Mukautuvat kattotiilet voivat olla avainasemassa lämmityksen/jäähdytyksen energiankulutuksen vähentämisessä

Markkinatutkimusten arvioiden mukaan globaalit kattomarkkinat voivat ylittää 140 miljardia dollaria vuoteen 2033 mennessä lähes US $ 82 miljardia euroa vuonna 2023. Mikään rakennustyö ei ole valmis ilman kattoratkaisua. Se on yhtä tärkeä asuin- ja liikerakennuksissa. Markkinat ovat luonteeltaan dynaamiset, koska katot on vaihdettava säännöllisin väliajoin. Markkinatutkimuksen arvion mukaan kaikkialla Pohjois-Amerikassa 94 % kattoprojekteista ovat katon vaihtoja. 

Vanhojen kattojen vaihtaminen on usein kyse niiden valmistamisesta ympäristön kannalta kestävä ja energiatehokas. Viileät katot, jotka pystyvät heijastamaan auringonsäteilyä ja alentamaan katon lämpötilaa, voivat säästää 0.50 dollaria per neliöjalka, kuten jotkut tutkimukset osoittavat. 

Jotkut arviot odottavat globaalien viileiden kattojen markkinoiden kasvavan CAGR:llä 5.7% vuoteen 2025 mennessä. Heijastavat kattomateriaalit, kuten valkoiset kalvot tai pinnoitteet, voivat alentaa katon pintalämpötilaa jopa 50 astetta Fahrenheit. 

Jäähdytys- tai lämmitysominaisuuksista on muodostunut kattoratkaisujen pääpiirre, mutta kiinnostus kestävään kehitykseen ja energiansäästöön osoittaa, että ratkaisujen on oltava tehokkaita. 

Aloitamme tämänpäiväisen keskustelun yhdellä tällaisella ratkaisulla, joka on herättänyt huomiota kattoteollisuudessa maailmanlaajuisesti. 

Mukautuvat kattotiilet: herkkä ulkolämpötilalle; Auttaa vähentämään energiankulutusta

Kalifornian yliopiston Santa Barbarassa tutkijat ovat keksineet akateemisen tutkimuksen, jossa kerrotaan kuinka kattotiilet voivat leikata lämpö- ja jäähdytyskustannuksia. 

Kolmen tähän projektiin osallistuneen tutkijan, Charlie Xiaon, Elliot Hawkesin ja Bolin Laon, tarkoituksena oli vähentää amerikkalaisten energialaskuja ja vähentää fossiilisten polttoaineiden tarvetta kodin LVI-järjestelmien käyttämiseen. 

Nämä mukautuvat laatat mukana tulee säteilykytkin, joka auttaa vaihtamaan lämmitys- ja jäähdytystilojen välillä. Se voi vaihtaa jäähdytys- ja lämmitystilojen välillä 3 celsiusasteen sisällä kytkinlämpötilasta. Se voi vähentää jäähdytys- ja lämmitystarvetta yli 2.5 kertaa staattisiin laitteisiin verrattuna. 

'Kytkin' eli passiivinen lämmönsäätelylaite on 4 cm:n neliö. Se toimii liikkuvana pintana, joka voi muuttaa lämpöominaisuuksiaan reagoidakseen eri lämpötila-alueisiin.

Tutkija Charlie Xiaon mukaan:

"Se vaihtaa lämmitys- ja jäähdytystilan välillä laatan lämpötilan mukaan."

Tutkijat ovat kehittäneet ratkaisun, jonka tavoitteena on 65 Fahrenheit-asteen lämpötila, joka on noin 18 celsiusastetta. 

Mutta miksi kattoteollisuus ottaa tämän ratkaisun vastaan ​​niin suurella odotuksella? Tämän kysymyksen pohjalle pääseminen edellyttää Yhdysvaltojen rakennusten energiankulutusskenaarion ymmärtämistä.

50 % Yhdysvaltojen rakennusenergian kulutuksesta menee lämmitykseen ja jäähdytykseen

Yhdysvaltain rakennusten lämmitykseen ja jäähdytykseen käytetty energiankulutus on valtava. Mukaan Yhdysvaltain energiatietohallinto, asuin- ja kaupallisen sektorin yhdistetty energian loppukulutus oli noin 29 % Yhdysvaltojen kokonaisenergian loppukäytöstä vuonna 2022. Jos sähköjärjestelmien energiahäviöt mukaan luetaan, asuin- ja kaupallisen sektorin osuus oli 38 %. Yhdysvaltain kokonaisenergiankulutus vuonna 2022. 

Koska 50 % Yhdysvaltojen rakennusten energiankulutuksesta käytetään lämmitykseen ja jäähdytykseen, järjestelmän on oltava energiatehokas hinnalla millä hyvänsä. Lisäksi ilmastonmuutos ja ilmaston lämpeneminen lisäävät jäähdytyksen tarvetta. Silti tulee alueita, joilla myös lämmöntarve säilyy korkeana ja saattaa jopa kasvaa. 

Perinteiset viileät kattojärjestelmät, mukaan lukien heijastavat pinnoitteet, kalvot, vyöruusu tai tiilet, toimivat periaatteiden mukaan, jotka jäähdyttävät koteja heijastamalla auringonvaloa. Nämä ratkaisut vapauttavat myös osan loukkuun jääneestä lämmöstä lämpö-infrapunasäteilynä. Näiden ratkaisujen ongelma syntyy kuitenkin, kun kylmäkattojärjestelmät jatkavat lämmön säteilemistä talvella, mikä nostaa lämmityskustannuksia. Lyhyesti sanottuna siitä puuttuu energiatehokkuus ja kustannustehokkuus. 

Kaikki nämä edellä mainitut näkökohdat huomioon ottaen ratkaisu, joka voi vaihtaa lämmitys- ja jäähdytystilojen välillä ulkolämpötilan mukaan, ei ole vähempää kuin peliä muuttava, koska se toimii ilman sähköä. 

Ratkaisun katsotaan olevan myös teollisuudelle määräävä rooli, koska se pystyy vastaamaan saman rakennuksen lämmitys- ja jäähdytystarpeisiin samana päivänä. Tällä hetkellä ei ole saatavilla monia teknologioita, jotka voivat vaihtaa automaattisesti passiivisen lämmityksen ja jäähdytyksen välillä. Käytettävissä olevat ratkaisut ovat kuitenkin enimmäkseen tehottomia päivittäiseen vaihtoon, koska ne edellyttävät laajaa lämpötila-aluetta kiertotiloihin. 

Tutkijat väittävät myös niiden suunnittelun olevan erittäin mukautuva. Se voi saavuttaa erilaisia ​​lämpötilan asetuspisteitä muuttamalla vaiheenmuutosmateriaalia. Säteilevän jäähdytyksen, paremman lämmitystehon ja erinomaisen kestävyyden saavuttamiseksi mukautuvien laattojen tarvitsee vain muuttaa pinnoitettaan. 

Toinen ratkaisusta tuottoisa ominaisuus on sen yksinkertainen muotoilu ja edullinen tuotantopotentiaali. 

Vaikka kaikki nämä edut ja edut odottavat teollisuuden hyödyntämistä ja tuotantoa suuremmassa mittakaavassa, monet muut rakennusratkaisut pyrkivät vähentämään lämmityksen/jäähdytyksen energiankulutusta. Tarkastellaan nyt joitain tällaisia ​​ratkaisuja.

Älykäs kattopinnoite energiansäästöön ympäri vuoden

Tutkijat, jotka osallistuivat johtamaan tutkimukseen Junqiao Wu, Berkeley Labin tiedekunnan tutkija Materiaalitieteiden osasto ja UC Berkeley materiaalitieteen ja tekniikan professori kehittivät ympäri vuoden kestävän älykattopinnoitteen pitämään kodit lämpimänä talvella ja viileinä kesällä. 

Kuten aikaisempi ratkaisu, tämäkään ei vaadi maakaasua tai sähköä. 

Junqiao Wun mukaan:

”(Meidän) koko vuoden kestävä kattopinnoite vaihtaa automaattisesti viileänä pitämisestä lämpimäksi ulkoilman lämpötilasta riippuen. Se on energiaton, päästötön ilmastointi ja lämmitys, kaikki yhdessä laitteessa.

Tavoitteensa saavuttamiseksi tutkijat kehittivät uuden materiaalin, jota kutsutaan lämpötilaan mukautuvaksi säteilypinnoitteeksi tai TARCiksi. TARC katkaisee automaattisesti säteilyjäähdytyksen talvella, mikä varmistaa, ettei ylijäähdytystä ja energiahukkaa synny. 

Kun TARC on käytössä, tutkijat odottavat, että Yhdysvaltojen keskimääräinen kotitalous säästää jopa 10% sähköstä. Ratkaisu pystyy heijastamaan 75 % auringonvalosta ympäri vuoden. Kuitenkin, kun ympäristön lämpötila on yli 25 celsiusastetta tai 77 Fahrenheit-astetta, sen lämpösäteily nousee jopa noin 90 %:iin. 

Junqiao Wu ilmaisi innostuksensa siitä, mitä ratkaisulla voitaisiin saavuttaa, ja sanoi:

”Alun perin ajattelimme, ettei siirtyminen lämpenemisestä viilenemiseen olisi niin dramaattinen. Simulaatiomme, ulkokokeemme ja laboratoriokokeemme osoittivat toisin – se on todella jännittävää.” 

Tutkijoilla oli suunnitelmia kehittää TARC-prototyyppejä, jotka soveltuvat laajemman mittakaavan sovelluksiin. He toivoivat TARCin osoittavan arvonsa lämpösuojana, joka pidentää älypuhelimien ja kannettavien tietokoneiden akun käyttöikää. Sen muihin käyttötarkoituksiin voisi kuulua satelliittien ja autojen suojaaminen äärimmäisen korkeilta tai matalilta lämpötiloilta sekä lämpötilaa säätelevien kankaiden valmistaminen telttoihin, kasvihuonepäällysteisiin, hattuihin ja takkeihin. 

Energiatehokkaita ratkaisuja yhdysvaltalaisiin rakennuksiin, erityisesti tehokkaaseen kattoon keskittyen, on saatavilla myös yritystasolla. Näemme joitakin tällaisia ​​ratkaisuja seuraavissa osissa. 

1. Whitco Roofing, Inc.

Whitco asemoi itsensä Atlantan suurimpana kaupallisena kattoasentajana ja yhtenä Pohjois-Amerikan johtavista kattoasentajista. Whitco on yksi harvoista kaupallisen kattoasentajan yrityksistä Pohjois-Amerikassa, jolla on sertifioituja viherkattojen ammattilaisia. Se tarjoaa myös aurinkokattopaneeleja, jotka voivat tehokkaasti tuottaa yli 25 prosenttia rakennuksen kokonaisenergiasta. Sen ratkaisuihin kuuluu myös polyisosyanuraattikattoeristys. Oikein sovellettuna tämä ratkaisu voi merkittävästi vähentää lämmitys- ja jäähdytyskustannuksia sekä kaupallisissa että teollisissa käyttötilanteissa. 

Vuonna 2005 perustettu Whitco Roofing on a yksityinen yritys pääkonttori sijaitsee Atlantassa, Georgiassa, Yhdysvalloissa. 

2. Grundfos

Kun puhutaan kokonaisvaltaisesta lähestymistavasta rakennusten lämmityksen tai jäähdytyksen energiankulutuksen vähentämiseen, Grundfos on nimi, joka on kärjessä. Sen ratkaisut sopivat sekä liikerakennuksiin että kotitalouksiin. 

Jotta kaupallinen lämmitys Energiatehokkaat Grundfos tarjoaa kiertovesipumppuja, sekoitussilmukoita, hajautettuja pumppausratkaisuja, paineenkorotussarjoja, inline-yksivaiheisia pumppuja, vesitehostimia ja paljon muuta. Energiatehokkaaseen lämmitykseen kotimaiset asetukset, Grundfos riippuu enimmäkseen kiertovesipumpuista. 

Tilikaudella 2022 Grundfos kirjasi liikevaihtoa 33.3 miljardia Tanskan kruunua (2021: 28.7 miljardia Tanskan kruunua). Sen myynti kasvoi 12.1 % paikallisissa valuutoissa viime tilikauteen (2021) verrattuna. Vuoden 2022 myynnin tuotto nousi 11.8 prosenttiin vuonna 2022, kun se vuonna 11.4 oli 2021 prosenttia.

3. Teslan aurinkokatot

Teslan aurinkokattojen asentaminen tuo mukanaan mahdollisuuden sähköistää kotiasi täysin integroidulla järjestelmällä. aurinko- ja energian varastointijärjestelmä. Se tarjoaa 25 vuoden takuun ja 24/7 katkossuojan. Aurinkokattoa täydentää Powerwall, kompakti kodin akku ympärivuorokautiseen energiavarmuuteen. Nämä akut auttavat varastoimaan aurinkokaton tuottaman energian kodin sähköä varten milloin tahansa. 

Koostumukseltaan aurinkokatto koostuu sekä lasista aurinkotiileistä että teräksestä valmistettuja kattotiilejä. Lasiset aurinkolaatat tuottavat energiaa. Arkkitehtoniset teräslaatat on tarkoitettu antamaan katolle pitkäikäisyyttä ja korroosionkestävyyttä. 

Yrityksen virallisesti julkaisemien lukujen mukaan Teslan sisäinen energiaammattilainen tiimi on asentanut lähes 4 gigawattia aurinkoenergiaa lähes 480,000 25 katolle. Nämä katot tuottavat yhteensä yli XNUMX TWh puhdasta energiaa. 

Asennus sisältää myös Tesla Solar -invertterit, jotka pitävät järjestelmän hyvin integroituna, turvallisena, luotettavana ja käyttökatkoksia vastaan. Tesla-sovelluksella voi seurata energiantuotantoa reaaliajassa. Järjestelmää on myös mahdollista ohjata mistä tahansa välittömillä hälytyksillä ja etäkäytöllä. 

Vuoden 3 kolmannella neljänneksellä Teslan liikevaihto oli yli US $ 21.4 miljardia euroa. Liikevoittoprosentti oli 17.2 %. 

Rakennukset ja energiatehokkuus: tie edessä

Ilmaston lämpeneminen ja ilmastonmuutos ovat sivilisaation huolenaihe. Hallitukset, sääntelyelimet, kansakuntien neuvostot ja yritykset ovat kaikki innokkaita keksimään ratkaisuja, jotka auttavat saavuttamaan tehokkaita energiamoduuleja. Erikoisratkaisujen lisäksi on monia tapoja ratkaista nämä ongelmat tekemällä pieniä päivittäisiä muutoksia rakennusjärjestelmiimme.

Yhdysvaltain energiatehokkuuden ja uusiutuvan energian virasto suosittelee monia tällaisia ​​ratkaisuja, kuten eristyksen lisäämistä, LED-valaistuksen käyttöä, lämpöpumppujen asentamista jne. 

Kuumassa ja kosteassa ilmastossa asuvat ihmiset voivat käyttää kosteutta poistavia lämpöputkia vähentääkseen sisäilman kosteutta ja parantaakseen mukavuutta. Energiahäviöiden minimoiminen kanavissa on toinen tapa edistää energiatehokkuutta. Kanavien eristäminen ja niiden ilmatiivistäminen voi olla hyödyllistä. 

Rakennusten tehokkaissa vedenlämmitysjärjestelmissä voidaan ajatella energiatehokkaita ratkaisuja, kuten tankittomat patterit, epäsuorat vedenlämmittimet, aurinkovesilämmittimet jne. Myös prosessien, kuten viemäriveden lämmön talteenoton, käyttöönotto voi osoittautua hyödylliseksi. 

Lämmön/jäähdytyksen energiankulutuksen vähentämisellä on monia etuja. Kyse ei ole vain kustannusten vähentämisestä. Sillä on suurempia yhteiskunnallisia etuja. Ne auttavat rakentamaan yhteisön sietokykyä ja järjestelmää, joka on energiaviisas ja tasapuolinen. Jokaisella alueella on alipalveluttuja yhteisöjä, jotka tarvitsevat kustannustehokkaan teknologian ja infrastruktuurin apua saadakseen keskeytymättömän energiansa. 

Energiatehokkaat järjestelmät vähentävät myös ilman saastumista, mikä hyödyttää yhteisön yleistä terveyttä. Fossiilisten polttoaineiden vähäisempi polttaminen on hyödyllistä myös ekologiallemme, meitä ympäröiville kasveille ja eläimille. 

Sen hyöty maan infrastruktuuritaloudelle on myös merkittävä. Tehokkaat energiajärjestelmät keventävät sähköverkkojen kuormitusta. Se auttaa minimoimaan ruuhkia ja kuormitusta sähkönjakelussa milloin tahansa. 

Edut ovat niin laajalle levinneitä ja kauaskantoisia, että tarvitsemme tulevaisuudessa lisää ratkaisuja, kuten mukautuvat kattotiilet. Se on ehdottomasti rohkaiseva virstanpylväs matkalla kohti tehokkuutta ja kestävää kehitystä. 

Napsauta tästä nähdäksesi kymmenen parhaan aurinkoenergiaosakkeen luettelon.