एडैप्टिव रूफ टाइल्स हीटिंग/कूलिंग ऊर्जा खपत को कम करने की कुंजी हो सकती हैं

बाजार अनुसंधान के अनुमान के अनुसार, वैश्विक रूफिंग बाजार 2033 तक लगभग US$82 billion 2023 में था। कोई भी निर्माण कार्य रूफिंग समाधान के बिना पूरा नहीं हो सकता। यह आवासीय और वाणिज्यिक संरचनाओं दोनों के लिए समान रूप से आवश्यक है। बाजार में गतिशीलता है क्योंकि छतों को अक्सर बदलना पड़ता है। उत्तर अमेरिका में, एक बाजार अनुसंधान अनुमान के अनुसार, छत परियोजनाओं में 94% छत प्रतिस्थापन हैं।

पुरानी छतों को बदलना अक्सर उन्हें पर्यावरणीय रूप से सतत और ऊर्जा कुशल बनाने के बारे में होता है। कूल रूफ, जो सौर विकिरण को प्रतिबिंबित करने और छत के तापमान को कम करने में सक्षम होते हैं, कुछ अध्ययनों के अनुसार प्रति वर्ग फुट US$0.50 बचा सकते हैं।

कुछ अनुमान अपेक्षा करते हैं कि वैश्विक कूल रूफिंग बाजार 2025 तक 5.7% की CAGR पर बढ़ेगा। सफेद मेम्ब्रेन या कोटिंग जैसी प्रतिबिंबित रूफिंग सामग्री छत की सतह के तापमान को 50 डिग्री फ़ारेनहाइट तक कम कर सकती हैं।

जबकि कूलिंग या हीटिंग गुण रूफिंग समाधान के लिए एक प्रमुख विशेषता बन गए हैं, स्थिरता और ऊर्जा बचत में रुचि यह दर्शाती है कि समाधान कुशल होने चाहिए।

हम आज की चर्चा को एक ऐसे समाधान से शुरू करेंगे जिसने विश्व भर में रूफिंग उद्योग का ध्यान आकर्षित किया है।

एडैप्टिव रूफ टाइल्स: बाहरी तापमान के प्रति संवेदनशील; ऊर्जा खपत को कम करने में मददगार

कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बार्बरा के वैज्ञानिकों ने एक शैक्षणिक अनुसंधान किया है जो बताता है कि रूफ टाइल्स कैसे हीट और कूलिंग लागत को कम कर सकती हैं।

इस परियोजना में शामिल तीन शोधकर्ताओं, चार्ली श्याओ, एलियट हॉक्स, और बोलिन लाओ, का उद्देश्य अमेरिकियों के ऊर्जा बिल को कम करना और घर के HVAC सिस्टम चलाने के लिए आवश्यक जीवाश्म ईंधन की मांग को घटाना था।

ये अनुकूलनीय टाइल्स एक रेडिएटिव स्विच के साथ आती हैं जो हीटिंग और कूलिंग स्थितियों के बीच स्विच करने में मदद करती हैं। यह स्विच तापमान से 3 डिग्री सेल्सियस के भीतर कूलिंग और हीटिंग स्थितियों के बीच स्विच कर सकती है। यह स्थिर उपकरणों की तुलना में कूलिंग और हीटिंग की जरूरत को 2.5 गुना से अधिक कम कर सकती है।

‘स्विच’, या निष्क्रिय थर्मोरेगुलेशन डिवाइस, 4 इंच का वर्ग है। यह एक चलने योग्य सतह के रूप में कार्य करता है जो विभिन्न तापमानों के अनुसार अपने थर्मल गुणों को बदल सकता है।

शोधकर्ता चार्ली श्याओ के अनुसार:

“यह टाइल के तापमान के आधार पर हीटिंग स्थिति और कूलिंग स्थिति के बीच स्विच करती है।”

शोधकर्ताओं ने समाधान को 65 डिग्री फ़ारेनहाइट (लगभग 18 डिग्री सेल्सियस) के तापमान को लक्षित करके विकसित किया है।

लेकिन इस समाधान को रूफिंग उद्योग द्वारा इतनी प्रत्याशा के साथ क्यों स्वीकार किया गया है? इस प्रश्न की जड़ तक पहुंचने के लिए हमें अमेरिकी भवन ऊर्जा खपत परिदृश्य को समझना होगा।

अमेरिकी भवन ऊर्जा खपत का 50% हीटिंग और कूलिंग में जाता है

अमेरिकी भवनों के हीटिंग और कूलिंग में जाने वाली ऊर्जा खपत की मात्रा अत्यधिक है। संयुक्त राज्य ऊर्जा सूचना प्रशासन (United States Energy Information Administration) के अनुसार, आवासीय और वाणिज्यिक क्षेत्रों द्वारा संयुक्त रूप से उपयोग की गई अंतिम-उपयोग ऊर्जा खपत 2022 में कुल अमेरिकी अंतिम-उपयोग ऊर्जा खपत का लगभग 29% थी। यदि विद्युत प्रणाली के ऊर्जा नुकसान को शामिल किया जाए, तो आवासीय और वाणिज्यिक क्षेत्रों ने 2022 में कुल अमेरिकी ऊर्जा खपत का 38% हिस्सा बनाया।

जबकि अमेरिकी भवन ऊर्जा खपत का 50% हीटिंग और कूलिंग में जाता है, प्रणाली को किसी भी कीमत पर ऊर्जा कुशल होना चाहिए। इसके अलावा, जलवायु परिवर्तन और वैश्विक तापमान वृद्धि कूलिंग की आवश्यकता को बढ़ाएगी। फिर भी ऐसे क्षेत्र होंगे जहाँ हीटिंग की मांग भी उच्च बनी रहेगी और संभवतः बढ़ भी सकती है।

परम्परागत कूल रूफ सिस्टम, जिसमें प्रतिबिंबित कोटिंग, मेम्ब्रेन, शिंगल या टाइल शामिल हैं, सूर्य के प्रकाश को प्रतिबिंबित करके घरों को ठंडा करने के सिद्धांत पर काम करते हैं। ये समाधान कुछ फंसे हुए गर्मी को थर्मल-इन्फ्रारेड विकिरण के रूप में भी छोड़ते हैं। हालांकि, इन समाधानों में समस्या तब उत्पन्न होती है जब कूल-रूफ सिस्टम सर्दियों में भी गर्मी विकिरित करना जारी रखते हैं, जिससे हीटिंग लागत बढ़ जाती है। संक्षेप में, इनकी ऊर्जा दक्षता और लागत प्रभावशीलता की कमी है।

उपरोक्त सभी पहलुओं को ध्यान में रखते हुए, एक ऐसा समाधान जो बाहरी तापमान के अनुसार हीटिंग और कूलिंग स्थितियों के बीच स्विच कर सके, खेल बदलने वाला है, विशेष रूप से क्योंकि यह बिना बिजली के काम करता है।

यह समाधान उद्योग के लिए एक निर्णायक भूमिका भी निभाता माना जाता है क्योंकि यह एक ही भवन में एक ही दिन हीटिंग और कूलिंग दोनों की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। वर्तमान में बहुत कम तकनीकें उपलब्ध हैं जो स्वचालित रूप से निष्क्रिय हीटिंग और कूलिंग के बीच स्विच कर सकें। उपलब्ध समाधान, हालांकि, दैनिक स्विचिंग के लिए अधिकांशतः अक्षम हैं क्योंकि उन्हें स्थितियों को चक्रित करने के लिए बड़ी तापमान सीमा की आवश्यकता होती है।

शोधकर्ता यह भी दावा करते हैं कि उनका डिज़ाइन अत्यधिक अनुकूलनीय है। यह फेज़ चेंज मैटेरियल को बदलकर विभिन्न तापमान सेट पॉइंट हासिल कर सकता है। उच्च रेडिएटिव कूलिंग, बेहतर हीटिंग प्रदर्शन, और श्रेष्ठ टिकाऊपन के लिए, अनुकूलनीय टाइल्स को केवल अपने कोटिंग को बदलने की आवश्यकता होती है।

समाधान को आकर्षक बनाने वाली एक और विशेषता इसका सरल डिज़ाइन और कम लागत वाले उत्पादन की संभावना है।

जबकि ये सभी लाभ और फायदे उद्योग द्वारा उपयोग किए जाने और बड़े पैमाने पर उत्पादन की प्रतीक्षा कर रहे हैं, कई अन्य भवन समाधान हीटिंग/कूलिंग ऊर्जा खपत को कम करने की दिशा में काम कर रहे हैं। अब हम कुछ ऐसे समाधान देखेंगे।

स्मार्ट-रूफ कोटिंग सभी मौसमों में ऊर्जा बचत के लिए

जुन्कियाओ वू द्वारा नेतृत्व किए गए एक अध्ययन में शामिल वैज्ञानिकों, जो बर्कले लैब के मैटेरियल साइंसेज डिवीजन में फैकल्टी वैज्ञानिक और यूसी बर्कले के मैटेरियल साइंस और इंजीनियरिंग प्रोफेसर हैं, ने एक सभी मौसमों के लिए स्मार्ट-रूफ कोटिंग विकसित की है जो सर्दियों में घरों को गर्म और गर्मियों में ठंडा रखती है।

पहले समाधान की तरह, यह भी प्राकृतिक गैस या बिजली की आवश्यकता नहीं रखता।

जुन्कियाओ वू के अनुसार:

“(हमारा) सभी मौसमों का रूफ कोटिंग बाहर के हवा के तापमान के आधार पर आपको ठंडा रखने से गर्म करने में स्वचालित रूप से स्विच करता है। यह ऊर्जा-रहित, उत्सर्जन-रहित एयर कंडीशनिंग और हीटिंग है, सभी एक ही डिवाइस में।”

अपने लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक नया पदार्थ विकसित किया जिसे तापमान-अनुकूल रेडिएटिव कोटिंग या TARC कहा जाता है। TARC सर्दियों में रेडिएटिव कूलिंग को स्वचालित रूप से बंद कर देता है, जिससे अधिक ठंडा होना और ऊर्जा बर्बादी नहीं होती।

TARC के साथ, वैज्ञानिकों का अनुमान है कि संयुक्त राज्य में औसत घर बिजली पर 10% तक बचत करेगा। यह समाधान पूरे वर्ष सूर्य के प्रकाश का 75% प्रतिबिंबित करने में सक्षम है। हालांकि, जब परिवेशीय तापमान 25 डिग्री सेल्सियस या 77 डिग्री फ़ारेनहाइट से ऊपर होता है, तो इसका थर्मल एमिस्सेंस लगभग 90% तक पहुंच जाता है।

जुन्कियाओ वू, समाधान की संभावनाओं को लेकर उत्साहित होते हुए कहे:

“हम मूल रूप से सोचते थे कि गर्मी से ठंडक में स्विच इतना नाटकीय नहीं होगा। हमारे सिमुलेशन, बाहरी प्रयोग और लैब प्रयोग ने इसके विपरीत सिद्ध किया – यह वास्तव में रोमांचक है।”

शोधकर्ताओं ने बड़े पैमाने पर अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त TARC प्रोटोटाइप विकसित करने की योजना बनाई थी। वे आशावादी थे कि TARC एक थर्मल प्रोटेक्टिव कोटिंग के रूप में अपनी कीमत साबित करेगा जिससे स्मार्टफ़ोन और लैपटॉप की बैटरी लाइफ़ बढ़ेगी। इसके अन्य उपयोगों में उपग्रहों और कारों को अत्यधिक उच्च या निम्न तापमान से बचाना और टेंट, ग्रीनहाउस कवरिंग, टोपी और जैकेट के लिए तापमान-नियंत्रित कपड़ा बनाना शामिल हो सकता है।

अमेरिकी भवनों के लिए ऊर्जा-कुशल समाधान, विशेष रूप से कुशल रूफिंग पर ध्यान केंद्रित करते हुए, एंटरप्राइज़ स्तर पर भी उपलब्ध हैं। हम अगले भागों में कुछ ऐसे समाधान देखेंगे।

1. Whitco Roofing, Inc.

Whitco खुद को अटलांटा में सबसे बड़े वाणिज्यिक रूफिंग ठेकेदार और उत्तर अमेरिका में प्रमुख रूफिंग ठेकेदारों में से एक के रूप में स्थापित करता है। Whitco उत्तर अमेरिका में कुछ ही वाणिज्यिक रूफिंग कंपनियों में से एक है जिसके पास प्रमाणित ग्रीन रूफ प्रोफेशनल्स स्टाफ में हैं। यह सौर रूफ पैनल भी प्रदान करता है जो एक भवन की कुल ऊर्जा का 25% से अधिक कुशलता से आपूर्ति कर सकते हैं। इसके समाधान में पॉलीआइसोस्यान्युरेट रूफ इन्सुलेशन भी शामिल है। सही ढंग से लागू करने पर, यह समाधान वाणिज्यिक और औद्योगिक उपयोग मामलों में हीटिंग और कूलिंग लागत को काफी हद तक कम कर सकता है।

2005 में स्थापित, Whitco Roofing एक निजी स्वामित्व वाली कंपनी है जिसका मुख्यालय अटलांटा, जॉर्जिया, संयुक्त राज्य में स्थित है।

2. Grundfos

भवनों में हीटिंग या कूलिंग ऊर्जा खपत को कम करने के लिए समग्र दृष्टिकोण की बात आए तो Grundfos शीर्ष पर रहता है। इसके समाधान वाणिज्यिक और घरेलू दोनों प्रकार के भवनों को सेवा प्रदान करते हैं।

वाणिज्यिक हीटिंग को ऊर्जा कुशल बनाने के लिए, Grundfos सर्कुलेटर पंप, मिक्सिंग लूप, वितरित पंपिंग समाधान, बूस्टर सेट, इनलाइन सिंगल-स्टेज पंप, हाइड्रो बूस्टर और कई अन्य प्रदान करता है। घरेलू सेटअप में ऊर्जा-कुशल हीटिंग के लिए, Grundfos मुख्यतः सर्कुलेटर पंपों पर निर्भर करता है।

वित्तीय वर्ष 2022 में, Grundfos ने DKK 33.3bn (2021: DKK 28.7bn) का शुद्ध टर्नओवर दर्ज किया। इसने पिछले वित्तीय वर्ष (2021) की तुलना में स्थानीय मुद्राओं में 12.1% की बिक्री वृद्धि देखी। 2022 में बिक्री पर रिटर्न 11.8% तक बढ़ा, जबकि 2021 में यह 11.4% था।

3. Tesla Solar Roofs

Tesla (TSLA ) सोलर रूफ की स्थापना के साथ एक पूरी तरह एकीकृत सौर और ऊर्जा भंडारण प्रणाली के साथ अपने घर को शक्ति प्रदान करने का अवसर मिलता है। यह 25 साल की वारंटी और 24/7 आउटेज सुरक्षा प्रदान करता है। सोलर रूफ को Powerwall द्वारा पूरक किया गया है, जो निरंतर ऊर्जा सुरक्षा के लिए एक कॉम्पैक्ट होम बैटरी है। ये बैटरियां सोलर रूफ द्वारा उत्पन्न ऊर्जा को संग्रहित करके कभी भी घर को शक्ति प्रदान करने में मदद करती हैं।

संरचना के हिसाब से, सोलर रूफ में कांच के सोलर टाइल और स्टील रूफिंग टाइल दोनों शामिल होते हैं। कांच के सोलर टाइल ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। आर्किटेक्चरल-ग्रेड स्टील टाइल छत को दीर्घायु और जंग प्रतिरोध प्रदान करने के लिए बनाई गई हैं।

कंपनी द्वारा आधिकारिक रूप से प्रकाशित आंकड़ों के अनुसार, Tesla की इन-हाउस ऊर्जा पेशेवर टीम ने लगभग 480,000 छतों पर लगभग 4 गिगावॉट सोलर स्थापित किया है। कुल मिलाकर, ये छतें 25 टेरावॉट-घंटे से अधिक स्वच्छ ऊर्जा उत्पन्न करती हैं।

सेटअप में Tesla सोलर इन्वर्टर भी शामिल हैं जो प्रणाली को अच्छी तरह एकीकृत, सुरक्षित, विश्वसनीय और आउटेज-रेडी रखते हैं। Tesla ऐप के साथ, कोई वास्तविक समय में ऊर्जा उत्पादन की निगरानी कर सकता है। तुरंत अलर्ट और रिमोट एक्सेस के साथ कहीं से भी प्रणाली को नियंत्रित करना भी संभव है।

Q3 2023 में, Tesla ने US$21.4 बिलियन से अधिक की राजस्व दर्ज की। ऑपरेटिंग मार्जिन 17.2% था।

भवन और ऊर्जा दक्षता: आगे का रास्ता

वैश्विक तापमान वृद्धि और जलवायु परिवर्तन एक सभ्यतात्मक चिंता है। सरकारें, नियामक निकाय, राष्ट्रों के परिषद और उद्यम सभी ऐसे समाधान खोजने के लिए उत्सुक हैं जो कुशल ऊर्जा मॉड्यूल हासिल करने में मदद करें। विशेषीकृत समाधानों के अलावा, हमारे भवन प्रणालियों में छोटे-छोटे दैनिक बदलाव करके इन चिंताओं का समाधान करने के कई तरीके हैं।

संयुक्त राज्य ऊर्जा दक्षता और नवीकरणीय ऊर्जा कार्यालय कई ऐसे समाधान सुझाता है, जैसे इन्सुलेशन जोड़ना, LED लाइटिंग का उपयोग करना, हीट पंप स्थापित करना, आदि।

गर्म और आर्द्र जलवायु में रहने वाले लोग इनडोर नमी को कम करने और आराम बढ़ाने के लिए डीह्यूमिडिफ़ाइंग हीट पाइप का उपयोग कर सकते हैं। डक्ट्स में ऊर्जा हानि को न्यूनतम करना ऊर्जा दक्षता को प्रोत्साहित करने का एक और तरीका है। डक्ट्स को इन्सुलेट करना और उन्हें एयर सील करना मददगार हो सकता है।

भवनों में कुशल जल हीटिंग सिस्टम के लिए, टैंकलेस कॉइल, अप्रत्यक्ष जल हीटर, सौर जल हीटर आदि जैसे ऊर्जा-कुशल समाधान पर विचार किया जा सकता है। ड्रेन-वॉटर हीट रिकवरी जैसी प्रक्रियाओं को लागू करना भी उपयोगी साबित हो सकता है।

हीटिंग/कूलिंग ऊर्जा खपत को कम करने के कई लाभ हैं। यह केवल लागत घटाने के बारे में नहीं है। यह समुदाय के लिए बड़े लाभ लाता है। यह समुदाय की लचीलापन और एक ऐसी प्रणाली बनाता है जो ऊर्जा-सचेत और समान हो। प्रत्येक क्षेत्र में कम सेवा प्राप्त समुदाय हैं जिन्हें निरंतर ऊर्जा आपूर्ति तक पहुंच पाने के लिए लागत-कुशल तकनीकों और बुनियादी ढांचे की मदद की आवश्यकता है।

ऊर्जा-कुशल प्रणालियां वायु प्रदूषण को भी कम करती हैं, जिससे समुदाय के समग्र स्वास्थ्य को लाभ मिलता है। जीवाश्म ईंधन का कम जलना हमारे पारिस्थितिकी तंत्र, पौधों और जानवरों के लिए भी लाभकारी है।

देश की बुनियादी ढांचा अर्थव्यवस्था के लिए इसका लाभ भी महत्वपूर्ण है। कुशल ऊर्जा प्रणालियां ग्रिड पर बोझ कम करती हैं। यह किसी भी समय पावर वितरण में भीड़भाड़ और तनाव को न्यूनतम करने में मदद करती है।

इन लाभों का प्रभाव इतना व्यापक और दूरगामी है कि भविष्य में हमें एडैप्टिव रूफ टाइल्स जैसे अधिक समाधान चाहिए। यह दक्षता और स्थिरता की यात्रा में निश्चित रूप से एक उत्साहजनक मील का पत्थर है।

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