het probleem
op het middaguur op een heldere zomerdag in de Verenigde Staten ontvangt een vlak (horizontaal) oppervlak ongeveer 1000 watt zonlicht per vierkante meter. (Dit is ongeveer 100 watt, of de kracht van een heldere gloeilamp, per vierkante voet. Traditionele donkere daken absorberen dit zonlicht sterk en verwarmen zowel het gebouw als de omringende lucht. Dit verhoogt het energieverbruik in gebouwen met airconditioning en maakt gebouwen zonder airconditioning minder comfortabel. Hete donkere daken verergeren ook stedelijke warmte-eilanden door het verwarmen van de lucht die over het dak stroomt, en dragen bij aan de opwarming van de aarde door warmte uit te stralen in de atmosfeer.
een oplossing: koele daken
definitie
op een zonnige dag kan een dak dat sterk zonlicht weerkaatst, veel koeler blijven dan een dak dat sterk zonlicht absorbeert. Hoge thermische emissie is een andere eigenschap die ook een oppervlak koel houdt. Thermische straling is het rendement waarmee een oppervlak afkoelt door thermische (of “verre”) infraroodstraling uit te zenden. Een “koel” dak moet dus zowel een hoge zonreflectie (SR) als een hoge thermische emissie (TE) hebben.
aangezien het spectrum van warmtestraling (4-80 micron) niet overlapt met dat van zonnestraling (0,3-2,5 micron), is de thermische straling onafhankelijk van de zonnereflectantie. Zo maken we onderscheid tussen de twee bij het definiëren van een koel dak.
voordelen
vervanging van een koud dak door een warm dak vermindert de geleiding van warmte naar het gebouw, convectie van warmte naar de buitenlucht en warmtestraling van warmte naar de atmosfeer. Dit komt onze gebouwen, onze steden en onze planeet ten goede.
- koelere buitenlucht. Koele daken verlagen de temperatuur van de stadslucht door de hoeveelheid warmte die van daken naar de lucht wordt overgebracht, te verminderen, waardoor het stedelijke warmte-eilandeffect wordt beperkt.
- minder emissies van elektriciteitscentrales. Reflecterende daken verminderen de vraag naar koelenergie in gebouwen met airconditioning en verminderen de uitstoot van broeikasgassen en andere luchtverontreinigende stoffen in energiecentrales die fossiele brandstoffen verbranden.
- betere luchtkwaliteit. Koele daken verlagen de luchttemperatuur in de stad en vertragen zo de vorming van ozon op leefniveau. Ozon, de primaire component van smog, kan aandoeningen van de luchtwegen verergeren en kan fungeren als een broeikasgas.
- vertraagde klimaatverandering. Koele daken verminderen de warmte die aan het aardoppervlak wordt geabsorbeerd en kunnen zo de oppervlaktetemperaturen verlagen. Deze daling van de oppervlaktetemperaturen vermindert de warmtestroom naar de atmosfeer en compenseert de opwarming veroorzaakt door broeikasgassen.
- energie-en kostenbesparingen. Tijdens de warme zomermaanden verminderen koele daken de behoefte aan koeling in gebouwen met airconditioning, wat energie en geld bespaart.
- verminderde spanning van het elektriciteitsnet. De verminderde vraag naar koelenergie zal ook de piekenergievraag tijdens hittegolven en zeer hete zomermiddagen matigen, waardoor het risico op stroomuitval afneemt.
- verbeterd binnencomfort. Koele daken verlagen de binnentemperatuur in gebouwen die geen airconditioning hebben, waardoor de productiviteit en de gezondheid van de bewoners worden bevorderd.
sancties
koele daken kunnen ook enkele bijwerkingen hebben.
- verhoogde behoefte aan verwarming in de winter. Tijdens de wintermaanden verhogen koele daken de behoefte aan verwarmingsenergie in koude klimaten. In de winter blijft de zon echter laag, de dagen zijn kort en de lucht is vaak bewolkt, waardoor de hoeveelheid zonlicht die beschikbaar is voor een dak wordt beperkt. Een studie uitgevoerd door de Heat Island Group toont aan dat in de Verenigde Staten, deze winter verwarming boete is meestal klein in vergelijking met de zomer koeling voordeel (zie afbeelding rechts).2 (bovendien, er rekening mee dat als een dak is bedekt met sneeuw, de kleur van de dakbedekking product maakt niet uit — het oppervlak van het dak zal wit zijn.)
- verblinding. Verblinding van een helder wit of zilverachtig dak op een laagbouw kan bewoners van hogere naburige gebouwen verstoren. In deze situatie kan een koel gekleurd (niet-wit) dak meer geschikt zijn voor het kortere gebouw.
de wetenschap van koel
zonneschijn omvat ultraviolet, zichtbaar en nabij-infrarood licht. Alleen zichtbaar licht beïnvloedt de kleur. Ongeveer de helft van de energie van de zon is onzichtbaar nabij-infrarood licht. Traditionele donkere daken absorberen sterk ultraviolet, zichtbaar en nabij-infrarood licht. Koele donkere daken lijken op traditionele donkere daken, maar reflecteren beter bijna-infrarood licht.
op een typische Zomermiddag blijft een koel gekleurd dak dat 35% van het zonlicht reflecteert ongeveer 12°C koeler dan een traditioneel dak dat er hetzelfde uitziet maar slechts 10% van het zonlicht reflecteert.
technologie
witte daken
witte materialen zijn een populaire koele optie voor het bouwen van oppervlakken die niet vanaf de straat kunnen worden gezien, zoals laaggeschuinde “platte” (dat wil zeggen bijna horizontale) daken. In sommige delen van de wereld kunnen hellende daken ook wit zijn. Dakbedekking producten verkrijgbaar in het wit zijn eenlaags membraan, elastomeer coating, gelakt metaal, tegels en ballast.
op een typische Zomermiddag blijft een schoon wit dak dat 80% van het zonlicht weerkaatst ongeveer 31°C koeler dan een grijs dak dat slechts 20% van het zonlicht weerkaatst.3
Koelgekleurde daken
Koelgekleurde daken zijn ontworpen om de reflectie van de zon te vergroten met behoud van de kleur en esthetiek van traditionele niet-witte daken. De afgelopen tien jaar hebben onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory en Oak Ridge National Laboratory samengewerkt met dakbedekkingsfabrikanten om een verscheidenheid aan koel gekleurde producten voor hellende daken te creëren. Deze omvatten asfalt dakspaan, metaal, tegels, en ballastproducten. Cool color technology kan ook worden gebruikt om niet-witte materialen te maken voor laag hellende daken, zoals membranen en coatings.