Toits frais

Le problème

À midi, par une journée d’été claire aux États-Unis, une surface plane (horizontale) reçoit environ 1000 watts de lumière solaire par mètre carré. (C’est environ 100 watts, ou la puissance d’une ampoule à incandescence brillante, par pied carré.) Les toits sombres traditionnels absorbent fortement cette lumière du soleil, chauffant à la fois le bâtiment et l’air environnant. Cela augmente la consommation d’énergie dans les bâtiments climatisés et rend les bâtiments non climatisés moins confortables. Les toits sombres chauds aggravent également les îlots de chaleur urbains en réchauffant l’air qui circule sur le toit et contribuent au réchauffement climatique en rayonnant de la chaleur dans l’atmosphère.

Une solution: Des toits frais

Définition

Par une journée ensoleillée, un toit qui réfléchit fortement la lumière du soleil peut rester beaucoup plus frais qu’un toit qui absorbe fortement la lumière du soleil. Une émittance thermique élevée est une autre propriété qui maintient également une surface au frais. L’émittance thermique est l’efficacité avec laquelle une surface se refroidit en émettant un rayonnement infrarouge thermique (ou « lointain »). Ainsi, un toit « frais » devrait avoir à la fois une réflectance solaire élevée (SR) et une émittance thermique élevée (TE).

Nous notons que puisque le spectre du rayonnement thermique (4-80 microns) ne chevauche pas celui du rayonnement solaire (0,3-2,5 microns), l’émittance thermique est indépendante de la réflectance solaire. Ainsi, nous distinguons les deux lors de la définition d’un toit frais.

Avantages

La substitution d’un toit frais à un toit chaud réduit la conduction de la chaleur dans le bâtiment, la convection de la chaleur dans l’air extérieur et le rayonnement thermique de la chaleur dans l’atmosphère. Cela profite à nos bâtiments, à nos villes et à notre planète.

• Air extérieur plus frais. Les toits froids abaissent les températures de l’air urbain en réduisant la quantité de chaleur transférée des toits à l’air, atténuant ainsi l’effet d’îlot de chaleur urbain.
• Moins d’émissions des centrales électriques. Les toits réfléchissants réduisent la demande d’énergie de refroidissement dans les bâtiments climatisés, réduisant les émissions de gaz à effet de serre et d’autres polluants atmosphériques dans les centrales électriques qui brûlent des combustibles fossiles.
• Meilleure qualité de l’air. Les toits frais diminuent la température de l’air urbain et ralentissent ainsi la formation d’ozone troposphérique. L’ozone, la principale composante du smog, peut aggraver les maladies respiratoires et agir comme un gaz à effet de serre.
• A ralenti le changement climatique. Les toits frais diminuent la chaleur absorbée à la surface de la Terre et peuvent donc abaisser les températures de surface. Cette diminution des températures de surface réduit le flux de chaleur dans l’atmosphère, compensant le réchauffement causé par les gaz à effet de serre.
• Économies d’énergie et de coûts. Pendant les mois chauds d’été, les toits frais réduisent le besoin de refroidissement dans les bâtiments climatisés, ce qui permet d’économiser de l’énergie et de l’argent.
• Tension réduite du réseau électrique. La diminution de la demande d’énergie de refroidissement modérera également la demande d’énergie maximale pendant les vagues de chaleur et les après-midi d’été très chauds, réduisant ainsi le risque de pannes de courant.
• Confort intérieur amélioré. Les toits frais abaissent la température de l’air intérieur dans les bâtiments qui ne sont pas climatisés, ce qui favorise la productivité et la santé des occupants.

Pénalités

Les toits frais peuvent également avoir des effets indésirables.

• Besoin accru de chauffage en hiver. Pendant les mois d’hiver, les toits frais augmentent le besoin d’énergie de chauffage dans les climats froids. Cependant, en hiver, le soleil reste bas, les jours sont courts et le ciel est souvent nuageux, ce qui limite la quantité de soleil disponible pour un toit. Une étude menée par le groupe Heat Island montre qu’aux États-Unis, cette pénalité de chauffage hivernale est généralement faible par rapport à l’avantage de refroidissement estival (voir image à droite).2 (De plus, notez que si un toit est recouvert de neige, la couleur du produit de toiture n’a pas d’importance — la surface du toit sera blanche.)
• Éblouissement. L’éblouissement d’un toit blanc ou argenté brillant sur un bâtiment de faible hauteur peut déranger les occupants des bâtiments voisins plus hauts. Dans cette situation, un toit de couleur froide (non blanc) peut être plus approprié pour le bâtiment plus court.

La science du soleil frais

comprend la lumière ultraviolette, visible et proche infrarouge. Seule la lumière visible affecte la couleur. Environ la moitié de l’énergie du soleil est une lumière infrarouge proche invisible. Les toits sombres traditionnels absorbent fortement la lumière ultraviolette, visible et proche infrarouge. Les toits sombres de couleur froide ressemblent aux toits sombres traditionnels mais reflètent mieux la lumière proche infrarouge.

Lors d’un après-midi d’été typique, un toit de couleur fraîche qui réfléchit 35% de la lumière du soleil restera à environ 12 ° C (22 ° F) plus frais qu’un toit traditionnel qui a la même apparence mais ne réfléchit que 10% de la lumière du soleil.

Technologie

Toits blancs

Les matériaux blancs sont une option populaire pour les surfaces de construction qui ne peuvent pas être vues de la rue, telles que les toits « plats » (c’est-à-dire presque horizontaux) à faible pente. Dans certaines parties du monde, les toits en pente peuvent également être blancs. Les produits de toiture disponibles en blanc comprennent une membrane monocouche, un revêtement élastomère, du métal peint, des carreaux et du ballast.

Un après-midi d’été typique, un toit blanc propre qui réfléchit 80% de la lumière du soleil restera à environ 31 ° C (55 ° F) plus frais qu’un toit gris qui ne réfléchit que 20% de la lumière du soleil.3

Toits de couleur froide

Les toits de couleur froide sont conçus pour augmenter la réflexion du soleil tout en conservant la couleur et l’esthétique des produits de toiture traditionnels non blancs. Au cours de la dernière décennie, des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory et du Oak Ridge National Laboratory ont travaillé avec des fabricants de toitures pour créer une variété de produits de couleur froide pour les toits en pente. Ceux-ci comprennent les bardeaux d’asphalte, le métal, les carreaux et les produits de ballast. La technologie Cool color peut également être utilisée pour créer des matériaux non blancs pour les toits à faible pente, tels que les membranes et les revêtements.