Adaptiva takpannor kan vara nyckeln till att minska energiförbrukningen för värme/kyla

Enligt marknadsundersökningsuppskattningar kan den globala takmarknaden passera 140 miljarder USD år 2033 från nästan US $ 82 miljarder år 2023. Inget byggarbete är komplett utan en taklösning. Det är lika viktigt för bostäder som kommersiella strukturer. Marknaden har en dynamisk karaktär då tak behöver bytas ut med täta intervaller. Över hela Nordamerika, enligt en marknadsundersökningsuppskattning, 94 % av takprojekten är takbyten. 

Att byta ut gamla tak handlar ofta om att göra dem miljömässigt hållbar och energieffektiv. Svala tak, som kan reflektera solstrålning och sänka taktemperaturen, kan spara 0.50 USD per kvadratfot, som vissa studier visar. 

Vissa uppskattningar förväntar sig att den globala marknaden för coola tak kommer att växa med en CAGR på 5.7% fram till 2025. Reflekterande takmaterial, såsom vita membran eller beläggningar, kan sänka takytans temperatur med så mycket som 50 grader Fahrenheit. 

Medan kyl- eller värmeegenskaper har blivit en avgörande egenskap för taklösningar, visar intresset för hållbarhet och energibesparingar att lösningar måste vara effektiva. 

Vi börjar dagens diskussion med en sådan lösning som har väckt uppmärksamhet inom takbranschen världen över. 

Adaptiva takpannor: Känslig för utomhustemperatur; Hjälper till att minska energiförbrukningen

Forskare vid University of California, Santa Barbara, har kommit med akademisk forskning som beskriver hur takpannor kan minska kostnaderna för värme och kyla. 

Syftet med de tre forskarna som är involverade i detta projekt, Charlie Xiao, Elliot Hawkes och Bolin Lao, var att minska amerikanernas energiräkningar och minska behovet av fossila bränslen som är nödvändiga för att driva HVAC-system i hemmet. 

Dessa adaptiva plattor kommer med en strålningsbrytare för att hjälpa till att växla mellan uppvärmning och kylning. Den kan växla mellan kylnings- och värmelägen inom 3 grader Celsius från omkopplarens temperatur. Det kan minska kylnings- och värmebehovet med mer än 2.5 gånger jämfört med statiska enheter. 

"Brytaren", eller den passiva termoregleringsanordningen, är en fyrkant på 4 cm. Den fungerar som en rörlig yta som kan ändra sina termiska egenskaper för att reagera på en rad temperaturer.

Enligt forskaren Charlie Xiao:

"Den växlar mellan ett uppvärmningsläge och ett kyltillstånd, beroende på plattans temperatur."

Forskarna har tagit fram lösningen som syftar till en temperatur på 65 grader Fahrenheit, vilket är runt 18 grader Celsius. 

Men varför tas denna lösning emot med så stor förväntan av takbranschen? För att komma till botten med denna fråga krävs en förståelse för USA:s energiförbrukningsscenario för byggnader.

50 % av den amerikanska byggnadens energiförbrukning går till uppvärmning och kylning

Mängden energiförbrukning som går till uppvärmning och kylning av amerikanska byggnader är enorm. Enligt United States Energy Information Administration, stod den kombinerade energiförbrukningen för slutanvändning i bostads- och kommersiella sektorer för cirka 29 % av den totala energiförbrukningen för slutanvändning i USA år 2022. Om man inkluderar energiförlusterna i elsystemet, stod bostads- och kommersiella sektorer för 38 % av USA:s totala energiförbrukning 2022. 

Med 50 % av USA:s byggnadsenergiförbrukning går till uppvärmning och kylning, och systemet måste vara energieffektivt till varje pris. Dessutom kommer klimatförändringar och global uppvärmning att öka behovet av kylning. Ändå kommer det att finnas områden där efterfrågan på uppvärmning också kommer att förbli hög och till och med kan öka. 

Traditionella svala taksystem, inklusive reflekterande beläggningar, membran, bältros eller plattor, fungerar enligt principerna för att kyla hem genom att reflektera solljus. Dessa lösningar frigör också en del av den infångade värmen som termisk-infraröd strålning. Problemet med dessa lösningar uppstår dock när kyltaksystem fortsätter att utstråla värme på vintern, vilket driver upp uppvärmningskostnaderna. Kort sagt, det saknar energieffektivitet och kostnadseffektivitet. 

Med hänsyn till alla dessa aspekter som nämnts ovan är en lösning som kan växla mellan uppvärmnings- och kyltillstånd som svar på utetemperaturen inte mindre än spelförändrande, mer så eftersom den går utan elektricitet. 

Lösningen anses också spela en avgörande roll för branschen eftersom den kan möta kraven på uppvärmning och kyla i samma byggnad samma dag. Det finns inte många tekniker tillgängliga för närvarande som automatiskt kan växla mellan passiv uppvärmning och kyla. De tillgängliga lösningarna är dock för det mesta ineffektiva för daglig växling eftersom de kräver ett stort temperaturområde för att cykla tillstånd. 

Forskarna hävdar också att deras design är mycket anpassningsbar. Den kan uppnå olika temperaturbörvärden genom att ändra fasändringsmaterialet. För högre strålningskylning, förbättrad värmeprestanda och överlägsen hållbarhet behöver de adaptiva plattorna bara ändra sin beläggning. 

En annan funktion som gör lösningen lukrativ är dess enkla design och lågkostnadsproduktionspotential. 

Medan alla dessa fördelar väntar på att utnyttjas av industrin och produceras i en större företagsskala, arbetar flera andra byggnadslösningar för att minska energiförbrukningen för uppvärmning/kyla. Vi ska nu titta på några sådana lösningar.

Smart-takbeläggning för energibesparingar under hela säsongen

Forskare involverade i en studie ledd av Junqiao Wu, en fakultetsforskare vid Berkeley Labs Avdelningen för materialvetenskap och en professor i materialvetenskap och ingenjörsvetenskap från UC Berkeley, utvecklade en helårsbeläggning av smarta tak för att hålla hemmen varma under vintern och svala under sommaren. 

Liksom den tidigare lösningen kräver inte heller denna naturgas eller el. 

Enligt Junqiao Wu:

"(Vår) takbeläggning för hela säsongen växlar automatiskt från att hålla dig sval till varm, beroende på utomhustemperaturen. Det är energifri, utsläppsfri luftkonditionering och uppvärmning, allt i en enhet.”

För att uppnå sitt mål utvecklade forskarna ett nytt material som kallas en temperaturadaptiv strålningsbeläggning eller TARC. TARC stänger automatiskt av den strålande kylningen på vintern, vilket säkerställer att det inte finns någon överkylning och energislöseri. 

Med TARC på plats förväntar sig forskarna att det genomsnittliga hushållet i USA kommer att spara upp till 10% på el. Lösningen kan reflektera 75 % av solljuset året runt. Men när den omgivande temperaturen är över 25 grader Celsius eller 77 grader Fahrenheit, går dess termiska emittans så hög som runt 90%. 

Junqiao Wu uttryckte sin spänning över vad lösningen skulle kunna åstadkomma, sa:

”Vi trodde ursprungligen att övergången från uppvärmning till nedkylning inte skulle bli så dramatisk. Våra simuleringar, utomhusexperiment och laboratorieexperiment bevisade motsatsen – det är verkligen spännande.” 

Forskarna hade planer på att utveckla TARC-prototyper lämpliga för tillämpningar i större skala. De var hoppfulla om att TARC skulle bevisa sitt värde som en termiskt skyddande beläggning för att förlänga batteritiden i smartphones och bärbara datorer. Dess andra användningsområden kan inkludera att skydda satelliter och bilar från extremt höga eller låga temperaturer och att göra temperaturreglerande tyger för tält, växthusöverdrag, hattar och jackor. 

Energieffektiva lösningar för amerikanska byggnader, särskilt med fokus på effektiv takläggning, finns även på företagsnivå. Vi kommer att se några sådana lösningar i de kommande segmenten. 

1. Whitco Roofing, Inc.

Whitco positionerar sig som den största kommersiella takentreprenören i Atlanta och en av de ledande takentreprenörerna i Nordamerika. Whitco är ett av få kommersiella takföretag i Nordamerika som har certifierade gröna takexperter som personal. De erbjuder även solpaneler på tak som effektivt kan leverera mer än 25 procent av en byggnads totala energi. Deras lösningar inkluderar även takisolering med polyisocyanurat. Om den tillämpas korrekt kan denna lösning avsevärt minska uppvärmnings- och kylkostnaderna i både kommersiella och industriella användningsområden. 

Whitco Roofing grundades 2005 och är en privatägt företag med huvudkontor i Atlanta, Georgia, USA. 

2. grundfos

När det gäller ett holistiskt synsätt för att minska energiförbrukningen för uppvärmning eller kylning i byggnader, är Grundfos namnet som står i topp. Dess lösningar vänder sig till både kommersiella byggnader och bostadsbyggnader. 

Att göra kommersiell uppvärmning Energieffektiva erbjuder Grundfos cirkulationspumpar, blandningsslingor, distribuerade pumplösningar, boosterset, inline enstegspumpar, hydroboosters och mycket mer. För energieffektiv uppvärmning i inhemska inställningarGrundfos är mest beroende av cirkulationspumpar. 

Under räkenskapsåret 2022 registrerade Grundfos en nettoomsättning på 33.3 miljarder DKK (2021: 28.7 miljarder DKK). Den upplevde en försäljningsökning på 12.1 % i lokala valutor jämfört med det senaste räkenskapsåret (2021). Avkastningen på försäljningen 2022 ökade till 11.8 % 2022, jämfört med 11.4 % 2021.

3. Tesla soltak

Installationen av Teslas soltak ger möjlighet att driva sitt hem med en helt integrerad sol- och energilagringssystem. Den erbjuder 25 års garanti och 24/7 avbrottsskydd. Soltaket kompletteras av Powerwall, ett kompakt hembatteri för energisäkerhet dygnet runt. Dessa batterier hjälper till att lagra energin som produceras av solcellstaket för att driva hemmet när som helst. 

Sammansättningsmässigt består ett solcellstak av både glassolpannor och ståltakpannor. Glassolplattorna producerar energi. De arkitektoniska stålplattorna är avsedda att ge taket lång livslängd och korrosionsbeständighet. 

Enligt siffror som officiellt publicerats av företaget har Teslas interna team av energiproffs installerat nära 4 gigawatt solenergi över nästan 480,000 25 tak. Kumulativt genererar dessa tak mer än XNUMX TWh ren energi. 

Installationen inkluderar också Tesla Solar-växelriktare för att hålla systemet välintegrerat, säkert, pålitligt och strömavbrottsfritt. Med Tesla-appen kan man övervaka energiproduktionen i realtid. Det är också möjligt att styra systemet var som helst med omedelbara varningar och fjärråtkomst. 

Under tredje kvartalet 3 registrerade Tesla en omsättning på mer än US $ 21.4 miljarder. Rörelsemarginalen uppgick till 17.2%. 

Byggnader och energieffektivitet: Vägen framåt

Global uppvärmning och klimatförändringar är en civilisationsfråga. Regeringar, tillsynsorgan, nationers råd och företag är alla angelägna om att komma med lösningar som hjälper till att uppnå effektiva energimoduler. Förutom specialiserade lösningar finns det många sätt man kan hantera dessa problem genom att göra små, dagliga ändringar i våra byggnadssystem.

United States Office of Energy Efficiency and Renewable Energy rekommenderar många sådana lösningar, som att lägga till isolering, använda LED-belysning, installera värmepumpar etc. 

Människor som lever i varma och fuktiga klimat kan använda avfuktande värmerör för att minska luftfuktigheten inomhus och förbättra komforten. Att minimera energiförlusterna i kanaler är ett annat sätt att uppmuntra energieffektivitet. Att isolera kanalerna och lufttäta dem kan vara till hjälp. 

För effektiva vattenvärmesystem i byggnader kan man tänka sig energieffektiva lösningar som tanklösa batterier, indirekta varmvattenberedare, solvärmare etc. Att införa processer som avloppsvattenvärmeåtervinning kan också vara användbart. 

Det finns många fördelar med att minska energiförbrukningen för värme/kyla. Det handlar inte bara om att sänka kostnaderna. Det har större samhällsnytta. De hjälper till att bygga samhällets motståndskraft och ett system som är energimässigt och rättvist. Det finns underbetjänade samhällen i varje region som behöver hjälp av kostnadseffektiv teknik och infrastruktur för att få tillgång till en oavbruten energiförsörjning. 

Energieffektiva system leder också till mindre luftföroreningar, vilket gynnar samhällets allmänna hälsa. Den mindre förbränningen av fossilt bränsle är också fördelaktigt för vår ekologi, växterna och djuren som omger oss. 

Dess fördelar för landets infrastrukturekonomi är också betydande. Effektiva energisystem avlastar elnäten. Det hjälper till att minimera överbelastning och stress på eldistributionen vid varje given tidpunkt. 

Fördelarna är så utbredda och långtgående i sin inverkan att vi behöver fler lösningar som adaptiva takpannor i framtiden. Det är definitivt en uppmuntrande milstolpe i resan mot effektivitet och hållbarhet. 

Klicka här för listan över de tio bästa solenergiaktierna.