Τα προσαρμοζόμενα κεραμίδια στέγης μπορεί να είναι το κλειδί για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας θέρμανσης/ψύξης

Σύμφωνα με εκτιμήσεις έρευνας αγοράς, η παγκόσμια αγορά στέγης μπορεί να ξεπεράσει τα 140 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ έως το 2033 από σχεδόν 82 δισ. Δολάρια ΗΠΑ το 2023. Καμία κατασκευαστική εργασία δεν ολοκληρώνεται χωρίς λύση στέγης. Είναι εξίσου απαραίτητο για οικιστικές και εμπορικές κατασκευές. Η αγορά έχει δυναμικό χαρακτήρα, καθώς οι στέγες απαιτούν αντικατάσταση σε συχνά διαστήματα. Σε όλη τη Βόρεια Αμερική, σύμφωνα με εκτίμηση έρευνας αγοράς, Το 94% των έργων στέγης είναι αντικαταστάσεις στέγης. 

Η αντικατάσταση των παλιών στεγών είναι συχνά για την κατασκευή τους περιβαλλοντικά βιώσιμη και ενεργειακά αποδοτική. Οι κρύες στέγες, ικανές να αντανακλούν την ηλιακή ακτινοβολία και να μειώνουν τη θερμοκρασία στέγης, μπορούν να εξοικονομήσουν χρήματα 0.50 USD ανά τετραγωνικό πόδι, όπως δείχνουν κάποιες μελέτες. 

Ορισμένες εκτιμήσεις αναμένουν ότι η παγκόσμια αγορά δροσερών στεγών θα αυξηθεί με CAGR 5.7% έως το 2025. Τα ανακλαστικά υλικά στέγης, όπως λευκές μεμβράνες ή επιστρώσεις, μπορούν να μειώσουν τη θερμοκρασία της επιφάνειας της οροφής κατά 50 βαθμοί Φαρενάιτ. 

Ενώ οι ιδιότητες ψύξης ή θέρμανσης έχουν γίνει ένα καθοριστικό χαρακτηριστικό για τις λύσεις στέγης, το ενδιαφέρον για τη βιωσιμότητα και την εξοικονόμηση ενέργειας δείχνει ότι οι λύσεις πρέπει να είναι αποτελεσματικές. 

Θα ξεκινήσουμε τη σημερινή συζήτηση με μια τέτοια λύση που έχει τραβήξει την προσοχή σε ολόκληρο τον κλάδο των στεγών παγκοσμίως. 

Προσαρμοζόμενα κεραμίδια οροφής: Ευαίσθητα στην εξωτερική θερμοκρασία. Βοηθά στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας

Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, κατέληξαν σε ακαδημαϊκή έρευνα που περιγράφει λεπτομερώς πώς τα πλακάκια στέγης μπορούν να μειώσουν το κόστος θερμότητας και ψύξης. 

Ο σκοπός των τριών ερευνητών που συμμετείχαν σε αυτό το έργο, του Charlie Xiao, του Elliot Hawkes και του Bolin Lao, ήταν να μειώσουν τα ποσά των λογαριασμών ενέργειας των Αμερικανών και να μειώσουν τις απαιτήσεις σε ορυκτά καύσιμα που είναι απαραίτητα για τη λειτουργία συστημάτων HVAC στο σπίτι. 

Αυτά τα προσαρμοστικά πλακάκια συνοδεύεται από διακόπτη ακτινοβολίας για εναλλαγή μεταξύ των καταστάσεων θέρμανσης και ψύξης. Μπορεί να αλλάζει μεταξύ καταστάσεων ψύξης και θέρμανσης εντός 3 βαθμών Κελσίου από τη θερμοκρασία του διακόπτη. Μπορεί να μειώσει τις ανάγκες ψύξης και θέρμανσης περισσότερο από 2.5 φορές σε σύγκριση με στατικές συσκευές. 

Ο «διακόπτης», ή η παθητική συσκευή θερμορύθμισης, είναι ένα τετράγωνο 4 ιντσών. Λειτουργεί ως κινητή επιφάνεια που μπορεί να αλλάξει τις θερμικές της ιδιότητες ώστε να ανταποκρίνεται σε ένα εύρος θερμοκρασιών.

Σύμφωνα με τον ερευνητή Charlie Xiao:

"Εναλλάσσει μεταξύ κατάστασης θέρμανσης και κατάστασης ψύξης, ανάλογα με τη θερμοκρασία του πλακιδίου."

Οι ερευνητές έχουν επινοήσει τη λύση στοχεύοντας σε θερμοκρασία 65 βαθμών Φαρενάιτ, που είναι περίπου 18 βαθμούς Κελσίου. 

Γιατί όμως αυτή η λύση γίνεται δεκτή με τόση προσμονή από τη βιομηχανία στέγης; Για να φτάσουμε στο κάτω μέρος αυτής της ερώτησης απαιτείται κατανόηση του σεναρίου κατανάλωσης ενέργειας των κτιρίων στις ΗΠΑ.

Το 50% της κατανάλωσης ενέργειας των κτιρίων στις ΗΠΑ προορίζεται για θέρμανση και ψύξη

Το ποσό της κατανάλωσης ενέργειας που πηγαίνει προς τη θέρμανση και την ψύξη των κτιρίων των ΗΠΑ είναι τεράστιο. Σύμφωνα με την Διοίκηση Ενεργειακών Πληροφοριών των Ηνωμένων Πολιτειών, η συνδυασμένη κατανάλωση ενέργειας τελικής χρήσης από τον οικιακό και τον εμπορικό τομέα αντιπροσώπευε περίπου το 29% της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας τελικής χρήσης στις ΗΠΑ το 2022. Εάν συμπεριληφθούν οι απώλειες ενέργειας από το ηλεκτρικό σύστημα, ο οικιακός και ο εμπορικός τομέας αντιπροσώπευαν το 38% του η συνολική κατανάλωση ενέργειας στις ΗΠΑ το 2022. 

Καθώς το 50% της κατανάλωσης ενέργειας των κτιρίων στις ΗΠΑ στρέφεται προς θέρμανση και ψύξη, το σύστημα πρέπει να είναι ενεργειακά αποδοτικό με οποιοδήποτε κόστος. Επιπλέον, η κλιματική αλλαγή και η υπερθέρμανση του πλανήτη θα αυξήσουν την ανάγκη για ψύξη. Ωστόσο, θα υπάρξουν περιοχές όπου η ζήτηση θέρμανσης θα παραμείνει επίσης υψηλή και μπορεί ακόμη και να αυξηθεί. 

Τα παραδοσιακά συστήματα ψυχρής οροφής, συμπεριλαμβανομένων των ανακλαστικών επιστρώσεων, των μεμβρανών, του έρπητα ζωστήρα ή των πλακιδίων, λειτουργούν με βάση τις αρχές της ψύξης των σπιτιών αντανακλώντας το ηλιακό φως. Αυτά τα διαλύματα απελευθερώνουν επίσης μέρος της παγιδευμένης θερμότητας ως θερμική υπέρυθρη ακτινοβολία. Ωστόσο, το πρόβλημα με αυτές τις λύσεις προκύπτει όταν τα συστήματα ψυχρής οροφής συνεχίζουν να εκπέμπουν θερμότητα το χειμώνα, αυξάνοντας το κόστος θέρμανσης. Εν ολίγοις, στερείται ενεργειακής απόδοσης και κόστους-αποτελεσματικότητας. 

Λαμβάνοντας υπόψη όλες αυτές τις πτυχές που αναφέρθηκαν παραπάνω, μια λύση που μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ καταστάσεων θέρμανσης και ψύξης σε απόκριση της εξωτερικής θερμοκρασίας δεν είναι λιγότερο από την αλλαγή του παιχνιδιού, περισσότερο επειδή λειτουργεί χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα. 

Η λύση θεωρείται επίσης ότι παίζει καθοριστικό ρόλο για τη βιομηχανία, επειδή μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις θέρμανσης και ψύξης στο ίδιο κτίριο την ίδια μέρα. Δεν υπάρχουν πολλές διαθέσιμες τεχνολογίες επί του παρόντος που μπορούν να αλλάξουν αυτόματα μεταξύ παθητικής θέρμανσης και ψύξης. Οι διαθέσιμες λύσεις, ωστόσο, είναι ως επί το πλείστον αναποτελεσματικές για την καθημερινή εναλλαγή καθώς απαιτούν μεγάλο εύρος θερμοκρασίας για τις καταστάσεις κύκλου. 

Οι ερευνητές ισχυρίζονται επίσης ότι το σχέδιό τους είναι ιδιαίτερα προσαρμόσιμο. Μπορεί να επιτύχει διαφορετικά σημεία ρύθμισης θερμοκρασίας αλλάζοντας το υλικό αλλαγής φάσης. Για υψηλότερη ψύξη με ακτινοβολία, βελτιωμένη απόδοση θέρμανσης και ανώτερη ανθεκτικότητα, τα προσαρμοζόμενα πλακίδια χρειάζεται μόνο να αλλάξουν την επίστρωσή τους. 

Ένα άλλο χαρακτηριστικό που καθιστά τη λύση προσοδοφόρα είναι η απλή σχεδίασή της και οι δυνατότητες παραγωγής χαμηλού κόστους. 

Ενώ όλα αυτά τα πλεονεκτήματα και τα οφέλη περιμένουν να αξιοποιηθούν από τη βιομηχανία και να παραχθούν σε μεγαλύτερη επιχειρηματική κλίμακα, πολλές άλλες κτιριακές λύσεις εργάζονται για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας θέρμανσης/ψύξης. Θα δούμε τώρα μερικές τέτοιες λύσεις.

Έξυπνη επίστρωση οροφής για εξοικονόμηση ενέργειας σε όλες τις εποχές

Επιστήμονες που συμμετείχαν σε μια μελέτη με επικεφαλής τον Junqiao Wu, ένας επιστήμονας στο εργαστήριο του Μπέρκλεϋ Τομέας Επιστημών Υλικών και ένας καθηγητής επιστήμης και μηχανικής υλικών στο UC Berkeley, ανέπτυξε μια έξυπνη επίστρωση οροφής για όλες τις εποχές για να διατηρεί τα σπίτια ζεστά τον χειμώνα και δροσερά το καλοκαίρι. 

Όπως η προηγούμενη λύση, έτσι και αυτή δεν απαιτεί φυσικό αέριο ή ηλεκτρική ενέργεια. 

Σύμφωνα με τον Junqiao Wu:

«Η επίστρωση οροφής για όλες τις εποχές αλλάζει αυτόματα από το να σας κρατά δροσερό σε ζεστό, ανάλογα με τη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα. Είναι κλιματισμός και θέρμανση χωρίς ενέργεια, χωρίς εκπομπές ρύπων, όλα σε μία συσκευή.»

Για να επιτύχουν τον στόχο τους, οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα νέο υλικό που ονομάζεται ακτινοβολία που προσαρμόζεται στη θερμοκρασία ή TARC. Το TARC απενεργοποιεί αυτόματα την ψύξη με ακτινοβολία το χειμώνα, διασφαλίζοντας ότι δεν υπάρχει υπερβολική ψύξη και σπατάλη ενέργειας. 

Με την εφαρμογή του TARC, οι επιστήμονες αναμένουν ότι το μέσο νοικοκυριό στις Ηνωμένες Πολιτείες θα εξοικονομήσει έως 10% στο ρεύμα. Το διάλυμα μπορεί να αντανακλά το 75% του ηλιακού φωτός όλο το χρόνο. Ωστόσο, όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι πάνω από 25 βαθμούς Κελσίου ή 77 βαθμούς Φαρενάιτ, η θερμική εκπομπή του φτάνει περίπου το 90%. 

Ο Junqiao Wu, εκφράζοντας τον ενθουσιασμό του για το τι θα μπορούσε να πετύχει η λύση, είπε:

«Αρχικά πιστεύαμε ότι η μετάβαση από την θέρμανση στην ψύξη δεν θα ήταν τόσο δραματική. Οι προσομοιώσεις μας, τα υπαίθρια πειράματα και τα εργαστηριακά πειράματα απέδειξαν το αντίθετο - είναι πραγματικά συναρπαστικό.» 

Οι ερευνητές είχαν σχέδια να αναπτύξουν πρωτότυπα TARC κατάλληλα για εφαρμογές σε μεγαλύτερη κλίμακα. Ήλπιζαν ότι το TARC θα αποδείξει την αξία του ως θερμικά προστατευτική επίστρωση για παράταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας σε smartphone και φορητούς υπολογιστές. Οι άλλες χρήσεις του θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν την προστασία δορυφόρων και αυτοκινήτων από εξαιρετικά υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες και την κατασκευή υφασμάτων ρύθμισης της θερμοκρασίας για σκηνές, καλύμματα θερμοκηπίου, καπέλα και μπουφάν. 

Ενεργειακά αποδοτικές λύσεις για κτίρια στις Η.Π.Α., ειδικά με έμφαση στην αποδοτική στέγη, είναι διαθέσιμες και σε εταιρικό επίπεδο. Θα δούμε μερικές τέτοιες λύσεις στα επόμενα τμήματα. 

1. Whitco Roofing, Inc.

Η Whitco αυτοπροσδιορίζεται ως ο μεγαλύτερος εργολάβος εμπορικών στεγών στην Ατλάντα και ένας από τους κορυφαίους εργολάβους στεγών στη Βόρεια Αμερική. Η Whitco είναι μία από τις λίγες εταιρείες εμπορικών στεγών στη Βόρεια Αμερική που απασχολεί πιστοποιημένους επαγγελματίες πράσινων στεγών. Προσφέρει επίσης ηλιακά πάνελ στέγης που μπορούν να παρέχουν αποτελεσματικά περισσότερο από το 25% της συνολικής ενέργειας ενός κτιρίου. Οι λύσεις της περιλαμβάνουν επίσης μόνωση στέγης με πολυισοκυανουρικό άλας. Εφαρμοζόμενη σωστά, αυτή η λύση μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος θέρμανσης και ψύξης σε όλα τα εμπορικά και βιομηχανικά σενάρια χρήσης. 

Η Whitco Roofing ιδρύθηκε το 2005 και είναι α ιδιωτική εταιρεία με έδρα την Ατλάντα, Τζόρτζια, Ηνωμένες Πολιτείες. 

2. Grundfos

Όταν πρόκειται για μια ολιστική προσέγγιση για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας θέρμανσης ή ψύξης στα κτίρια, το Grundfos είναι το όνομα που εμφανίζεται στην κορυφή. Οι λύσεις της απευθύνονται τόσο σε εμπορικά κτίρια όσο και σε οικιακά κτίρια. 

Για να κάνετε επαγγελματική θέρμανση ενεργειακά αποδοτική, η Grundfos προσφέρει κυκλοφορητές, βρόχους ανάμειξης, λύσεις κατανεμημένης άντλησης, ενισχυτικά σετ, ενσωματωμένες αντλίες ενός σταδίου, υδροηλεκτρικούς ενισχυτές και πολλά άλλα. Για ενεργειακά αποδοτική θέρμανση σε εγχώριες ρυθμίσεις, Η Grundfos εξαρτάται κυρίως από αντλίες κυκλοφορητή. 

Το οικονομικό έτος 2022, η Grundfos πραγματοποίησε καθαρό κύκλο εργασιών ύψους 33.3 δισ. DKK (2021: 28.7 δισ. DKK). Σημείωσε αύξηση πωλήσεων 12.1% σε τοπικά νομίσματα σε σύγκριση με το προηγούμενο οικονομικό έτος (2021). Η απόδοση των πωλήσεων το 2022 αυξήθηκε σε 11.8% το 2022, έναντι 11.4% το 2021.

3. Ηλιακές στέγες Tesla

Η εγκατάσταση ηλιακών στεγών Tesla προσφέρει την ευκαιρία να τροφοδοτήσει κανείς το σπίτι του με ένα πλήρως ενσωματωμένο... ηλιακός και σύστημα αποθήκευσης ενέργειας. Προσφέρει 25 χρόνια εγγύηση και προστασία από διακοπές 24/7. Η ηλιακή οροφή συμπληρώνεται από την Powerwall, μια συμπαγή οικιακή μπαταρία για ενεργειακή ασφάλεια όλο το εικοσιτετράωρο. Αυτές οι μπαταρίες βοηθούν στην αποθήκευση της ενέργειας που παράγεται από την ηλιακή οροφή για να τροφοδοτεί το σπίτι ανά πάσα στιγμή. 

Ως προς τη σύνθεση, μια ηλιακή οροφή αποτελείται τόσο από γυάλινα ηλιακά πλακίδια όσο και από χαλύβδινα κεραμίδια στέγης. Τα γυάλινα ηλιακά πλακίδια παράγουν ενέργεια. Τα πλακάκια από χάλυβα αρχιτεκτονικής ποιότητας προορίζονται να προσδώσουν μακροζωία και αντοχή στη διάβρωση στην οροφή. 

Σύμφωνα με αριθμούς που δημοσιεύθηκαν επίσημα από την εταιρεία, η εσωτερική ομάδα επαγγελματιών της ενέργειας της Tesla έχει εγκαταστήσει σχεδόν 4 γιγαβάτ ηλιακής ενέργειας σε σχεδόν 480,000 στέγες. Σωρευτικά, αυτές οι στέγες παράγουν πάνω από 25 TWh καθαρής ενέργειας. 

Η εγκατάσταση περιλαμβάνει επίσης μετατροπείς Tesla Solar για να διατηρεί το σύστημα καλά ενσωματωμένο, ασφαλές, αξιόπιστο και ακτινοβόλο. Με την εφαρμογή Tesla, μπορεί κανείς να παρακολουθεί την παραγωγή ενέργειας σε πραγματικό χρόνο. Είναι επίσης δυνατός ο έλεγχος του συστήματος από οπουδήποτε με άμεσες ειδοποιήσεις και απομακρυσμένη πρόσβαση. 

Το τρίτο τρίμηνο του 3, η Tesla κατέγραψε έσοδα πάνω από 21.4 δισ. Δολάρια ΗΠΑ. Το λειτουργικό περιθώριο διαμορφώθηκε στο 17.2%. 

Κτίρια και Ενεργειακή Απόδοση: Ο δρόμος μπροστά

Η υπερθέρμανση του πλανήτη και η κλιματική αλλαγή είναι μια πολιτισμική ανησυχία. Οι κυβερνήσεις, οι ρυθμιστικοί φορείς, τα συμβούλια εθνών και οι επιχειρήσεις επιθυμούν να βρουν λύσεις που βοηθούν στην επίτευξη αποδοτικών ενεργειακών μονάδων. Εκτός από εξειδικευμένες λύσεις, υπάρχουν πολλοί τρόποι που μπορεί κανείς να αντιμετωπίσει αυτές τις ανησυχίες κάνοντας μικρές, καθημερινές τροποποιήσεις στα κτιριακά μας συστήματα.

Το Γραφείο Ενεργειακής Απόδοσης και Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών συνιστά πολλές τέτοιες λύσεις, όπως η προσθήκη μόνωσης, η χρήση φωτισμού LED, η εγκατάσταση αντλιών θερμότητας κ.λπ. 

Οι άνθρωποι που ζουν σε ζεστά και υγρά κλίματα μπορούν να χρησιμοποιήσουν σωλήνες θερμότητας αφύγρανσης για να μειώσουν την υγρασία στο εσωτερικό και να βελτιώσουν την άνεση. Η ελαχιστοποίηση των απωλειών ενέργειας στους αγωγούς είναι ένας άλλος τρόπος για την ενθάρρυνση της ενεργειακής απόδοσης. Η μόνωση των αγωγών και η σφράγισή τους με αέρα θα μπορούσε να είναι χρήσιμη. 

Για αποτελεσματικά συστήματα θέρμανσης νερού σε κτίρια, μπορεί κανείς να σκεφτεί ενεργειακά αποδοτικές λύσεις όπως πηνία χωρίς δεξαμενή, έμμεσοι θερμοσίφωνες, ηλιακοί θερμοσίφωνες κ.λπ. Η εισαγωγή διαδικασιών όπως η ανάκτηση θερμότητας νερού αποστράγγισης μπορεί επίσης να αποδειχθεί χρήσιμη. 

Υπάρχουν πολλά οφέλη από τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας θέρμανσης/ψύξης. Δεν είναι μόνο η μείωση του κόστους. Έχει μεγαλύτερα κοινοτικά οφέλη. Βοηθούν στην οικοδόμηση της ανθεκτικότητας της κοινότητας και ενός συστήματος που είναι ενεργειακά σοφό και δίκαιο. Υπάρχουν υποεξυπηρετούμενες κοινότητες σε κάθε περιοχή που χρειάζονται τη βοήθεια οικονομικά αποδοτικών τεχνολογιών και υποδομών για να αποκτήσουν πρόσβαση σε αδιάλειπτη παροχή ενέργειας. 

Τα ενεργειακά αποδοτικά συστήματα οδηγούν επίσης σε λιγότερη ατμοσφαιρική ρύπανση, ωφελώντας τη συνολική υγεία μιας κοινότητας. Η λιγότερη καύση ορυκτών καυσίμων είναι επίσης ευεργετική για την οικολογία μας, τα φυτά και τα ζώα που μας περιβάλλουν. 

Το όφελος για την οικονομία υποδομών της χώρας είναι επίσης σημαντικό. Τα αποδοτικά ενεργειακά συστήματα μειώνουν το φορτίο από τα δίκτυα. Βοηθά στην ελαχιστοποίηση της συμφόρησης και της πίεσης στη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας σε οποιαδήποτε δεδομένη χρονική στιγμή. 

Τα οφέλη είναι τόσο διαδεδομένα και εκτεταμένα ως προς τον αντίκτυπό τους που χρειαζόμαστε περισσότερες λύσεις όπως προσαρμοστικά πλακάκια στέγης στο μέλλον. Είναι σίγουρα ένα ενθαρρυντικό ορόσημο στο ταξίδι προς την αποτελεσματικότητα και τη βιωσιμότητα. 

Κάντε κλικ εδώ για τη λίστα με τα δέκα καλύτερα αποθέματα ηλιακής ενέργειας.