Отражающие поверхности могут обеспечивать высокий коэффициент отражения солнечного света (способность отражать видимые, инфракрасные и ультрафиолетовые волны солнца , уменьшая теплопередачу к поверхности) и высокий коэффициент теплового излучения (способность излучать поглощенную или неотраженную солнечную энергию). [1] Отражающие поверхности - это форма геоинженерии .
Самый известный тип отражающей поверхности - это тип крыши, который называется «холодная крыша». Хотя холодные крыши в основном ассоциируются с белыми крышами, они бывают разных цветов и материалов и доступны как для коммерческих, так и для жилых зданий. [2] Современные кровельные пигменты позволяют получить металлическую кровлю с рейтингом EnergyStar в темных тонах, даже в черном.
Светоотражающие автомобили или прохладные автомобили отражают больше солнечного света, чем темные автомобили, что снижает количество тепла, передаваемого в салон автомобиля. Таким образом, это помогает снизить потребность в кондиционировании воздуха, расход топлива и выбросы парниковых газов и загрязнителей городского воздуха. [3]
Парковки классного цвета - это парковки, сделанные со светоотражающим слоем краски. [4] Для прохладных тротуаров, которые предназначены для отражения солнечного излучения, могут использоваться модифицированные смеси, отражающие покрытия, проницаемые тротуары и тротуары с растительностью. [5]
Преимущества крутых крыш
Холодные крыши в жарком климате могут принести как немедленные, так и долгосрочные выгоды, в том числе:
- Экономия до 15% годового потребления энергии для кондиционирования воздуха в одноэтажном здании [2] [6]
- Помощь в смягчении эффекта городского острова тепла . [7]
- Снижение загрязнения воздуха и выбросов парниковых газов , а также значительная компенсация теплового воздействия выбросов парниковых газов. [8]
Холодные крыши позволяют экономить энергию на охлаждение жарким летом, но могут увеличивать тепловую нагрузку в холодные зимы. [9] Таким образом, чистая экономия энергии на холодных крышах зависит от климата. Однако исследование энергоэффективности 2010 г. [10], посвященное этому вопросу для коммерческих зданий с кондиционированием воздуха в Соединенных Штатах, показало, что экономия на летнее охлаждение обычно перевешивает расходы на отопление зимой даже в холодном климате вблизи границы между Канадой и США, что дает экономию в обоих случаях. электричество и выбросы. Без надлежащей программы обслуживания для поддержания чистоты материала экономия энергии на холодных крышах может со временем уменьшиться из-за ухудшения альбедо и загрязнения. [11]
Исследования и практический опыт деградации кровельных мембран в течение нескольких лет показали, что солнечное тепло является одним из самых мощных факторов, влияющих на долговечность. Высокие температуры и большие колебания, сезонные или ежедневные, на уровне кровли отрицательно сказываются на долговечности кровельных мембран. Уменьшение резких перепадов температуры снизит вероятность повреждения мембранных систем. Покрытие мембран материалами, отражающими ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, уменьшит повреждение, вызванное ультрафиолетовым излучением и термической деградацией. Белые поверхности отражают более половины попадающего на них излучения, а черные - почти все. Кровельные мембраны с белым или белым покрытием или покрытие из белого гравия, по-видимому, являются лучшим подходом к решению этих проблем, когда мембраны должны подвергаться воздействию солнечного излучения. [12]
Если бы все городские плоские крыши в теплом климате были побелены, результирующее увеличение глобальной отражательной способности на 10% компенсировало бы эффект потепления в виде 24 гигатонн выбросов парниковых газов, что эквивалентно снятию с дороги 300 миллионов автомобилей на 20 лет. Это связано с тем, что белая крыша площадью 93 квадратных метра (1000 квадратных футов) компенсирует 10 тонн углекислого газа в течение своего 20-летнего срока службы. [13] В практическом исследовании 2008 г. [14] крупномасштабного охлаждения из-за повышенной отражательной способности было обнаружено, что в провинции Альмерия, Южная Испания, охлаждение на 1,6 ° C (2,9 ° F) за период 20 минут. лет по сравнению с окружающими регионами, поскольку теплицы, покрытые полиэтиленом, устанавливаются на обширной территории, которая ранее была открытой пустыней. Летом фермеры белят эти крыши, чтобы охладить растения.
Когда солнечный свет падает на белую крышу, большая его часть отражается и проходит через атмосферу в космос. Но когда солнечный свет падает на темную крышу, большая часть света поглощается и переизлучается в гораздо более длинных волнах, которые поглощаются атмосферой. (Газы в атмосфере, которые наиболее сильно поглощают эти длинные волны, были названы «парниковыми газами»). [15] Результаты исследования, проведенного Syed Ahmad Farhan et al. от Universiti Teknologi PETRONAS и Universiti Teknologi MARA в 2021 году [2], основанного на жарком и влажном климате Малайзии , предполагают, что выбор белой черепицы значительно снижает пики теплопередачи и температуру поверхности крыши. как значения теплопроводности и температуры поверхности кровли по суточным профилям. Напротив, результаты также показывают, что это не влияет на ночные профили, поскольку отвод тепла в небо происходит в течение ночи. Отвод тепла от здания происходит из-за отсутствия солнечного излучения, которое снижает температуру неба и позволяет небу действовать как теплоотвод, который способствует передаче тепла от здания к небу для достижения теплового равновесия .
Исследование 2012 года, проведенное учеными из Университета Конкордия, включало переменные, аналогичные тем, которые использовались в Стэнфордском исследовании (например, реакция облаков), и подсчитало, что развертывание прохладных крыш и тротуаров в городах по всему миру вызовет глобальный охлаждающий эффект, эквивалентный компенсации до 150 гигатонн энергии. Выбросы углекислого газа - достаточно, чтобы увести любую машину в мире с дороги на 50 лет. [16] [17]
Недостатки
Исследование 2011 года, проведенное учеными из Стэнфордского университета, показало, что, хотя светоотражающие крыши снижают температуру в зданиях и смягчают « эффект городского теплового острова », на самом деле они могут повышать глобальную температуру. [18] [19] В исследовании отмечается, что в нем не учтено сокращение выбросов парниковых газов в результате энергосбережения здания (годовая экономия энергии на охлаждение минус годовой штраф за тепловую энергию), связанного с холодными крышами (что означает, что нужно будет использовать больше энергии для обогрева жилого помещения за счет уменьшения тепла от солнечного света зимой.) Однако это относится только к тем районам с низкими зимними температурами, а не с тропическим климатом. Кроме того, дома в районах, где зимой выпадает снег, вряд ли получат значительно больше тепла от более темных крыш, поскольку большую часть зимы они будут находиться под снегом. В ответном документе под названием «Прохладные крыши и глобальное похолодание», подготовленном исследователями из группы тепловых островов Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, были высказаны дополнительные опасения по поводу достоверности этих результатов, ссылаясь на неопределенность, признанную авторами, статистически незначимые численные результаты и недостаточные детальность в анализе локальных вкладов в глобальные обратные связи. [20]
Кроме того , 2012 исследований в Университете Калифорнии, Сан - Диего «s Jacobs Инженерной школа во взаимодействие между отражающими тротуарами и зданиями обнаружили , что, если соседние здания не оснащены антибликовым стеклом или другие факторами , смягчающих, солнечное излучение , отраженные от светлого цвета тротуаров может повышать температуру в близлежащих зданиях, увеличивая потребность в кондиционировании воздуха и увеличивая потребление энергии. [21]
В 2014 году группа исследователей во главе с Матей Георгеску, доцентом факультета географических наук и городского планирования Университета штата Аризона и старшим научным сотрудником Глобального института устойчивости , изучала относительную эффективность некоторых из самых общие адаптационные технологии, направленные на снижение потепления в результате расширения городов. Результаты исследования показывают, что эффективность городских адаптационных технологий может противодействовать этому повышению температуры, но также меняется в зависимости от сезона и географической зависимости. [22]
В частности, то, что работает в Центральной долине Калифорнии, например прохладные крыши, не обязательно дает те же преимущества другим регионам страны, например Флориде. Оценка последствий, выходящих за рамки приповерхностных температур, таких как осадки и потребность в энергии, выявляет важные компромиссы, которые часто не учитываются. Было установлено, что прохладные крыши особенно эффективны для некоторых участков в летнее время. Однако зимой эти же стратегии адаптации к городской среде, когда они используются в северных районах, дополнительно охлаждают окружающую среду и, следовательно, требуют дополнительного обогрева для поддержания уровня комфорта. «Экономия энергии, полученная в течение летнего сезона для некоторых регионов, почти полностью теряется в течение зимнего сезона», - сказал Георгеску. Во Флориде и, в меньшей степени, в юго-западных штатах, холодные крыши вызывают совсем другой эффект. «Во Флориде наше моделирование показывает значительное сокращение количества осадков», - сказал он. «Установка прохладных крыш приводит к уменьшению количества осадков на 2–4 миллиметра в день, что является значительным количеством (почти 50 процентов), которое будет иметь последствия для воды. доступность, уменьшение стока и негативные последствия для экосистем. Для Флориды прохладные крыши могут быть не лучшим способом борьбы с городским островом тепла из-за этих непредвиденных последствий ». В целом, исследователи предполагают, что разумное планирование и выбор дизайна должны быть рассмотрены в попытке противодействовать повышению температуры, вызванному разрастанием городов и парниковыми газами. Они добавляют, что «изменение климата, вызванное городами, зависит от конкретных географических факторов, которые необходимо оценивать при выборе оптимальных подходов, в отличие от универсальных решений». [23]
Серия руководств по передовым энергетическим проектам была разработана в сотрудничестве с ASHRAE (Американское общество инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха), AIA ( Американский институт архитекторов ), IESNA (Общество инженеров освещения Северной Америки), USGBC (США). Совет по экологическому строительству) и Министерство энергетики США (Министерство энергетики США) в 2011 году. Эти руководства были нацелены на достижение 50% экономии энергии при создании здания с нулевым потреблением энергии и охватывали типы зданий от малых до средних офисных зданий, от средних до больших. Здания розничной торговли, большие больницы и здания школ K-12. В климатических зонах 4 и выше рекомендуется следовать стандарту ASHRAE 90.1 для отражательной способности крыш, который в настоящее время не требует, чтобы крыши отражали в этих зонах. В климатических зонах 4 и выше холодные крыши не являются рекомендуемой стратегией проектирования. [24]
В 2011 году в сотрудничестве с Министерством энергетики США и PNNL (Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория) была разработана серия руководств по усовершенствованной энергетической модернизации для «Практических способов улучшения энергетических характеристик». Торговые и офисные здания, которые могут повысить свою энергоэффективность. Холодные крыши рекомендуются не для всех мест. «Эта мера, вероятно, более рентабельна в зоне жаркого и влажного климата с продолжительным периодом похолодания, чем, например, в зоне очень холодного климата. Для зданий, расположенных в теплом климате, эта мера заслуживает рассмотрения ». [25] [26]
Ассоциация Развития Медь провела несколько исследований, начиная с 2002 года, на котором были рассмотрены повышенные температуры проводки внутри трубопроводов на уровне и выше различных материалов цвет крыши. Результаты пришли к выводу, что температуры над прохладными крышами были выше, чем у кровельных материалов более темного цвета. Это иллюстрирует идею, согласно которой отклоненное солнечное излучение, когда ему препятствует оборудование на крыше, трубопроводы или другие материалы, будет подвергаться тепловому воздействию излучения. [27]
Согласно «Руководству по выбору прохладных крыш» Министерства энергетики США : «Холодные крыши следует рассматривать в контексте вашего окружения. Относительно легко указать прохладную крышу и спрогнозировать экономию энергии, но некоторые размышления на будущее могут предотвратить другие головные боли. Задайте этот вопрос перед установкой прохладной крыши: куда уйдет отраженный солнечный свет? Яркая, отражающая крыша могла отражать свет и тепло в более высокие окна более высоких соседних зданий. В солнечную погоду это может вызвать неприятные блики и нежелательное тепло для вас или ваших соседей. Избыточное тепло, вызванное отражениями, увеличивает потребление энергии для кондиционирования воздуха, сводя на нет некоторые преимущества экономии энергии от прохладной крыши ». [28]
Согласно «Руководству по выбору прохладных крыш» Министерства энергетики США по содержанию холодных крыш: «По мере того, как холодная крыша становится грязной из-за загрязнения, пешеходного движения, отложенных ветром обломков, водоемов и плесени или роста водорослей, ее отражательная способность снизится, что приведет к повышению температуры. Особенно грязные крыши могут работать значительно хуже, чем указано на этикетках продуктов. Грязь от пешеходного движения можно свести к минимуму, указав специальные переходы или ограничив доступ к крыше. На крутых наклонных крышах меньше проблем с грязью дождевая вода может легче смыть грязь и мусор. Некоторые холодные поверхности крыши являются «самоочищающимися», что означает, что они легче сбрасывают грязь и могут лучше сохранять свою отражательную способность. Очистка холодной крыши может восстановить коэффициент отражения солнечного света, близкий к установленному. Всегда уточняйте у производителя кровли правильную процедуру очистки, так как некоторые методы могут повредить вашу крышу. Хотя, как правило, чистка крыши только для Для экономии энергии очистка кровли может быть интегрирована в качестве одного из компонентов программы текущего обслуживания вашей кровли. Поэтому лучше всего оценивать экономию энергии на основе значений коэффициента отражения солнечного света, а не значений чистой кровли » [28].
Характеристики
Когда солнечный свет попадает на темную крышу, около 15% его отражается обратно в небо, но большая часть его энергии поглощается системой крыши в виде тепла. Холодные крыши отражают значительно больше солнечного света и поглощают меньше тепла, чем традиционные крыши темного цвета [29]
Есть два свойства, которые используются для измерения эффекта холодных крыш:
- Коэффициент отражения солнечного света, также известный как альбедо , - это способность отражать солнечный свет. Он выражается либо в виде десятичной дроби, либо в процентах. Значение 0 указывает, что поверхность поглощает всю солнечную радиацию , а значение 1 (или 100%) представляет общую отражательную способность.
- Тепловая эмиссия - это способность выделять поглощенное тепло. Он также выражается либо в виде десятичной дроби от 0 до 1, либо в процентах.
Другой метод оценки прохлады - это индекс солнечного отражения (SRI), который объединяет как коэффициент отражения, так и коэффициент излучения в одном значении. SRI измеряет способность крыши отводить солнечное тепло, определяемое таким образом, что стандартный черный цвет (коэффициент отражения 0,05, коэффициент излучения 0,90) равен 0, а стандартный белый цвет (коэффициент отражения 0,80, коэффициент излучения 0,90) равен 100. [30]
Идеальный SRI составляет приблизительно 122, значение для идеального зеркала, которое не поглощает солнечный свет и имеет очень низкий коэффициент излучения. Единственный практичный материал, который приближается к этому уровню, - нержавеющая сталь с индексом SRI 112. Крыши с высокой отражательной способностью и низким коэффициентом излучения постоянно поддерживают температуру, очень близкую к окружающей, предотвращая приток тепла в жаркий климат и сводя к минимуму потери тепла в холодном климате. Крыши с высоким коэффициентом излучения имеют гораздо более высокие потери тепла в холодном климате при тех же значениях теплоизоляции.
Калькулятор экономии на кровле
Калькулятор экономии на крышах (RSC) - это инструмент, разработанный Национальной лабораторией Окриджа Министерства энергетики США, который оценивает экономию на охлаждении и обогреве для крыш с низким уклоном с белыми и черными поверхностями. [31]
Этот инструмент был сотрудничество как Oak Ridge National Laboratory и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в целях обеспечения отрасли консенсуса сбережения крыши для жилых и коммерческих зданий. Он сообщает о чистой годовой экономии энергии (экономия энергии на охлаждение за вычетом штрафов за отопление) и, таким образом, применимо только к зданиям с системой отопления и / или охлаждения. [32]
Виды крутых крыш
Холодные крыши делятся на три категории: крыши из холодных кровельных материалов, крыши из материалов, покрытых светоотражающим покрытием, или зеленые крыши. [ необходима цитата ]
Крутые крыши
Крыши из белых термопластичных мембран (ПВХ и ТПО) по своей природе обладают отражающей способностью, обеспечивая одни из самых высоких измерений коэффициента отражения и излучения, на которые способны кровельные материалы. [ необходима цитата ] Крыша из белого термопласта, например, может отражать 80 или более процентов солнечных лучей и излучать не менее 70% солнечной радиации, которую поглощает крыша. Асфальт крыша отражает только между 6 и 26% от солнечной радиации.
Помимо белых термопластичных мембран из ПВХ и ТПО, используемых во многих коммерческих холодных крышах, проводятся исследования в области холодного асфальта. Асфальтовая черепица составляет большую часть рынка кровли для жилых домов в Северной Америке, и предпочтения потребителей более темных цветов делают создание светоотражающей черепицы особой проблемой, из-за чего у асфальтовой черепицы коэффициент отражения солнечного света составляет всего 4–26%. Когда эти крыши спроектированы так, чтобы отражать повышенное количество солнечной радиации, эффект городского теплового острова может быть уменьшен за счет снижения затрат на охлаждение летом. Хотя более отражающая крыша может привести к более высоким расходам на отопление в холодные месяцы, исследования показали, что повышенные расходы на отопление зимой все еще ниже, чем экономия на расходах на охлаждение летом. [33] Чтобы удовлетворить потребности потребителей в более темных цветах, которые все же отражают значительное количество солнечного света, используются различные материалы, способы нанесения покрытий и пигменты. Поскольку только 43% света приходится на видимый световой спектр, коэффициент отражения можно улучшить, не влияя на цвет, за счет увеличения коэффициента отражения УФ- и ИК-света. [34] Высокая шероховатость поверхности также может способствовать низкому коэффициенту отражения солнечного света у асфальтовой черепицы, поскольку эта черепица состоит из множества небольших приблизительно сферических гранул, которые имеют высокую шероховатость поверхности. [35] Чтобы уменьшить это, исследуются другие гранулированные материалы, такие как чешуйки плоской породы, которые могут снизить неэффективность отражательной способности из-за шероховатости поверхности. Другой альтернативой является нанесение покрытия на гранулы с использованием процесса двойного покрытия: внешнее покрытие будет иметь желаемый цветовой пигмент, хотя оно может быть не очень отражающим, в то время как внутреннее покрытие представляет собой покрытие из диоксида титана с высокой отражающей способностью.
Самый высокий рейтинг SRI и самые холодные крыши - это крыши из нержавеющей стали, которые всего на несколько градусов выше окружающей среды в условиях среднего ветра. Их SRI варьируется от 100 до 115. Некоторые из них также гидрофобны, поэтому они остаются очень чистыми и сохраняют свой первоначальный SRI даже в загрязненной среде. [A]
Крыши с покрытием
Существующую (или новую) крышу можно сделать отражающей, нанеся на ее поверхность солнцезащитное покрытие. Рейтинги отражательной способности и коэффициента излучения для более чем 500 отражающих покрытий можно найти в рейтинге Cool Roofs Rating Council. [36]
Синие и красные крыши
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли определили, что используемый древними египтянами пигмент, известный как « египетский синий », поглощает видимый свет и излучает свет в ближнем инфракрасном диапазоне. Это может быть полезно в строительных материалах для охлаждения крыш и стен. [37] [38] [39]
Они также разработали флуоресцентные рубиново-красные покрытия, которые имеют отражающие свойства, аналогичные свойствам белых крыш. [40] [41]
Зеленые крыши
Зеленые крыши создают слой тепловой массы, который помогает уменьшить поток тепла в здание. Коэффициент отражения солнечного света от зеленых крыш варьируется в зависимости от типа растений (обычно 0,3–0,5). [42] Зеленые крыши могут не отражать столько, сколько холодная крыша, но имеют другие преимущества, такие как эвапотранспирация, которая охлаждает растения и прилегающую к ним территорию, помогая снизить температуру на крышах, но, естественно, повысив влажность. Более того, некоторые зеленые крыши нуждаются в уходе, например, в регулярном поливе.
Прохладный климат
В некоторых климатических условиях, где дней нагрева больше, чем дней охлаждения, белые отражающие крыши могут оказаться неэффективными с точки зрения энергоэффективности или экономии, поскольку экономия на использовании энергии охлаждения может быть перевешена штрафами за отопление в зимний период. По данным Управления энергетической информации США, обследования потребления энергии в коммерческих зданиях за 2003 год, на отопление приходится 36% годового потребления энергии в коммерческих зданиях, в то время как на кондиционирование воздуха приходится только 8% в Соединенных Штатах. [43] Калькуляторы энергии обычно показывают чистую годовую экономию для темных кровельных систем в прохладном климате.
Идеальная крыша не будет поглощать тепло летом и не терять тепло зимой. Для этого потребуется очень высокий SRI, чтобы исключить все радиационные поступления тепла летом и потери зимой. Крыши с высоким SRI действуют как лучистый барьер , создавая эффект термоса. Холодные крыши с высоким коэффициентом излучения имеют неблагоприятные климатические условия из-за тепловых потерь в зимнее время, которых нет на отражающих крышах из голого металла, таких как нержавеющая сталь.
Тематические исследования
В федеральном исследовании 2001 года Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (LBNL) измерила и рассчитала снижение пиковой потребности в энергии, связанной с отражательной способностью поверхности прохладной крыши. [44] LBNL обнаружила, что по сравнению с оригинальной черной резиновой кровельной мембраной в изучаемом здании розничной торговли в Техасе, модифицированная виниловая мембрана обеспечивала в среднем снижение температуры поверхности на 24 ° C (43 ° F), что на 11% меньше общего содержания воздуха. кондиционирование потребления энергии и соответствующее снижение на 14% потребности в час пик. Средняя дневная летняя температура черной поверхности крыши составляла 75 ° C (167 ° F), но после установки белой отражающей поверхности она составила 52 ° C (126 ° F). Без учета каких-либо налоговых льгот или других сборов за коммунальные услуги годовые расходы на электроэнергию были сокращены на 7200 долларов или 0,07 доллара на квадратный фут (эта цифра касается сборов за электроэнергию, а также платы за пиковое потребление).
Приборы измеряли погодные условия на крыше, температуру внутри здания и по всем слоям крыши, а также кондиционирование воздуха и общее энергопотребление здания. Измерения проводились с оригинальной черной резиновой кровельной мембраной, а затем после замены на белую виниловую крышу с такой же изоляцией и системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Хотя фактические данные были собраны за полный год, из-за отклонений в данных данные за один месяц были исключены вместе с несколькими другими днями, которые не соответствовали параметрам исследования. Было использовано всего 36 непрерывных дней до модернизации и только 28 непостоянных рабочих дней в период после модернизации. [44]
Другое тематическое исследование, проведенное в 2009 году и опубликованное в 2011 году, было выполнено Ashley-McGraw Architects и CDH Energy Corp для Департамента исправительных учреждений округа Онондага в Джеймсвилле, штат Нью-Йорк, в ходе которого оценивались энергетические характеристики зеленой или растительной крыши, темного EPDM. крыша и белая светоотражающая крыша TPO . Результаты измерений показали, что кровельные системы TPO и растительные кровли имеют гораздо более низкие температуры, чем обычная поверхность EPDM . Уменьшение поглощения солнечной энергии привело к снижению притока солнечной энергии летом, но также к увеличению потерь тепла в отопительный сезон. По сравнению с мембраной из EPDM , кровля из TPO имела на 30% больше потерь тепла, а кровля с растительным покрытием - на 23% больше. [45]
Рекламные программы
Через федеральное правительство США
В июле 2010 года Министерство энергетики США объявило о серии инициатив по более широкому внедрению технологий холодных крыш на объектах и зданиях Министерства энергетики по всей стране. [46] В рамках новых усилий, DOE установит холодную крышу, когда это будет рентабельно в течение всего срока службы крыши, во время строительства новой крыши или замены старой на объекте DOE.
В октябре 2013 года Министерство энергетики США оценило Cool Roofs как 53 из 100 (средневзвешенное значение от 0 до 100) за экономически эффективную энергетическую стратегию. [47] «Проблемы климата могут повлиять на характеристики холодной крыши. Холодные крыши более полезны в более теплом климате и могут привести к увеличению потребления энергии для отопления в более холодном климате. Холодные крыши оказывают меньшее воздействие, чем больше используется изоляция. Министр энергетики дал указание всем офисам Министерства энергетики США устанавливать холодные крыши, когда демонстрируется экономическая эффективность в течение всего жизненного цикла, при строительстве новых крыш или при замене старых крыш на объектах Министерства энергетики. Другим федеральным агентствам также было рекомендовано сделать то же самое. " [47]
Energy Star
Energy Star - это совместная программа Агентства по охране окружающей среды США и Министерства энергетики США, призванная сократить выбросы парниковых газов и помочь предприятиям и потребителям сэкономить деньги за счет выбора энергоэффективных продуктов.
Для крыш с низким уклоном кровельный продукт, имеющий право на маркировку Energy Star в рамках его Программы кровельных материалов, должен иметь начальную отражательную способность солнечного света не менее 0,65 и коэффициент отражения от атмосферных воздействий не менее 0,50 в соответствии с процедурами тестирования EPA. [48] Гарантии на продукцию для светоотражающей крыши должны быть во всех отношениях равны гарантиям, предлагаемым на сопоставимую продукцию для неотражающей крыши, предоставляемой данной компанией или в соответствии с отраслевыми стандартами.
В отличие от других продуктов с рейтингом Energy Star, таких как бытовая техника, эта рейтинговая система учитывает не всю конструкцию крыши, а только внешнюю поверхность. Потребители (то есть владельцы зданий) могут полагать, что этикетка Energy Star означает, что их крыша является энергоэффективной; тем не менее, испытания не такие строгие, как их стандарты на оборудование, и не включают дополнительные компоненты крыши (например, конструкцию крыши, огнестойкие барьеры, изоляцию, клеи, крепежные детали и т. д.). [49] Заявление об отказе от ответственности размещено на их веб-сайте «Хотя использование светоотражающей кровли имеет неотъемлемые преимущества, прежде чем выбирать кровельный продукт на основе ожидаемой экономии энергии, потребители должны изучить ожидаемые расчетные результаты, которые можно найти в Министерстве энергетики». Веб-сайт «Калькулятор экономии на кровле» по адресу www.roofcalc.com. Помните, что экономия энергии, которую можно достичь с помощью отражающей кровли, во многом зависит от конструкции объекта, используемой изоляции, климатических условий, местоположения здания и эффективности оболочки здания ». [49]
Склон | Мин. солнечная отражательная способность | Мин. излучение | Мин. индекс солнечного отражения |
---|---|---|---|
ENERGY STAR | |||
Низкий, начальный | 0,65 | ||
Низкий, в возрасте | 0,50 | ||
Крутой, начальный | 0,25 | ||
Крутой, выдержанный | 0,15 | ||
Зеленые глобусы | |||
Низкий уклон | 78 | ||
Крутой склон | 29 | ||
USGBC LEED | |||
Низкий уклон | 78 | ||
Крутой склон | 29 |
Совет по рейтингам Cool Roof
Совет по рейтингам Cool Roof [50] (CRRC) создал рейтинговую систему для измерения и регистрации коэффициентов отражения солнечного света и теплового излучения кровельных материалов. Эта система была помещена в онлайн-каталог, в котором содержится более 850 кровельных материалов, и доступна поставщикам энергоуслуг, органам строительного кодекса, архитекторам и разработчикам, владельцам недвижимости и специалистам по планированию местных сообществ. CRRC ежегодно проводит выборочное тестирование, чтобы убедиться в достоверности своего рейтингового справочника.
Рейтинговая программа CRRC позволяет производителям и продавцам надлежащим образом маркировать свою кровельную продукцию в соответствии с определенными характеристиками, измеренными CRRC. Однако в программе не указаны минимальные требования к коэффициенту отражения солнечного света или тепловому излучению.
Зеленые глобусы
Система Green Globe используется в Канаде и США. В США Green Globes принадлежит и управляется организацией Green Building Initiative (GBI). В Канаде версия для существующих зданий принадлежит и управляется BOMA Canada под торговой маркой Go Green (Visez vert).
Green Globe использует критерии производительности для оценки вероятного энергопотребления здания, сравнивая проект здания с данными, полученными с помощью Target Finder Агентства по охране окружающей среды, которые отражают реальную производительность здания. Здания могут получить рейтинг от одного до четырех глобусов. Это онлайн-система; Информация о здании проверяется сертифицированным и обученным лицензированным инженером или архитектором Green Globes. Чтобы соответствовать рейтингу, кровельные материалы должны иметь коэффициент отражения солнечного излучения не менее 0,65 и коэффициент теплового излучения не менее 0,90. 10 баллов могут быть присуждены за покрытие крыши от 1 до 100 процентов либо растительностью, либо материалами с высокой отражающей способностью, либо обоими. Физическая основа высокого коэффициента излучения весьма сомнительна, поскольку он просто описывает материал, который легко излучает в окружающую среду тепло в инфракрасной области спектра, способствуя парниковому эффекту. Материалы с высокой отражающей способностью и низким коэффициентом излучения намного лучше снижают потребление энергии.
LEED
Система рейтингов Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) Совета по экологическому строительству США является добровольным, постоянно развивающимся национальным стандартом для разработки высокоэффективных экологически чистых зданий. [ необходима цитата ] LEED обеспечивает стандарты для выбора продуктов при проектировании зданий, но не сертифицирует продукты. [ необходима цитата ]
В отличие от строительных норм , таких как Международный строительный кодекс , только члены USGBC и определенных «внутренних» комитетов могут добавлять, удалять или редактировать стандарт на основе процесса внутренней проверки. За кодексы построения моделей голосуют члены и внутренние комитеты, но допускают комментарии и свидетельства широкой общественности во время каждого цикла разработки кода на слушаниях Public Review, которые обычно проводятся несколько раз в год. [51]
В соответствии с версией LEED 2009, для получения баллов за экологическое развитие (Sustainable Sites Credit) 7.2 - Крыша с эффектом теплового острова, по крайней мере, 75% поверхности крыши должны быть выполнены из материалов, имеющих индекс солнечного отражения (SRI) не менее 78. Этот критерий также может быть соблюден. путем установки покрытой растительностью крыши не менее 50% площади крыши или установки крыши с высоким альбедо и растительности в комбинации, которая соответствует следующей формуле: (Площадь крыши, соответствующая минимальному SRI Roof / 0,75) + (Площадь покрытой растительностью крыши / 0,5) ≥ Общая площадь крыши. [52]
Примеры зданий с сертификатом LEED с белыми светоотражающими крышами приведены ниже. [53]
Название здания | Владелец | Место расположения | Уровень LEED |
---|---|---|---|
Сервисный центр Wildomar | Южная Калифорния Эдисон | Вильдомар, Калифорния | Платина [54] [55] |
Школа экологических наук и менеджмента Дональда Брена | Калифорнийский университет в Санта-Барбаре | Санта-Барбара, Калифорния | Платина |
Сервисный центр Frito-Lay Jim Rich | Frito-Lay, Inc. | Рочестер, Нью-Йорк | Золото |
Многофункциональное здание | Travaux Public et Services Gouvernementaux Canada | Монреаль, Квебек | Золото |
Центральная библиотека Сиэтла | Город Сиэтл | Сиэтл, Вашингтон. | Серебро |
Комплекс штаб-квартиры Национального географического общества | Национальное географическое общество | Вашингтон | Серебро |
Олимпийский овал Юты | Организационный комитет Зимних Олимпийских игр 2002 года в Солт-Лейк-Сити | Солт-Лейк-Сити, Юта | Проверенный |
Главный офис Premier Automotive Group в Северной Америке | Ford Motor Company | Ирвин, Калифорния | Проверенный |
Cool Roofs Europe и другие страны
Этот проект софинансируется Европейским Союзом в рамках программы Intelligent Energy Europe Program.
Целью предлагаемого действия является создание и реализация Плана действий для холодных крыш в ЕС. Конкретные цели: поддержка разработки политики путем передачи опыта и улучшения понимания фактического и потенциального вклада холодных крыш в потребление отопления и охлаждения в ЕС; убрать и упростить процедуры интеграции холодных крыш в конструкции и строительный фонд; изменить поведение лиц, принимающих решения, и заинтересованных сторон, чтобы повысить приемлемость холодных крыш; распространять и продвигать разработку новаторского законодательства, кодексов, разрешений и стандартов, включая процедуры подачи заявок, разрешения на строительство и планирование в отношении холодных крыш. [56] Работа будет развиваться по четырем направлениям: техническая, рыночная, политическая и конечные пользователи.
В тропической Австралии оцинкованные (серебристые) листы (обычно гофрированные ) не отражают тепло так же, как по-настоящему «холодный» белый цвет, особенно потому, что металлические поверхности не излучают инфракрасное излучение обратно в небо. [57] Европейские модные тенденции теперь используют алюминиевую крышу более темного цвета, чтобы соответствовать потребительской моде.
NYC ° CoolRoofs
NYC ° CoolRoofs - это инициатива города Нью-Йорка по покрытию крыш волонтерами белого цвета. [58] Программа началась в 2009 году как часть PlaNYC , [59] и покрыла в белый цвет более 5 миллионов квадратных футов крыш Нью-Йорка. [60] В среду, 25 сентября 2013 года, мэр Майкл Р. Блумберг объявил в Нью-Йорке «Днем прохладных крыш Нью-Йорка», покрыв его 500-е здание и уменьшив углеродный след более чем на 2000 тонн. Добровольцы используют кисти и валики для нанесения акрилового эластомерного покрытия на кровельную мембрану. [61] Исследование крыш, покрытых по программе, Колумбийским университетом в 2011 году показало, что белые крыши показали снижение средней температуры на 43 градуса по Фаренгейту по сравнению с черными крышами. [62]
Проект Белой Крыши
Проект «Белая крыша» - это общенациональная инициатива США [63], которая обучает людей [64] и дает им возможность покрывать крыши в белый цвет. Информационно-пропагандистская деятельность программы [65] помогла завершить проекты белых крыш в более чем 20 штатах США и пяти странах, привлекла тысячи в волонтерские проекты и спонсировала покрытие сотен некоммерческих и малообеспеченных крыш домов .
Эффект городского острова тепла
Городской остров тепла возникает там, где сочетание теплопоглощающей инфраструктуры, такой как темные асфальтовые автостоянки и дорожное покрытие, и просторы черных крыш в сочетании с редкой растительностью, повышает температуру воздуха на 1–3 ° C (1,8–5,4 ° F) выше. чем температура в окружающей сельской местности. [66] [67]
Программы зеленого строительства рекомендуют использовать холодную кровлю для смягчения эффекта городского теплового острова и, как следствие, ухудшения качества воздуха (в виде смога), вызываемого этим эффектом. Отражая солнечный свет, светлые крыши сводят к минимуму повышение температуры и сокращают потребление энергии на охлаждение и образование смога. Исследование LBNL показало, что если стратегии по смягчению этого эффекта, включая охлаждение крыш, будут широко приняты, столичный регион Большого Торонто сможет ежегодно экономить более 11 миллионов долларов на энергозатратах. [68]
Смотрите также
- Прохладный тротуар
- Зеленая крыша
- Изоляционная краска
- Пассивное охлаждение
Рекомендации
- ^ Калифорнийская энергетическая комиссия (2008). Часть 6 раздела 24 Свода правил Калифорнии: Стандарты энергоэффективности Калифорнии для жилых и нежилых зданий (PDF) . Сакраменто, Калифорния: Энергетическая комиссия Калифорнии.
- ^ а б в Фархан, Сайед Ахмад; Исмаил, Фуад Исмаил; Киван, Осама; Шафик, Насир; Заин-Ахмед, Азни; Хусна, Наджратул; Хамид, Афиф Изван Абд. «Влияние цвета черепицы на передачу тепла, температуру поверхности крыши и охлаждающую нагрузку в современных жилых зданиях в тропическом климате Малайзии» . Устойчивое развитие . 13 (9): 4665. DOI : 10,3390 / su13094665 .
- ^ Левинсон, Роннен; Пан, Хэн; Бан-Вайс, Джордж; Росадо, Пабло; Паолини, Риккардо; Акбари, Хашем (2011). «Крутые тачки» . Прикладная энергия . 88 (12): 4343–4357. DOI : 10.1016 / j.apenergy.2011.05.006 . Проверено 1 декабря 2011 года .
- ^ "Наука о парковках: черный ли лучше?" . Центр новостей . 2012-09-13 . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ↑ Левин, Кендра (1 сентября 2011 г.). «Исследования и технологии крутых тротуаров»
- ^ Министерство энергетики США (2010). Крутой фактологический бюллетень .
- ^ Урбан, Брайан; Курт Рот (2011). Рекомендации по выбору прохладных крыш (PDF) . НАС. Министерство энергетики.
- ^ Акбари, Хашем; Менон, Сураби; Розенфельд, Артур (июнь 2009 г.). «Глобальное похолодание: повышение альбедо городов во всем мире для компенсации выбросов CO2». Изменение климата . 94 (3–4): 275–286. Bibcode : 2009ClCh ... 94..275A . DOI : 10.1007 / s10584-008-9515-9 . S2CID 18895593 .
- ^ Агентство по охране окружающей среды США (2011). Уменьшение городских островов тепла: сборник стратегий (PDF) .
- ^ Левинсон, Роннен; Акбари, Хашем (март 2010 г.). «Потенциальные преимущества холодных крыш коммерческих зданий: экономия энергии, экономия денег и сокращение выбросов парниковых газов и загрязнителей воздуха» . Энергоэффективность . 3 (1): 53–109. DOI : 10.1007 / s12053-008-9038-2 . S2CID 154109051 .
- ^ Бретц, Сара Э .; Акбари, Хашем (январь 1997 г.). «Долговременные характеристики кровельных покрытий с высоким альбедо» . Энергия и здания . 25 (2): 159–167. DOI : 10.1016 / S0378-7788 (96) 01005-5 .
- ^ Максвелл С. Бейкер (1980). Крыши: проектирование, применение и уход . Публикации по науке. ISBN 978-0-921317-03-6.
- ^ Калифорнийская энергетическая комиссия (2005 г.). Руководство по соблюдению требований стандартов энергоэффективности Калифорнии 2005 г. (PDF) . Сакраменто, Калифорния: Энергетическая комиссия Калифорнии.
- ^ Кампра, Пабло; Моника Гарсия; Иоланда Кантон; Алисия Паласиос-Оруэта (2008). «Тенденции похолодания температуры поверхности и отрицательное радиационное воздействие из-за изменения землепользования в пользу тепличного хозяйства на юго-востоке Испании» . Журнал геофизических исследований . 113 (D18): D18109. Bibcode : 2008JGRD..11318109C . DOI : 10.1029 / 2008JD009912 .
- ^ http://www.energy.ca.gov/commissioners/rosenfeld_docs/2010-10-11_Cool_Roofs_Science_at_Theater_Berkeley.ppt
- ^ Акбари, Хашем; H Дэймон Мэтьюз; Донни Сето (2012). «Долгосрочный эффект увеличения альбедо городских территорий» . Environ. Res. Lett . 7 (2): 159–167. Bibcode : 2012ERL ..... 7b4004A . DOI : 10.1088 / 1748-9326 / 7/2/024004 .
- ^ Коннор, Стив (13 апреля 2012 г.). «Покраска крыш в белый цвет так же зелена, как убирать автомобили с дорог на 50 лет, - говорит исследование» . Независимый . Лондон.
- ^ http://www.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/Others/HeatIsland+WhiteRfs0911.pdf
- ^ «Вы знаете, что прошлым летом ваша жена выкрасила крышу в белый цвет? Что ж, ей нужно снова выкрасить ее в черный цвет» . jubbling.com . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ Менон, Сураби; Роннен Левинсон; Марк Фишер; Дев Миллштейн; Нэнси Браун; Франсиско Саламанка; Игорь Седнев; Арт Розенфельд (2011). «Холодные крыши и глобальное охлаждение» (PDF) . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Ягубян, Неда; Кляйсль, янв (декабрь 2012 г.). «Влияние светоотражающих покрытий на энергопотребление зданий» . Городской климат . 2 : 25–42. DOI : 10.1016 / j.uclim.2012.09.002 .
- ^ Пропустить Дерра (10 февраля 2014 г.). «Исследования показывают эффективность городских теплосберегающих технологий» . ASU Now: доступ, совершенство, влияние . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ Георгеску, Матей; Морфилд, Филип Э .; Bierwagen, Britta G .; Уивер, Кристофер П. (5 февраля 2014 г.). «Городская адаптация может отбросить потепление в формирующихся мегаполисах» . Труды Национальной академии наук . 111 (8): 2909–2914. Bibcode : 2014PNAS..111.2909G . DOI : 10.1073 / pnas.1322280111 . PMC 3939866 . PMID 24516126 .
- ^ «Продвинутые руководства по энергетическому проектированию» . ashrae.org . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ http://www.pnl.gov/publications/abstracts.asp?report=378139
- ^ http://www.pnnl.gov/main/publications/external/technical_reports/PNNL-20814.pdf
- ^ http://coolroofs.org/documents/Exhibit_6-Travis_Lindsey_Presentation_2011.pdf
- ^ а б «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 13 февраля 2015 года . Проверено 21 февраля 2014 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Урбан, Брайан; Рот, Курт. «Рекомендации по выбору прохладных крыш» (PDF) . Министерство энергетики США . Проверено 30 декабря 2013 года .
- ^ Левинсон, Роннен (2009). "Cool Roof Q&A (черновик)" (PDF) . Проверено 10 декабря 2011 года .
- ^ «Калькулятор экономии кровли (RSC) - DOE ORNL LBNL CEC EPA» . Roofcalc.com . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ «Калькулятор экономии кровли (RSC) - DOE ORNL LBNL CEC EPA» . rsc.ornl.gov .
- ^ «Крутые крыши» . Группа островов тепла . Национальная лаборатория Лоуренса Беркли . Проверено 11 ноября +2016 .
- ^ Левинсон, Роннен (15 февраля 2007 г.). «Методы создания светоотражающих небелых поверхностей и их применение в кровельных материалах жилых домов». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 91 (4): 304–314. DOI : 10.1016 / j.solmat.2006.06.062 .
- ^ Бердал, Пол; Акбари, Хашем; Джейкобс, Джеффри; Клинк, Франк (апрель 2008 г.). «Влияние шероховатости поверхности на коэффициент отражения холодных битумных черепиц» . Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 92 (4): 482–489. DOI : 10.1016 / j.solmat.2007.10.011 .
- ^ «Совет по рейтингам крутых крыш» . coolroofs.org . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ «Египетский синий для энергоэффективности» . Лаборатория Лоуренса Беркли Группа теплового острова . 9 октября 2018 . Проверено 14 октября 2018 .
- ^ «Первый в мире искусственно созданный пигмент египетский синий может помочь в производстве солнечной энергии» . Индия сегодня . 11 октября 2018 . Проверено 14 октября 2018 .
- ^ «Ученые покрасили солнечные фотоэлементы» . Журнал PV США . 9 октября 2018 . Проверено 14 октября 2018 .
- ^ Чао, Джули (2016-09-21). «Мы больше не в Канзасе: флуоресцентные рубиново-красные крыши остаются такими же крутыми, как белые» . Центр новостей лаборатории Беркли . Проверено 14 октября 2018 .
- ^ «Являются ли рубиново-красные кристаллы секретом охлаждения крыш?» . CADdigest . 2016-09-28 . Проверено 14 октября 2018 .
- ^ Левинсон, Роннен (2010). «Классные крыши, крутые города, крутая планета» (слайды в PowerPoint) . Проверено 10 декабря 2011 года .
- ^ Управление энергетической информации. «Таблица E1A. Основное потребление топлива конечными пользователями для всех зданий, 2003 г.» (PDF) . Исследование энергопотребления в коммерческих зданиях . Управление энергетической информации США . Проверено 10 декабря 2011 года .
- ^ а б Konopacki, Стивен Дж .; Хашем Акбари (2001). «Измеренная экономия энергии и снижение спроса благодаря отражающей кровельной мембране в большом розничном магазине в Остине» . Национальная лаборатория Лоуренса Беркли. LBNL-47149. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 24 февраля 2014 года . Проверено 19 февраля 2014 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ «Министерство энергетики США принимает меры по внедрению холодных крыш по всему федеральному правительству» . Министерство энергетики США. 2010 . Проверено 10 декабря 2011 года .
- ^ а б http://energy.gov/eere/femp/articles/new-and-underutilized-technology-cool-roofs
- ^ «Основные критерии продукции кровельных материалов» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 10 декабря 2011 года .
- ^ а б «Все сертифицированные продукты - продукты, соответствующие требованиям ENERGY STAR» . www.energystar.gov .
- ^ «Совет по рейтингам крутых крыш» . coolroofs.org . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ «Разработка кода» . iccsafe.org . 2015-01-02 . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ Совет по экологическому строительству США (2009 г.). LEED 2009 для рейтинговой системы нового строительства и капитального ремонта . Вашингтон, округ Колумбия: United States Green Building Council, Inc., стр. 20.
- ^ «Добровольные программы зеленого строительства» . VinylRoofs.org. Архивировано из оригинального 21 марта 2012 года . Проверено 10 декабря 2011 года .
- ^ «USGBC - Южная Калифорния, Эдисон - Вильдомар» . Проверено 18 января +2016 .
- ^ «Новый сервисный центр Эдисона в Южной Калифорнии в Вильдомаре получил платиновый сертификат Национального строительного совета» . Проверено 18 января +2016 .
- ^ «Рыночные вызовы на прохладных крышах» . Совет ЕС по прохладным крышам . Проверено 10 декабря 2011 года .
- ^ Х. Зюрке; Э. Л. Петерсон и Н. Селби (2008). «Влияние солнечной отражательной способности кровли на приток тепла в здании в жарком климате». Энергия и здания . 40 (12): 2224–35. CiteSeerX 10.1.1.659.4287 . DOI : 10.1016 / j.enbuild.2008.06.015 .
- ^ «NYC ° CoolRoofs» .
- ^ Фостер, Джоанна М. (9 марта 2012 г.). «Белые козыри - черные в конкурсе Urban Cool» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ «Крутые крыши, запланированные на крышах CUNY» .
- ^ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120009506_2012009395.pdf
- ^ "Яркий - это новый черный цвет: крыши в Нью-Йорке становятся крутыми" .
- ^ Хуан Карлос Пиньейро Эскориаза (20 марта 2013 г.). «Комментарий: белые крыши - белый рыцарь, который нам нужен, чтобы победить изменение климата» . TakePart . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ РЕБЕККА ПРУСИНОВСКАЯ. «Так здорово! La MaMa, Театр для нового города с белыми крышами» . nytimes.com . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ «О проекте - Белая крыша» . Проект «Белая крыша» . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ Ок, TR. Томпсон, РД; Перри, А. (ред.). Городской климат и глобальное изменение окружающей среды . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Прикладная климатология: принципы и практика. С. 273–287.
- ^ «Эффект острова тепла» . epa.gov . 2014-02-28 . Проверено 19 апреля 2016 года .
- ^ Конопацкий, Стивен; Хашем Акбари (2001). «Энергетическое воздействие стратегий уменьшения теплового острова в районе Большого Торонто, Канада» . Национальная лаборатория Лоуренса Беркли. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь )