Adaptiva takpannor kan vara nyckeln till att minska energiförbrukningen för uppvärmning/kylning

Enligt uppskattningar från marknadsundersökningar kan den globala takmarknaden överstiga US$140 miljarder år 2033 från nästan US$82 billion år 2023. Inget byggprojekt är komplett utan en taklösning. Den är lika viktig för bostads- och kommersiella byggnader. Marknaden är dynamisk eftersom tak måste bytas ut med jämna mellanrum. I hela Nordamerika, enligt en marknadsundersökning, 94% av takprojekten är takbyten. 

Att byta ut gamla tak handlar ofta om att göra dem miljömässigt hållbara och energieffektiva. Kyliga tak, som kan reflektera solstrålning och minska taktemperaturen, kan spara US$0.50 per square foot, enligt vissa studier. 

Vissa uppskattningar förväntar sig att den globala marknaden för kyliga tak ska växa med en CAGR på 5,7 % 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 funktion för taklösningar, visar intresset för hållbarhet och energibesparingar att lösningarna måste vara effektiva. 

Vi kommer att inleda dagens diskussion med en sådan lösning som har fångat uppmärksamheten i takbranschen världen över. 

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

Forskare vid University of California, Santa Barbara, har presenterat akademisk forskning som beskriver hur takpannor kan minska värme- och kylkostnader. 

Syftet för de tre forskarna i detta projekt, Charlie Xiao, Elliot Hawkes och Bolin Lao, var att minska energiräkningarna för amerikaner och minska behovet av fossila bränslen som krävs för att driva HVAC‑system i hemmen. 

Dessa adaptiva plattor kommer med en strålningsomkopplare som hjälper till att växla mellan värme‑ och kyl‑tillstånd. Den kan växla mellan kyl‑ och värmetillstånd inom 3 °C från omkopplingstemperaturen. Den kan minska kyl‑ och värmebehovet med mer än 2,5 gånger jämfört med statiska enheter. 

”Omkopplaren”, den passiva termoregleringsenheten, är en fyrkant på 4 tum. Den fungerar som en rörlig yta som kan ändra sina termiska egenskaper för att svara på ett brett temperaturspann.

Enligt forskaren Charlie Xiao:

“Den växlar mellan ett värmetillstånd och ett kyl‑tillstånd, beroende på plattans temperatur.”

Forskarnas lösning är avsedd för en temperatur på 65 grader Fahrenheit, vilket är omkring 18 grader Celsius. 

Men varför tas denna lösning emot med så stor förväntan av takbranschen? Att komma till botten med denna fråga kräver en förståelse för den amerikanska byggsektorns energiförbrukningsscenario.

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

Mängden energi som går till uppvärmning och kylning av amerikanska byggnader är enorm. Enligt United States Energy Information Administration stod den kombinerade slut‑användnings‑energiförbrukningen för bostads‑ och kommersiella sektorer för omkring 29 % av den totala amerikanska slut‑användnings‑energiförbrukningen år 2022. Om man inkluderar energiförluster i elsystemet, stod bostads‑ och kommersiella sektorer för 38 % av den totala amerikanska energiförbrukningen år 2022. 

Med 50 % av den amerikanska byggsektorns energiförbrukning som går till uppvärmning och kylning måste systemet vara energieffektivt till varje pris. Dessutom kommer klimatförändringar och global uppvärmning att öka behovet av kylning. Samtidigt kommer det att finnas områden där efterfrågan på uppvärmning också förblir hög och kan till och med öka. 

Traditionella kyliga taksystem, inklusive reflekterande beläggningar, membran, takpannor eller plattor, fungerar genom att kyla byggnader genom att reflektera solljus. Dessa lösningar avger också en del av den infångade värmen som termisk infraröd strålning. Problemet med dessa lösningar uppstår när kyliga tak fortsätter att avge värme på vintern, vilket driver upp uppvärmningskostnaderna. Kort sagt saknar de energieffektivitet och kostnadseffektivitet. 

Med hänsyn till alla ovanstående aspekter är en lösning som kan växla mellan värme‑ och kyl‑tillstånd som svar på utomhustemperaturen inget mindre än banbrytande, särskilt eftersom den fungerar utan elektricitet. 

Lösningen anses också spela en avgörande roll för branschen eftersom den kan tillgodose både uppvärmnings‑ och kylbehov i samma byggnad samma dag. Det finns få teknologier idag som automatiskt kan växla mellan passiv uppvärmning och kylning. De befintliga lösningarna är dock mestadels ineffektiva för daglig växling eftersom de kräver ett stort temperaturspann för att byta tillstånd. 

Forskarna påstår också att deras design är mycket anpassningsbar. Den kan uppnå olika temperaturinställningar genom att ändra fasändringsmaterialet. För högre strålningskyldning, förbättrad uppvärmningsprestanda och överlägsen hållbarhet behöver de adaptiva plattorna bara ändra sin beläggning. 

En annan egenskap som gör lösningen attraktiv är dess enkla design och låga produktionskostnadspotential. 

Medan alla dessa fördelar väntar på att utnyttjas av branschen och produceras i större skala, arbetar flera andra bygglösningar mot att minska uppvärmnings‑/kyl‑energiförbrukning. Vi kommer nu att titta på några sådana lösningar.

Smart‑takbeläggning för energibesparingar året runt

Forskare som deltog i en studie ledd av Junqiao Wu, en fakultetsforskare vid Berkeley Labs Materials Sciences Division och professor i materialvetenskap och ingenjörsvetenskap vid UC Berkeley, utvecklade en smart‑takbeläggning för alla årstider som håller hemmen varma på vintern och svala på sommaren. 

Precis som den tidigare lösningen kräver denna inte naturgas eller elektricitet. 

Enligt Junqiao Wu:

“(Vår) smart‑takbeläggning för alla årstider växlar automatiskt från att hålla dig sval till varm, beroende på utomhusluftens temperatur. Den är energifri, utsläpps‑fri luftkonditionering och uppvärmning, allt i en enhet.”

För att nå sitt mål utvecklade forskarna ett nytt material kallat temperatur‑adaptiv strålningsbeläggning eller TARC. TARC stänger automatiskt av den strålningskyldning på vintern, vilket säkerställer att det inte blir överkylning och energispill. 

Med TARC på plats förväntar sig forskarna att genomsnittshushållet i USA kommer att spara upp till 10 % på el. Lösningen kan reflektera 75 % av solljuset året runt. När omgivningstemperaturen är över 25 °C eller 77 °F stiger dess termiska emissivitet till omkring 90 %.

Junqiao Wu, som uttryckte sin entusiasm över vad lösningen kan uppnå, sade:

“Vi trodde ursprungligen att övergången från uppvärmning till kylning inte skulle bli så dramatisk. Våra simuleringar, utomhus‑experiment och labb‑experiment bevisade motsatsen – det är verkligen spännande.” 

Forskarna planerade att utveckla TARC‑prototyper som är lämpliga för tillämpningar i större skala. De hoppades att TARC skulle visa sitt värde som en termiskt skyddande beläggning för att förlänga batterilivet i smartphones och bärbara datorer. Andra användningsområden kan inkludera skydd av satelliter och bilar mot extremt höga eller låga temperaturer samt tillverkning av temperaturreglerande tyg för tält, växthusöverdrag, hattar och jackor. 

Energieffektiva lösningar för amerikanska byggnader, särskilt med fokus på effektiva tak, finns också på företagsnivå. Vi kommer att se några sådana lösningar i nästa segment. 

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 Certified Green Roof Professionals som personal. De erbjuder också soltakspaneler som effektivt kan leverera mer än 25 % av en byggnads totala energi. Deras lösningar inkluderar även Polyisocyanurate‑takisolering. När den appliceras korrekt kan denna lösning avsevärt minska uppvärmnings‑ och kylkostnader i kommersiella och industriella användningsscenarier. 

Grundat 2005 är Whitco Roofing ett privat företag med huvudkontor i Atlanta, Georgia, USA. 

2. Grundfos

När det gäller ett helhetsperspektiv för att minska uppvärmnings‑ eller kyl‑energiförbrukning i byggnader är Grundfos namnet som toppar listan. Dess lösningar riktar sig både till kommersiella och bostadsbyggnader. 

För att göra kommersiell uppvärmning energi‑effektiv erbjuder Grundfos cirkulationspumpar, blandningsloopar, distribuerade pump‑lösningar, booster‑set, inline‑pumpar med ensteg, hydro‑boosters och mycket mer. För energieffektiv uppvärmning i bostadsmiljöer, förlitar sig Grundfos främst på cirkulationspumpar. 

Under räkenskapsåret 2022 registrerade Grundfos en nettoomsättning på DKK 33,3 bn (2021: DKK 28,7 bn). Företaget såg en försäljningsökning på 12,1 % i lokala valutor jämfört med föregående räkenskapsår (2021). Resultatet på försäljning ökade till 11,8 % år 2022, jämfört med 11,4 % år 2021.

3. Tesla Solar Roofs

Installation av Teslas soltak ger möjlighet att driva hemmet med ett fullt integrerat sol‑ och energilagringssystem. Det erbjuder 25‑årsgaranti och 24/7 skydd mot strömavbrott. Soltaket kompletteras av Powerwall, ett kompakt hem‑batteri för energisäkerhet dygnet runt. Dessa batterier lagrar den energi som soltaket producerar för att driva hemmet när som helst. 

Ur ett materialperspektiv består ett soltak av både glas‑solpannor och ståltakpannor. Glas‑solpannorna producerar energi. De arkitektoniska stålpannorna är avsedda att ge taket lång livslängd och korrosionsbeständighet. 

Enligt siffror som officiellt publicerats av företaget har Teslas interna team av energiprofessionella installerat nära 4 GW solenergi på nästan 480 000 tak. Sammantaget genererar dessa tak mer än 25 TWh ren energi. 

Installationen inkluderar även Tesla (TSLA ) Solar‑invertrar för att hålla systemet väl integrerat, säkert, pålitligt och redo för strömavbrott. Med Tesla‑appen kan man övervaka energiproduktionen i realtid. Det är också möjligt att styra systemet var som helst med omedelbara aviseringar och fjärråtkomst. 

Under Q3 2023 registrerade Tesla en omsättning på mer än US$21,4 billion. Rörelsemarginalen låg på 17,2 %. 

Byggnader och energieffektivitet: Vägen framåt

Global uppvärmning och klimatförändringar är ett civilisationsproblem. Regeringar, reglerande organ, nationella råd och företag är alla angelägna om att ta fram lösningar som hjälper till att uppnå effektiva energimoduler. Förutom specialiserade lösningar finns det många sätt att tackla dessa frågor genom att göra små, dagliga förändringar i våra byggsystem. 

USA:s Office of Energy Efficiency and Renewable Energy rekommenderar många sådana lösningar, såsom att lägga till isolering, använda LED‑belysning, installera värmepumpar, osv. 

Personer som bor i varma och fuktiga klimat kan använda avfuktande värmerör för att minska inomhusfuktigheten och förbättra komforten. Att minimera energiförluster i kanaler är ett annat sätt att främja energieffektivitet. Att isolera kanalerna och täta dem lufttätt kan vara hjälpsamt. 

För effektiva varmvattenberedningssystem i byggnader kan man tänka på energisnåla lösningar som tanklösa spolar, indirekta varmvattenberedare, solvärmeberedare osv. Att införa processer som återvinning av spillvattenvärme kan också vara användbart. 

Det finns många fördelar med att minska uppvärmnings‑/kyl‑energiförbrukningen. Det handlar inte bara om att sänka kostnaderna. Det ger större samhällsnytta. De hjälper till att bygga samhällsresiliens och ett system som är energismart och rättvist. Det finns underbetjänade samhällen i varje region som behöver hjälp av kostnadseffektiva teknologier och infrastruktur för att få tillgång till en oavbruten energiförsörjning. 

Energieffektiva system leder också till mindre luftföroreningar, vilket gynnar samhällets övergripande hälsa. Mindre förbränning av fossila bränslen är också fördelaktigt för vår ekologi, växter och djur som omger oss. 

Dess nytta för landets infrastruktur‑ekonomi är också betydande. Effektiva energisystem avlastar elnäten. Det hjälper till att minska trängsel och belastning på eldistributionen vid varje given tidpunkt. 

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

Klicka här för listan över de tio bästa solenergiaktierna.