ΝΕΡΟ

Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΤΟ ΑΣΤΙΚΟ ΚΛΙΜΑ

Το νερό αποτελεί βασικό ρυθμιστικό στοιχείο του κλίματος και επηρεάζει σημαντικά το μικροκλίμα των αστικών υπαίθριων χώρων.

Η χρήση στοιχείων νερού, όπως μικρών λιμνών, καναλιών ή σιντριβανιών στη διαμόρφωση των αστικών υπαίθριων χώρων συμβάλει σημαντικά το καλοκαίρι  στο δροσισμό τους. Βελτιώνει τα επίπεδα της θερμικής άνεσης, επηρεάζει τα επίπεδα της υγρασίας, επιδρά θετικά στην οπτική, ακουστική και ψυχολογική  άνεση των ανθρώπων.

Ο θερινός σκιασμός των επιφανειών νερού με βλάστηση αυξάνει σημαντικά την επίδρασή τους στην βελτίωση του μικροκλίματος.

ΘΕΡΜΟΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

Το νερό έχει μεγάλη θερμοχωρητικότητα, περίπου τέσσερις φορές υψηλότερη από ότι τα συνήθη δομικά υλικά, που σημαίνει ότι μπορεί να αποθηκεύσει μεγάλες ποσότητες θερμότητας. Παρουσιάζει, κατά τη διάρκεια της ημέρας, πολύ μικρή αλλαγή στην επιφανειακή του θερμοκρασία σε σύγκριση με τις περισσότερες επιφάνειες των δομικών υλικών.

Η ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να διαπεράσει τη μάζα του νερού και να απορροφηθεί σε μεγάλο βάθος, εξαιτίας της μεγάλης του διαπερατότητας. Η μεγάλη κινητικότητα των μορίων του νερού συμβάλει επίσης στην μεταφορά θερμότητας από την επιφάνειά του σε πιο βαθιά και ψυχρά νερά, έτσι η μάζα του θερμαίνεται σχετικά ομοιόμορφα και η θερμοκρασία της επιφάνειάς του διατηρείται κοντά στα επίπεδα της μέσης θερμοκρασίας του. Η επιφάνειά του ψύχεται ακόμη περισσότερο εξαιτίας της εξάτμισης.

ΕΞΑΤΜΙΣΗ

Η εξάτμιση είναι ο βασικός μηχανισμός, με τον οποίο το νερό βελτιώνει το μικροκλίμα μιας περιοχής και δευτερευόντως η αποθήκευση θερμότητας στη μάζα του. Η εξάτμιση είναι η φυσική διαδικασία κατά την οποία το υγρό αλλάζει φάση και μετατρέπεται σε υδρατμούς ή αέριο. Για να συμβεί αυτό απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον του, μειώνοντας έτσι τη θερμοκρασία αέρα.

Κατά την εξάτμιση, τα μόρια του νερού που βρίσκονται στην ελεύθερη επιφάνεια του, απορροφούν  θερμότητα από το περιβάλλον και αποκτούν πρόσθετη κινητική ενέργεια, αποσπώνται από τη μάζα του νερού και κινούνται πλέον ελεύθερα, σε αέρια μορφή, στο χώρο πάνω από την επιφάνειά του.

Η εξάτμιση συνεπάγεται την ψύξη των μορίων του νερού που δεν εξατμίζονται. Η απομάκρυνση μορίων μεγάλης κινητικής ενέργειας μειώνει τη μέση ταχύτητα των υπόλοιπων μορίων με αποτέλεσμα την ελάττωση της θερμοκρασίας της υδάτινης μάζας. Όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια συγκεκριμένου όγκου νερού που έρχεται σε επαφή με θερμό αέρα, τόσο μεγαλύτερη είναι η εξάτμιση και η επίδρασή της.

Εξάτμιση 1 mm νερού από επιφάνεια 1 m, δηλαδή 1 kg νερού, απαιτεί ενέργεια 680 Wh. Η διαδικασία αυτή διαρκεί, στην περιοχή της Αθήνας περίπου 50 λεπτά, με μέση θερινή ημερήσια ολική ακτινοβολία 800 W/m

ΚΟΡΕΣΜΟΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ ΣΕ ΥΔΡΑΤΜΟΥΣ

Η αποτελεσματικότητα του δροσισμού με εξάτμιση εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τη σχετική υγρασία του αέρα, που επικρατούν στον υπαίθριο χώρο.

Το ποσοστό υδρατμών που μπορεί να συγκρατήσει η ατμόσφαιρα εξαρτάται από τη θερμοκρασία της. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αέρα τόσο μεγαλύτερη ποσότητα υδρατμών συγκρατεί.  Υπάρχει όμως όριο στην ποσότητα των υδρατμών που μπορεί να περιέχει ο αέρας σε κάθε θερμοκρασία. Όταν φτάσει σε αυτό το όριο θεωρείται κορεσμένος (περιέχει 100 % υγρασία). Εάν ελαττωθεί, έστω και λίγο, η θερμοκρασία της κορεσμένης από υδρατμούς ατμόσφαιρας, συμπυκνώνονται οι υδρατμοί και μετατρέπονται σε νερό (βροχή).

Η αύξηση της θερμοκρασίας όγκου αέρα, που περιέχει σταθερή ποσότητα υδρατμών, ελαττώνει τη σχετική του υγρασία. Κάθε ελάττωση της θερμοκρασίας του αυξάνει τη σχετική του υγρασία.

Κατά τους θερινούς μήνες, το πρωί, όταν ο αέρας είναι δροσερός η σχετική υγρασία του είναι υψηλή, ενώ το απόγευμα όταν έχει θερμανθεί, η σχετική υγρασία του είναι χαμηλή.

Η χρήση των μεθόδων δροσισμού με εξάτμιση, κατά τους θερινούς μήνες, μπορεί να εφαρμοστεί σε κλίματα με θερμό και ξηρό αέρα, δηλαδή σε όλες σχεδόν τις περιοχές της Μεσογείου, όπου είναι πρακτική συνηθισμένη στην παράδοση.

ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΚΛΙΜΑΤΟΣ ΜΕ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

Τα στοιχεία νερού, που μπορούν να βελτιώσουν το μικροκλίμα των υπαίθριων αστικών χώρων εξαιτίας γειτνίασης ή ενσωμάτωσης σε αυτούς, είναι:

Οριζόντιες επιφάνειες νερού

• Θάλασσα
• Λίμνες – Ποτάμια
• Τεχνητές λίμνες μικρού βάθους
• Κανάλια νερού

 Κατακόρυφες επιφάνειες νερού  

• Καταρράκτες
• Τοίχοι νερού
• Σιντριβάνια
• Πίδακες  σε επιστρωμένες επιφάνειες
• Μικροψεκαστήρες
• Τεχνητή ομίχλη

ΟΡΙΖΟΝΤΙΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ ΝΕΡΟΥ

Θάλασσα

Οι περιοχές που γειτνιάζουν με τη θάλασσα επηρεάζονται πολύ έντονα από τις θαλάσσιες και τις γήινες αύρες, οι οποίες πνέουν εξαιτίας της διαφοράς θερμοκρασίας του αέρα πάνω από τη γη και τη θάλασσα.

Οι ημερήσιες, θαλάσσιες αύρες είναι ασθενείς άνεμοι, ταχύτητας 2 – 5 m/s, μπορούν να φτάσουν, σε παράκτια περιοχή χωρίς εμπόδια μέσα στην ενδοχώρα, μέχρι και 100 km. Όταν πνέουν θαλάσσιες  αύρες, έρχεται από τη θάλασσα δροσερός υγρός αέρας, ανανεώνοντας τον αέρα της πόλης και ψύχοντας τις ακτές. (Littlefair P.J. et al., 2010)

Η ροή της αύρας εμποδίζεται, στις παράκτιες αστικές περιοχές, από τους δομημένους όγκους της πόλης, δε μπορεί να υπερβεί το βάθος λίγων οικοδομικών τετραγώνων του αστικού ιστού, εκτός και εάν διαμορφωθούν κατάλληλοι διαμπερείς άξονες κάθετοι προς την ακτή.

Οι αύρες προκαλούν συχνά συγκέντρωση νεφών, τα οποία σκιάζουν προσωρινά τις αστικές περιοχές.

Λίμνες – Ποτάμια

Ο υδάτινος όγκος ενός ποταμού ή μιας λίμνης λειτουργεί το καλοκαίρι ως πηγή δροσισμού στο μικροκλίμα της ευρύτερης αστικής περιοχής. Έχει μετρηθεί πάνω από ποτάμια, μείωση της θερμοκρασίας του αέρα κατά 3 – 6 ^οC. Ο βαθμός επίδρασης του υδάτινου όγκου στο μικροκλίμα καθορίζεται από το μέγεθός του, σε σχέση με την πυκνότητα και τη γεωμετρία της αστικής περιοχής που τον περιβάλλει. Η απόσταση παίζει επίσης σημαντικό ρόλο, σε καμιά περίπτωση όμως δεν ξεπερνά, προς την κατεύθυνση που κινείται ο άνεμος, μερικές εκατοντάδες μέτρα. (Murakawa et al, 1991)

Μελέτη που πραγματοποιήθηκε στην πόλη της Λισσαβόνας, στις εγκαταστάσεις της EXPO ’98, διερεύνησε την επίδραση στο μικροκλίμα του ποταμού Τάγου, που διασχίζει την πόλη. Ο ποταμός έχει στην περιοχή της EXPO πλάτος 600 m. Η μελέτη έδειξε ότι για ταχύτητα ανέμου 1 m/s (με κατεύθυνση από την ποταμό προς την περιοχή της EXPO), η πτώση της θερμοκρασίας, στον αστικό ιστό είναι, στα πρώτα 100 m, περίπου 6 °C. Μετά από τα 100 m παρατηρήθηκε, προοδευτική εξασθένηση του φαινομένου και άνοδος της θερμοκρασίας  του αέρα. (Littlefair et al, 2010)

Τεχνητές λίμνες μικρού βάθους

Οι αβαθείς επιφάνειες νερού είναι συνηθισμένη πρακτική στις διαμορφώσεις αστικών υπαίθριων χώρων.

Ρηχή λεκάνη νερού, βάθους 25-30 cm, μπορεί το καλοκαίρι να απορροφήσει έως και το 80 % της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, χωρίς να αυξηθεί σημαντικά η θερμοκρασία της επιφάνειας του νερού. Αυτό οφείλεται στη μεγάλη απορροφητικότητα και θερμική αγωγιμότητα του νερού, αλλά και στην ψύξη της επιφάνειάς του εξαιτίας της εξάτμισης. (Dessi V., 2007)

Η θερμότητα, που συσσωρεύεται στη μάζα του νερού την ημέρα, αποδίδεται τη νύχτα στο περιβάλλον. Η ψυκτική λειτουργία των οριζόντιων επιφανειών του, δεν περιορίζεται μόνο στις μεσημβρινές θερινές ώρες. Ο ψυκτικός του ρόλος κατά τη διάρκεια της νύχτας είναι επίσης σημαντικός και οφείλεται στην εκπομπή θερμικής ακτινοβολίας προς τον ουρανό.

Μετρήσεις σε αστικό περιβάλλον το καλοκαίρι, έδειξαν μείωση της θερμοκρασίας του αέρα πάνω από λίμνες μέχρι και 3 ^οC, σε σχέση με την ευρύτερη περιοχή. (Littlefair et al, 2010)

Η αποτελεσματικότητα  του δροσισμού με μικρές τεχνητές λίμνες βελτιώνεται σημαντικά και από το σκιασμό τους με βλάστηση. Η βλάστηση ανακόπτει  την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στην επιφάνεια του νερού, την απορροφά και, με τη φωτοσύνθεση, την εξάτμιση και τη διαπνοή, ψύχει ακόμη περισσότερο τον αέρα.

Κανάλια νερού

Το νερό μπορεί να ενσωματωθεί στον αστικό σχεδιασμό και με τη μορφή νερού που ρέει σε κανάλια. Η συνεχής κίνηση του νερού στα κανάλια, φέρνει διαρκώς νέες επιφάνειες νερού σε επαφή με το θερμό αέρα, βελτιώνει σημαντικά την ψυκτική λειτουργία του νερού και αποτρέπει την υπερθέρμανση του από την ηλιακή ακτινοβολία.

Το τρεχούμενο νερό υπερκαλύπτει επίσης μεγάλο μέρος του θορύβου που παράγεται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες, και συγχρόνως διαμορφώνει ένα ήρεμο, πιο φιλικό προς τον άνθρωπο, περιβάλλον.

ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ ΝΕΡΟΥ

Καταρράκτες

Η εξάτμιση και κατά συνέπεια ο δροσισμός, αυξάνεται, όσο έρχονται σε επαφή με το θερμό αέρα μεγαλύτερες επιφάνειες νερού.

Η δημιουργία μικρών ή μεγαλύτερων καταρρακτών, με κατακόρυφη πτώση νερού, από υψηλότερα σε χαμηλότερα επίπεδα, αυξάνει την εξάτμιση. Προκαλεί σχηματισμό σταγονιδίων, τα οποία μεγεθύνουν την επιφάνεια του νερού που εκτίθεται στο θερμό αέρα.

Τοίχοι νερού

Οι τοίχοι νερού είναι κατακόρυφες δομικές κατασκευές που περιρρέονται από νερό, είτε με συστήματα διαρκούς παροχής νερού στην ανώτερη στάθμη τους είτε με ψεκασμό. Με τον τρόπο αυτό ένα πολύ λεπτό στρώμα νερού έρχεται διαρκώς σε επαφή με το θερμό αέρα, αυξάνεται η εξάτμιση, προκαλούνται καθοδικά ρεύματα ψυχρού αέρα και ταυτόχρονα ψύχονται τα δομικά στοιχεία του συστήματος.

Σιντριβάνια

Τα σιντριβάνια εκτοξεύουν σταγόνες νερού στην ατμόσφαιρα. Η συνεχής κίνηση σταγόνων νερού στον αέρα αυξάνει την επιφάνεια επαφής νερού και αέρα, δηλαδή την εξάτμιση και την ψύξη του αέρα.

Σιντριβάνι που τροφοδοτείται από λίμνη νερού αυξάνει την κινητικότητα του νερού της λίμνης και αποτρέπει την υπερθέρμανση της επιφάνειας της.

Μετρήσεις που έγιναν στην Βαρκελώνη, στην EXPO ’92 σε τεχνητή λίμνη, κατά τις μέρες που λειτουργούσε σύστημα ψεκασμού σταγονιδίων, έδειξαν θερμοκρασία νερού κατά 16 ^οC χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του αέρα.

Πίδακες σε επιστρωμένες επιφάνειες

Πίδακες που χωροθετούνται σε επιστρωμένους αστικούς χώρους ψύχουν τον αέρα, όπως τα σιντριβάνια, επιπλέον διαβρέχουν τις επιστρώσεις και μειώνουν τις επιφανειακές τους θερμοκρασίες.

Ο βαθμός της ψυκτικής τους επίδρασης εξαρτάται από το χρονικό διάστημα, από τη συχνότητα και από την ώρα της μέρας (πρωί, μεσημέρι, απόγευμα) της διαβροχής.  Μεγάλο ρόλο παίζουν επίσης οι επιφανειακές (χρώμα, υφή) και οι θερμοφυσικές ιδιότητες των επιστρώσεων.

Μετρήσεις που έγιναν κατά τους καλοκαιρινούς μήνες στην περιοχή της Αθήνας, έδειξαν ότι η επίδραση του νερού σε σκουρόχρωμη επιφάνεια ασφάλτου, μπορεί να μειώσει την επιφανειακή της θερμοκρασία μέχρι και 10 ^οC.

Ακόμη πιο εντυπωσιακή είναι η επίδραση του νερού στα πορώδη και διαπερατά υλικά. Σε επιφάνειες φυσικού εδάφους μετρήθηκαν, μετά από ψεκασμό νερού, απόλυτες μέγιστες επιφανειακές θερμοκρασιακές διαφορές, μέχρι και 18 ^οC. (Bougiatioti, 2005)

Μικροψεκαστήρες (Micronizers)

Η μέγιστη δυνατή ψύξη του αέρα με χρήση νερού επιτυγχάνεται με ψεκασμό μικροσταγονιδίων νερού, από ακροφύσια μικροσταγονιδίων, δηλαδή μικροψεκαστήρες (Micronizers), που εκτοξεύουν σταγόνες διαμέτρου 1 mm ή και λιγότερο. Η επιφάνεια επαφής αυτών των μικροσταγονιδίων με τον αέρα είναι 100 φορές μεγαλύτερη από αυτήν των σταγονιδίων ενός ψεκαστήρα. (Οικονόμου Α., 2009)

Ο ψεκασμός με μικροψεκαστήρες σε φύλλωμα δέντρων ή σε πέργκολες με αναρριχητικά φυτά βελτιώνει το δροσισμό που παρέχει η βλάστηση. Με την εξάτμιση των σταγονιδίων ψύχεται ο αέρας του περιβάλλοντος και συγχρόνως μειώνεται η επιφανειακή θερμοκρασία των φυλλωμάτων της βλάστησης.

Προσεκτικός σχεδιασμός και επιλογή του κατάλληλου κάθε φορά συστήματος διασφαλίζουν την πλήρη εξάτμιση των σταγονιδίων, οπότε επιτυγχάνεται αποτελεσματικός δροσισμός όχι μόνο σε υπαίθριους χώρους, αλλά και σε αστικούς δρόμους.

Ο συνδυασμός του σκιασμού της βλάστησης, με το δροσισμό με εξάτμιση βελτιώνει σημαντικά τις συνθήκες θερμικής άνεσης και το μικροκλίμα και αποτελεί εύκολα εφαρμόσιμη λύση.

Τεχνητή Ομίχλη

Τα συστήματα τεχνητής ομίχλης δημιουργούν, με μικροψεκαστήρες,  νέφος μικροσταγονιδίων και μπορούν να τοποθετηθούν σε διάφορες στάθμες ενός υπαίθριου χώρου. Οι μικροψεκαστήρες  πρέπει να τοποθετούνται γραμμικά και κάθετα στη διεύθυνση των επικρατούντων ανέμων, ώστε να επιτυγχάνεται το μέγιστο δυνατό ψυκτικό αποτέλεσμα.

Η τεχνητή ομίχλη μεταφέρεται ακόμα και με πολύ ασθενείς ανέμους και δημιουργεί ιδιαίτερα δροσερές περιοχές στους υπαίθριους χώρους. Ταυτόχρονα συμβάλει σημαντικά στη μείωση των επιφανειακών θερμοκρασιών των υλικών τους, με εξάτμιση. (Οικονόμου Α., 2009)

ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΥΔΑΤΙΝΩΝ ΠΟΡΩΝ

Το σημαντικότερο μειονέκτημα για την ευρεία εφαρμογή της ψύξης με νερό, ιδιαίτερα όμως με ψεκασμό νερού, στους αστικούς υπαίθριους χώρους, είναι η περιορισμένη διαθεσιμότητα του νερού. Κατά τον ψεκασμό σε υψηλές θερμοκρασίες αέρα, τα 2/3 περίπου του όγκου του νερού εξατμίζεται.

Η διάσταση αυτού του προβλήματος μπορεί να περιοριστεί μόνο με προσεχτική και αυστηρή διαχείριση, δηλαδή με:

• συλλογή βρόχινου νερού,
• χρήση επεξεργασμένου γκρίζου νερού,

ανακύκλωση και επανάχρηση του νερού που τροφοδοτεί τα δίκτυα δροσισμού του αστικού χώρου. (Bougiatioti F. από βιβλίο της Babalis D., Ecopolis_Sustainable planning and Design Principles)