بام سفید – کاهش مصرف انرژی در ساختمان

سطوح بازتاب دهندهٔ نور سطوحی هستند که خاصیت بازتاب نور خورشید  و خاصیت تابش گرمایی در آن‌ها زیاد است. سطوح بازتاب دهندهٔ نور، یکی از موضوعات مهندسی آب و هواست. شناخته شده‌ترین نوع سطح بازتاب دهندهٔ نور، بام خنک است. اگرچه این که گفته می‌شود که بام‌های خنک معمولاً سفید هستند اما یک بام سفید، دارای رنگ‌های مختلفی است.

بام‌های خنک در مناطق گرم‌تر هم مزایای بلند مدت دارند و هم مزایای آنی. از جمله:

• ذخیرهٔ ۱۵٪ انرژی یک سالهٔ تهویهٔ هوا در ساختمان یک طبقه.
• کمک در کاهش اثر جزایر گرمایی شهری.
• کاهش آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه‌ای و همچنین تأثیر چشمگیر در تنظیم اثر گرمایی ناشی از انتشار گازها گلخانه‌ای.

بام‌های خنک، انرژی مورد نیاز برای خنک کردن را در تابستان‌ها کاهش می‌دهند ولی می‌توانند انرژی مورد نیاز برای گرم کردن را در زمستان افزایش دهند. بنابراین، مقدار صرفه‌جویی در انرژی توسط بام‌های خنک، بستگی به شرایط آب و هوایی دارد.

در تمام مناطق شهری، بام‌های مسطح در مناطق گرم به رنگ سفید هستند و در نتیجه ۱۰٪ از بازتاب در جهان کمتر شده و اثر گرمایی ناشی از انتشار ۲۴ گیگاتن گازهای گلخانه‌ای کاهش می‌یابد که معادل با این است که ۳۰۰ میلیون اتومبیل را به مدت ۲۰ سال از جاده خارج کنیم. این مسئله بر این امر استوار است که بام سفید ۹۳ متر مربعی (۱۰۰۰ فوت مربعی) اثر گرمای ناشی از ۱۰ تن کربن‌دی‌اکسید را در طول عمر ۲۰ سالهٔ خود کاهش می‌دهد. در یک مطالعهٔ عملی که در سال ۲۰۰۸ در مورد خنک‌سازی در مقیاس وسیع توسط اثر بازتابندگی صورت گرفت محققین به این نتیجه رسیدند که استان آلمرا در جنوب اسپانیا در نتیجهٔ ساخت گلخانه‌های پوشیده شده با لایهٔ پلی‌اتیلن در مناطق وسیعی که قبلاً مناطق صحرایی بودند، در طول ۲۰ سال ۱٫۶ درجه نسبت به نواحی اطراف خود خنک تر شد. کشاورزان در فصل تابستان سقف این گلخانه‌ها را سفیدکاری می‌کنند تا گیاهان خود را خنک نگه دارند.

وقتی نور خورشید به یک بام سفید می‌خورد، بیشتر آن منعکس شده و به فضای جو زمین می‌رود؛ ولی وقتی به یک بام سیاه برخورد می‌کند، بیشتر آن جذب می‌شود و طول موج آن بیشتر شده و به چیزی تبدیل می‌شود که به آن «گرما» می‌گوییم و دیگر نمی‌تواند به فضای جو زمین برگردد زیرا توسط گازهای گلخانه‌ای جذب می‌شود. جو زمین در مواجهه با نور خورشید، شفاف است ولی نسبت به گرما شفاف نیست [یعنی گرما را عبور نمی‌دهد] و به این دلیل است که بام‌های سفید در خنک شدن دمای زمین تأثیر مثبت داشته و بام‌های سیاه در این مورد تأثیر منفی دارند.

در مطالعه‌ای توسط محققین دانشگاه کنکوردیا در سال ۲۰۱۲ که از متغیرهایی استفاده شد که مشابه آن‌ها در مطالعات دانشگاه استنفورد استفاده شده بود (مثلاً واکنش‌های ابر) محققین به این نتیجه رسیدند که استفادهٔ جهانی بام‌های خنک و سنگفرش در شهرها باعث تأثیر مثبت خنک‌سازی جهانی شده و معادل با جلوگیری از تولید ۱۵۰ گیگاتن دی‌اکسیدکربن است که معادل است با خارج کردن تمام اتومبیل‌های جهان از جاده به مدت ۵۰ سال.

وقتی نور خورشید به یک بام تیره می‌خورد، ۱۵٪ از آن به سمت آسمان منعکس می‌شود ولی بیشتر این انرژی به صورت گرما جذب بام می‌شود. بام‌های خنک به مقدار زیادی بیشتر از بام‌های سنتی تیره‌رنگ، نور را منعکس کرده و مقدار کمی از آن را جذب می‌کنند.

بام خنک، یکی از این سه نوع است: بام‌هایی که از مواد سرد ساخته شده‌اند، بام‌هایی که از موادی ساخته شده‌اند که با بازتاب‌دهنده‌های نور خورشید پوشیده شده‌اند، یا بام‌های سبز.

بام‌های با لایهٔ ترموپلاستیک سفید، به‌طور ذاتی نور را منعکس می‌کنند و بیشترین مقدار انعکاس و انتشاری را که می‌توان در بام داشت دارا هستند. به عنوان مثال بامی که از مادهٔ ترموپلاستیک سفید ساخته شده‌است می‌تواند ۸۰٪ (یا بیشتر) از نور خورشید را منعکس کند و حداقل ۷۰٪ از گرمایی را که بام به خود جذب کرده‌است انتشار دهد. یک بام قیرگونی شده فقط ۶٪ الی ۲۶٪ از نور خورشید را منعکس می‌کند.

بیشترین نرخ SRI و خنک‌ترین بام‌ها، بام‌های فولاد ضد زنگ هستند که در حالت بادهای معمولی، فقط چند درجه از دمای محیط گرم‌ترند. بازهٔ SRI برای آن‌ها از ۱۰۰ تا ۱۱۵ است. برخی از آن‌ها خاصیت آبگریزی نیز دارند و در نتیجه بسیار تمیز باقی می‌مانند و SRI اصلی خود را حتی در محیط آلوده حفظ می‌کنند.

یک سقف موجود (یا جدید) می‌تواند به وسیلهٔ پوشاندن آن با موادی که نور خورشید را منعکس می‌کنند خاصیت انعکاسی پیدا کند. نرخ انعکاس خورشید و انتشار گرمایی برای بیش از ۵۰۰ ماده انعکاسی را می‌توان در شورای نرخ‌گذاری بام‌های خنک پیدا کرد.

بام‌های سبز

بام‌های سبز، لایه‌ای از مادهٔ گرمایی فراهم می‌کنند که شارش گرما به داخل ساختمان را کاهش می‌دهد. انعکاس خورشیدی بام‌های سبز، بسته به نوع گیاه فرق دارد (معمولاً از ۰٫۳ تا ۰٫۵.  بام‌های سبز شاید خاصیت انعکاسی به اندازهٔ بام‌های خنک نداشته باشند اما این نوع بام هم مزیای خاص خود را دارد مثل تبخیر آب از طریق برگ‌های گیاه که باعث خنک شدن گیاه و محیط پیرامون آن شده و باعث کاهش دمای پشت بام به صورت طبیعی می‌شود.

در ژوئیه ۲۰۱۰، دپارتمان انرژی ایالات متحده (DOE) اقداماتی را مطرح کرد که طی آن‌ها بام خنک با تجهیزات DOE و در ساختمان‌های کل کشور به کار گرفته شود. در اقداماتی جدید، DOE بام خنک را – اگر در طول عمر این بام خنک از نظر اقتصادی بصرفه باشد – هنگام ساخت یک بام جدید یا هنگام جایگزینی یک بام قدیمی، با تجهیزات خود نصب می‌کند.

DOE در اکتبر ۲۰۱۳ به بام‌های خنک، از نظر این که در انرژی صرفهٔ اقتصادی دارند یا نه، امتیاز ۵۳ داده است (از ۱۰۰ امتیاز). دپارتمان انرژی ایالات متحده گفته است: «شرایط آب و هوایی می‌تواند در عملکرد بام خنک تأثیر داشته باشد. بام‌های خنک در آب و هوا گرم عملکرد بهتری دارند و در مناطق سردتر ممکن است نیاز به مصرف انرژی برای گرم کردن را بیشتر کنند. هرچه بام خنک تأثیر کمتری داشته باشد، از عایق بندی بیشتر استفاده می‌شود. دبیر انرژی به تمام دفاتر DOE دستور داد که بام‌های خنک را زمانی نصب کنند در کل طول عمر خود صرفهٔ اقتصادی داشته باشد، چه هنگام نصب یک بام جدید، چه هنگام جایگزینی یک بام قدیمی با تسهیلات DOE. آژانس‌های دولتی دیگر نیز ترغیب شدند تا اقدام مشابهی انجام دهند.

ستارهٔ انرژی، برنامهٔ مشترک آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده و دپارتمان انرژی ایالات متحده است برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و کمک به مشتریان و فروشندگان در صرفه‌جویی اقتصادی به کمک انتخاب کالاهایی که در مصرف انرژی بصرفه هستند.

برای بام‌های با شیب کم، یک کالای بام وقتی در برنامهٔ محصولات بام از نظر انرژی بررسی شده و برچسب ستارهٔ انرژی می‌خورد، بر طبق روند تست EPA باید مقدار انعکاس خورشیدی اولیهٔ ۰٫۶۵ داشته باشد و وقتی بر اثر قرار گرفتن در مجاورت هوا فرسوده شد، [حداقل] این مقدار ۰٫۵۰ باشد. گارانتی‌های محصولات بام‌های انعکاسی باید در تمام موارد مساوی با گارانتی‌های مشابهی باشد که برای محصولات بام‌های غیرانعکاسی ارائه می‌شود، چه خود شرکت این گارانتی‌ها را اضافه کند یا این که استاندارهای صنعتی باعث ایجاد این گارانتی‌ها شود.

برخلاف محصولات دیگری که توسط ستارهٔ انرژی درجه‌بندی می‌شوند، مثل لوازم خانگی، این درجه‌بندی کل بام را در نظر نمی‌گیرد، بلکه فقط سطح خارجی را در نظر می‌گیرد. مصرف‌کنندگان (مثلاً مالکان ساختمان) شاید بر این باور باشند که برچسب ستارهٔ انرژی به این معنی است که بام آن‌ها از نظر مصرف انرژی بصرفه است، اما سختگیری‌هایی که در ستارهٔ انرژی می‌شود، به اندازهٔ سختگیری‌های استاندارهای لوازم خانگی آن‌ها نیست و شامل اجزای اضافی بام نمی‌شود (مثل سازهٔ بام، لایه‌های درجه‌بندی‌شدهٔ ضدحریق، عایق‌ها، چسبنده‌ها، اتصال‌دهنده‌ها و …). تکذیب‌نامه‌ای روی سایتشان قرار داده شده‌است بدین مضمون: «اگرچه مزایای ذاتی در استفاده از بام‌های خنک متصور است، مصرف‌کنندگان قبل از انتخاب یک محصول مربوط به بام بر طبق تجربیات صرفه‌جویی در انرژی، باید نتایج پیش‌بینی‌شده را که در وبسایت محاسبه‌گر صرفه‌جویی بام دپارتمان انرژی به نشانی  http://www.roofcalc.comیافت می‌شود بررسی کنند. لطفاً در نظر داشته باشید که مقدار صرفه‌جویی انرژی که از طریق بام انعکاسی می‌توان به آن دست یافت، به عوامل چون طراحی تجهیرات، عایق مورد استفاده، شرایط آب و هوایی، محل ساختمان و بازده پوشش ساختمان نیز بستگی زیادی دارد.

شورای درجه‌بندی بام خنک (CRRC) یک سیستم درجه‌بندی برای اندازه‌گیری و گزارش انعکاس خورشیدی و انتشار گرمایی محصولات مربوط به بام ایجاد کرده‌است. این سیستم در یک فهرست آنلاین آمده‌است که ۸۵۰ محصول بام در آن برای تأمین کنندگان سرویس‌های انرژی، گروه‌های کاری مرتبط با ضوابط ساخت و ساز ساختمان، معماران، طراحان ضوابط ساختمان، صاحبان املاک، و طراحان اجتماعی در دسترس است. CRRC هر ساله تست‌های تصادفی انجام می‌دهد تا از صحت اطلاعات موجود در فهرست خود اطمینان یابد.

برنامهٔ رتبه‌بندی CRRC این امکان را برای سازندگان و فروشندگان فراهم می‌کند که بر طبق ویژگی‌های اندازه‌گیری شده توسط CRRC بتوانند به درستی به محصولات خود برچسب بزنند. اما این برنامه، حداقل استاندارد مورد نیاز را برای تشعشع خورشیدی و انتشار گرمایی تعیین نمی‌کند.

پروژهٔ بام سفید یک پروژهٔ کشوری در امریکا است که به افراد آموزش می‌دهد و آن‌ها را قادر می‌سازد تا بام خود را سفید کنند. پیشرفت این پروژه در بیش از ۲۰ ایالت و ۵ کشور صورت گرفته‌است و هزاران نفر در این پروژه داوطلب شدند و در سفید کردن بام مراکز ناسودبر و خانه‌های متعلق به افراد کم‌درامد کمک مالی کردند.

جزایر گرمایی شهری در جایی اتفاق می‌افتد که ترکیب ساختارهای جاذب گرما – مثل پارک‌ها و سنگفرش جاده‌ها که آسفالت تیره دارند – و گسترش بام‌های سیاه اتفاق بیفتد. کم پشت بودن گیاهان نیز مزید بر علت بوده و دمای هوا را ۱ تا ۳ درجهٔ سانتی‌گراد نسبت به حومهٔ شهر گرم‌تر می‌کند.

برنامه‌های ساختمان سبز از به کار بردن بام خنک حمایت می‌کند تا اثر جزایر گرمایی شهری و کیفیت پایین هوای حاصل از آن (به شکل آلاینده‌هایی که هوا را به صورت مه‌آلود درمی‌آورند) را کاهش دهند. بام‌های با رنگ روشن، از طریق انعکاس نور خورشید افزایش دما را به حداقل رسانده انرژی مصرفی سرمایشی را کمتر کرده و آلاینده‌های مه‌گونه را کاهش می‌دهند. مطالعه‌ای که توسط LBNL صورت گرفت نشان می‌دهد اگر استراتژی‌هایی که برای کاهش این اثر در پیش گرفته شده‌است – شام بام‌های خنک – در مقیاس وسیعی به کار گرفته شوند، کلان‌شهر تورنتوی بزرگ می‌تواند سالانه بیش از ۱۱ میلیون دلار در هزینه‌های انرژی صرفه‌جویی کند.

گردآوری توسط: ولقان حسینی

منابع:

10. Levinson, R; Hashem Akbari (2010). "Potential benefits of cool roofs on commercial buildings: conserving energy, saving money, and reducing emission of greenhouse gases and air pollutants". Energy Efficiency (3): 53–109.

11. دانشنمدان می‌گویند در گرم شدن هوای اطراف زمین توسط خورشید، ابتدا خورشید به زمین تابیده و آن را گرم کرده و سپس زمین، هوای اطراف خود را گرم می‌کند. در نتیجه، تمیز نگه داشتن خاک می‌تواند در مسئلهٔ مذکور مؤثر باشد [م].

12. Bretz, Sarah; Hashem Akbari (1997). "Long-term performance of high albedo roof coatings". Energy and Buildings. 25 (2): 159–167. doi:10.1016/S0378-7788(96)01005-5.

13. Maxwell C Baker (1980). Roofs: Design, Application and Maintenance. Polyscience Publications. ISBN 0-921317-03-4.

14. California Energy Commission (2005). Residential Compliance Manual For California's 2005 Energy Efficiency Standards (PDF). Sacramento, CA: California Energy Commission.

15. Campra, Pablo; Monica Garcia; Yolanda Canton; Alicia Palacios-Orueta (2008). "Surface temperature cooling trends and negative radiative forcing due to land use change toward greenhouse farming in southeastern Spain". Journal of Geophysical Research. 113. doi:10.1029/2008JD009912.

16. http://www.energy.ca.gov/commissioners/rosenfeld_docs/2010-10-11_Cool_Roofs_Science_at_Theater_Berkeley.ppt

17. Concordia University

18. Akbari, Hashem (2012). "The long-term effect of increasing the albedo of urban areas". Environ. Res. Lett. (7): 159–167. doi:10.1088/17489326/7/2/02400. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)

19. Connor, Steve (13 April 2012). "Painting roofs white is as green as taking cars off the roads for 50 years, says study". The Independent. London.

20. http://www.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/Others/HeatIsland+WhiteRfs0911.pdf

21. http://www.jubbling.com/featured_jubbling/the-roof-your-wife-painted-white-last-summer-should-be-painted-back-to-black

22. Cool Roofs and Global Cooling

23. Menon, Surabi; Ronnen Levinson; Marc Fischer; Dev Millstein; Nancy Brown; Francisco Salamanca; Igor Sednev; Art Rosenfeld (2011). "Cool Roofs and Global Cooling" (PDF).

24. Jacobs School of Engineering

25. doi:10.1016/j.uclim.2012.09.002

26. این یادکرد به طور خودکار درست خواهد شد می‌توانید به صف ببرید یا خودتان دستی درست کنید

27. sustainability

28. Global Institute of Sustainability

29. https://asunews.asu.edu/20140210-urban-heat-tech-effectiveness

30. http://www.pnas.org/content/early/2014/02/04/1322280111.full.pdf+html

31. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

32. American Institute of Architects

33. Illuminating Engineering Society of North America

34. United States Green Building Council

35. United States Department of Energy

36. Net Zero Energy Building

37. https://www.ashrae.org/standards-research--technology/advanced-energy-design-guides

38. Practical Ways to Improve Energy Performance

39. http://www.pnl.gov/publications/abstracts.asp?report=378139

40. http://www.pnnl.gov/main/publications/external/technical_reports/PNNL-20814.pdf

41. Copper Development Association

42. محفظهٔ کابل که مجموعه‌ای سیم برق در آن قرار دارد [م].

43. قسمتی از نور خورشید که به بام خورده و منعکس شده‌است [م].

44. یعنی علاوه بر این که نور خورشید مستقیماً به تجهیزات بالای بام برخورد می‌کند، به‌طور غیر مستقیم توسط سطح بام نیز به این لوازم منعکس شده و گرمای آن‌ها را بیشتر می‌کند[م].

45. http://coolroofs.org/documents/Exhibit_6-Travis_Lindsey_Presentation_2011.pdf

46. https://www1.eere.energy.gov/femp/pdfs/coolroofguide.pdf

47. Urban, Bryan; Roth, Kurt. "Guidelines For Selecting Cool Roofs" (PDF). U.S. Department of Energy. Retrieved 30 December 2013.

48. solar reflectance index

49. Levinson, Ronnen (2009). "Cool Roof Q & A (draft)" (PDF). Retrieved 10 December 2011.

50. Roof Savings Calculator

51. Roofing Comparison Calculator (RSC)

52. Lawrence Berkeley National Laboratory

53. thermoplastic موادی هستند که وقتی سرد هستند سفتند اما وقتی به آن‌ها گرما دهیم حالت ارتجاعی پیدا می‌کنند [م].

54. Cool Roofs Rating Council

55. CRRC (Cool Roofs Rating Council) website

56. در بالای این بام‌ها گیاه کاشته می‌شود و وجه تسمیهٔ این نوع بام‌ها نیز همین است [م].

57. Levinson, Ronnen (2010). "Cool Roofs, Cool Cities, Cool Planet" (PowerPoint Slides). Retrieved 10 December 2011.

58. Energy Information Administration. "Table E1A. Major Fuel Consumption by End Use for All Buildings, 2003" (PDF). Commercial Buildings Energy Consumption Survey. U.S. Energy Information Administration. Retrieved 10 December 2011.

59. Konopacki, Steven J.; Hashem Akbari (2001). "Measured energy savings and demand reduction from a reflective roof membrane on a large retail store in Austin". Lawrence Berkeley National Laboratory. LBNL-47149.

60. به این داده‌ها در آمار، داده‌های پرت می‌گویند که از داده‌های اصلی فاصلهٔ زیادی دارد و آن‌ها را از داده‌های اصلی حذف می‌کنند [م].

61. CDH Energy Corp for Onondaga County Dept. of Corrections, in Jamesville, New York

62. نوعی پلاستیک [م]

63. thermoplastic olefin که نوعی پلاستیک است [م]

64. http://www.cdhenergy.com/presentations/ashley%20roof%20final%20report-Oct%202011.pdf

65. "DOE Takes Steps to Implement Cool Roofs across the Federal Government". United States Department of Energy. 2010. Retrieved 10 December 2011.

66. http://energy.gov/eere/femp/articles/new-and-underutilized-technology-cool-roofs

67. U.S. Environmental Protection Agency

68. "Roof Products Key Product Criteria". United States Environmental Protection Agency. Retrieved 10 December 2011.

69. https://www.energystar.gov/certified-products/detail/roof_products

70. Cool Roof Rating Council

71. Green Globe

72. Green Building Initiative

73. BOMA Canada

74. Target Finder

75. Leadership in Energy and Environmental Design (LEED)

76. International Building Code

77. http://www.iccsafe.org/cs/codes/Pages/default.aspx

78. "Market challenges on cool roofs". EU Cool Roofs Council. Retrieved 10 December 2011.

79. H. Suehrcke; E. L. Peterson & N. Selby (2008). "Effect of roof solar reflectance on the building heat gain in a hot climate". Energy and Buildings. 40: 2224–35. doi:10.1016/j.enbuild.2008.06.015.

80. "NYC °CoolRoofs".

81. Foster, Joanna M. (9 March 2012). "White Trumps Black in Urban Cool Contest". The New York Times.

82. "Cool Roofs Planned Across CUNY's Rooftops".

83. elastomeric

84. acrylic

85. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120009506_2012009395.pdf

86. "Bright Is The New Black: New York Roofs Go Cool".

87. White Roof Project

88. http://www.takepart.com/article/2013/03/19/white-roof-project

89. http://eastvillage.thelocal.nytimes.com/2012/07/20/so-cool-la-mama-theater-for-the-new-city-get-white-roofs/

90. http://whiteroofproject.org/about/

91. http://blogs.reuters.com/great-debate/2011/07/21/painting-bill-clinton’s-white-roofs-into-reality/

92. Oke, TR. Thompson, R.D.; Perry, A., eds. Urban Climates and Global Environmental Change. New York, NY: Applied Climatology: Principles & Practices. pp. 273–287.

93. Greater Toronto metropolitan area

94. Konopacki, Steven; Hashem Akbari (2001). "Energy impacts of heat island reduction strategies in the Greater Toronto Area, Canada". Lawrence Berkeley National Laboratory.