Отражающие поверхности , или наземная модификация альбедо ( GBAM ), — это метод управления солнечным излучением для повышения альбедо Земли (способности отражать видимые , инфракрасные и ультрафиолетовые длины волн Солнца , уменьшая передачу тепла к поверхности). МГЭИК описала этот метод как «отбеливание крыш, изменения в управлении землепользованием (например, земледелие без обработки почвы ), изменение альбедо в более крупном масштабе (покрытие ледников или пустынь отражающей пленкой и изменение альбедо океана)». [1]
Наиболее известным типом отражающей поверхности является тип крыши , называемый «холодной крышей». Хотя холодные крыши в основном ассоциируются с белыми крышами, они бывают разных цветов и материалов и доступны как для коммерческих, так и для жилых зданий. [2]
В качестве метода решения проблемы глобального потепления в отчете МГЭИК 2018 г. указано, что потенциал снижения глобальной температуры «невелик», однако существует высокая степень согласия относительно признания изменений температуры на 1–3 °C в региональном масштабе. [1] Ограниченное применение отражающих поверхностей может смягчить эффект городского острова тепла . [3]
Отражающие поверхности могут использоваться для изменения альбедо сельскохозяйственных и городских территорий, при этом следует отметить, что изменение альбедо на 0,04–0,1 в городских и сельскохозяйственных районах может потенциально снизить глобальную температуру более чем на 1,0 °C. [1]
Подход с использованием отражающих поверхностей аналогичен пассивному дневному радиационному охлаждению (PDRC), поскольку оба они являются наземными, однако PDRC фокусируется на «увеличении лучистого излучения Земли, а не просто на уменьшении поглощения ею солнечной энергии». [4]
Прохладные крыши в жарком климате могут обеспечить как немедленные, так и долгосрочные преимущества, в том числе:
Прохладные крыши обеспечивают экономию энергии на охлаждение жарким летом, но могут увеличить нагрузку на отопление холодной зимой. [8] Таким образом, чистая экономия энергии прохладных крыш варьируется в зависимости от климата. Однако исследование энергоэффективности 2010 года [9], изучающее этот вопрос для кондиционированных коммерческих зданий по всей территории Соединенных Штатов, показало, что экономия на охлаждении летом обычно перевешивает штраф за отопление зимой даже в холодном климате вблизи границы Канады и США, что дает экономию как электроэнергии, так и выбросов. Без надлежащей программы обслуживания для поддержания чистоты материала экономия энергии прохладных крыш может со временем уменьшиться из-за ухудшения альбедо и загрязнения. [10]
Моделирование влияния снижения температуры из-за прохладных крыш в Лондоне во время жары на Британских островах в 2018 году показало, что смертность, связанная с жарой в этот период (оцениваемая в 655–920), могла бы быть снижена на 249 (32%) в сценариях, где предполагается, что все здания имеют прохладные крыши. Используя ценность статистической жизни, выгоды с точки зрения предотвращенных смертей из-за прохлады были оценены в экономию в 615 миллионов фунтов стерлингов. [11]
Исследования и практический опыт деградации кровельных мембран в течение ряда лет показали, что тепло от солнца является одним из самых мощных факторов, влияющих на долговечность. Высокие температуры и большие колебания, сезонные или суточные, на уровне кровли пагубно влияют на долговечность кровельных мембран. Уменьшение экстремальных изменений температуры снизит частоту повреждений мембранных систем. Покрытие мембран материалами, отражающими ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, снизит ущерб, вызванный деградацией под воздействием ультрафиолета и тепла. Белые поверхности отражают более половины излучения, которое достигает их, в то время как черные поверхности поглощают почти все. Белые или покрытые белым кровельные мембраны или белое гравийное покрытие, по-видимому, являются наилучшим подходом для контроля этих проблем, когда мембраны должны оставаться открытыми для солнечного излучения. [12]
Если бы все городские плоские крыши в теплом климате были побелены, то полученное в результате 10%-ное увеличение глобальной отражательной способности компенсировало бы потепление, вызванное 24 гигатоннами выбросов парниковых газов, что эквивалентно удалению 300 миллионов автомобилей с дорог на 20 лет. Это связано с тем, что белая крыша площадью 93 квадратных метра (1000 квадратных футов) компенсирует 10 тонн углекислого газа за 20 лет своего существования. [13] В реальном исследовании 2008 года [14] крупномасштабного охлаждения из-за повышенной отражательной способности было обнаружено, что провинция Альмерия на юге Испании охладилась на 1,6 °C (2,9 °F) за период 20 лет по сравнению с окружающими регионами в результате установки теплиц, покрытых полиэтиленом, на огромной территории, которая раньше была открытой пустыней. Летом фермеры белят эти крыши, чтобы охладить свои растения.
Когда солнечный свет падает на белую крышу, большая его часть отражается и проходит обратно через атмосферу в космос. Но когда солнечный свет падает на темную крышу, большая часть света поглощается и повторно излучается в виде гораздо более длинных волн, которые поглощаются атмосферой. (Газы в атмосфере, которые сильнее всего поглощают эти длинные волны, были названы «парниковыми газами»). [15] Результаты исследования, проведенного Сайедом Ахмадом Фарханом и др. из Технологического университета ПЕТРОНАС и Технологического университета МАРА в 2021 году, [2] которое основано на жарком и влажном климате Малайзии , показывают, что выбор белой черепицы значительно снижает пики теплопроводности и температуры поверхности крыши, а также значения теплопроводности и температуры поверхности крыши на протяжении дневных профилей. Напротив, результаты также показывают, что это не влияет на ночные профили, поскольку выброс тепла в небо происходит в течение всей ночи. Выделение тепла из здания происходит из-за отсутствия солнечного излучения, что снижает температуру неба и позволяет небу выступать в качестве поглотителя тепла , способствующего передаче тепла от здания к небу для достижения теплового равновесия .
Исследование, проведенное в 2012 году учеными из Университета Конкордия, включало переменные, аналогичные тем, которые использовались в исследовании Стэнфорда (например, реакция облаков), и подсчитало, что всемирное внедрение прохладных крыш и тротуаров в городах создаст глобальный охлаждающий эффект, эквивалентный компенсации до 150 гигатонн выбросов углекислого газа — достаточно, чтобы убрать все автомобили в мире с дорог на 50 лет. [16] [17]
Белые термопластиковые мембранные крыши (ПВХ и ТПО) по своей природе являются отражающими, достигая самых высоких показателей отражения и излучения, на которые способны кровельные материалы. [18] Например, крыша из белого термопластика может отражать 80 процентов или более солнечных лучей и излучать не менее 70% солнечного излучения, которое она поглощает. Битумная крыша отражает только от 6 до 26% солнечного излучения.
В дополнение к белым термопластичным ПВХ и ТПО мембранам, используемым во многих коммерческих прохладных крышах, также проводятся исследования в области прохладных асфальтовых черепиц. Битумная черепица составляет большую часть рынка жилых кровель Северной Америки, и потребительские предпочтения более темных цветов делают создание отражающей солнце черепицы особой проблемой, в результате чего асфальтовая черепица имеет коэффициент отражения солнца всего 4%-26%. Когда эти крыши спроектированы для отражения увеличенного количества солнечного излучения, эффект городского острова тепла может быть уменьшен за счет снижения потребности в расходах на охлаждение летом. Хотя более отражающая крыша может привести к более высоким расходам на отопление в холодные месяцы, исследования показали, что возросшие расходы на отопление зимой все еще ниже, чем экономия на расходах на охлаждение летом. [19] Чтобы удовлетворить спрос потребителей на более темные цвета, которые по-прежнему отражают значительное количество солнечного света, используются различные материалы, процессы нанесения покрытий и пигменты. Поскольку только 43% света происходит в видимом спектре света, отражательную способность можно улучшить, не влияя на цвет, увеличив отражательную способность УФ- и ИК-излучения. [20] Высокая шероховатость поверхности также может способствовать низкой отражательной способности асфальтовой черепицы, поскольку эта черепица сделана из множества мелких приблизительно сферических гранул, которые имеют высокую шероховатость поверхности. [21] Чтобы уменьшить это, исследуются другие гранулированные материалы, такие как плоские каменные чешуйки, которые могли бы уменьшить неэффективность отражения из-за шероховатости поверхности. Другой альтернативой является покрытие гранул с использованием процесса двойного покрытия: внешнее покрытие будет иметь желаемый цветовой пигмент, хотя оно может быть не очень отражающим, в то время как внутреннее покрытие представляет собой высокоотражающее покрытие из диоксида титана.
Натуральное покрытие из белого гравия можно рассматривать как альтернативный вариант для получения прохладной кровли и прохладных тротуаров. [22]
Самый высокий рейтинг SRI и самые прохладные крыши — это крыши из нержавеющей стали, которые всего на несколько градусов выше температуры окружающей среды при средней силе ветра. Их SRI варьируются от 100 до 115. Некоторые из них также гидрофобны, поэтому они остаются очень чистыми и сохраняют свой первоначальный SRI даже в загрязненной среде. [A]
Существующую (или новую) крышу можно сделать отражающей, нанеся на ее поверхность отражающее солнечное покрытие. Рейтинги отражательной и излучательной способности для более чем 500 отражающих покрытий можно найти в Cool Roofs Rating Council. [23]
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли определили, что пигмент, используемый древними египтянами, известный как « египетский синий », поглощает видимый свет и излучает свет в ближнем инфракрасном диапазоне. Он может быть полезен в строительных материалах для поддержания прохлады крыш и стен. [24] [25] [26]
Они также разработали флуоресцентные рубиново-красные покрытия, которые имеют отражающие свойства, подобные свойствам белых крыш. [27] [28]
Зеленые крыши обеспечивают тепловой слой массы, который помогает уменьшить поток тепла в здание. Солнечное отражение зеленых крыш варьируется в зависимости от типов растений (обычно 0,3–0,5). [29] Зеленые крыши могут не отражать так много, как прохладная крыша, но имеют другие преимущества, такие как эвапотранспирация, которая охлаждает растения и непосредственную область вокруг растений, помогая снизить температуру на крыше, но увеличивая влажность, естественно. Более того, некоторые зеленые крыши нуждаются в обслуживании, таком как регулярный полив.
Исследование, проведенное в 2011 году исследователями Стэнфордского университета, показало, что, хотя отражающие крыши снижают температуру в зданиях и смягчают « эффект городского острова тепла », они на самом деле могут повышать глобальную температуру. [30] [31] В исследовании отмечено, что оно не учитывает сокращение выбросов парниковых газов, которое является результатом энергосбережения в зданиях (ежегодная экономия энергии на охлаждение за вычетом ежегодного штрафа за отопление), связанного с прохладными крышами (это означает, что нужно будет использовать больше энергии для обогрева жилого помещения из-за снижения тепла от солнечного света зимой). Однако это применимо только к районам с низкими зимними температурами, а не к тропическому климату. Кроме того, дома в районах, получающих снег в зимние месяцы, вряд ли получат значительно больше тепла от более темных крыш, поскольку они будут покрыты снегом большую часть зимы. В ответной статье под названием «Прохладные крыши и глобальное охлаждение», написанной исследователями из группы Heat Island в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, были высказаны дополнительные опасения относительно обоснованности этих результатов, поскольку авторы признали неопределенность, статистически незначимые числовые результаты и недостаточную детализацию анализа локальных вкладов в глобальные обратные связи. [32]
Кроме того, исследование 2012 года в Школе инженерии Джейкобса при Калифорнийском университете в Сан-Диего, посвященное взаимодействию между отражающими покрытиями и зданиями, показало, что, если близлежащие здания не оснащены отражающими стеклами или другими смягчающими факторами, солнечное излучение, отраженное от светлых покрытий, может повысить температуру в близлежащих зданиях, увеличивая потребность в кондиционировании воздуха и энергопотребление. [33]
В 2014 году группа исследователей под руководством Матея Георгеску, доцента Школы географических наук и городского планирования Университета штата Аризона и старшего научного сотрудника по устойчивому развитию в Глобальном институте устойчивого развития, изучила относительную эффективность некоторых наиболее распространенных технологий адаптации, направленных на снижение потепления от расширения городов. Результаты исследования показывают, что эффективность технологий городской адаптации может противодействовать этому повышению температуры, но также меняется в зависимости от сезона и географического положения. [34]
В частности, то, что работает в Центральной долине Калифорнии, например, прохладные крыши, не обязательно обеспечивает те же преимущества в других регионах страны, например, во Флориде. Оценка последствий, которые выходят за рамки температур у поверхности, таких как количество осадков и спрос на энергию, выявляет важные компромиссы, которые часто не учитываются. Было обнаружено, что прохладные крыши особенно эффективны для определенных районов в летнее время. Однако зимой эти же стратегии городской адаптации, применяемые в северных районах, еще больше охлаждают окружающую среду и, следовательно, требуют дополнительного отопления для поддержания уровня комфорта. «Экономия энергии, полученная в летний сезон для некоторых регионов, почти полностью теряется в зимний сезон», — сказал Георгеску. Во Флориде и, в меньшей степени, в юго-западных штатах наблюдается совершенно другой эффект, вызванный прохладными крышами. «Во Флориде наши расчеты указывают на значительное сокращение осадков», — сказал он. «Развертывание прохладных крыш приводит к сокращению количества осадков на 2–4 миллиметра в день, что является значительным показателем (почти 50 процентов), который будет иметь последствия для доступности воды, снижения расхода воды и негативных последствий для экосистем. Для Флориды прохладные крыши могут оказаться не оптимальным способом борьбы с городским тепловым островом из-за этих непреднамеренных последствий». В целом, исследователи предполагают, что следует рассмотреть разумные решения по планированию и проектированию в попытке противодействовать повышению температуры, вызванному разрастанием городов и парниковыми газами. Они добавляют, что «изменение климата, вызванное городскими факторами, зависит от конкретных географических факторов, которые необходимо оценивать при выборе оптимальных подходов, а не универсальных решений». [35]
В 2011 году совместно с ASHRAE (Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха), AIA ( Американский институт архитекторов ), IESNA (Североамериканское общество инженеров по освещению), USGBC (Совет по зеленому строительству США) и DOE (Министерство энергетики США) была разработана серия руководств по передовому энергетическому проектированию. Эти руководства были направлены на достижение 50% экономии энергии в направлении здания с чистым нулевым потреблением энергии и охватывали такие типы зданий, как малые и средние офисные здания, средние и большие торговые здания, крупные больницы и здания школ K-12. В климатических зонах 4 и выше рекомендуется следовать стандарту ASHRAE 90.1 для отражательной способности крыш, который не требует, чтобы крыши были отражающими в этих зонах. В климатических зонах 4 и выше прохладные крыши не являются рекомендуемой стратегией проектирования. [36]
В 2011 году совместно с Министерством энергетики США (US DOE ) и Национальной лабораторией Тихоокеанского северо-запада (Pacific Northwest National Laboratory) была разработана серия руководств по усовершенствованию энергоэффективности для «Практических способов улучшения энергоэффективности». Эти руководства были направлены на усовершенствование существующих торговых и офисных зданий, которые могли бы повысить их энергоэффективность. Холодные крыши не рекомендовались для всех мест. «Эта мера, вероятно, более рентабельна в зоне жаркого и влажного климата, где длительный сезон охлаждения, чем в очень холодной климатической зоне, например. Для зданий, расположенных в теплом климате, эта мера заслуживает рассмотрения». [37] [38]
Ассоциация развития меди провела несколько исследований, начиная с 2002 года, в которых изучались повышенные температуры проводки внутри трубопроводов на и над различными цветными кровельными материалами. Результаты пришли к выводу, что температуры над холодными крышами были выше, чем у более темных кровельных материалов. Это иллюстрирует идею, в которой отраженное солнечное излучение, когда ему препятствует оборудование на крыше, трубы или другие материалы, будет подвергаться тепловому усилению излучения. [39]
Согласно «Руководству по выбору прохладных крыш» Министерства энергетики США : «Прохладные крыши следует рассматривать в контексте вашего окружения. Относительно легко определить прохладную крышу и спрогнозировать экономию энергии, но некоторые предварительные размышления могут предотвратить другие проблемы. Задайте себе этот вопрос перед установкой прохладной крыши: куда пойдет отраженный солнечный свет? Яркая, отражающая крыша может отражать свет и тепло в более высокие окна более высоких соседних зданий. В солнечную погоду это может вызвать неприятные блики и нежелательное тепло для вас или ваших соседей. Избыточное тепло, вызванное отражениями, увеличивает потребление энергии на кондиционирование воздуха, сводя на нет некоторые преимущества прохладной крыши в плане экономии энергии». [40]
Согласно «Руководству по выбору прохладных крыш» Министерства энергетики США по вопросу обслуживания прохладных крыш: «По мере того, как прохладная крыша загрязняется от загрязнения, пешеходного движения, мусора, нанесенного ветром, застоявшейся воды и роста плесени или водорослей, ее отражательная способность снижается, что приводит к повышению температуры. Особенно грязные крыши могут работать значительно хуже, чем указано на этикетках продуктов. Грязь от пешеходного движения можно свести к минимуму, указав специальные проходы или ограничив доступ к крыше. Крутые крыши имеют меньше проблем с накоплением грязи, поскольку дождевая вода может легче смывать грязь и мусор. Некоторые поверхности прохладных крыш являются «самоочищающимися», что означает, что они легче сбрасывают грязь и могут лучше сохранять свою отражательную способность. Очистка прохладной крыши может восстановить солнечное отражение, близкое к ее установленному состоянию. Всегда консультируйтесь с производителем вашей крыши о правильной процедуре очистки, так как некоторые методы могут повредить вашу крышу. Хотя, как правило, невыгодно чистить крышу только ради экономии энергии, очистку крыши можно включить в качестве одного из компонентов программы планового обслуживания вашей крыши. Поэтому лучше всего оценивать экономию энергии на основе значений отражения солнечного света после воздействия погодных условий, а не на основе значений чистой крыши». [40]
Когда солнечный свет падает на темную крышу, около 15% его отражается обратно в небо, но большая часть его энергии поглощается кровельной системой в виде тепла. Холодные крыши отражают значительно больше солнечного света и поглощают меньше тепла, чем традиционные темные крыши. [6]
Для измерения эффекта прохладных крыш используются два свойства:
Другим методом оценки прохлады является индекс солнечного отражения (SRI), который объединяет как солнечное отражение, так и излучение в одном значении. SRI измеряет способность крыши отражать солнечное тепло, определяемое таким образом, что стандартный черный (отражение 0,05, излучение 0,90) равен 0, а стандартный белый (отражение 0,80, излучение 0,90) равен 100. [41]
Идеальный SRI составляет приблизительно 122, значение для идеального зеркала, которое не поглощает солнечный свет и имеет очень низкую излучательную способность. Единственный практичный материал, который приближается к этому уровню, — нержавеющая сталь с SRI 112. Крыши с высокой отражательной способностью и низкой излучательной способностью постоянно поддерживают температуру, очень близкую к температуре окружающей среды, предотвращая приток тепла в жарком климате и минимизируя потери тепла в холодном климате. Крыши с высокой излучательной способностью имеют гораздо более высокие потери тепла в холодном климате при тех же значениях изоляции.
Калькулятор экономии на кровле (RSC) — это инструмент, разработанный Национальной лабораторией Ок-Ридж Министерства энергетики США , который оценивает экономию на охлаждении и отоплении для крыш с низким уклоном и белыми и черными поверхностями. [42]
Этот инструмент был разработан совместно Национальной лабораторией Ок-Ридж и Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли с целью предоставления отраслевого консенсуса по экономии на крышах как для жилых, так и для коммерческих зданий. Он сообщает чистую годовую экономию энергии (экономия энергии на охлаждение за вычетом штрафов за отопление) и, таким образом, применим только к зданиям с системой отопления и/или охлаждения. [43]
Автомобили с солнечным отражателем или прохладные автомобили отражают больше солнечного света, чем темные автомобили, уменьшая количество тепла, которое передается в салон автомобиля. Таким образом, это помогает снизить потребность в кондиционировании воздуха, расход топлива и выбросы парниковых газов и загрязнителей городского воздуха. [44]
Парковки холодных цветов — это парковки, выполненные с использованием светоотражающего слоя краски. [45] Холодные покрытия , предназначенные для отражения солнечного излучения, могут использовать модифицированные смеси, светоотражающие покрытия, проницаемые покрытия и покрытия с растительностью. [46]
Зеркала исследуются как отражающая поверхность для отражения солнечного излучения и понижения температуры. MEER — некоммерческая организация, предлагающая использовать переработанные материалы для производства зеркал и полимерных отражающих пленок для потенциального широкого использования на крышах и открытых пространствах, таких как сельскохозяйственные угодья. Испытания были проведены в Калифорнии , а дальнейшие возможности применения разрабатываются в Нью-Гемпшире , Индии и Африке . [47]
В некоторых климатических условиях, где больше отопительных дней, чем охлаждающих, белые отражающие крыши могут быть неэффективны с точки зрения энергоэффективности или экономии, поскольку экономия на использовании энергии для охлаждения может быть перевешена штрафами за отопление зимой. Согласно исследованию 2003 года Управления энергетической информации США по потреблению энергии в коммерческих зданиях, отопление составляет 36% годового потребления энергии в коммерческих зданиях, в то время как на кондиционирование воздуха приходится только 8% в Соединенных Штатах. [48] Калькуляторы энергии обычно показывают годовую чистую экономию для систем крыш темного цвета в прохладном климате.
Идеальная крыша не будет поглощать тепло летом и не будет терять его зимой. Для этого ей понадобится очень высокий SRI, чтобы исключить все лучистые поступления тепла летом и потери зимой. Крыши с высоким SRI действуют как лучистый барьер , обеспечивая эффект термоса. Холодные крыши с высокой излучательной способностью несут в себе климатический штраф из-за зимних лучистых потерь тепла, чего не делают отражающие крыши из голого металла, такие как нержавеющая сталь.
В федеральном исследовании 2001 года Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли (LBNL) измерила и рассчитала снижение пикового спроса на энергию, связанное с отражательной способностью поверхности прохладной крыши. [49] LBNL обнаружила, что по сравнению с оригинальной черной резиновой кровельной мембраной на исследованном здании розничной торговли в Техасе, модернизированная виниловая мембрана обеспечила среднее снижение температуры поверхности на 24 °C (43 °F), снижение совокупного потребления энергии на кондиционирование воздуха на 11 % и соответствующее снижение пикового спроса на 14 %. Средняя дневная летняя температура черной поверхности крыши составляла 75 °C (167 °F), но после модернизации с использованием белой отражающей поверхности она составляла 52 °C (126 °F). Без учета каких-либо налоговых льгот или других коммунальных сборов годовые расходы на энергию были сокращены на 7200 долларов или 0,07 доллара за квадратный фут. (Эта цифра относится как к расходам на электроэнергию, так и к расходам на пиковый спрос).
Приборы измеряли погодные условия на крыше, температуру внутри здания и по всем слоям крыши, а также кондиционирование воздуха и общее потребление энергии зданием. Измерения проводились с оригинальной черной резиновой кровельной мембраной, а затем после замены на белую виниловую крышу с той же изоляцией и системами HVAC.
Хотя фактические данные были собраны за целый год, из-за отклонений в данных один месяц данных был исключен вместе с несколькими другими днями, которые не соответствовали параметрам исследования. Было использовано только 36 непрерывных дней до модернизации и только 28 ненепрерывных рабочих дней были использованы для периода после модернизации. [49]
Другое исследование, проведенное в 2009 году и опубликованное в 2011 году, было завершено Ashley-McGraw Architects и CDH Energy Corp для исправительного департамента округа Онондага в Джеймсвилле, штат Нью-Йорк, в котором оценивались энергетические характеристики зеленой или растительной крыши, темной крыши EPDM и белой отражающей крыши TPO . Результаты измерений показали, что системы TPO и растительной крыши имели гораздо более низкие температуры крыши, чем обычная поверхность EPDM . Снижение поглощения солнечной энергии снизило приток солнечной энергии летом, но также увеличило потери тепла в отопительный сезон. По сравнению с мембраной EPDM , крыша TPO имела на 30% более высокие потери тепла, а растительная крыша — на 23% более высокие потери. [50]
В июле 2010 года Министерство энергетики США объявило о серии инициатив по более широкому внедрению технологий прохладной крыши на объектах и зданиях DOE по всей стране. [51] В рамках новых усилий DOE будет устанавливать прохладную крышу, когда это будет экономически эффективно в течение всего срока службы крыши, во время строительства новой крыши или замены старой на объекте DOE.
В октябре 2013 года Министерство энергетики США оценило Cool Roofs на 53 из 100 (средневзвешенное значение от 0 до 100) как экономически эффективную энергетическую стратегию. [52] «Климатические проблемы могут повлиять на производительность Cool Roofs. Cool Roofs более выгодны в теплом климате и могут привести к увеличению потребления энергии для отопления в холодном климате. Cool Roofs оказывают меньшее влияние, чем больше используется изоляции. Министр энергетики США поручил всем офисам Министерства энергетики США (DOE) устанавливать Cool Roofs, когда демонстрируется эффективность затрат на протяжении жизненного цикла, при строительстве новых крыш или при замене старых крыш на объектах DOE. Другим федеральным агентствам также было рекомендовано сделать то же самое». [52]
Energy Star — совместная программа Агентства по охране окружающей среды США и Министерства энергетики США, призванная сократить выбросы парниковых газов и помочь предприятиям и потребителям экономить деньги за счет выбора энергоэффективной продукции.
Для крыш с низким уклоном кровельный продукт, соответствующий маркировке Energy Star в рамках программы Roof Products Program, должен иметь начальную отражательную способность солнечного излучения не менее 0,65 и отражательную способность после погодных условий не менее 0,50 в соответствии с процедурами тестирования Агентства по охране окружающей среды. [53] Гарантии на отражающие кровельные продукты должны быть эквивалентны во всех существенных отношениях гарантиям, предлагаемым на сопоставимые неотражающие кровельные продукты либо данной компанией, либо в соответствии с отраслевыми стандартами.
В отличие от других продуктов с рейтингом Energy Star, таких как бытовая техника, эта система рейтинга не рассматривает всю сборку крыши, а только внешнюю поверхность. Потребители (т. е. владельцы зданий) могут полагать, что маркировка Energy Star означает, что их крыша энергоэффективна; однако тестирование не такое строгое, как стандарт для их бытовых приборов, и не включает дополнительные компоненты крыши (т. е. конструкцию крыши, огнестойкие барьеры, изоляцию, клеи, крепежи и т. д.). [54] На их веб-сайте размещено заявление об отказе от ответственности: «Хотя использование отражающей кровли имеет неотъемлемые преимущества, перед выбором кровельного продукта на основе ожидаемой экономии энергии потребители должны изучить ожидаемые расчетные результаты, которые можно найти на веб-сайте «Калькулятора экономии на крыше» Министерства энергетики по адресу www.roofcalc.com. Пожалуйста, помните, что экономия энергии, которая может быть достигнута с помощью отражающей кровли, в значительной степени зависит от конструкции объекта, используемой изоляции, климатических условий, местоположения здания и эффективности ограждающих конструкций здания». [54]
Совет по оценке прохладных крыш [55] (CRRC) создал рейтинговую систему для измерения и отчетности по солнечному отражению и тепловому излучению кровельных изделий. Эта система была помещена в онлайн-каталог более 850 кровельных изделий и доступна для поставщиков энергетических услуг, органов по строительным нормам, архитекторов и спецификаторов, владельцев недвижимости и планировщиков сообществ. CRRC проводит выборочное тестирование каждый год, чтобы гарантировать надежность своего рейтингового каталога.
Программа рейтинга CRRC позволяет производителям и продавцам соответствующим образом маркировать свои кровельные изделия в соответствии с определенными измеренными CRRC свойствами. Однако программа не определяет минимальные требования к солнечному отражению или тепловому излучению.
Система Green Globe используется в Канаде и США. В США Green Globes принадлежит и управляется Green Building Initiative (GBI). В Канаде версия для существующих зданий принадлежит и управляется BOMA Canada под торговой маркой 'Go Green' (Visez vert).
Green Globe использует критерии оценки производительности для оценки вероятного потребления энергии зданием, сравнивая проект здания с данными, полученными с помощью Target Finder Агентства по охране окружающей среды, которые отражают реальную производительность здания. Здания могут получить рейтинг от одного до четырех глобусов. Это онлайн-система; информация о здании проверяется сертифицированным и обученным Green Globes инженером или архитектором. Чтобы получить рейтинг, кровельные материалы должны иметь коэффициент отражения солнечной энергии не менее 0,65 и коэффициент теплового излучения не менее 0,90. До 10 баллов может быть присуждено за покрытие крыши от 1 до 100 процентов растительностью или высокоотражающими материалами или и тем, и другим. Физическая основа высокого коэффициента излучения весьма сомнительна, поскольку она просто описывает материал, который легко излучает инфракрасное тепло в окружающую среду, способствуя парниковому эффекту. Высокоотражающие, низкоизлучающие материалы намного лучше снижают потребление энергии.
Система рейтинга «Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании » (LEED) Совета по экологическому строительству США — это добровольный, постоянно развивающийся национальный стандарт для разработки высокоэффективных устойчивых зданий. [ необходима ссылка ] LEED устанавливает стандарты для выбора продуктов при проектировании зданий, но не сертифицирует продукты. [ необходима ссылка ]
В отличие от строительных норм , таких как Международные строительные нормы , только члены USGBC и определенные «внутренние» комитеты могут добавлять, вычитать или редактировать стандарт на основе внутреннего процесса обзора. Модельные строительные нормы голосуются членами и «внутренними» комитетами, но допускают комментарии и показания от широкой общественности в течение каждого цикла разработки норм на слушаниях по публичному обзору, которые обычно проводятся несколько раз в год. [56]
Согласно версии LEED 2009, для получения кредита Sustainable Sites Credit 7.2 Heat Island Effect-Roof не менее 75% поверхности крыши должны быть изготовлены из материалов с индексом отражения солнечного излучения (SRI) не менее 78. Этот критерий также может быть достигнут путем установки озелененной крыши не менее чем на 50% площади крыши или установки крыши с высоким альбедо и озелененной крыши в сочетании, которое соответствует этой формуле: (Площадь крыши, соответствующая минимальному SRI крыши/0,75) + (Площадь озелененной крыши/0,5) ≥ Общая площадь крыши. [57]
Примеры зданий, сертифицированных по системе LEED, с белыми светоотражающими крышами приведены ниже. [58]
Данный проект софинансируется Европейским Союзом в рамках программы «Интеллектуальная энергетика Европы».
Целью предлагаемых действий является создание и реализация Плана действий для прохладных крыш в ЕС. Конкретные цели: поддержка разработки политики путем передачи опыта и улучшения понимания фактического и потенциального вклада прохладных крыш в потребление тепла и охлаждения в ЕС; устранение и упрощение процедур интеграции прохладных крыш в строительство и фонд зданий; изменение поведения лиц, принимающих решения, и заинтересованных сторон с целью повышения приемлемости прохладных крыш; распространение и содействие разработке инновационного законодательства, кодексов, разрешений и стандартов, включая процедуры подачи заявок, разрешения на строительство и планирование, касающиеся прохладных крыш. [61] Работа будет развиваться по четырем осям: техническая, рыночная, политическая и конечные пользователи.
В тропической Австралии оцинкованные (серебристые) листы (обычно гофрированные ) не отражают тепло так же хорошо, как по-настоящему «холодный» цвет белого цвета, особенно потому, что металлические поверхности не излучают инфракрасное излучение обратно в небо. [62] Европейские модные тенденции теперь используют алюминиевую кровлю более темных цветов, чтобы следовать потребительской моде.
NYC °CoolRoofs — это инициатива Нью-Йорка по покрытию крыш белым цветом с помощью волонтеров. [63] Программа началась в 2009 году как часть PlaNYC , [64] и покрыла белым более 5 миллионов квадратных футов крыш Нью-Йорка. [65] В среду, 25 сентября 2013 года мэр Майкл Р. Блумберг объявил его «Днем NYC °CoolRoofs» в Нью-Йорке, покрыв его 500-е здание и сократив углеродный след более чем на 2000 тонн. Волонтеры используют кисти и валики для нанесения акрилового эластомерного покрытия на мембрану крыши. [66] Исследование Колумбийского университета 2011 года крыш, покрытых в рамках программы, показало, что белые крыши показали среднее снижение температуры на 43 градуса по Фаренгейту по сравнению с черными крышами. [67]
Проект «Белая крыша» — общенациональная инициатива США [68] , которая обучает и дает возможность людям [69] красить крыши в белый цвет. Программа [70] помогла завершить проекты по покраске крыш в белый цвет в более чем 20 штатах США и пяти странах, привлекла тысячи людей к участию в волонтерских проектах и спонсировала покрытие сотен крыш некоммерческих и малообеспеченных организаций.
Городской тепловой остров возникает там, где сочетание поглощающей тепло инфраструктуры, такой как темные асфальтовые парковки и дорожное покрытие, а также просторы черных крыш, в сочетании с редкой растительностью, повышает температуру воздуха на 1–3 °C (1,8–5,4 °F) выше, чем температура в окружающей сельской местности. [71] [72]
Программы зеленого строительства пропагандируют использование прохладной кровли для смягчения эффекта городского острова тепла и вызванного им ухудшения качества воздуха (в виде смога). Отражая солнечный свет, светлые крыши минимизируют повышение температуры и уменьшают потребление энергии для охлаждения и образование смога. Исследование LBNL показало, что если бы стратегии по смягчению этого эффекта, включая прохладные крыши, были широко приняты, столичный регион Большого Торонто мог бы ежегодно экономить более 11 миллионов долларов на расходах на энергию. [73]