Illa de Calor Urbana i Teulades Fresques

REFREDANT EDIFICIS, CIUTATS I EL PLANETA AMB TEULADES FRESQUES

TEULADES FRESQUES

  • Alta reflexió solar i alta emitància tèrmica (emissivitat)
  • Reflecteix la major part de l’energia solar incident i irradia la calor absorbida al cel, especialment de nit
  • És de gran importància en zones càlides i temperades
  • La reflexió solar i emitància tèrmica (emissivitat) dels materials utilitzats als edificis són paràmetres importants per la eficiència energètica dels edificis

Font: https://heatisland.lbl.gov/coolscience/cool-roofs

ILLA DE CALOR URBANA

  • És una àrea metropolitana que és més càlida que les seves àrees rurals circumdants
  • La causa principal és la modificació de la superfície del terreny mitjançant el desenvolupament urbà utilitzant materials que retenen la calor, amb la construcció d’edificis i paviments
  • Especialment en climes càlids i temperats, les illes de calor contribueixen al malestar humà (interior i exterior), majors factures d’energia, pic d’energia a l’estiu, més infraestructura elèctrica, apagades a l’estiu, més escalfament global, un augment de la contaminació de l’aire i problemes de salut
  • Les onades de calor recurrents augmenten aquests problemes

Imatge de perfil de l’illa de calor urbana de Lawrence Berkeley Lab

ILLA DE CALOR URBANA I TEULADES FRESQUES

  • Es mostra la correlació positiva entre les teulades reflectants blanques i temperatures més fredes
  • Es pot mitigar l’efecte de l’illa de calor urbana amb teulades fresques que reflecteixen més l’energia solar i absorbeixen menys calor

C:\Users\Jose\Documents\A 260719\JOSE_180711\JOBS NEW\Web2018\Photos\2020\SydneyESP.jpg

Font: (City of Sydney, 2009)

FLUXOS ENERGÈTICS. Refredant el PLANETA AMB TEULADES FRESQUES

  • Es mostren els fluxos radiants d’ona curta i ona llarga des de i cap a la superfície de la terra i l’atmosfera
  • Les teulades fresques poden refredar la regió i el planeta augmentant l’albedo (reflexió solar), com els pols nord i sud que estan coberts per gel, el que induiria un forçament radiatiu negatiu equivalent a la compensació del CO2 emès
  • Incrementant mundialment la reflexió solar en teulades i paviments (voreres, calçades) en un 0.25 i 0.15 respectivament, induiria un balanç de radiació negatiu en la terra equivalent a compensar aproximadament 44 Gt d’emissions de CO2, contrarestant l’equivalent a l’efecte del creixement en les taxes d’emissió de CO2 durant 11 anys (Akbari, H., Menon, S. & Rosenfeld, A. 2009, ‘Global cooling: increasing world-wide urban albedos to offset CO2.’, Climatic Change 94 (3): 275- 286)
  • Podem refredar més ràpid amb materials que irradien principalment en la longitud d’ona de la finestra atmosfèrica (8-14 µm)

C:\D\1A.M 260719\JOSE_180711\JOBS NEW\Web2018\Photos\2020\HeatFlowsAtmUpd.jpg

SIMULACIONS ENERGÈTIQUES AMB ENERGYPLUS

  • EnergyPlus és el programa més precís en simulacions energètiques en edificis, gestionat pel Departament d’Energia dels Estats Units
  • Es van realitzar centenars de simulacions energètiques amb teulades fresques utilitzant EnergyPlus per calcular els consums de calefacció i refrigeració per mantenir entre 20°C – 25°C l’habitatge i l’edifici d’oficines durant la seva ocupació. Es van analitzar les dades per mostrar les solucions més rendibles i la rendibilitat de les teulades fresques
  • Reduint la absortivitat solar l’estalvi en el sistema de refrigeració és més gran que la penalització en el sistema de calefacció (a Barcelona) utilitzant teulades fresques
  • Absortivitat solar de la teulada (0.2, 0.4, 0.6, 0.8). 0.2 seria una teulada fresca de color blanc i 0.8 una teulada estàndard de color marró
  • Transmitància tèrmica (U) de la teulada (sense aïllament: 1.86 per a habitatge i 1.74 per a oficina, i 0.67, 0.4, 0,33 W/m2·K). Requisit codi tècnic d’edificació (CTE) a Barcelona és 0.4, requisit més estricte de CTE és 0.33
  • Estudis científics en experiments van demostrar que els estalvis energètics proporcionats per les teulades fresques són més grans que els resultats en les simulacions energètiques pel fet que el software no considera les temperatures més baixes al voltant de l’edifici, l’estalvi energètic a causa de ventilacions i infiltracions d’aire amb temperatures més baixes, i que els sistemes de refrigeració treballen a major rendiment. A més els fitxers de clima no acostumen a estar actualitzats
  • Als Estats Units ciutats més fredes també regulen amb teulades fresques per mitigar l’illa de calor urbana i evitar consums de pic a l’estiu
  • Simulacions realitzades per a un habitatge i edifici d’oficines amb nivell baix d’estanquitat, i considerant un nivell òptim de qualitat d’aire a les oficines. Per a habitatges i oficines amb un millor nivell d’estanqueïtat i oficines amb recuperador de calor els beneficis d’usar teulades fresques són més grans

Habitatge Unifamiliar

  • Anàlisi de teulades fresques en un habitatge unifamiliar de 100 m2 a Barcelona:

C:\D\1A.M 260719\JOSE_180711\JOBS NEW\Web2018\Photos\2020\HouseNoRoof.jpg

Absortivitat solar i transmitància tèrmica (U) de la teulada

Consums de calefacció, refrigeració i total en funció de la absortivitat solar de la teulada per a quatre valors de Transmitància tèrmica (U) de la teulada. 0.2 seria una teulada fresca de color blanc i 0.8 una teulada estàndard de color marró

C:\Users\Jose\Documents\ZIMCR20\PLOT\Plots2\PlotCR20i6\CAT\ESP\Barcelona\H1\H1_HCT_Barcelona_ACH0.500.jpg

Amb absortivitat solar 0.2, el consum de refrigeració augmenta al augmentar l’aïllament a la teulada

Diferència en la penalització en “Calefacció (kW·h/m2·any)” (número positiu), estalvis en “Refrigeració (kW·h/m2·any)” (número negatiu), “Total (kW·h/m2·any)“(penalització en calefacció menys estalvis en refrigeració) i “Refrigeració/Calefacció” (estalvis en refrigeració dividit entre penalització en calefacció) reduint la absortivitat solar en 0.1 (exemple de 0.8 a 0.7). Convé utilitzar una teulada fresca si “Total (kW·h/m2·any)” és un número negatiu i “Refrigeració/Calefacció” és més gran que 0

C:\Users\Jose\Documents\ZIMCR20\PLOT\Plots2\PlotCR20i6\CAT\ESP\Barcelona\H1\H1_Tb_Barcelona_ACH0.500.jpg

  • Reduint la absortivitat solar l’estalvi en el sistema de refrigeració és més gran que la penalització en el sistema de calefacció
  • S’obtenen més estalvis reduint la absortivitat solar en teulades amb menys aïllament, encara que la proporció entre els estalvis en refrigeració i penalització en calefacció és més gran en teulades més aïllades
Absortivitat solar, transmitància tèrmica (U) de la teulada i estanquitat de l’habitatge

Diferència en la penalització en “Calefacció (kW·h/m2·any)” (número positiu), estalvis en “Refrigeració (kW·h/m2·any)” (número negatiu), “Total (kW·h/m2·any)“(penalització en calefacció menys estalvis en refrigeració) i “Refrigeració/Calefacció” (estalvis en refrigeració dividit entre penalització en calefacció) reduint la absortivitat solar en 0.1 (exemple de 0.8 a 0.7), per quatre nivells d’estanquitat

C:\Users\Jose\Documents\A 260719\JOSE_180711\JOBS NEW\Cool Roofs\SIM 20\1Python\EstanqBarceH_CAT.jpg

  • Reduint la absortivitat solar s’obtenen, més estalvis i proporció entre els estalvis en refrigeració i penalització en calefacció, en habitatges amb millors nivell d’estanqueïtat. Un habitatge amb baix nivell d’estanqueïtat consumeix més energia en calefacció

Edifici d’Oficines

  • Anàlisi de teulades fresques en un edifici d’oficines a Barcelona de 2 plantes de 800 m2 per planta:

C:\D\1A.M 260719\JOSE_180711\JOBS NEW\Web2018\Photos\2020\Office2.jpg

Absortivitat solar i transmitància tèrmica (U) de la teulada

Consums de calefacció, refrigeració i total en funció de la absortivitat solar de la teulada per a quatre valors de Transmitància tèrmica (U) de la teulada. 0.2 seria una teulada fresca de color blanc i 0.8 una teulada estàndard de color marró

C:\Users\Jose\Documents\ZIMCR20\PLOT\Plots2\PlotCR20i6\CAT\ESP\Barcelona\O2\O2_HCT_Barcelona_ACH0.250.jpg

Amb absortivitat solar 0.2, el consum total entre calefacció i refrigeració no disminueix al augmentar l’aïllament a la teulada

Diferència en la penalització en “Calefacció (kW·h/m2·any)” (número positiu), estalvis en “Refrigeració (kW·h/m2·any)” (número negatiu), “Total (kW·h/m2·any)“(penalització en calefacció menys estalvis en refrigeració) i “Refrigeració/Calefacció” (estalvis en refrigeració dividit entre penalització en calefacció) reduint la absortivitat solar en 0.1 (exemple de 0.8 a 0.7). Convé utilitzar una teulada fresca si “Total (kW·h/m2·any)” és un número negatiu i “Refrigeració/Calefacció” és més gran que 0

C:\Users\Jose\Documents\ZIMCR20\PLOT\Plots2\PlotCR20i6\CAT\ESP\Barcelona\O2\O2_Tb_Barcelona_ACH0.250.jpg

  • Reduint la absortivitat solar l’estalvi en el sistema de refrigeració és més gran que la penalització en el sistema de calefacció

EXPERIMENTS A SYDNEY AMB TEULADES FRESQUES

  • Es van monitoritzar dues estructures petites a l’exterior per comparar les diferències en les temperatures de la teulada i la temperatura en el seu interior
  • Construïdes amb fusta de 9 mm, aïllament de poliestirè rígid de 60 mm (Resistència tèrmica R 1,4 m2·K/W) en pis, sostre i parets
  • La teulada de color terracota té reflexió solar 0.24 i emitància tèrmica (emissivitat) 0.93
  • La teulada fresca té reflexió solar 0.72 i emitància tèrmica (emissivitat) 0.9

C:\Users\Jose\Documents\A 260719\JOSE_180711\JOBS NEW\Web2018\Photos\UTSCoolRoofs.jpg

 

La temperatura de la superfície de la teulada i la temperatura interior van ser 25 °C i 5 °C inferiors durant el dia, respectivament, en l’estructura amb la teulada fresca

C:\Users\Jose\Documents\A 260719\JOSE_180711\JOBS NEW\Web2018\Photos\2020\SydneyCubbiesT.jpg

FLUXOS D’ENERGIA A LA TEULADA

  • Fluxos energètics cap i a través d’un sostre aïllat:

Font: Gentle, A.R., Aguilar, J.L.C. & Smith, G.B. 2011, ‘Optimized cool roofs: Integrating albedo and thermal emittance with R-value.’, Elsevier. Solar Energy Materials & Solar Cells 95 (2011) 3207-3215

error: Content is protected !!