,树木和绿地可以吸收短波辐射,利用短波辐射蒸发树叶中的水分——一种“双重冷却”效应。有无数的研究支持这个观点。其中最有趣观点是由乔治亚大学的研究人员发表的。2015年,他们不仅展示了“绿色”城市是凉爽的城市,而且展示了由公园、花园和绿色屋顶等小型城市绿地网在降低城市温度方面比同等大小的单一公园更有效。

在欧洲和美国的一些城市,市政委员会现在为建设绿色屋顶的开发商提供了重大的财政激励——在汉堡(德国的一座城市),建筑业主可以获得30-60%的绿色屋顶安装费用补贴。从2020年开始,城市里所有新建的大型建筑都必须采用绿色屋顶。

随着粮食安全和城市问题在联合国议程上的地位越来越高,世界范围内也开始使用绿色屋顶进行超本地食品生产。在气候适宜的地区,屋顶上可以种植数百种不同的蔬菜、水果、香草和沙拉叶。蜂箱和鸡舍在高楼大厦中也变得司空见惯。但并不是所有的屋顶农场都是一样的,这一点我们接下来就会讨论。

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(图片来源于网络)

发电

首先,太阳能是什么?随着许多城市减少对化石燃料的依赖,以及太阳能电池板的成本大幅下降,光伏(PV)系统已成为建筑区分布式发电的首选。而且,即使是标准的商用太阳能板,其能源收益也是惊人的。美国国家可再生能源实验室(US National Renewable Energy Laboratory/NREL)估计,屋顶光伏系统可以满足全国40%的电力需求。NREL还开发了一种非常酷的可视化工具PVWatts,帮助人们发现太阳能电池板是否适合他们。2012年,荷兰研究人员计算发现,与建筑集成的光伏发电可以提供840太瓦时(TWh)的电力——这超过了欧盟27国全年总需求的五分之一。

2011年,纽约城市大学(City University of New York)发布了一份引人注目的地图。从雷达飞机拍摄的图像中可以看出,当时纽约66.4%的建筑屋顶空间适合商用光伏系统。此外,他们估计,即使纽约市天气多变,屋顶设施的发电量也可能接近该市年用电量的14%。

城市当然也注意到了这些数据——在很多情况下,建设这些设施是强制性的,比如在圣保罗,巴西城市部宣布未来的低收入住房开发应该包括安装屋顶光伏发电设施。

选择哪一种方法呢?

毫无疑问,在这两种情况下,“生产性屋顶”网络可以通过提供一部分必要的资源(无论是食物还是电力)来造福当地社区,同时还可以减轻他们的环境负担。但是其中一个方法一定比另一个方法好吗?

麻省理工学院(MIT)和里斯本大学(University of Lisbon)的研究人员在《Cities》杂志上最近发表的一篇论文中提出了这个问题。针对里斯本一个多用途社区的屋顶,他们对四个场景进行了成本效益分析-- 1.露天屋顶农业;2.低技术温室屋顶养殖;3.“可控环境农业”(在高科技温室中耕作)或4.太阳能光伏发电。从安装成本和使用的资源现有的数据开始,到碳排放和产量,他们模拟了每个装置在50年内对当地社区的影响。

研究人员测量了一平方米屋顶的占地面积,在这个农场上,他们只观察了一种作物——西红柿。这种水果不仅在葡萄牙人的饮食中非常受欢迎——平均每人每年要吃掉10.4公斤——而且还有大量数据显示,葡萄牙人对水果的需求和产量在不断增长。对于太阳能,他们考虑的是标准的单晶硅光伏组件,安装在平坦或倾斜的屋顶上。他们还认为,安装光伏将作为电网的一部分——换句话说,尽管是在当地发电,但电力将通过现有的基础设施进行分配。

以下是他们研究的一些发现:

除了高科技屋顶农场(无论如何都是盈利的)外,食品生产的效益因供应链而异。人们发现,露天和低科技温室只有在作物直接出售给消费者时才能获利。

如果里斯本的番茄需求是通过屋顶种植来满足的,那么有机农场种植需要1.89平方米(#1)、无条件温室无土栽培需要0.37平方米(#2)、可控环境农业需要0.15平方米(#3)

较屋顶光伏系统,一个屋顶农场可能会创造高达5倍的当地就业机会,但操作和维护成本会高得多

安装在向南无遮阳屋顶上的光伏发电量被计算为大约发电300千瓦时/平方米/年。

所以,两种选择看起来都不错。但当我们站在更高的角度研究时,差异就会显现。我(作者:Laurie Winkless)曾经写过关于城市农业盈利能力的文章,但那只是以个体农民为衡量标准,我说,事后看来,这在城市背景下没有多大意义。

然而,这项研究采用了更广泛、更合理的视角——它将屋顶装置视为互联网络的一部分。它衡量的是建筑所有者和周围社区的整体价值——从经济和环境的角度出发。从这个角度来看,他们得出的结论是,对于里斯本来说,使用屋顶进行食品生产比使用太阳能光伏发电或标准的绿色屋顶可以产生更高的当地价值。当然,这是在一个特定的城市——在另一个城市,你可能会得出完全相反的结论,但这就是重点。没有一个放之四海而皆准的解决方案可以增强城市的可持续性,任何一个告诉你不是这样的人都是在过度简化一个复杂的问题。

在任何地方都有很多有用的举措——例如,从使用私家车转换到搭乘公共交通、让可再生能源成为默认选择、更合理地使用水资源、减少我们对混凝土的依赖、减少我们的浪费,并为非常非常特殊的应用保留一次性塑料。但当涉及到“其他”问题时,比如我们应该将屋顶用于发电还是用于农业,答案就不单是非黑即白了。通过采用我在这里介绍的研究,我们可以根据具体情况做出更正确的决定。作者说,他们的研究“……旨在为决策者提供一个系统地、综合地比较这些屋顶的生产性用途的基础。”现在,我只希望其中有些决策者开始采纳它。

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