Adaptieve Dakpannen Kunnen de Sleutel Zijn tot het Verminderen van Energieverbruik voor Verwarming/Koeling

Volgens schattingen van marktonderzoek kan de wereldwijde dakbedekkingsmarkt tegen 2033 de US$140 miljard overschrijden, vanaf bijna US$82 billion in 2023. Geen enkel bouwproject is voltooid zonder een dakoplossing. Het is even essentieel voor residentiële en commerciële structuren. De markt heeft een dynamisch karakter omdat daken regelmatig moeten worden vervangen. In Noord-Amerika, volgens een marktonderzoeksschatting, 94% of roofing projects are roof replacements. 

Het vervangen van oude daken gaat vaak over het maken ervan milieuvriendelijk en energiezuinig. Koele daken, die in staat zijn zonnestraling te weerkaatsen en de daktemperatuur te verlagen, kunnen US$0.50 per square foot, zoals sommige studies aantonen. 

Sommige schattingen verwachten dat de wereldwijde markt voor koele daken zal groeien met een CAGR van 5.7% through 2025. Reflecterende dakmaterialen, zoals witte membranen of coatings, kunnen de dakoppervlaktetemperatuur verlagen met maar liefst 50 degrees Fahrenheit. 

Hoewel koel- of verwarmings eigenschappen een bepalend kenmerk zijn geworden voor dakoplossingen, toont de interesse in duurzaamheid en energiebesparing aan dat oplossingen efficiënt moeten zijn. 

We beginnen de bespreking van vandaag met een dergelijke oplossing die wereldwijd de aandacht van de dakindustrie heeft getrokken. 

Adaptieve Dakpannen: Gevoelig voor Buitentemperatuur; Helpt Energieverbruik te Verminderen

Wetenschappers van de University of California, Santa Barbara, hebben academisch onderzoek ontwikkeld dat beschrijft hoe dakpannen de kosten voor verwarming en koeling kunnen verlagen. 

Het doel van de drie onderzoekers die bij dit project betrokken waren, Charlie Xiao, Elliot Hawkes en Bolin Lao, was om de energierekeningen van Amerikanen te verlagen en de behoefte aan fossiele brandstoffen die nodig zijn voor huishoudelijke HVAC‑systemen te verminderen. 

Deze adaptieve tegels worden geleverd met een stralingsschakelaar om te schakelen tussen verwarmings‑ en koelingsstanden. Ze kunnen binnen 3 graden Celsius van de schakelt temperatuur wisselen tussen koeling en verwarming. Ze kunnen de koel‑ en verwarmingsbehoefte met meer dan 2,5 keer verminderen in vergelijking met statische apparaten. 

De ‘schakelaar’, of het passieve thermoregulatieapparaat, is een vierkante van 4 inch. Het dient als een beweegbaar oppervlak dat zijn thermische eigenschappen kan aanpassen om op een reeks temperaturen te reageren.

Volgens onderzoeker Charlie Xiao:

“Hij schakelt tussen een verwarmingsstand en een koelingsstand, afhankelijk van de temperatuur van de tegel.”

De onderzoekers hebben de oplossing ontworpen met een streeftemperatuur van 65 graden Fahrenheit, wat ongeveer 18 graden Celsius is. 

Maar waarom wordt deze oplossing met zoveel enthousiasme ontvangen door de dakindustrie? Het beantwoorden van deze vraag vereist inzicht in de energieconsumptiesituatie van gebouwen in de VS.

50% van de Energieconsumptie van Amerikaanse Gebouwen Gaat naar Verwarming en Koeling

De hoeveelheid energie die wordt gebruikt voor verwarming en koeling van Amerikaanse gebouwen is enorm. Volgens de United States Energy Information Administration bedroeg het gecombineerde eindgebruik van energie door de residentiële en commerciële sectoren ongeveer 29% van de totale eindenergieconsumptie van de VS in 2022. Als men de energieverliezen van het elektrische systeem meerekent, bedroegen de residentiële en commerciële sectoren 38% van de totale energieconsumptie van de VS in 2022. 

Aangezien 50% van de energieconsumptie van Amerikaanse gebouwen naar verwarming en koeling gaat, moet het systeem koste wat het kost energie‑efficiënt zijn. Bovendien zal klimaatverandering en opwarming de vraag naar koeling verhogen. Toch zullen er gebieden zijn waar de vraag naar verwarming ook hoog blijft en zelfs kan toenemen. 

Traditionele koele dak systemen, waaronder reflecterende coatings, membranen, shingles of tegels, werken volgens het principe huizen te koelen door zonlicht te weerkaatsen. Deze oplossingen geven ook een deel van de opgesloten warmte af als thermisch infrarood. Het probleem ontstaat echter wanneer koele daken in de winter blijven stralen, waardoor de verwarmingskosten stijgen. Kortom, ze missen energie‑efficiëntie en kosteneffectiviteit. 

Rekening houdend met al deze aspecten, is een oplossing die kan schakelen tussen verwarmings‑ en koelingsstanden als reactie op de buitentemperatuur ronduit baanbrekend, des te meer omdat deze zonder elektriciteit werkt. 

De oplossing wordt ook gezien als een bepalende factor voor de industrie omdat ze de eisen van verwarming en koeling in hetzelfde gebouw op dezelfde dag kan vervullen. Er zijn momenteel weinig technologieën die automatisch kunnen schakelen tussen passieve verwarming en koeling. De beschikbare oplossingen zijn echter meestal inefficiënt voor dagelijks schakelen omdat ze een grote temperatuurbereik nodig hebben om van staat te wisselen. 

De onderzoekers beweren ook dat hun ontwerp zeer aanpasbaar is. Het kan verschillende temperatuursinstellingen bereiken door het fase‑overgangsmateriaal aan te passen. Voor hogere stralingskoeling, verbeterde verwarmingsprestaties en superieure duurzaamheid hoeven de adaptieve tegels alleen hun coating te wijzigen. 

Een ander kenmerk dat de oplossing aantrekkelijk maakt, is het eenvoudige ontwerp en het potentieel voor goedkope productie. 

Terwijl al deze voordelen en baten nog moeten worden benut door de industrie en op grotere schaal geproduceerd, werken meerdere andere gebouwoplossingen aan het verminderen van het energieverbruik voor verwarming/koeling. We zullen nu enkele van die oplossingen bekijken.

Slimme Dakcoating voor Energiebesparing het Hele Jaar Door

Wetenschappers die betrokken waren bij een studie onder leiding van Junqiao Wu, een faculteitswetenschapper bij Berkeley Lab’s Materials Sciences Division en professor in materiaalkunde en engineering aan UC Berkeley, ontwikkelden een all‑season slimme dakcoating om huizen in de winter warm en in de zomer koel te houden. 

Net als de eerdere oplossing vereist deze ook geen aardgas of elektriciteit. 

Volgens Junqiao Wu:

“(Onze) all‑season dakcoating schakelt automatisch van koeling naar verwarming, afhankelijk van de buitentemperatuur. Het is energie‑vrij, emissievrij airconditioning en verwarming, allemaal in één apparaat.”

Om hun doel te bereiken ontwikkelden de wetenschappers een nieuw materiaal genaamd een temperatuur‑adaptieve stralingscoating of TARC. TARC schakelt de stralingskoeling in de winter automatisch uit, waardoor overkoeling en energieverspilling worden voorkomen. 

Met TARC verwachten wetenschappers dat het gemiddelde huishouden in de Verenigde Staten tot 10% on electricity zal besparen. De oplossing kan het hele jaar door 75% van het zonlicht weerkaatsen. Echter, wanneer de omgevingstemperatuur boven 25 graden Celsius of 77 graden Fahrenheit ligt, stijgt de thermische emissie tot ongeveer 90%. 

Junqiao Wu, die zijn enthousiasme over wat de oplossing kan bereiken uitte, zei:

“We dachten oorspronkelijk dat de overgang van verwarming naar koeling niet zo dramatisch zou zijn. Onze simulaties, buitentests en laboratoriumexperimenten bewezen het tegendeel – het is echt opwindend.” 

De onderzoekers waren van plan TARC‑prototypes te ontwikkelen die geschikt zijn voor grootschalige toepassingen. Ze hoopten dat TARC zijn waarde zou bewijzen als een thermisch beschermende coating om de levensduur van batterijen in smartphones en laptops te verlengen. Andere toepassingen kunnen onder meer het beschermen van satellieten en auto’s tegen extreem hoge of lage temperaturen en het maken van temperatuur‑regulerende stoffen voor tenten, kasbedekkingen, hoeden en jassen omvatten. 

Energie‑efficiënte oplossingen voor Amerikaanse gebouwen, met name gericht op efficiënte dakbedekking, zijn ook op ondernemingsniveau beschikbaar. We zullen enkele van die oplossingen in de volgende segmenten bekijken. 

1. Whitco Roofing, Inc.

Whitco positioneert zich als de grootste commerciële dakbedekkingsaannemer in Atlanta en een van de toonaangevende dakbedekkingsaannemers in Noord‑America. Whitco is een van de weinige commerciële dakbedrijven in Noord‑America die gecertificeerde Green Roof Professionals in dienst hebben. Het biedt ook zonnepanelen die efficiënt meer dan 25 procent van de totale energie van een gebouw kunnen leveren. De oplossingen omvatten ook Polyisocyanuraat dakisolatie. Correct toegepast kan deze oplossing de verwarmings‑ en koelingskosten aanzienlijk verlagen in commerciële en industriële toepassingen. 

Opgericht in 2005, is Whitco Roofing een privaat bedrijf met het hoofdkantoor in Atlanta, Georgia, Verenigde Staten. 

2. Grundfos

Als het gaat om een holistische aanpak om het energieverbruik voor verwarming of koeling in gebouwen te verminderen, staat Grundfos bovenaan. Hun oplossingen bedienen zowel commerciële als particuliere gebouwen. 

Om commerciële verwarming energie‑efficiënt te maken, biedt Grundfos circulatiepompen, menglusjes, gedistribueerde pompoplossingen, booster‑sets, inline e‑trap pompen, hydro‑boosters en nog veel meer. Voor energie‑efficiënte verwarming in particuliere installaties vertrouwt Grundfos voornamelijk op circulatiepompen. 

In het boekjaar 2022 noteerde Grundfos een netto‑omzet van DKK 33.3bn (2021: DKK 28.7bn). Het zag een omzetgroei van 12.1% in lokale valuta ten opzichte van het vorige boekjaar (2021). De winstmarge in 2022 steeg naar 11.8% vergeleken met 11.4% in 2021.

3. Tesla Solar Roofs

De installatie van Tesla solar roofs biedt de mogelijkheid om een huis van stroom te voorzien met een volledig geïntegreerd zonne‑ en energieopslagsysteem. Het biedt een garantie van 25 jaar en 24/7 stroomonderbrekingsbescherming. Het zonne‑dak wordt aangevuld met Powerwall, een compacte thuisbatterij voor continue energiezekerheid. Deze batterijen helpen de door het zonne‑dak geproduceerde energie op te slaan om het huis op elk moment van stroom te voorzien. 

Qua samenstelling bestaat een zonne‑dak uit zowel glazen zonne‑tegels als stalen dak‑tegels. De glazen zonne‑tegels produceren energie. De architecturale stalen tegels zijn bedoeld om het dak langdurigheid en corrosiebestendigheid te geven. 

Volgens cijfers die officieel door het bedrijf zijn gepubliceerd, heeft het interne Tesla‑team van energie‑professionals bijna 4 gigawatt aan zonne‑energie geïnstalleerd op bijna 480.000 daken. Gezamenlijk genereren deze daken meer dan 25 TWh aan schone energie. 

De installatie omvat ook Tesla Solar‑omvormers om het systeem goed geïntegreerd, veilig, betrouwbaar en klaar voor stroomuitval te houden. Met de Tesla‑app kan men de energieproductie in realtime monitoren. Het is ook mogelijk het systeem vanaf elke locatie te bedienen met directe meldingen en externe toegang. 

In Q3 2023 noteerde Tesla een omzet van meer dan US$21.4 billion. De operationele marge bedroeg 17.2%. 

Gebouwen en Energie‑efficiëntie: De Toekomst

Opwarming van de aarde en klimaatverandering zijn een beschavingstechnisch probleem. Overheden, regelgevende instanties, wereldwijde raden en bedrijven streven ernaar oplossingen te vinden die efficiënte energiemodules mogelijk maken. Naast gespecialiseerde oplossingen zijn er tal van manieren om deze zorgen aan te pakken door kleine, alledaagse aanpassingen in onze gebouwsystemen te doen.

Het United States Office of Energy Efficiency and Renewable Energy beveelt vele van deze oplossingen aan, zoals het toevoegen van isolatie, het gebruik van LED‑verlichting, het installeren van warmtepompen, enz. 

Mensen die in warme en vochtige klimaten wonen kunnen ontvochtigende warmtebuizen gebruiken om de binnenluchtvochtigheid te verlagen en het comfort te verbeteren. Het minimaliseren van energieverlies in luchtkanalen is een andere manier om energie‑efficiëntie te bevorderen. Het isoleren van de kanalen en het luchtdicht maken ervan kan nuttig zijn. 

Voor efficiënte waterverwarmingssystemen in gebouwen kan men denken aan energie‑efficiënte oplossingen zoals doorstroomverwarmers, indirecte waterverwarmers, zonne‑waterverwarmers, enz. Het introduceren van processen zoals warmteterugwinning uit afvoergemiddelde water kan ook nuttig blijken. 

Er zijn veel voordelen verbonden aan het verminderen van het energieverbruik voor verwarming/koeling. Het gaat niet alleen om kostenreductie. Het heeft bredere maatschappelijke voordelen. Ze helpen de veerkracht van de gemeenschap op te bouwen en een systeem dat energie‑bewust en rechtvaardig is. In elke regio zijn er onderbediende gemeenschappen die kostenefficiënte technologieën en infrastructuur nodig hebben om toegang te krijgen tot een ononderbroken energievoorziening. 

Energie‑efficiënte systemen leiden ook tot minder luchtvervuiling, wat de algehele gezondheid van een gemeenschap ten goede komt. Minder verbranding van fossiele brandstoffen is ook gunstig voor ons ecosysteem, de planten en dieren om ons heen. 

De voordelen voor de infrastructuur‑economie van het land zijn eveneens aanzienlijk. Efficiënte energiesystemen ontlasten het net. Ze helpen congestie en stress op de stroomdistributie op elk moment te verminderen. 

De voordelen zijn zo wijdverspreid en verregaand in hun impact dat we in de toekomst meer oplossingen zoals adaptieve dakpannen nodig hebben. Het is zeker een bemoedigende mijlpaal in de reis naar efficiëntie en duurzaamheid. 

Klik hier voor de lijst van de tien beste zonne‑energie aandelen.