ongelma
keskipäivällä kirkkaana kesäpäivänä Yhdysvalloissa tasainen (vaakasuora) pinta saa noin 1000 wattia auringonvaloa neliömetriä kohti. (Tämä on noin 100 wattia eli kirkkaan hehkulampun teho neliöjalkaa kohti.) Perinteiset tummat katot imevät voimakkaasti tätä auringonvaloa lämmittäen sekä rakennusta että ympäröivää ilmaa. Tämä lisää energiankulutusta ilmastoiduissa rakennuksissa ja tekee ilmastoimattomista rakennuksista vähemmän mukavia. Kuumat tummat katot myös pahentavat kaupunkien lämpösaarekkeita lämmittämällä katon yli virtaavaa ilmaa ja edistävät ilmaston lämpenemistä säteilemällä lämpöä ilmakehään.
ratkaisu: viileät katot
määritelmä
aurinkoisena päivänä katto, joka heijastaa voimakkaasti auringonvaloa, voi pysyä paljon viileämpänä kuin katto, joka absorboi voimakkaasti auringonvaloa. Korkea lämpösäteily on toinen ominaisuus, joka myös pitää pinnan viileänä. Terminen emittanssi on hyötysuhde, jolla pinta jäähdyttää itseään lähettämällä termistä (tai ”pitkälle”) infrapunasäteilyä. Näin ollen ”viileällä” katolla tulisi olla sekä korkea auringon heijastuskyky (SR) että korkea lämpösäteilykyky (TE).
huomaamme, että koska lämpösäteilyn (4-80 mikronia) spektri ei ole päällekkäinen auringon säteilyn (0,3-2,5 mikronia) spektrin kanssa, lämpösäteily on riippumaton auringon heijastuksesta. Näin erotamme nämä kaksi määriteltäessä viileä katto.
hyödyt
viileän katon korvaaminen lämpimällä katolla vähentää lämmön johtumista rakennukseen, lämmön konvektiota ulkoilmaan ja lämmön lämpösäteilyä ilmakehään. Tämä hyödyttää rakennuksiamme, kaupunkejamme ja planeettaamme.
- viileämpi Ulkoilma. Viileät katot alentavat kaupunki-ilman lämpötiloja vähentämällä katoilta ilmaan siirtyvän lämmön määrää, mikä lieventää kaupunkien lämpösaarekevaikutusta.
- vähemmän voimalaitospäästöjä. Heijastavat katot vähentävät ilmastoitujen rakennusten jäähdytysenergian tarvetta ja vähentävät fossiilisia polttoaineita polttavien voimalaitosten kasvihuonekaasujen ja muiden ilmansaasteiden päästöjä.
- parempi ilmanlaatu. Viileät katot laskevat kaupunki-ilman lämpötiloja ja hidastavat siten alailmakehän otsonin muodostumista. Otsoni, savusumun pääkomponentti, voi pahentaa hengityselinsairauksia ja toimia kasvihuonekaasuna.
- hidasti ilmastonmuutosta. Viileät katot vähentävät maan pintaan imeytyvää lämpöä ja voivat siten laskea pintalämpötiloja. Tämä pintalämpötilan lasku vähentää lämmön virtausta ilmakehään, mikä kompensoi kasvihuonekaasujen aiheuttamaa lämpenemistä.
- Energia – ja kustannussäästöt. Kuumina kesäkuukausina viileät katot vähentävät ilmastoitujen rakennusten jäähdytyksen tarvetta, mikä säästää energiaa ja rahaa.
- vähensi sähköverkon rasitusta. Jäähdytysenergian vähentynyt kysyntä hillitsee myös lämpöaaltojen ja erittäin kuumien kesäiltapäivien energiahuippuja, mikä vähentää sähkökatkojen riskiä.
- sisäilmamukavuus parani. Viileät katot alentavat sisäilman lämpötilaa rakennuksissa, joissa ei ole ilmastointia, mikä edistää tuottavuutta ja asukkaiden terveyttä.
rangaistuksilla
viileillä katoilla voi olla myös joitakin haittavaikutuksia.
- lisääntynyt lämmitystarve talvella. Talvikuukausina viileät katot lisäävät lämmitysenergian tarvetta kylmässä ilmastossa. Talvella aurinko kuitenkin pysyy matalana, päivät ovat lyhyitä ja taivas on usein pilvinen, mikä rajoittaa katolle tarjolla olevan auringonvalon määrää. Heat Island Groupin tekemä tutkimus osoittaa, että Yhdysvalloissa tämän talven lämmityssakko on tyypillisesti pieni verrattuna kesän viilennyshyötyyn (katso kuva oikealla).2 (huomaa lisäksi, että jos katto on lumen peitossa, kattotuotteen värillä ei ole väliä — katon pinta on valkoinen.)
- häikäisee. Matalan rakennuksen kirkkaan valkoisen tai hopeanhohtoisen katon häikäisy voi häiritä korkeampien naapurirakennusten asukkaita. Tässä tilanteessa viileän värinen (nonwhite) katto voi olla sopivampi lyhyempään rakennukseen.
viileän
auringonpaisteen tiede sisältää ultravioletti -, näkyvä-ja lähi-infrapunavalon. Vain näkyvä valo vaikuttaa väriin. Noin puolet auringon energiasta on näkymätöntä Lähi-infrapunavaloa. Perinteiset tummat katot imevät voimakkaasti ultravioletti -, näkyvä-ja Lähi-infrapunavaloa. Viileän väriset tummat katot näyttävät perinteisiltä tummilta katoilta, mutta heijastavat paremmin Lähi-infrapunavaloa.
tyypillisenä kesäiltapäivänä viileän värinen katto, joka heijastaa 35% auringonvalosta, pysyy noin 12°c (22°F) viileämpänä kuin perinteinen katto, joka näyttää samalta mutta heijastaa vain 10% auringonvalosta.
tekniikka
valkoiset katot
valkoiset materiaalit ovat suosittu viileä vaihtoehto rakennuspinnoille, joita ei näe kadulta, kuten matalat ”tasaiset” (eli lähes vaakasuorat) katot. Joissakin osissa maailmaa pystykatot saattavat olla myös valkoisia. Valkoisena saatavilla olevia kattotuotteita ovat yksikerroksinen kalvo, elastomeerinen pinnoite, maalattu metalli, laatta ja painolasti.
tyypillisenä kesäiltapäivänä puhtaan valkoinen katto, joka heijastaa 80% auringonvalosta, pysyy noin 31°C (55°F) viileämpänä kuin harmaa katto, joka heijastaa vain 20% auringonvalosta.3
Viileäväriset katot
Viileäväriset katot on suunniteltu lisäämään auringonpaisteen heijastumista säilyttäen samalla perinteisten ei-valkokattotuotteiden värin ja esteettisyyden. Viimeisen vuosikymmenen aikana Lawrence Berkeley National Laboratoryn ja Oak Ridge National Laboratoryn tutkijat ovat työskennelleet kattovalmistajien kanssa luodakseen erilaisia viileän värisiä tuotteita harjakatoille. Näitä ovat asfaltti päre, metalli, laatta, ja painolastituotteet. Cool color-tekniikalla voidaan luoda myös heikosti viistotuille katoille ei-valkoisia materiaaleja, kuten kalvoja ja pinnoitteita.