Telhas de Telhado Adaptativas podem ser a chave para reduzir o consumo de energia de aquecimento/resfriamento

De acordo com estimativas de pesquisas de mercado, o mercado global de telhados pode ultrapassar US$140 bilhões até 2033, a partir de quase US$82 bilhões em 2023. Nenhum trabalho de construção está completo sem uma solução de telhado. É igualmente essencial para estruturas residenciais e comerciais. O mercado tem natureza dinâmica, pois os telhados precisam ser substituídos em intervalos frequentes. Na América do Norte, de acordo com uma estimativa de pesquisa de mercado, 94% dos projetos de telhado são substituições de telhado. 

Substituir telhados antigos costuma ser sobre torná-los ambientalmente sustentáveis e energeticamente eficientes. Telhados frios, capazes de refletir a radiação solar e reduzir a temperatura do telhado, podem economizar US$0,50 por pé quadrado, como mostram alguns estudos. 

Algumas estimativas esperam que o mercado global de telhados frios cresça a um CAGR de 5,7% até 2025. Materiais de telhado refletivos, como membranas ou revestimentos brancos, podem reduzir a temperatura da superfície do telhado em até 50 graus Fahrenheit. 

Embora as propriedades de resfriamento ou aquecimento tenham se tornado uma característica definidora para soluções de telhado, o interesse em sustentabilidade e economia de energia demonstra que as soluções devem ser eficientes. 

Começaremos a discussão de hoje com uma solução que chamou a atenção em toda a indústria de telhados mundialmente. 

Telhas de Telhado Adaptativas: Sensíveis à Temperatura Externa; Ajudam a Reduzir o Consumo de Energia

Cientistas da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, desenvolveram uma pesquisa acadêmica que detalha como as telhas de telhado podem reduzir os custos de aquecimento e resfriamento. 

O objetivo dos três pesquisadores envolvidos neste projeto, Charlie Xiao, Elliot Hawkes e Bolin Lao, era reduzir as contas de energia dos americanos e diminuir a necessidade de combustíveis fósseis necessários para operar os sistemas HVAC residenciais. 

Essas telhas adaptativas vêm com um interruptor radiativo para ajudar a alternar entre os estados de aquecimento e resfriamento. Pode mudar entre os estados de resfriamento e aquecimento dentro de 3 graus Celsius da temperatura de acionamento. Pode reduzir as necessidades de resfriamento e aquecimento em mais de 2,5 vezes em comparação com dispositivos estáticos. 

O ‘interruptor’, ou o dispositivo de termorregulação passiva, tem um quadrado de 4 polegadas. Ele funciona como uma superfície móvel que pode mudar suas propriedades térmicas para responder a uma variedade de temperaturas.

De acordo com o pesquisador Charlie Xiao:

“Ele alterna entre um estado de aquecimento e um estado de resfriamento, dependendo da temperatura da telha.”

Os pesquisadores desenvolveram a solução visando uma temperatura de 65 graus Fahrenheit, que equivale a cerca de 18 graus Celsius. 

Mas por que essa solução foi recebida com tanta expectativa pela indústria de telhados? Chegar ao cerne dessa questão requer entender o cenário de consumo de energia dos edifícios nos EUA.

50% do consumo de energia dos edifícios dos EUA vai para aquecimento e resfriamento

A quantidade de consumo de energia que vai para o aquecimento e resfriamento dos edifícios dos EUA é enorme. De acordo com a United States Energy Information Administration, o consumo combinado de energia final pelos setores residencial e comercial representou cerca de 29% do consumo total de energia final dos EUA em 2022. Se incluímos as perdas de energia do sistema elétrico, os setores residencial e comercial representaram 38% do consumo total de energia dos EUA em 2022. 

Com 50% do consumo de energia dos edifícios dos EUA destinado ao aquecimento e resfriamento, o sistema precisa ser energeticamente eficiente a qualquer custo. Além disso, as mudanças climáticas e o aquecimento global aumentarão a necessidade de resfriamento. Ainda assim, haverá áreas onde a demanda por aquecimento permanecerá alta e pode até aumentar. 

Os sistemas tradicionais de telhados frios, incluindo revestimentos refletivos, membranas, telhas ou telhas, funcionam com base no princípio de resfriar casas refletindo a luz solar. Essas soluções também liberam parte do calor retido como radiação térmica infravermelha. No entanto, o problema surge quando os sistemas de telhado frio continuam a irradiar calor no inverno, aumentando os custos de aquecimento. Em resumo, carecem de eficiência energética e relação custo-benefício. 

Levando em conta todos esses aspectos mencionados acima, uma solução que pode alternar entre os estados de aquecimento e resfriamento em resposta à temperatura externa é nada menos que revolucionária, ainda mais porque funciona sem eletricidade. 

A solução também é considerada como desempenhando um papel definidor para a indústria, pois pode atender às necessidades de aquecimento e resfriamento no mesmo edifício no mesmo dia. Não há muitas tecnologias disponíveis atualmente que possam alternar automaticamente entre aquecimento passivo e resfriamento. As soluções disponíveis, porém, são em sua maioria ineficientes para trocas diárias, pois exigem uma grande faixa de temperatura para mudar de estado. 

Os pesquisadores também afirmam que seu design é altamente adaptável. Ele pode alcançar diferentes pontos de ajuste de temperatura alterando o material de mudança de fase. Para maior resfriamento radiativo, desempenho de aquecimento aprimorado e durabilidade superior, as telhas adaptativas precisam apenas alterar seu revestimento. 

Outra característica que torna a solução atraente é seu design simples e potencial de produção de baixo custo. 

Embora todas essas vantagens e benefícios ainda aguardem ser aproveitados pela indústria e produzidos em escala empresarial maior, várias outras soluções de construção estão trabalhando para reduzir o consumo de energia de aquecimento/resfriamento. Agora veremos algumas dessas soluções.

Revestimento Inteligente para Telhado para Economia de Energia em Todas as Estações

Cientistas envolvidos em um estudo liderado por Junqiao Wu, cientista da faculdade no Berkeley Lab’s Materials Sciences Division e professor da UC Berkeley de ciência e engenharia de materiais, desenvolveram um revestimento inteligente para telhado de todas as estações para manter as casas aquecidas no inverno e frescas no verão. 

Assim como a solução anterior, esta também não requer gás natural ou eletricidade. 

De acordo com Junqiao Wu:

“(Nosso) revestimento de telhado de todas as estações alterna automaticamente de mantê-lo fresco a quente, dependendo da temperatura do ar externo. É ar condicionado e aquecimento sem energia, sem emissões, tudo em um único dispositivo.”

Para alcançar seu objetivo, os cientistas desenvolveram um novo material chamado revestimento radiativo adaptativo à temperatura ou TARC. O TARC desliga automaticamente o resfriamento radiativo no inverno, garantindo que não haja superresfriamento e desperdício de energia. 

Com o TARC em funcionamento, os cientistas esperam que a residência média nos Estados Unidos economize até 10% na eletricidade. A solução é capaz de refletir 75% da luz solar durante todo o ano. Contudo, quando a temperatura ambiente está acima de 25 graus Celsius ou 77 graus Fahrenheit, sua emissão térmica chega a cerca de 90%. 

Junqiao Wu, expressando sua empolgação sobre o que a solução poderia alcançar, disse:

“Originalmente pensamos que a mudança de aquecimento para resfriamento não seria tão dramática. Nossas simulações, experimentos ao ar livre e de laboratório provaram o contrário – é realmente empolgante.” 

Os pesquisadores tinham planos de desenvolver protótipos do TARC adequados para aplicações em maior escala. Eles esperavam que o TARC provasse seu valor como um revestimento termicamente protetor para prolongar a vida útil de baterias em smartphones e laptops. Outros usos poderiam incluir proteger satélites e carros de temperaturas extremamente altas ou baixas e criar tecidos reguladores de temperatura para tendas, coberturas de estufas, chapéus e jaquetas. 

Soluções energeticamente eficientes para edifícios dos EUA, especialmente com foco em telhados eficientes, também estão disponíveis em nível empresarial. Veremos algumas dessas soluções nos próximos segmentos. 

1. Whitco Roofing, Inc.

A Whitco se posiciona como a maior empreiteira de telhados comerciais em Atlanta e uma das principais empreiteiras de telhados na América do Norte. A Whitco é uma das poucas empresas de telhados comerciais na América do Norte que possui profissionais certificados em telhados verdes em sua equipe. Também oferece painéis solares para telhado que podem suprir eficientemente mais de 25% da energia total de um edifício. Suas soluções também incluem isolamento de telhado em poliisocianurato. Aplicada corretamente, essa solução pode reduzir significativamente os custos de aquecimento e resfriamento em cenários de uso comercial e industrial. 

Fundada em 2005, a Whitco Roofing é uma empresa de capital privado com sede em Atlanta, Geórgia, Estados Unidos. 

2. Grundfos

Quando se trata de uma abordagem holística para reduzir o consumo de energia de aquecimento ou resfriamento em edifícios, a Grundfos é o nome que se destaca. Suas soluções atendem tanto a edifícios comerciais quanto residenciais. 

Para tornar o aquecimento comercial energeticamente eficiente, a Grundfos oferece bombas circuladoras, loops de mistura, soluções de bombeamento distribuído, conjuntos de reforço, bombas de estágio único em linha, hidro reforços e muito mais. Para aquecimento energeticamente eficiente em configurações domésticas, a Grundfos depende principalmente de bombas circuladoras. 

No exercício financeiro de 2022, a Grundfos registrou um faturamento líquido de DKK 33,3 bilhões (2021: DKK 28,7 bilhões). Registrou um crescimento de vendas de 12,1% em moedas locais em relação ao último exercício (2021). O retorno sobre vendas em 2022 aumentou para 11,8% em 2022, comparado a 11,4% em 2021.

3. Tesla Solar Roofs

A instalação dos telhados solares da Tesla (TSLA ) traz a oportunidade de alimentar a casa com um sistema totalmente integrado de energia solar e armazenamento de energia. Oferece uma garantia de 25 anos e proteção contra interrupções 24/7. O telhado solar é complementado pelo Powerwall, uma bateria doméstica compacta para segurança energética 24 horas por dia. Essas baterias ajudam a armazenar a energia produzida pelo telhado solar para alimentar a casa a qualquer momento. 

Em termos de composição, um telhado solar compreende tanto telhas solares de vidro quanto telhas de aço. As telhas solares de vidro produzem energia. As telhas de aço de grau arquitetônico destinam-se a proporcionar longevidade e resistência à corrosão ao telhado. 

De acordo com números oficialmente publicados pela empresa, a equipe interna de profissionais de energia da Tesla instalou cerca de 4 gigawatts de energia solar em quase 480.000 telhados. Cumulativamente, esses telhados geram mais de 25 TWh de energia limpa. 

A configuração também inclui inversores solares da Tesla para manter o sistema bem integrado, seguro, confiável e pronto para interrupções. Com o aplicativo Tesla, pode-se monitorar a produção de energia em tempo real. Também é possível controlar o sistema de qualquer lugar com alertas instantâneos e acesso remoto. 

No terceiro trimestre de 2023, a Tesla registrou uma receita de mais de US$21,4 bilhões. A margem operacional foi de 17,2%. 

Edifícios e Eficiência Energética: O Caminho à Frente

O aquecimento global e as mudanças climáticas são uma preocupação civilizacional. Governos, órgãos reguladores, conselhos de nações e empresas estão todos empenhados em criar soluções que ajudem a alcançar módulos de energia eficientes. Além de soluções especializadas, há muitas maneiras de enfrentar essas questões fazendo pequenas modificações cotidianas em nossos sistemas de construção.

O Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável dos Estados Unidos recomenda muitas dessas soluções, como adicionar isolamento, usar iluminação LED, instalar bombas de calor, etc. 

Pessoas que vivem em climas quentes e úmidos podem usar tubos de calor desumidificadores para reduzir a umidade interna e melhorar o conforto. Minimizar perdas de energia em dutos é outra forma de promover a eficiência energética. Isolar os dutos e vedá-los pode ser útil. 

Para sistemas de aquecimento de água eficientes em edifícios, pode-se considerar soluções energéticas como bobinas sem tanque, aquecedores de água indiretos, aquecedores solares de água, etc. Introduzir processos como recuperação de calor da água de drenagem também pode ser útil. 

Existem muitos benefícios em reduzir o consumo de energia de aquecimento/resfriamento. Não se trata apenas de reduzir custos. Há benefícios maiores para a comunidade. Eles ajudam a construir resiliência comunitária e um sistema que seja energeticamente inteligente e equitativo. Existem comunidades desfavorecidas em todas as regiões que precisam da ajuda de tecnologias e infraestruturas de baixo custo para obter acesso a um suprimento de energia ininterrupto. 

Sistemas energeticamente eficientes também levam a menos poluição do ar, beneficiando a saúde geral da comunidade. A menor queima de combustíveis fósseis também é benéfica para nossa ecologia, as plantas e animais que nos cercam. 

Seu benefício para a economia de infraestrutura do país também é significativo. Sistemas de energia eficientes aliviam a carga das redes. Isso ajuda a minimizar congestionamentos e estresse na distribuição de energia em qualquer momento. 

Os benefícios são tão amplos e de longo alcance em seu impacto que precisamos de mais soluções como telhas de telhado adaptativas no futuro. É definitivamente um marco encorajador na jornada rumo à eficiência e sustentabilidade. 

Clique aqui para a lista das dez melhores ações de energia solar.