در شهرهای بزرگ، پدیده «جزیره گرمای شهری» باعث می‌شود دمای هوا در بافت‌های شهری به‌طور قابل‌توجهی بالاتر از مناطق روستایی اطراف باشد. سنگینی سازه‌ها و پوشش‌های آسفالتی و بتنی، گرما را جذب و در طول روز ذخیره می‌کنند و سپس در شب آزاد می‌سازند؛ به‌طوریکه سطح جاده‌ها می‌تواند به بیش از ۶۰ °C برسد و مصرف انرژی برای سرمایش ساختمان‌ها را افزایش دهد.
اما بتن، به‌واسطه قابلیت تغییر خواص و طراحی سازه‌ای، می‌تواند در کاهش این اثر سهم مهمی داشته باشد. در ادامه، سه راهکار اصلی مبتنی بر بتن برای «مهار جزیره گرمای شهری» را به تفصیل شرح می‌دهیم، با مثال‌هایی از اجرای میدانی و بررسی مزایا و چالش‌های هر روش .
۱. بتن با آلبدو (بازتاب) بالا
افزایش آلبدو در بتن با استفاده از سیمان و سنگدانه‌های روشن یا افزودنی‌های منعکس‌کننده، باعث می‌شود سطح بتن نور خورشیدی بیشتری را بازتاب دهد و انرژی حرارتی کمتری جذب کند. این ویژگی نه‌تنها دمای سطح بتن را کاهش می‌دهد، بلکه از انتقال گرمای ذخیره شده به سازه‌های زیرین و هوای اطراف پیشگیری می‌کند. در نتیجه، در روزهای گرم تابستان، دما در سطح پیاده‌روها و خیابان‌ها به‌صورت محسوس پایین می‌آید و آسایش حرارتی عابران بهبود می‌یابد. همچنین این کاهش دما باعث می‌شود سازه‌های بتنی و آسفالتی فشار حرارتی کمتری تحمل کنند و عمر مفید آنها افزایش یابد.
در شب نیز چون سطح کمتر گرم شده، مقدار کمتری حرارت به محیط بازپس‌تابانده می‌شود و اختلاف دمای شبانه میان فضای شهری و مناطق روستایی کاهش می‌یابد. مطالعات میدانی نشان داده که این روش به‌ویژه در مناطقی با تابش خورشیدی شدید مؤثر است و می‌تواند بار خنک‌سازی ساختمان‌ها را کاهش دهد. علاوه بر این، استفاده از پوشش‌های فوتوکاتالیتیک نظیر دی‌اکسید تیتانیوم می‌تواند در تجزیه آلاینده‌های هوا تاثیرگذار باشد و به کیفیت کلی هوای شهری کمک کند. مطالعات نشان داده‌اند که:
- در فینیکس (آریزونا)، پوشش‌های بازتابی سطح جاده را تا ۶ °C در وسط روز خنک‌تر نگه می‌دارند و دمای هوای مجاور را نیز کاهش می‌دهند.
- در لس‌آنجلس، اجرای روکش خاکستری بازتابی باعث افت تا ۵٫۵ °C دمای سطح و کاهش حدود ۱–۲ °C دمای هوای اطراف در روزهای گرم شد .
مزایا:
- کاهش انتقال حرارت از مسیر به هوا و سازه‌های پیرامون
- بهبود آسایش حرارتی عابران پیاده، مخصوصاً در شب که ذخیره حرارت کمتر است
- افزایش عمر آسفالت و بتن به‌دلیل کاهش استرس حرارتی
- گاهی افزودنی‌های فوتوکاتالیتیک (مثل TiO₂) در سطح، باعث تجزیه آلاینده‌های هوا می‌شوند
چالش‌ها:
- نیاز به نگهداری و تجدید روکش پس از چند سال (ذرات گرد و غبار، سایش)
- احتمال تابش خیره‌کننده (گِلِر) و احساس ناراحتی عابران در صورت عدم تأمین سایه
- در زمستان‌های سرد، کاهش سرعت ذوب برف و یخ روی سطوح بازتابی
۲. بتن نفوذپذیر (Permeable/Pervious Concrete)
بتن نفوذپذیر با ساختار متخلخل خود، امکان ورود و ذخیره آب باران یا آب‌پاشی را در لایه‌های زیرین فراهم می‌کند. هنگامی که آب موجود در خلل و فرج سطح بتن تبخیر می‌شود، گرمای سطح را جذب کرده و اثر خنک‌کنندگی تبخیری ایجاد می‌کند. این فرآیند مشابه تعریق در بدن انسان است و می‌تواند تا چند درجه دما را پایین آورد. از سوی دیگر، مدیریت رواناب‌های سطحی یکی از چالش‌های شهرنشینی مدرن است و بتن نفوذپذیر با افزایش نفوذپذیری خاک زیرین، خطر سیلاب‌های ناگهانی را کاهش داده و هزینه‌های نگهداری سیستم‌های زهکشی را کم می‌کند.
در اقلیم‌های مرطوب یا مناطقی که بارش قابل توجه یا سیستم‌های آبیاری دارند، این روش بیشترین بهره‌وری را دارد، چرا که آب کافی برای تبخیر فراهم است. همچنین پیاده‌روها و پارکینگ‌های بتنی که با این مصالح پوشش داده می‌شوند، پس از باران به سرعت خشک می‌شوند و احتمال لغزندگی کاهش می‌یابد. از سوی دیگر، برای حفظ کارایی طولانی‌مدت، لازم است خلل و فرج بتن به‌صورت دوره‌ای پاک‌سازی شوند تا با ذرات معلق پر نشوند و عملکرد تبخیری و نفوذپذیری حفظ گردد. به‌علاوه:
- در توکیو، آزمایش «پوشش‌های آب‌نگه‌دار» تا ۱۰ °C کاهش دمای سطح را در روزهای آفتابی نشان دادند.
- در شیکاگو، اجرای «کوچه‌های سبز» با بتن نفوذپذیر و پوشش‌های بازتابی به کاهش همزمان دما و کنترل رواناب‌های سطحی کمک کرد .
مزایا:
- تبخیر آب و خنک‌سازی مؤثر در مناطق پر بارش یا با آبیاری منظم
- مدیریت رواناب، پیشگیری از سیلاب‌های شهری و کاهش هزینه‌های زیرساخت دفع آب
- ایجاد میکرو اقلیم‌های مطلوب‌تر برای عابران پس از باران
چالش‌ها:
- در دوره‌های خشک یا کم‌آب، خنکی تبخیری رخ نداده و ممکن است دمای سطح بیشتر از بتن متراکم شود (حفره‌ها سایه‌انداز و جاذب حرارت)
- گرفتگی خلل و فرج با رسوبات نیازمند شستشو یا وکیوم دوره‌ای
- مقاومت مکانیکی کمتر، مناسب نواحی با ترافیک سبک (پارکینگ، پیاده‌رو)
۳. پوشش‌ها و روکش‌های خنک‌کننده (Cool Pavement Coatings)
نصب پوشش‌های خنک‌کننده بر روی آسفالت یا بتن موجود، روشی سریع و مقرون‌به‌صرفه برای کاهش دمای سطح بدون نیاز به تخریب و بازسازی کامل است. این پوشش‌ها معمولاً شامل رنگ‌های روشن یا سفید با ذرات بازتاب‌دهنده فروسرخ و گاهی افزودنی‌های جاذب آب برای تبخیر بعدی هستند. با اجرای این روکش‌ها، می‌توان دمای سطح را تا ۵–۱۰ °C کاهش داد و دمای هوای مجاور را نیز به میزان ۲–۳ °C خنک‌تر کرد. این کاهش دما به‌ویژه در معابر پرتردد و مناطقی که امکان تغییر ساختار زیرین وجود ندارد، بسیار ارزشمند است.
نگهداری این روکش‌ها ساده‌تر از بازسازی کامل است و در صورت نیاز می‌توان آنها را در فواصل معمول تمدید کرد. روکش‌های خنک را می‌توان در ترکیب با سایر راهکارهای خنک‌سازی، مانند درختکاری و نصب سایه‌بان، به کار برد تا اثر بخشی بیشتری حاصل شود. با این حال، باید توجه داشت که اثربخشی پوشش‌های خنک در طول زمان کاهش می‌یابد و پاکیزگی و تجدید دوره‌ای آنها برای حفظ کارایی ضروری است. انواع متداول شامل:
- رنگ‌های روشن یا سفید مخصوص با افزودنی‌های بازتاب‌دهنده فروسرخ
- اسلاری سیل (slurry seal) با مصالح روشن
- روکش‌های تراکمی با سنگدانه‌های سبک و مقاوم
نمونه‌ها:
- لس‌آنجلس در سال ۲۰۲۲ بیش از ۶۵۰۰۰۰ مترمربع روکش بازتابی «CoolSeal» را اجرا کرد و تا ۱۰ °F (~5.5 °C) کاهش دما در سطح و حدود ۲–۳ °F افت دمای هوا را گزارش نمود.
- فینیکس پس از یک سال اجرای آزمایشی، متوسط کاهش ۱۰٫۵–۱۲ °F (~6 °C) دمای سطح را تأیید کرد و اکنون این برنامه به گزینه‌ای استاندارد در تعمیر خیابان‌ها تبدیل شده است .
مزایا:
- سرعت و هزینه پیاده‌سازی کمتر نسبت به بازسازی کامل
- قابلیت تجدید روکش با نگهداری دوره‌ای
- ترکیب آسان با سایر اقدامات خنک‌کننده (سایه‌بان، درختکاری)
چالش‌ها:
- کاهش بازتاب‌پذیری با گذشت زمان و نیاز به تجدید
- افزایش دمای تشعشعی احساس‌شده توسط عابران در صورت تابش مستقیم
- مناسب‌ترین کارایی در اقلیم‌های پرتابش خورشیدی و گرم
تطبیق راهکارها با اقلیم و برنامه‌ریزی یکپارچه
هیچ راه‌حل «یکسان برای همه» نیست؛ ترکیب استراتژی‌ها بر اساس شرایط محلی (تابش خورشیدی، بارش، دما) ضروری است. برای مثال:
- در مناطق خشک و آفتابی: تمرکز بر بتن با آلبدو بالا و روکش‌های بازتابی
- در اقلیم‌های بارانی یا مرطوب: اولویت بتن نفوذپذیر برای تبخیر مؤثر
- تلفیق با درختکاری، سقف‌های خنک، سایه‌بان و سیستم‌های آب‌پاشی
نتیجه‌گیری
تغییر اقلیم و افزایش روزافزون دمای شهرها، ابداع راهکارهای پایدار و غیرفعال خنک‌سازی را به ضرورتی انکارناپذیر بدل کرده است. با «هوشمندسازی» بتن—چه از طریق افزایش بازتاب، چه از مسیر نفوذپذیری یا روکش‌های ویژه—می‌توان به کاهش محسوس دمای سطح و هوای شهرها دست یافت، آسایش ساکنان را ارتقا داد و مصرف انرژی سرمایش را کاهش داد.
تجربه شهرهایی مانند فینیکس، لس‌آنجلس، توکیو و شیکاگو نشان می‌دهد این فناوری‌ها، به‌ویژه زمانی که در یک «طرح یکپارچه خنک‌سازی شهری» به کار گرفته شوند، می‌توانند به ابزارهای قدرتمندی برای سازگاری با گرمای جهانی بدل شوند. ادامه پژوهش و پایلوت‌های میدانی، راه را برای بهینه‌سازی دوام، عملکرد بازتاب و تبخیری مصالح هموار می‌سازد و کمک می‌کند تا شهرها در برابر امواج گرما مقاوم‌تر و زندگی در آنها دلپذیرتر باشد
