بام سفيد – كاهش مصرف انرژي در ساختمان

سطوح بازتاب دهندهٔ نور سطوحي هستند كه خاصيت بازتاب نور خورشيد  و خاصيت تابش گرمايي در آن‌ها زياد است. سطوح بازتاب دهندهٔ نور، يكي از موضوعات مهندسي آب و هواست. شناخته شده‌ترين نوع سطح بازتاب دهندهٔ نور، بام خنك است. اگرچه اين كه گفته مي‌شود كه بام‌هاي خنك معمولاً سفيد هستند اما يك بام سفيد، داراي رنگ‌هاي مختلفي است.

بام‌هاي خنك در مناطق گرم‌تر هم مزاياي بلند مدت دارند و هم مزاياي آني. از جمله:

• ذخيرهٔ ۱۵٪ انرژي يك سالهٔ تهويهٔ هوا در ساختمان يك طبقه.
• كمك در كاهش اثر جزاير گرمايي شهري.
• كاهش آلودگي هوا و انتشار گازهاي گلخانه‌اي و همچنين تأثير چشمگير در تنظيم اثر گرمايي ناشي از انتشار گازها گلخانه‌اي.

بام‌هاي خنك، انرژي مورد نياز براي خنك كردن را در تابستان‌ها كاهش مي‌دهند ولي مي‌توانند انرژي مورد نياز براي گرم كردن را در زمستان افزايش دهند. بنابراين، مقدار صرفه‌جويي در انرژي توسط بام‌هاي خنك، بستگي به شرايط آب و هوايي دارد.

در تمام مناطق شهري، بام‌هاي مسطح در مناطق گرم به رنگ سفيد هستند و در نتيجه ۱۰٪ از بازتاب در جهان كمتر شده و اثر گرمايي ناشي از انتشار ۲۴ گيگاتن گازهاي گلخانه‌اي كاهش مي‌يابد كه معادل با اين است كه ۳۰۰ ميليون اتومبيل را به مدت ۲۰ سال از جاده خارج كنيم. اين مسئله بر اين امر استوار است كه بام سفيد ۹۳ متر مربعي (۱۰۰۰ فوت مربعي) اثر گرماي ناشي از ۱۰ تن كربن‌دي‌اكسيد را در طول عمر ۲۰ سالهٔ خود كاهش مي‌دهد. در يك مطالعهٔ عملي كه در سال ۲۰۰۸ در مورد خنك‌سازي در مقياس وسيع توسط اثر بازتابندگي صورت گرفت محققين به اين نتيجه رسيدند كه استان آلمرا در جنوب اسپانيا در نتيجهٔ ساخت گلخانه‌هاي پوشيده شده با لايهٔ پلي‌اتيلن در مناطق وسيعي كه قبلاً مناطق صحرايي بودند، در طول ۲۰ سال ۱٫۶ درجه نسبت به نواحي اطراف خود خنك تر شد. كشاورزان در فصل تابستان سقف اين گلخانه‌ها را سفيدكاري مي‌كنند تا گياهان خود را خنك نگه دارند.

وقتي نور خورشيد به يك بام سفيد مي‌خورد، بيشتر آن منعكس شده و به فضاي جو زمين مي‌رود؛ ولي وقتي به يك بام سياه برخورد مي‌كند، بيشتر آن جذب مي‌شود و طول موج آن بيشتر شده و به چيزي تبديل مي‌شود كه به آن «گرما» مي‌گوييم و ديگر نمي‌تواند به فضاي جو زمين برگردد زيرا توسط گازهاي گلخانه‌اي جذب مي‌شود. جو زمين در مواجهه با نور خورشيد، شفاف است ولي نسبت به گرما شفاف نيست [يعني گرما را عبور نمي‌دهد] و به اين دليل است كه بام‌هاي سفيد در خنك شدن دماي زمين تأثير مثبت داشته و بام‌هاي سياه در اين مورد تأثير منفي دارند.

در مطالعه‌اي توسط محققين دانشگاه كنكورديا در سال ۲۰۱۲ كه از متغيرهايي استفاده شد كه مشابه آن‌ها در مطالعات دانشگاه استنفورد استفاده شده بود (مثلاً واكنش‌هاي ابر) محققين به اين نتيجه رسيدند كه استفادهٔ جهاني بام‌هاي خنك و سنگفرش در شهرها باعث تأثير مثبت خنك‌سازي جهاني شده و معادل با جلوگيري از توليد ۱۵۰ گيگاتن دي‌اكسيدكربن است كه معادل است با خارج كردن تمام اتومبيل‌هاي جهان از جاده به مدت ۵۰ سال.

وقتي نور خورشيد به يك بام تيره مي‌خورد، ۱۵٪ از آن به سمت آسمان منعكس مي‌شود ولي بيشتر اين انرژي به صورت گرما جذب بام مي‌شود. بام‌هاي خنك به مقدار زيادي بيشتر از بام‌هاي سنتي تيره‌رنگ، نور را منعكس كرده و مقدار كمي از آن را جذب مي‌كنند.

بام خنك، يكي از اين سه نوع است: بام‌هايي كه از مواد سرد ساخته شده‌اند، بام‌هايي كه از موادي ساخته شده‌اند كه با بازتاب‌دهنده‌هاي نور خورشيد پوشيده شده‌اند، يا بام‌هاي سبز.

بام‌هاي با لايهٔ ترموپلاستيك سفيد، به‌طور ذاتي نور را منعكس مي‌كنند و بيشترين مقدار انعكاس و انتشاري را كه مي‌توان در بام داشت دارا هستند. به عنوان مثال بامي كه از مادهٔ ترموپلاستيك سفيد ساخته شده‌است مي‌تواند ۸۰٪ (يا بيشتر) از نور خورشيد را منعكس كند و حداقل ۷۰٪ از گرمايي را كه بام به خود جذب كرده‌است انتشار دهد. يك بام قيرگوني شده فقط ۶٪ الي ۲۶٪ از نور خورشيد را منعكس مي‌كند.

بيشترين نرخ SRI و خنك‌ترين بام‌ها، بام‌هاي فولاد ضد زنگ هستند كه در حالت بادهاي معمولي، فقط چند درجه از دماي محيط گرم‌ترند. بازهٔ SRI براي آن‌ها از ۱۰۰ تا ۱۱۵ است. برخي از آن‌ها خاصيت آبگريزي نيز دارند و در نتيجه بسيار تميز باقي مي‌مانند و SRI اصلي خود را حتي در محيط آلوده حفظ مي‌كنند.

يك سقف موجود (يا جديد) مي‌تواند به وسيلهٔ پوشاندن آن با موادي كه نور خورشيد را منعكس مي‌كنند خاصيت انعكاسي پيدا كند. نرخ انعكاس خورشيد و انتشار گرمايي براي بيش از ۵۰۰ ماده انعكاسي را مي‌توان در شوراي نرخ‌گذاري بام‌هاي خنك پيدا كرد.

بام‌هاي سبز

بام‌هاي سبز، لايه‌اي از مادهٔ گرمايي فراهم مي‌كنند كه شارش گرما به داخل ساختمان را كاهش مي‌دهد. انعكاس خورشيدي بام‌هاي سبز، بسته به نوع گياه فرق دارد (معمولاً از ۰٫۳ تا ۰٫۵.  بام‌هاي سبز شايد خاصيت انعكاسي به اندازهٔ بام‌هاي خنك نداشته باشند اما اين نوع بام هم مزياي خاص خود را دارد مثل تبخير آب از طريق برگ‌هاي گياه كه باعث خنك شدن گياه و محيط پيرامون آن شده و باعث كاهش دماي پشت بام به صورت طبيعي مي‌شود.

در ژوئيه ۲۰۱۰، دپارتمان انرژي ايالات متحده (DOE) اقداماتي را مطرح كرد كه طي آن‌ها بام خنك با تجهيزات DOE و در ساختمان‌هاي كل كشور به كار گرفته شود. در اقداماتي جديد، DOE بام خنك را – اگر در طول عمر اين بام خنك از نظر اقتصادي بصرفه باشد – هنگام ساخت يك بام جديد يا هنگام جايگزيني يك بام قديمي، با تجهيزات خود نصب مي‌كند.

DOE در اكتبر ۲۰۱۳ به بام‌هاي خنك، از نظر اين كه در انرژي صرفهٔ اقتصادي دارند يا نه، امتياز ۵۳ داده است (از ۱۰۰ امتياز). دپارتمان انرژي ايالات متحده گفته است: «شرايط آب و هوايي مي‌تواند در عملكرد بام خنك تأثير داشته باشد. بام‌هاي خنك در آب و هوا گرم عملكرد بهتري دارند و در مناطق سردتر ممكن است نياز به مصرف انرژي براي گرم كردن را بيشتر كنند. هرچه بام خنك تأثير كمتري داشته باشد، از عايق بندي بيشتر استفاده مي‌شود. دبير انرژي به تمام دفاتر DOE دستور داد كه بام‌هاي خنك را زماني نصب كنند در كل طول عمر خود صرفهٔ اقتصادي داشته باشد، چه هنگام نصب يك بام جديد، چه هنگام جايگزيني يك بام قديمي با تسهيلات DOE. آژانس‌هاي دولتي ديگر نيز ترغيب شدند تا اقدام مشابهي انجام دهند.

ستارهٔ انرژي، برنامهٔ مشترك آژانس حفاظت از محيط زيست ايالات متحده و دپارتمان انرژي ايالات متحده است براي كاهش انتشار گازهاي گلخانه‌اي و كمك به مشتريان و فروشندگان در صرفه‌جويي اقتصادي به كمك انتخاب كالاهايي كه در مصرف انرژي بصرفه هستند.

براي بام‌هاي با شيب كم، يك كالاي بام وقتي در برنامهٔ محصولات بام از نظر انرژي بررسي شده و برچسب ستارهٔ انرژي مي‌خورد، بر طبق روند تست EPA بايد مقدار انعكاس خورشيدي اوليهٔ ۰٫۶۵ داشته باشد و وقتي بر اثر قرار گرفتن در مجاورت هوا فرسوده شد، [حداقل] اين مقدار ۰٫۵۰ باشد. گارانتي‌هاي محصولات بام‌هاي انعكاسي بايد در تمام موارد مساوي با گارانتي‌هاي مشابهي باشد كه براي محصولات بام‌هاي غيرانعكاسي ارائه مي‌شود، چه خود شركت اين گارانتي‌ها را اضافه كند يا اين كه استاندارهاي صنعتي باعث ايجاد اين گارانتي‌ها شود.

برخلاف محصولات ديگري كه توسط ستارهٔ انرژي درجه‌بندي مي‌شوند، مثل لوازم خانگي، اين درجه‌بندي كل بام را در نظر نمي‌گيرد، بلكه فقط سطح خارجي را در نظر مي‌گيرد. مصرف‌كنندگان (مثلاً مالكان ساختمان) شايد بر اين باور باشند كه برچسب ستارهٔ انرژي به اين معني است كه بام آن‌ها از نظر مصرف انرژي بصرفه است، اما سختگيري‌هايي كه در ستارهٔ انرژي مي‌شود، به اندازهٔ سختگيري‌هاي استاندارهاي لوازم خانگي آن‌ها نيست و شامل اجزاي اضافي بام نمي‌شود (مثل سازهٔ بام، لايه‌هاي درجه‌بندي‌شدهٔ ضدحريق، عايق‌ها، چسبنده‌ها، اتصال‌دهنده‌ها و …). تكذيب‌نامه‌اي روي سايتشان قرار داده شده‌است بدين مضمون: «اگرچه مزاياي ذاتي در استفاده از بام‌هاي خنك متصور است، مصرف‌كنندگان قبل از انتخاب يك محصول مربوط به بام بر طبق تجربيات صرفه‌جويي در انرژي، بايد نتايج پيش‌بيني‌شده را كه در وبسايت محاسبه‌گر صرفه‌جويي بام دپارتمان انرژي به نشاني  http://www.roofcalc.comيافت مي‌شود بررسي كنند. لطفاً در نظر داشته باشيد كه مقدار صرفه‌جويي انرژي كه از طريق بام انعكاسي مي‌توان به آن دست يافت، به عوامل چون طراحي تجهيرات، عايق مورد استفاده، شرايط آب و هوايي، محل ساختمان و بازده پوشش ساختمان نيز بستگي زيادي دارد.

شوراي درجه‌بندي بام خنك (CRRC) يك سيستم درجه‌بندي براي اندازه‌گيري و گزارش انعكاس خورشيدي و انتشار گرمايي محصولات مربوط به بام ايجاد كرده‌است. اين سيستم در يك فهرست آنلاين آمده‌است كه ۸۵۰ محصول بام در آن براي تأمين كنندگان سرويس‌هاي انرژي، گروه‌هاي كاري مرتبط با ضوابط ساخت و ساز ساختمان، معماران، طراحان ضوابط ساختمان، صاحبان املاك، و طراحان اجتماعي در دسترس است. CRRC هر ساله تست‌هاي تصادفي انجام مي‌دهد تا از صحت اطلاعات موجود در فهرست خود اطمينان يابد.

برنامهٔ رتبه‌بندي CRRC اين امكان را براي سازندگان و فروشندگان فراهم مي‌كند كه بر طبق ويژگي‌هاي اندازه‌گيري شده توسط CRRC بتوانند به درستي به محصولات خود برچسب بزنند. اما اين برنامه، حداقل استاندارد مورد نياز را براي تشعشع خورشيدي و انتشار گرمايي تعيين نمي‌كند.

پروژهٔ بام سفيد يك پروژهٔ كشوري در امريكا است كه به افراد آموزش مي‌دهد و آن‌ها را قادر مي‌سازد تا بام خود را سفيد كنند. پيشرفت اين پروژه در بيش از ۲۰ ايالت و ۵ كشور صورت گرفته‌است و هزاران نفر در اين پروژه داوطلب شدند و در سفيد كردن بام مراكز ناسودبر و خانه‌هاي متعلق به افراد كم‌درامد كمك مالي كردند.

جزاير گرمايي شهري در جايي اتفاق مي‌افتد كه تركيب ساختارهاي جاذب گرما – مثل پارك‌ها و سنگفرش جاده‌ها كه آسفالت تيره دارند – و گسترش بام‌هاي سياه اتفاق بيفتد. كم پشت بودن گياهان نيز مزيد بر علت بوده و دماي هوا را ۱ تا ۳ درجهٔ سانتي‌گراد نسبت به حومهٔ شهر گرم‌تر مي‌كند.

برنامه‌هاي ساختمان سبز از به كار بردن بام خنك حمايت مي‌كند تا اثر جزاير گرمايي شهري و كيفيت پايين هواي حاصل از آن (به شكل آلاينده‌هايي كه هوا را به صورت مه‌آلود درمي‌آورند) را كاهش دهند. بام‌هاي با رنگ روشن، از طريق انعكاس نور خورشيد افزايش دما را به حداقل رسانده انرژي مصرفي سرمايشي را كمتر كرده و آلاينده‌هاي مه‌گونه را كاهش مي‌دهند. مطالعه‌اي كه توسط LBNL صورت گرفت نشان مي‌دهد اگر استراتژي‌هايي كه براي كاهش اين اثر در پيش گرفته شده‌است – شام بام‌هاي خنك – در مقياس وسيعي به كار گرفته شوند، كلان‌شهر تورنتوي بزرگ مي‌تواند سالانه بيش از ۱۱ ميليون دلار در هزينه‌هاي انرژي صرفه‌جويي كند.

گردآوري توسط: ولقان حسيني

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 مي‌گويند در گرم شدن هواي اطراف زمين توسط خورشيد، ابتدا خورشيد به زمين تابيده و آن را گرم كرده و سپس زمين، هواي اطراف خود را گرم مي‌كند. در نتيجه، تميز نگه داشتن خاك مي‌تواند در مسئلهٔ مذكور 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. اين يادكرد به طور خودكار درست خواهد شد مي‌توانيد به صف ببريد يا خودتان دستي درست كنيد

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 كابل كه مجموعه‌اي سيم برق در آن قرار دارد [م].

43. قسمتي از نور خورشيد كه به بام خورده و منعكس شده‌است [م].

44. يعني علاوه بر اين كه نور خورشيد مستقيماً به تجهيزات بالاي بام برخورد مي‌كند، به‌طور غير مستقيم توسط سطح بام نيز به اين لوازم منعكس شده و گرماي آن‌ها را بيشتر مي‌كند[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 موادي هستند كه وقتي سرد هستند سفتند اما وقتي به آن‌ها گرما دهيم حالت ارتجاعي پيدا مي‌كنند [م].

54. Cool Roofs Rating Council

55. CRRC (Cool Roofs Rating Council) website

56. در بالاي اين بام‌ها گياه كاشته مي‌شود و وجه تسميهٔ اين نوع بام‌ها نيز همين 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 اين داده‌ها در آمار، داده‌هاي پرت مي‌گويند كه از داده‌هاي اصلي فاصلهٔ زيادي دارد و آن‌ها را از داده‌هاي اصلي حذف مي‌كنند [م].

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

62. نوعي پلاستيك [م]

63. thermoplastic olefin كه نوعي پلاستيك 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.