Ubin Atap Adaptif Mungkin Menjadi Kunci untuk Mengurangi Konsumsi Energi Pemanasan/Pendinginan

Menurut perkiraan riset pasar, pasar atap global dapat melampaui US$140 miliar pada tahun 2033 dari hampir US$82 billion pada 2023. Tidak ada pekerjaan konstruksi yang selesai tanpa solusi atap. Ini sama pentingnya untuk struktur residensial dan komersial. Pasar memiliki sifat dinamis karena atap memerlukan penggantian secara berkala. Di seluruh Amerika Utara, menurut perkiraan riset pasar, 94% of roofing projects adalah penggantian atap. 

Mengganti atap lama sering kali berkaitan dengan menjadikannya berkelanjutan secara lingkungan dan efisien energi. Atap dingin, yang mampu memantulkan radiasi matahari dan menurunkan suhu atap, dapat menghemat US$0.50 per square foot, seperti yang ditunjukkan oleh beberapa studi. 

Beberapa perkiraan memperkirakan pasar atap dingin global akan tumbuh dengan CAGR sebesar 5.7% through 2025. Material atap reflektif, seperti membran atau lapisan putih, dapat menurunkan suhu permukaan atap hingga 50 degrees Fahrenheit. 

Sementara sifat pendinginan atau pemanasan telah menjadi fitur penentu bagi solusi atap, minat pada keberlanjutan dan penghematan energi menunjukkan bahwa solusi harus efisien. 

Kami akan memulai diskusi hari ini dengan salah satu solusi yang telah menarik perhatian di seluruh industri atap di seluruh dunia. 

Ubin Atap Adaptif: Sensitif terhadap Suhu Luar; Membantu Mengurangi Konsumsi Energi

Para ilmuwan di University of California, Santa Barbara, telah menghasilkan penelitian akademis yang menjelaskan bagaimana ubin atap dapat mengurangi biaya pemanasan dan pendinginan. 

Tujuan tiga peneliti yang terlibat dalam proyek ini, Charlie Xiao, Elliot Hawkes, dan Bolin Lao, adalah mengurangi jumlah tagihan energi warga Amerika dan mengurangi kebutuhan bahan bakar fosil yang diperlukan untuk menjalankan sistem HVAC di rumah. 

Ubin adaptif ini dilengkapi dengan saklar radiasi untuk membantu beralih antara keadaan pemanasan dan pendinginan. Ia dapat beralih antara keadaan pendinginan dan pemanasan dalam rentang 3 derajat Celsius dari suhu saklar. Ia dapat mengurangi kebutuhan pendinginan dan pemanasan lebih dari 2,5 kali dibandingkan dengan perangkat statis. 

‘Saklar’, atau perangkat termoregulasi pasif, berukuran kotak 4 inci. Ia berfungsi sebagai permukaan yang dapat dipindahkan yang dapat mengubah sifat termalnya untuk merespons berbagai suhu.

Menurut peneliti Charlie Xiao:

“Ia beralih antara keadaan pemanasan dan pendinginan, tergantung pada suhu ubin.”

Para peneliti telah merancang solusi dengan target suhu 65 derajat Fahrenheit, yaitu sekitar 18 derajat Celsius. 

Namun mengapa solusi ini diterima dengan begitu banyak antisipasi oleh industri atap? Menjawab pertanyaan ini memerlukan pemahaman tentang skenario konsumsi energi bangunan di AS.

50% dari Konsumsi Energi Bangunan AS Dihabiskan untuk Pemanasan dan Pendinginan

Jumlah konsumsi energi yang digunakan untuk pemanasan dan pendinginan bangunan AS sangat besar. Menurut United States Energy Information Administration, konsumsi energi akhir gabungan oleh sektor residensial dan komersial menyumbang sekitar 29% dari total konsumsi energi akhir AS pada tahun 2022. Jika termasuk kehilangan energi sistem listrik, sektor residensial dan komersial menyumbang 38% dari total konsumsi energi AS pada tahun 2022. 

Dengan 50% konsumsi energi bangunan AS dialokasikan untuk pemanasan dan pendinginan, sistem harus menjadi sangat efisien energi dengan segala cara. Selain itu, perubahan iklim dan pemanasan global akan meningkatkan kebutuhan pendinginan. Namun akan ada wilayah di mana permintaan pemanasan tetap tinggi dan bahkan dapat meningkat. 

Sistem atap dingin tradisional, termasuk lapisan reflektif, membran, sirap, atau ubin, bekerja berdasarkan prinsip mendinginkan rumah dengan memantulkan sinar matahari. Solusi ini juga melepaskan sebagian panas yang terperangkap sebagai radiasi termal-inframerah. Namun, masalah muncul ketika sistem atap dingin terus memancarkan panas di musim dingin, meningkatkan biaya pemanasan. Singkatnya, solusi ini kurang efisiensi energi dan tidak cost-effective. 

Dengan mempertimbangkan semua aspek di atas, solusi yang dapat beralih antara keadaan pemanasan dan pendinginan sebagai respons terhadap suhu luar tidak kalah revolusioner, terutama karena ia beroperasi tanpa listrik. 

Solusi ini juga dianggap memainkan peran penting bagi industri karena dapat memenuhi kebutuhan pemanasan dan pendinginan dalam satu bangunan pada hari yang sama. Saat ini tidak banyak teknologi yang dapat secara otomatis beralih antara pemanasan pasif dan pendinginan. Solusi yang ada, bagaimanapun, kebanyakan tidak efisien untuk pergantian harian karena memerlukan rentang suhu yang besar untuk mengubah keadaan. 

Para peneliti juga mengklaim desain mereka sangat dapat disesuaikan. Ia dapat mencapai titik suhu yang berbeda dengan mengubah material perubahan fase. Untuk pendinginan radiasi yang lebih tinggi, kinerja pemanasan yang ditingkatkan, dan daya tahan superior, ubin adaptif hanya perlu mengubah lapisannya. 

Fitur lain yang membuat solusi ini menarik adalah desainnya yang sederhana dan potensi produksi berbiaya rendah. 

Sementara semua keunggulan dan manfaat ini menunggu untuk dimanfaatkan oleh industri dan diproduksi dalam skala perusahaan yang lebih besar, banyak solusi bangunan lain sedang berupaya mengurangi konsumsi energi pemanasan/pendinginan. Sekarang kami akan melihat beberapa solusi tersebut.

Pelapisan Atap Pintar untuk Penghematan Energi Sepanjang Musim

Para ilmuwan yang terlibat dalam studi yang dipimpin oleh Junqiao Wu, ilmuwan fakultas di Materials Sciences Division Berkeley Lab dan profesor ilmu material serta teknik di UC Berkeley, mengembangkan pelapisan atap pintar sepanjang musim untuk menjaga rumah tetap hangat selama musim dingin dan sejuk selama musim panas. 

Seperti solusi sebelumnya, yang ini juga tidak memerlukan gas alam atau listrik. 

Menurut Junqiao Wu:

“(Kami) pelapisan atap sepanjang musim secara otomatis beralih dari menjaga Anda tetap sejuk ke hangat, tergantung pada suhu udara luar. Ini adalah pendinginan dan pemanasan tanpa energi, tanpa emisi, semua dalam satu perangkat.”

Untuk mencapai tujuan mereka, para ilmuwan mengembangkan material baru yang disebut pelapisan radiasi adaptif suhu atau TARC. TARC secara otomatis mematikan pendinginan radiasi di musim dingin, memastikan tidak ada pendinginan berlebih dan pemborosan energi. 

Dengan TARC, para ilmuwan memperkirakan rumah tangga rata-rata di Amerika Serikat akan menghemat hingga 10% pada listrik. Solusi ini mampu memantulkan 75% sinar matahari sepanjang tahun. Namun, ketika suhu lingkungan di atas 25 derajat Celsius atau 77 derajat Fahrenheit, emisivitas termalnya dapat mencapai sekitar 90%. 

Junqiao Wu, yang menyatakan kegembiraannya atas apa yang dapat dicapai solusi ini, berkata:

“Awalnya kami pikir peralihan dari pemanasan ke pendinginan tidak akan begitu dramatis. Simulasi, percobaan luar ruangan, dan percobaan laboratorium kami membuktikan sebaliknya – ini sangat menggembirakan.” 

Para peneliti berencana mengembangkan prototipe TARC yang cocok untuk aplikasi skala lebih besar. Mereka berharap TARC dapat membuktikan nilainya sebagai pelapisan pelindung termal untuk memperpanjang umur baterai pada smartphone dan laptop. Penggunaan lain dapat mencakup melindungi satelit dan mobil dari suhu yang sangat tinggi atau rendah serta membuat kain pengatur suhu untuk tenda, penutup rumah kaca, topi, dan jaket. 

Solusi hemat energi untuk bangunan AS, terutama yang berfokus pada atap yang efisien, juga tersedia pada tingkat perusahaan. Kami akan melihat beberapa solusi semacam itu di segmen berikutnya. 

1. Whitco Roofing, Inc.

Whitco menempatkan dirinya sebagai kontraktor atap komersial terbesar di Atlanta dan salah satu kontraktor atap terkemuka di Amerika Utara. Whitco adalah salah satu dari sedikit perusahaan atap komersial di Amerika Utara yang memiliki staf Certified Green Roof Professionals. Mereka juga menawarkan panel atap surya yang dapat secara efisien memasok lebih dari 25 persen total energi sebuah bangunan. Solusinya juga mencakup isolasi atap Polyisocyanurate. Jika diterapkan dengan benar, solusi ini dapat secara signifikan mengurangi biaya pemanasan dan pendinginan pada skenario penggunaan komersial dan industri. 

Didirikan pada tahun 2005, Whitco Roofing adalah perusahaan swasta yang berkantor pusat di Atlanta, Georgia, Amerika Serikat. 

2. Grundfos

Ketika berbicara tentang pendekatan holistik untuk mengurangi konsumsi energi pemanasan atau pendinginan pada bangunan, Grundfos adalah nama yang menonjol di puncak. Solusinya melayani baik bangunan komersial maupun domestik. 

Untuk membuat pemanasan komersial efisien energi, Grundfos menawarkan pompa sirkulator, loop pencampuran, solusi pompa terdistribusi, set booster, pompa satu tahap inline, hidro booster, dan banyak lagi. Untuk pemanasan yang efisien energi pada pengaturan domestik, Grundfos terutama mengandalkan pompa sirkulator. 

Pada tahun keuangan 2022, Grundfos mencatat omzet bersih sebesar DKK 33.3bn (2021: DKK 28.7bn). Perusahaan mencatat pertumbuhan penjualan sebesar 12.1% dalam mata uang lokal dibandingkan tahun keuangan sebelumnya (2021). Return on sales pada 2022 meningkat menjadi 11.8%, dibandingkan 11.4% pada 2021.

3. Tesla Solar Roofs

Pemasangan atap surya Tesla (TSLA ) memberikan kesempatan untuk memberi daya pada rumah dengan sistem tenaga surya dan penyimpanan energi yang terintegrasi penuh. Produk ini menawarkan garansi 25 tahun dan perlindungan dari pemadaman 24/7. Atap surya dilengkapi dengan Powerwall, baterai rumah yang kompak untuk keamanan energi sepanjang waktu. Baterai ini membantu menyimpan energi yang dihasilkan oleh atap surya untuk memberi daya pada rumah kapan saja. 

Dari segi komposisi, atap surya terdiri dari ubin surya kaca dan ubin atap baja. Ubin surya kaca menghasilkan energi. Ubin baja kelas arsitektural dirancang untuk memberikan daya tahan lama dan ketahanan korosi pada atap. 

Menurut data resmi yang dipublikasikan perusahaan, tim energi internal Tesla telah memasang hampir 4 gigawatt tenaga surya pada hampir 480.000 atap. Secara kumulatif, atap-atap ini menghasilkan lebih dari 25 TWh energi bersih. 

Pengaturan ini juga mencakup inverter Tesla Solar untuk menjaga sistem tetap terintegrasi dengan baik, aman, andal, dan siap menghadapi pemadaman. Dengan aplikasi Tesla, pengguna dapat memantau produksi energi secara real time. Sistem juga dapat dikendalikan dari mana saja dengan peringatan instan dan akses jarak jauh. 

Pada Q3 2023, Tesla mencatat pendapatan lebih dari US$21.4 billion. Margin operasional berada pada 17.2%. 

Bangunan dan Efisiensi Energi: Jalan ke Depan

Pemanasan global dan perubahan iklim merupakan keprihatinan peradaban. Pemerintah, badan regulasi, dewan negara, dan perusahaan semuanya bersemangat mencari solusi yang membantu mencapai modul energi yang efisien. Selain solusi khusus, ada banyak cara untuk mengatasi masalah ini dengan melakukan modifikasi kecil sehari-hari pada sistem bangunan kita.

Kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan Amerika Serikat merekomendasikan banyak solusi tersebut, seperti menambahkan isolasi, menggunakan pencahayaan LED, memasang pompa panas, dll. 

Orang yang tinggal di iklim panas dan lembap dapat menggunakan pipa panas dehumidifikasi untuk mengurangi kelembapan dalam ruangan dan meningkatkan kenyamanan. Meminimalkan kehilangan energi pada saluran udara adalah cara lain untuk mendorong efisiensi energi. Mengisolasi saluran dan menutup rapatnya dapat membantu. 

Untuk sistem pemanas air yang efisien di bangunan, dapat dipertimbangkan solusi hemat energi seperti koil tanpa tangki, pemanas air tidak langsung, pemanas air surya, dll. Memperkenalkan proses seperti pemulihan panas air limbah juga dapat berguna. 

Ada banyak manfaat dalam mengurangi konsumsi energi pemanasan/pendinginan. Ini bukan hanya tentang mengurangi biaya. Manfaatnya lebih luas bagi komunitas. Mereka membantu membangun ketahanan komunitas dan sistem yang bijaksana energi serta adil. Ada komunitas yang kurang terlayani di setiap wilayah yang membutuhkan bantuan teknologi dan infrastruktur hemat biaya untuk memperoleh pasokan energi yang tidak terputus. 

Sistem hemat energi juga menghasilkan polusi udara yang lebih sedikit, menguntungkan kesehatan keseluruhan komunitas. Pengurangan pembakaran bahan bakar fosil juga bermanfaat bagi ekologi kita, tanaman dan hewan di sekitar kita. 

Manfaatnya bagi ekonomi infrastruktur negara juga signifikan. Sistem energi yang efisien mengurangi beban pada jaringan listrik. Hal ini membantu meminimalkan kemacetan dan tekanan pada distribusi daya pada setiap waktu. 

Manfaatnya begitu luas dan berdampak jauh sehingga kita membutuhkan lebih banyak solusi seperti ubin atap adaptif di masa depan. Ini jelas merupakan tonggak yang menggembirakan dalam perjalanan menuju efisiensi dan keberlanjutan. 

Klik di sini untuk daftar sepuluh saham energi surya terbaik.