Adaptive takfliser kan være nøkkelen til å redusere oppvarmings‑/kjølingsenergiforbruk

I følge markedsundersøkelser kan det globale takmarkedet overstige US$140 milliarder innen 2033 fra nesten US$82 milliarder i 2023. Ingen byggearbeid er fullført uten en takløsning. Den er like viktig for boliger og kommersielle bygg. Markedet er dynamisk ettersom tak må byttes ut med jevne mellomrom. I Nord‑America, ifølge en markedsundersøkelse, 94 % av takprosjektene er takutskiftninger. 

Å erstatte gamle tak handler ofte om å gjøre dem miljømessig bærekraftige og energieffektive. Kule tak, som kan reflektere solstråling og redusere taktemperaturen, kan spare US$0,50 per kvadratfot, som noen studier viser. 

Noen anslag forventer at det globale markedet for kjølige tak vil vokse med en CAGR på 5,7 % frem til 2025. Reflekterende takmaterialer, som hvite membraner eller belegg, kan redusere takoverflatetemperaturen med opptil 50 grader Fahrenheit. 

Mens kjøle‑ eller oppvarmingsegenskaper har blitt et definerende trekk for takløsninger, viser interessen for bærekraft og energisparing at løsningene må være effektive. 

Vi vil starte dagens diskusjon med en slik løsning som har fanget oppmerksomheten i takbransjen over hele verden. 

Adaptive takfliser: Følsomme for utetemperatur; bidrar til å redusere energiforbruk

Forskere ved University of California, Santa Barbara, har kommet med akademisk forskning som beskriver hvordan takfliser kan kutte varme‑ og kjølekostnader. 

Formålet med de tre forskerne i dette prosjektet, Charlie Xiao, Elliot Hawkes og Bolin Lao, var å redusere energiregningene til amerikanere og redusere behovet for fossilt brensel som kreves for å drive HVAC‑systemer i hjem. 

Disse adaptive flisene kommer med en strålingsbryter som hjelper å veksle mellom oppvarmings‑ og kjølingstilstander. Den kan skifte mellom kjøling og oppvarming innen 3 grader Celsius fra brytertemperaturen. Den kan redusere kjøle‑ og oppvarmingsbehov med mer enn 2,5 ganger sammenlignet med statiske enheter. 

«Bryteren», eller den passive termoreguleringsenheten, er en 4‑tommers kvadrat. Den fungerer som en bevegelig overflate som kan endre sine termiske egenskaper for å reagere på et spekter av temperaturer.

Ifølge forsker Charlie Xiao:

«Den skifter mellom en oppvarmingstilstand og en kjølingstilstand, avhengig av flisens temperatur.»

Forskerne har utviklet løsningen med mål om en temperatur på 65 grader Fahrenheit, som er omtrent 18 grader Celsius. 

Men hvorfor blir denne løsningen mottatt med så stor forventning i takbransjen? Å komme til bunns i dette spørsmålet krever forståelse av USAs bygningers energiforbrukssituasjon.

50 % av USAs bygningers energiforbruk går til oppvarming og kjøling

Mengden energi som går til oppvarming og kjøling av USAs bygninger er enorm. Ifølge United States Energy Information Administration, utgjorde den samlede sluttbrukenergien fra bolig- og kommersielle sektorer omtrent 29 % av total USAs sluttbrukenergi i 2022. Hvis man inkluderer energitap i det elektriske systemet, utgjorde bolig- og kommersielle sektorer 38 % av total USAs energiforbruk i 2022. 

Med 50 % av USAs bygningers energiforbruk som går til oppvarming og kjøling, må systemet være energibesparende for enhver pris. Dessuten vil klimaendringer og global oppvarming øke behovet for kjøling. Likevel vil det finnes områder hvor etterspørselen etter oppvarming også vil forbli høy og kan til og med øke. 

Tradisjonelle kjølige taksystemer, inkludert reflekterende belegg, membraner, takshingel eller fliser, fungerer etter prinsippet om å kjøle hjem ved å reflektere sollys. Disse løsningene frigir også noe av den fangede varmen som termisk‑infrarød stråling. Problemet med disse løsningene oppstår når kjølige taksystemer fortsetter å stråle varme om vinteren, noe som øker oppvarmingskostnadene. Kort sagt, de mangler energieffektivitet og kostnadseffektivitet. 

Når man tar hensyn til alle disse aspektene nevnt ovenfor, er en løsning som kan skifte mellom oppvarming og kjøling i respons på utetemperaturen intet mindre enn banebrytende, spesielt fordi den fungerer uten elektrisitet. 

Løsningen anses også å spille en definert rolle for bransjen fordi den kan dekke både oppvarmings‑ og kjølingsbehov i samme bygning på samme dag. Det finnes ikke mange teknologier i dag som automatisk kan skifte mellom passiv oppvarming og kjøling. De tilgjengelige løsningene er imidlertid stort sett ineffektive for daglig skifting, da de krever et stort temperaturspenn for å endre tilstand. 

Forskerne hevder også at designet er svært tilpasningsdyktig. Det kan oppnå ulike temperaturinnstillinger ved å endre faseendringsmaterialet. For høyere strålingskjøling, forbedret oppvarmingsytelse og overlegen holdbarhet, trenger de adaptive flisene bare å endre belegget. 

En annen egenskap som gjør løsningen attraktiv er dens enkle design og potensial for lavkostproduksjon. 

Mens alle disse fordelene og gevinstene venter på å bli utnyttet av bransjen og produsert i større skala, jobber flere andre bygningsteknologier med å redusere oppvarmings‑/kjølingsenergiforbruket. Vi vil nå se på noen av disse løsningene.

Smart‑takbelegg for energisparing året rundt

Forskere involvert i en studie ledet av Junqiao Wu, fakultetsforsker ved Berkeley Lab’s Materials Sciences Division og professor i materialvitenskap og ingeniørfag ved UC Berkeley, utviklet et helårs smart‑takbelegg som holder hjemmet varmt om vinteren og kjølig om sommeren. 

Som den tidligere løsningen krever dette også ikke naturgass eller elektrisitet. 

Ifølge Junqiao Wu:

«(Vår) helårs takbelegg skifter automatisk fra å holde deg kjølig til varm, avhengig av utetemperaturen. Det er energifritt, utslippsfritt klimaanlegg og oppvarming, alt i én enhet.»

For å oppnå målet utviklet forskerne et nytt materiale kalt temperatur‑adaptivt strålingsbelegg eller TARC. TARC slår automatisk av den strålingskjølingen om vinteren, og sikrer at det ikke blir overkjøling og energisløsing. 

Med TARC på plass forventer forskerne at den gjennomsnittlige husholdningen i USA vil spare opptil 10 % på strømmen. Løsningen kan reflektere 75 % av sollyset året rundt. Men når omgivelsestemperaturen er over 25 grader Celsius eller 77 grader Fahrenheit, går dens termiske emisjon opp til rundt 90 %. 

Junqiao Wu, som uttrykker sin begeistring for hva løsningen kan oppnå, sa:

«Vi trodde opprinnelig at overgangen fra oppvarming til kjøling ikke ville bli så dramatisk. Våre simuleringer, utendørs‑eksperimenter og laboratorie‑eksperimenter viste det motsatte – det er virkelig spennende.» 

Forskerne hadde planer om å utvikle TARC‑prototyper egnet for anvendelse i større skala. De håpet at TARC ville bevise sin verdi som et termisk beskyttende belegg for å forlenge batterilevetiden i smarttelefoner og bærbare PC‑er. Andre bruksområder kan inkludere beskyttelse av satellitter og biler mot ekstremt høye eller lave temperaturer, samt å lage temperaturregulerende stoff for telt, drivhusdekker, hatter og jakker. 

Energieffektive løsninger for amerikanske bygninger, spesielt med fokus på effektive tak, er også tilgjengelige på bedriftsnivå. Vi vil se noen av slike løsninger i de neste segmentene. 

1. Whitco Roofing, Inc.

Whitco posisjonerer seg som den største kommersielle takentreprenøren i Atlanta og en av de ledende takentreprenørene i Nord‑America. Whitco er ett av få kommersielle takfirmaer i Nord‑America som har Certified Green Roof Professionals som ansatte. De tilbyr også soltakpaneler som effektivt kan levere mer enn 25 % av en bygningens totale energi. Deres løsninger inkluderer også Polyisocyanurate takisolasjon. Når den brukes riktig, kan denne løsningen betydelig redusere oppvarmings‑ og kjølingskostnader i kommersielle og industrielle bruksområder. 

Stiftet i 2005, er Whitco Roofing et privat selskap med hovedkontor i Atlanta, Georgia, USA. 

2. Grundfos

Når det gjelder en helhetlig tilnærming til å redusere oppvarmings‑ eller kjølingsenergiforbruk i bygninger, er Grundfos navnet som topper listen. Deres løsninger betjener både kommersielle og private bygninger. 

For å gjøre kommersiell oppvarming energieffektiv, tilbyr Grundfos sirkulasjonspumper, blandingsløkker, distribusjonspumpe‑løsninger, booster‑sett, enkeltrinnspumper, hydro‑boostere og mye mer. For energieffektiv oppvarming i private installasjoner, bruker Grundfos hovedsakelig sirkulasjonspumper. 

I regnskapsåret 2022 registrerte Grundfos en nettoomsetning på DKK 33,3 milliarder (2021: DKK 28,7 milliarder). De opplevde en salgsvekst på 12,1 % i lokal valuta sammenlignet med forrige regnskapsår (2021). Avkastning på salg i 2022 økte til 11,8 % i 2022, sammenlignet med 11,4 % i 2021.

3. Tesla Solar Roofs

Installasjonen av Tesla (TSLA ) soltak gir muligheten til å forsyne hjemmet med et fullt integrert sol og energilagringssystem. Den tilbyr en 25‑års garanti og 24/7 strømbruddsbeskyttelse. Soltaket kompletteres av Powerwall, et kompakt hjemmebatteri for energisikkerhet døgnet rundt. Disse batteriene hjelper med å lagre energien som produseres av soltaket for å kunne drive hjemmet når som helst. 

Komposisjonsmessig består et soltak av både glasssolfliser og ståltakfliser. Glasssolflisene produserer energi. De arkitektoniske ståltakflisene er ment å gi taket lang levetid og korrosjonsbestandighet. 

Ifølge tall offisielt publisert av selskapet, har Teslas interne energiteam installert nesten 4 gigawatt solenergi på nesten 480 000 tak. Til sammen genererer disse takene mer enn 25 TWh ren energi. 

Oppsettet inkluderer også Tesla Solar‑invertere for å holde systemet godt integrert, trygt, pålitelig og klar for strømbrudd. Med Tesla‑appen kan man overvåke energiproduksjonen i sanntid. Det er også mulig å kontrollere systemet fra hvor som helst med umiddelbare varsler og fjernstyring. 

I Q3 2023 registrerte Tesla en inntekt på mer enn US$21,4 milliarder. Driftsmarginen var 17,2 %. 

Bygninger og energieffektivitet: Veien videre

Global oppvarming og klimaendringer er en sivilisasjonsutfordring. Regjeringer, reguleringsorganer, nasjonale råd og bedrifter er alle ivrige etter å finne løsninger som bidrar til effektive energimoduler. I tillegg til spesialiserte løsninger finnes det mange måter man kan takle disse utfordringene på ved å gjøre små, daglige endringer i våre byggsystemer.

USAs Office of Energy Efficiency and Renewable Energy anbefaler mange slike løsninger, som å legge til isolasjon, bruke LED‑belysning, installere varmepumper, osv. 

Personer som bor i varme og fuktige klima kan bruke avfuktingsvarmerør for å redusere innendørs fuktighet og forbedre komforten. Å minimere energitap i kanaler er en annen måte å fremme energieffektivitet på. Å isolere kanalene og tette dem kan være nyttig. 

For effektive vannvarmesystemer i bygninger kan man vurdere energieffektive løsninger som tankløse spoler, indirekte varmtvannsberedere, solvarmere osv. Å innføre prosesser som gjenvinning av varme fra avløpsvann kan også være nyttig. 

Det er mange fordeler med å redusere oppvarmings‑/kjølingsenergiforbruket. Det handler ikke bare om å redusere kostnadene. Det gir større samfunnsfordeler. De bidrar til å bygge samfunnsresiliens og et system som er energiklokt og rettferdig. Det finnes underbetjente samfunn i alle regioner som trenger kostnadseffektive teknologier og infrastruktur for å få tilgang til en uavbrutt energiforsyning. 

Energieffektive systemer fører også til mindre luftforurensning, noe som gagner helsen i samfunnet generelt. Mindre forbrenning av fossilt brensel er også gunstig for økosystemet, plantene og dyrene rundt oss. 

Fordelen for landets infrastrukturøkonomi er også betydelig. Effektive energisystemer avlaster nettet. Det bidrar til å minimere overbelastning og stress på strømfordelingen på ethvert tidspunkt. 

Fordelene er så omfattende og vidtrekkende i sin påvirkning at vi trenger flere løsninger som adaptive takfliser i fremtiden. Det er definitivt et oppmuntrende milepæl i reisen mot effektivitet og bærekraft. 

Klikk her for listen over de ti beste solenergiaksjene.