Kühle Dächer

Das Problem

Mittags an einem klaren Sommertag in den USA erhält eine flache (horizontale) Oberfläche etwa 1000 Watt Sonnenlicht pro Quadratmeter. (Dies ist etwa 100 Watt oder die Leistung einer hellen Glühlampe pro Quadratfuß.) Traditionelle dunkle Dächer absorbieren dieses Sonnenlicht stark und heizen sowohl das Gebäude als auch die Umgebungsluft auf. Dies erhöht den Energieverbrauch in klimatisierten Gebäuden und macht nicht klimatisierte Gebäude weniger komfortabel. Heiße dunkle Dächer verschlimmern auch städtische Wärmeinseln, indem sie die über das Dach strömende Luft erwärmen, und tragen zur globalen Erwärmung bei, indem sie Wärme in die Atmosphäre abstrahlen.

Eine Lösung: Kühle Dächer

Definition

An einem sonnigen Tag kann ein Dach, das das Sonnenlicht stark reflektiert, viel kühler bleiben als ein Dach, das das Sonnenlicht stark absorbiert. Hohe thermische Emission ist eine andere Eigenschaft, die auch eine Oberfläche kühl hält. Thermische Emission ist die Effizienz, mit der sich eine Oberfläche durch Emittieren von thermischer (oder „ferner“) Infrarotstrahlung abkühlt. Daher sollte ein „kühles“ Dach sowohl einen hohen Sonnenreflexionsgrad (SR) als auch einen hohen thermischen Emissionsgrad (TE) aufweisen.

Da sich das Spektrum der Wärmestrahlung (4-80 Mikron) nicht mit dem der Sonnenstrahlung (0,3-2,5 Mikron) überschneidet, ist die thermische Emittanz unabhängig von der Sonnenreflexion. So unterscheiden wir zwischen den beiden, wenn wir ein kühles Dach definieren.

Vorteile

Das Ersetzen eines kühlen Daches durch ein warmes Dach verringert die Wärmeleitung in das Gebäude, die Konvektion von Wärme in die Außenluft und die Wärmestrahlung in die Atmosphäre. Davon profitieren unsere Gebäude, unsere Städte und unser Planet.

• Kühlere Außenluft. Kühle Dächer senken die städtischen Lufttemperaturen, indem sie die Wärmemenge reduzieren, die von Dächern in die Luft übertragen wird, wodurch der städtische Wärmeinseleffekt gemildert wird.
• Weniger Kraftwerksemissionen. Reflektierende Dächer reduzieren den Kühlenergiebedarf in klimatisierten Gebäuden und verringern die Emissionen von Treibhausgasen und anderen Luftschadstoffen in Kraftwerken, die fossile Brennstoffe verbrennen.
• Bessere Luftqualität. Kühle Dächer senken die städtischen Lufttemperaturen und verlangsamen so die Bildung von bodennahem Ozon. Ozon, der Hauptbestandteil von Smog, kann Atemwegserkrankungen verschlimmern und als Treibhausgas wirken.
• Verlangsamter Klimawandel. Kühle Dächer verringern die an der Erdoberfläche aufgenommene Wärme und können so die Oberflächentemperaturen senken. Diese Abnahme der Oberflächentemperaturen verringert den Wärmefluss in die Atmosphäre und gleicht die durch Treibhausgase verursachte Erwärmung aus.
• Energie- und Kosteneinsparungen. Während der heißen Sommermonate reduzieren kühle Dächer den Kühlbedarf in klimatisierten Gebäuden, was Energie und Geld spart.
• Reduzierte Belastung des Stromnetzes. Der verringerte Bedarf an Kühlenergie wird auch den Spitzenenergiebedarf während Hitzewellen und sehr heißen Sommernachmittagen moderieren und dadurch das Risiko von Stromausfällen verringern.
• Verbesserter Komfort in Innenräumen. Kühle Dächer senken die Raumlufttemperatur in Gebäuden ohne Klimaanlage und fördern so die Produktivität und die Gesundheit der Bewohner.

Strafen

Kühle Dächer können auch einige unerwünschte Wirkungen haben.

• Erhöhter Heizbedarf im Winter. In den Wintermonaten erhöhen kühle Dächer den Bedarf an Heizenergie in kalten Klimazonen. Im Winter bleibt die Sonne jedoch niedrig, die Tage sind kurz und der Himmel ist oft bewölkt, was die Menge an Sonnenlicht begrenzt, die einem Dach zur Verfügung steht. Eine von der Heat Island Group durchgeführte Studie zeigt, dass in den USA diese Heizstrafe im Winter im Vergleich zum Kühlvorteil im Sommer in der Regel gering ist (siehe Bild rechts).2 (Beachten Sie außerdem, dass die Farbe des Dachprodukts keine Rolle spielt, wenn ein Dach mit Schnee bedeckt ist — die Dachoberfläche ist weiß.)
• Blendung. Blendung von einem hellen weißen oder silbrigen Dach auf einem niedrigen Gebäude kann die Bewohner größerer benachbarter Gebäude stören. In dieser Situation kann ein kühles (nicht weißes) Dach für das kürzere Gebäude besser geeignet sein.

Die Wissenschaft vom kühlen

Sonnenschein umfasst ultraviolettes, sichtbares und nahes Infrarotlicht. Nur sichtbares Licht beeinflusst die Farbe. Etwa die Hälfte der Sonnenenergie besteht aus unsichtbarem Nahinfrarotlicht. Traditionelle dunkle Dächer absorbieren stark ultraviolettes, sichtbares und nahes Infrarotlicht. Kühle dunkle Dächer sehen aus wie herkömmliche dunkle Dächer, reflektieren jedoch das nahe Infrarotlicht besser.An einem typischen Sommernachmittag bleibt ein kühles Dach, das 35% des Sonnenlichts reflektiert, etwa 12 ° C (22 ° F) kühler als ein traditionelles Dach, das gleich aussieht, aber nur 10% des Sonnenlichts reflektiert.

Technologie

Weiße Dächer

Weiße Materialien sind eine beliebte coole Option für Gebäudeoberflächen, die von der Straße aus nicht sichtbar sind, z. B. Niedrig geneigte „flache“ (dh Fast horizontale) Dächer. In einigen Teilen der Welt können Schrägdächer auch weiß sein. Zu den in Weiß erhältlichen Dachprodukten gehören einlagige Membranen, Elastomerbeschichtungen, lackiertes Metall, Fliesen und Ballast.An einem typischen Sommernachmittag bleibt ein sauberes weißes Dach, das 80% des Sonnenlichts reflektiert, etwa 31 ° C (55 ° F) kühler als ein graues Dach, das nur 20% des Sonnenlichts reflektiert.3

Cool-Farbige Dächer

Cool-farbige dächer sind entwickelt, um erhöhen reflexion von sonnenschein während aufrechterhaltung der farbe und ästhetik der traditionellen nonwhite dach produkte. In den letzten zehn Jahren haben Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory und des Oak Ridge National Laboratory mit Dachherstellern zusammengearbeitet, um eine Vielzahl von Produkten in kühlen Farben für Schrägdächer herzustellen. Dazu gehören Asphaltschindeln, Metall, Fliesen und Ballastprodukte. Die Cool Color-Technologie kann auch zur Herstellung von nichtweißen Materialien für niedrig geneigte Dächer wie Membranen und Beschichtungen verwendet werden.