Lämpösaarekeilmiötä voidaan lieventää kaupunkisuunnittelulla

Artikkeli

Lämpösaarekeilmiötä voidaan lievittää erilaisin ratkaisuin muun muassa kaupunkirakenteen ja rakentamisen ohjauksella. Keskeistä on huomioida alueen pinnanmuodot, riittävä kasvillisuus ja sijainti suhteessa vesistöihin. Monimuotoisella siniviherinfrastruktuurilla voidaan tehokkaasti viilentää ja varjostaa kaupunkiympäristöä sekä lisätä luonnon monimuotoisuutta ja viihtyisyyttä kaupungeissa.

Viilennystarvetta voidaan pienentää väljentämällä kaupungin rakennetta

Ilmaston kuumentuessa kaupunkien täydennysrakentamista on tärkeää punnita kokonaisvaltaisesti. Tiiviimpi kaupunkirakenne voi olla energiatehokkuuden ja päästöjen vähentämisen kannalta tavoiteltavaa (esimerkiksi mahdollistamalla vähähiiliset kulkutapavalinnat), mutta se voi voimistaa lämpösaarekeilmiötä ja lisätä ilmastonmuutoksen haitallisia terveysvaikutuksia. Lisäksi täydennysrakentamiseen liittyy muita haittavaikutuksia, kuten hulevesitulvien lisääntyminen. Hulevesien hallinta tiiviissä ja paljon läpäisemätöntä pinta-alaa sisältävässä kaupunkiympäristössä on haasteellisempaa.

Lämpösaarekeilmiön voimakkuutta voidaan lieventää väljemmällä kaupunkirakenteella eli säätelemällä rakennusten korkeuden ja katujen leveyden välistä suhdetta. Tiiviimpi kaupunki tarkoittaa suurempaa rakennusmassaa ja siten suurempaa lämmönvarauskykyä, jolloin lämpöä syntyy suuremmasta asukastiheydestä, asumisesta ja liikenteestä. Lisäksi kaupunkirakenteen tiiviys keskimäärin heikentää tuulesta aiheutuvia ilmavirtauksia katutasolla. [1]

Lämpösaarekeilmiön vaikutuksia voidaan siis lieventää huomioimalla kaupunkirakenteen vaikutus lämmön kertymiseen. Esimerkiksi katujen suunta suhteessa aurinkoon sekä niiden leveys ja ympäröivien rakennusten korkeus säätelevät auringonsäteilyn määrää eri rakenteisiin [2]. Itä-länsisuuntaiset kadut altistuvat päivän aikana eniten auringonsäteilylle, kun taas pohjoiseteläsuuntaiset kadut altistuvat vähiten. Lisäksi leveillä kaduilla, joissa rakennukset ovat matalia, auringonsäteilyaltistus voi olla voimakkaampi päivän aikana [3], [4]. Toisaalta asia ei ole yksiselitteinen, sillä myös kapeat, korkeita rakennuksia sisältävät kadut saattavat kanjonimaisen rakenteensa vuoksi estää ilmanvirtaamisen, mikä voimistaa lämpösaareketta [5]. Uusien alueiden rakentamisessa tulee pyrkiä välttämään tällaisia kaupunkirakenteita sekä tunnistaa ja kehittää jo olemassa olevia kuumuudelle alttiita alueita.

Erilaisten suunnitteluratkaisujen vaikutuksia lämpösaarekkeiden muodostumiseen ja ilmavirtauksiin voidaan selvittää mallinnuksen avulla. Samalla on mahdollista tarkentaa energian kulutuksen arvioita ja saada lisätietoa muun muassa energiajärjestelmän suunnittelua varten.

Tuulen ja kasvillisuuden, esimerkiksi suojapuuston, yhteisvaikutuksia voi hyödyntää varaamalla niille riittävästi tilaa ja huomioimalla rakennusten suuntaus sekä sijoittelu toisiinsa ja maaston muotoihin nähden. Tällöin varjon lisäksi saadaan viilennys- ja lämmityshyötyjä (tuulensuoja) [6]. Lisäksi aluesuunnittelussa on tärkeää mahdollistaa tilavaraukset lämpöpumpuin toteutettavalle viilennykselle sekä rakennuksen liittäminen kaukokylmään eli kaukojäähdytysverkkoon, mikäli tämä on mahdollista tulevaisuudessa.

Kaavamääräykset ja rakentamisen ohjaus ovat tärkeitä keinoja lämpösaarekeilmiön lieventämisessä

Kaupunkien lämpötasapainoon voidaan vaikuttaa merkittävästi kaavoituksella sekä kiinnittämällä huomiota rakennusmateriaaleihin ja rakennusten lämpöolosuhteisiin. Kaavoituksen kautta voidaan asettaa määräyksiä ja suosituksia rakennusten suunnasta, koosta ja viheralueiden määrästä tonteilla. Lämpösaarekeilmiöön vaikuttavia tekijöitä voidaan huomioida myös rakentamista ohjaavissa rakennusjärjestyksissä ja kaupungin kilpailutettavissa suunnitteluratkaisuissa. Esimerkiksi Helsingissä tehtyjen mallinnusten mukaan koettu kuumarasitus lisääntyy sen myötä mitä korkeampia alueen rakennukset ovat. Rakennusten korkeuden kasvaessa yli 20 metrin kuumarasituksen ei kuitenkaan enää havaittu kasvavan rakennusten varjostavan vaikutuksen vuoksi [7].

Keinoja, joilla kaavoituksessa ja rakentamisen ohjauksessa voidaan lieventää lämpösaarekeilmiötä [8], [9], [10]:

  • Heijastuskyvyn (albedon) huomioiminen eli esimerkiksi rakenteiden pintamateriaalit sekä puiden rooli lämpösäteilyä heijastavana, varjostavana ja haihduntaa lisäävänä tekijänä eli viilentävä keidasvaikutus alueen suunnittelussa.
  • Aerodynamiikan eli ilman vapaan virtaamisen huomioiminen rakentamisessa. Siihen vaikuttavat muun muassa rakennusten korkeudet, liikenneväylien leveys ja muoto ja näiden sijoittelu sekä viher-, vesi- ja muut rakennuksista vapaat alueet.
  • Vihreän vyöhykkeen ja/tai vihreän pinta-alan suunnittelu ja kehittäminen kaupunkialueella huomioiden alueen tuulet ja paikallisten lämpötilaerojen synnyttämät ilmanvirtaukset viilentävänä tekijänä.
  • Viherkattojen, -kansien, -seinien ja puutarhojen lisääminen kaupunkialueiden rakennuksiin tai sopiville alueille, jolloin voidaan edistää kasvien ja kasvillisuuden haihdutusjäähdytystä ja rakennuksia viilentävää vaikutusta.
  • Sprinklereiden tai suihkulähteiden asennus katoille tai pihoille edistämään haihduntaa ja sen jäähdytysvaikutusta.
  • Rakenteiden ja pintamateriaalien maalaaminen valkoisiksi tai vaaleiksi lisää niiden kykyä heijastaa auringonsäteilyä (albedo).
  • Kaukokylmäverkojen mahdollistaminen lämpöpumppujen avulla sekä liittyminen jäähdytysverkkoon.
  • Passiivisten rakenteiden hyödyntäminen huomioiden materiaalien ja rakenteiden lämpökäyttäytyminen ja läpäisevyys.

Monimuotoinen siniviherinfrastruktuuri viilentää ja varjostaa kaupunkiympäristöä

Kaupunkisuunnittelussa lämpösaarekeilmiötä voidaan lieventää sinivihreällä infrastruktuurilla, kuten kaupunkipuistoilla, katupuilla, viherkatoilla ja -seinillä sekä luontaisilla tai rakennetuilla vesialueilla ja kosteikoilla. Viheralueiden ja -elementtien lisäksi vesialueet, jotka tunnetaan myös sinirakenteina tai sinisenä infrastruktuurina, vaikuttavat ilman lämpötilaan. Veden haihtumiseen kuluu energiaa ja toisaalta vesistöt varastoivat merkittäviä määriä lämpöä ja muokkaavat ilmavirtauksia [11]. Päivällä, kun ilman lämpötila on korkeimmillaan, sinirakenteet useimmiten laskevat lämpötilaa [12], [13].

Ilman lämpötilojen vaikutusten lisäksi vesialueet voivat tehostaa vihreän infrastruktuurin vaikutuksia, erityisesti kuivuusjaksojen aikana. Kuivuudesta kärsivillä kasvustoilla ja puilla on riittävästi kasteltuihin kasveihin verrattuna heikompi haihdutuskyky. Viilentävien vaikutusten saavuttamiseksi onkin tärkeää huolehtia viherrakenteiden asianmukaisesta kastelusta [9], [14]. Ensisijaisesti kastelussa tulisi käyttää hukkavettä, kuten sade- ja sulamisvesien muodostamaa hulevettä [2]. Hulevesien hyödyntäminen vaatii kuitenkin investointeja keräys- ja varastointijärjestelmiin, joihin esimerkiksi sadepuutarhat ja muut viivytyspainateet kuuluvat. Investoinnit kuitenkin saattavat olla kannattavia, koska hulevesien hallinta vähentää myös tulvariskejä ja maanpinnan eroosiota [15].

Jotta kaupunkivihreällä ja erilaisilla vesielementeillä saadaan aikaan lämpösaareketta viilentävä vaikutus, sinivihreä infrastruktuuri on suunniteltava ja sijoitettava huolellisesti. Suunnitteluprosessissa kannattaa myös hyödyntää monialaista asiantuntemusta hyötyjen maksimoimiseksi. Esimerkiksi viheralueet, jotka ovat luonteeltaan puustoisia ja monikerroksisia ympäristöjä, vaikuttavat ilmaston viilenemiseen tehokkaammin kuin avoimet viheralueet, jotka saattavat jopa voimistaa lämpösaarekkeen vaikutuksia erityisesti kuumina päivinä [16]. Usein kaupunkivihreän lisääminen suoraan kaupunkirakenteeseen erillisten laajojen viheralueiden sijaan voi lieventää lämpösaarekeilmiötä jopa tehokkaammin [17]. Lajien valinnassa puolestaan tulee huomioida muuttuva ilmasto ja sen myötä kasavavat riskit, kuten lisääntyvät kasvitaudit.

Esimerkki

Katualueilla useimmiten käytettyjä vihreän infrastruktuurin keinoja ovat katupuut. Katupuut ja muu kasvillisuus höyrystävät vettä, joka viilentää ja kosteuttaa ympäröivää ilmaa sitomalla energiaa. Kun sama höyry tiivistyy uudelleen vedeksi, sitoutettu energia vapautuu taas lämpönä ympäristöön. Tämä tasapainottaa lämpötilaa sekä ajassa että paikassa, toisin kuin keinotekoinen ilmastointi, joka vapauttaa lämpöä lähiympäristöönsä. [18] Puut luovat myös viilentäviä varjoja ja toimivat siten auringon säteilyä lieventävinä tekijöinä, mikä puolestaan parantaa ihmisten lämpömukavuutta.

Katupuiden suunnittelussa tulee kuitenkin olla huolellinen, sillä niiden vaikutus ympäristön lämpötilaan ja ilmanlaatuun on monimutkainen. Se riippuu tekijöistä, kuten kasvillisuuden tiheydestä, paikallisesta ilmastosta ja puulajeista. [19] Erityisesti taivaan näkyvyyskerroin on otettava huomioon, samoin kuin kadun geometria ja suuntaus suhteessa aurinkoon [20]. On tärkeää, etteivät puut estä ilman virtaamista. Tähän voidaan vaikuttaa muun muassa istutusetäisyyksillä, valitsemalla lajikkeita, jotka eivät kasva liian korkeiksi tai leveiksi sekä suosimalla puuston monimuotoisuutta ja huolehtimalla niiden säännöllisestä karsinnasta.

Esimerkki

Lämpösaarekkeen hillinnässä voidaan hyödyntää myös viherkattoja. Ne voivat alentaa sisäilman lämpötilaa kuumalla säällä ja samalla vähentää talvella lämpöhukkaa, mikä pienentää lämmityskuluja. Lisäksi viherkatot hallitsevat sadevettä, parantavat ilmanlaatua, tarjoavat esteettistä arvoa ja ovat ympäristöystävällisiä vaihtoehtoja perinteisille katoille. Monihyötyisyys tekee viherkatoista houkuttelevan vaihtoehdon kestävän rakentamisen edistämisessä. [21]

Toisin kuin usein luullaan, viherkatot sopivat myös pohjoiseen ilmastoon [22] ja ovat etenkin pitkällä aikavälillä kustannustehokas vaihtoehto. Kuten katupuiden, myös viherkattojen suunnittelu vaatii kuitenkin monialaista osaamista ja yhteistyötä esimerkiksi rakennus- ja viheralan välillä.

Kaupunkisuunnittelun toimijoiden tarkistuslista: lämpösaarekeilmiön huomioiminen

Seuraava kysymyslista auttaa huomioimaan lämpösaarekeilmiön osana kaupunkisuunnittelua.

[23]

  • Li, Y., Schubert, S., Kropp, J. P. & Rybski, D. 2020. On the influence of density and morphology on the Urban Heat Island intensity. Nature Communications, Volume 11, Article number 2647. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16461-9
  • Norton, B., Coutts, A., Livesley, S., Harris, R., Hunter, A. & Williams, N. 2015. Planning for cooler cities: A framework to prioritise green infrastructure to mitigate high temperatures in urban landscapes. Landscape and urban planning, Volume 134: 127–138. https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2014.10.018
  • Oke, T. 1987. Boundary Layer Climates. 2nd edition. Routledge, London. [Viitattu 22.3.2024]
  • Bourbia, F. & Awbi, H. 2004. Building cluster and shading in urban canyon for hot dry climate: Part 1: Air and surface temperature measurements. Renewable energy Volume 29, Issue 2: 249–262. https://doi.org/10.1016/S0960-1481(03)00170-8
  • Doblas-Reyes, F. J., Sörensson, A.-A., Almazroui, M., Dosio, A., Gutowski, W. J., Haarsma, R., Hamdi, R., Hewitson, B., Kwon,W.-T., Lamptey, B. L., Maraun, D., Stephenson, T. S., Takayabu, I., Terray, L., Turner, A. & Zuo, 2021: Linking Global to Regional Climate Change. In: IPCC. 2021. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., Zhai, P., Pirani, A., Connors, S. L., Péan, C., Berger, S., Caud, N., Chen, Y., Goldfarb, L., Gomis, M. I., Huang, M., Leitzell, K., Lonnoy, E., Matthews, J. B. R., Maycock, T. K., Waterfield, T., Yelekçi, O., Yu, R. & Zhou, B. (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: 1363–1512. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/chapter/chapter-10/
  • Lindberg, T. 2015. Vihreä asuinkerrostalo – Selvitys ekologisen asuinkerrostalon passiivisista suunnitteluratkaisuista energiatehokkuuden ja hiilijalanjäljen näkökulmista. Diplomityö. Tampereen teknillinen yliopisto, Arkkitehtuurin laitos, Tampere. Julkaisu 21. 297 s. https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511111707
  • Chitu, Z., Velea, L., Bojariu, R., Votsis, A., Dascalu, S., Gothard, M., Fortelius, C., Hamdi, R., Masson, V., Ruuhela, R., Saranko, O., Siljamo, P., van Schaeybroek B. & Perrels, A. 2021. URCLIM project deliverable 5.3. URCLIM D53_version_28062 1. 39 p. [Viitattu 22.3.2024] https://www.researchgate.net/publication/365186846
  • Bhargava, A., Lakmini, S. & Bhargava, S. 2017. Urban heat island effect: it’s relevance in urban planning. Journal of Biodiversity: Endangered Species, Volume 5, Issue 2, 1000187. 4 p. (PDF) https://doi.org/10.4172/2332-2543.1000187
  • Elliott, H. Eon, C. &, Breadsell, J. K. 2020. Improving city vitality through urban heat. Reduction with green infrastructure and design solutions: a systematic literature review. Buildings, Volume 10, Issue 12, 219. https://doi.org/10.3390/buildings10120219
  • Rinne, S., Auvinen, K., Reda, F., Ruggiero, S. & Temmes, A. 2019. Clean district heating -how can it work? Aalto University, Department of Management Studies. Aalto University publication series BUSINESS + ECONOMY, 3/2019. 31 p. http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-8722-1
  • Zhao, L., Li, T., Przybysz, A., Liu, H., Zhang, B., An, W. & Zhu, C. 2023. Effects of urban lakes and neighbouring green spaces on air temperature and humidity and seasonal variabilities. Sustainable Cities and Society, Volume 91. https://doi.org/10.1016/j.scs.2023.104438
  • Manteghi, G., bin limit, H. & Remaz, D. 2015. Water Bodies an Urban Microclimate: A Review. Modern Applied Science, Volume 9, Number 6. http://dx.doi.org/10.5539/mas.v9n6p1
  • Chen, J. Chu, R., Wang, H., Zhang, L., Chen, X. & Du, Y. 2019. Alleviating urban heat island effect using high-conductivity permeable concrete pavement. Journal of Cleaner Production, Volume 237, 117722. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117722
  • Shashua-Bar, L., Perlmutter, D. & Erell, E. 2011. The influence of trees and grass on outdoor thermal comfort in a hot-arid environment. International journal of climatology, Volume 31, Issue 10: 1498–1506. https://doi.org/10.1002/joc.2177
  • Kasprzyk, M., Szpakowski, W., Poznańska, E., Boogaard, F. C., Bobkowska, K. & Gajewska, M. 2022. Technical solutions and benefits of introducing rain gardens – Gdańsk case study. The Science of the total environment, Volume 835. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155487
  • Igergård, F. 2021. Addressing the urban heat island effect in Stockholm. An analysis of its presence and relation to land cover and urban planning. KTH Royal Institute of Technology, School of Architecture and the Build Environment. [Viitattu 22.3.2024] https://kth.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A1570312&dswid=5593
  • Ward, K., Lauf, S., Kleinschmit, B. & Endlicher, W. 2016. Heat waves and urban heat islands in Europe: A review of relevant drivers. Science of the Total Environment, Volumes 569–570: 527–539. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.06.119
  • Kravčík, M., Pokorný, J., Kohutiar, J., Kováč, M., Tóth, E. 2008. Water for the recovery of the climate – A new water paradigm. 94 p. (PDF) [Viitattu 22.3.2024. Sivu poistettu.] http://www.waterparadigm.org/download/Water_for_the_Recovery_of_the_Climate_A_New_Water_Paradigm.pdf
  • Knight, T., Price, S., Bowler, D., Hookway, A., King, S., Konno, K., & Richter, R. L. 2021. How effective is ‘greening’ of urban areas in reducing human exposure to ground-level ozone concentrations, UV exposure and the ‘urban heat island effect’? An updated systematic review. Environmental Evidence, Volume 10, Article number 12. https://doi.org/10.1186/s13750-021-00226-y
  • Karimi, A., Mohammad, P., García-Martínez, A., Moreno-Rangel, D., Gachkar, D., & Gachkar, S. 2022. New developments and future challenges in reducing and controlling heat island effect in urban areas. Environment, Development and Sustainability. Advance online publication. https://doi.org/10.1007/s10668-022-02530-0
  • Mihalakakou, G., Souliotis, M., Papadaki, M., Menounou, P., Dimopoulos, P., Kolokotsa, D., Paravantis, J. A., Tsangrassoulis, A., Panaras, G., Giannakopoulos, E., & Papaefthimiou, S. (2023). Green roofs as a nature-based solution for improving urban sustainability: Progress and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 180, 113306. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113306
  • Malin, A. 2020. Viherkatot osana pohjoista kaupunkirakentamista - Tapaustutkimus Oulun alueella. Diplomityö. Oulun yliopisto, Rakennus- ja yhdyskuntatekniikan tutkinto-ohjelma. 90 s. https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202008152788
  • Tikkakoski, P., Leppänen, S., Mela, H., Luhtala, S., Hildén, M., Mikkola, M., Kühn, T., Naumanen, H., Ahonen, S., Haapala, A., Lilja, S., Tuomenvirta, H., Drebs, A. & Votsis, A. 2024. Kohti ilmastokestävää kaupunkisuunnittelua: Opas ilmastonmuutoksen hillinnän ja sopeutumisen edistämiseen alueidenkäytön suunnittelussa, kaavoituksessa ja rakentamisessa. Suomen ympäristökeskuksen raportteja, 18/2024, Helsinki. 204 s. http://hdl.handle.net/10138/576343

Tuottajatahot

  • Sisältö on tuotettu EU:n LIFE-ohjelman osarahoittamassa LIFE17 IPC/FI/000002 LIFE-IP CANEMURE -hankkeessa.