Paradoks „zimnego dachu”
Skutki globalnego ocieplenia są bez wątpienia aż nazbyt namacalne. Coraz dłuższe i bardziej intensywne fale upałów w okresie letnim stają się normą. Według europejskiego raportu European State of the Climate w 2022 r. w Europie wystąpiło najgorętsze lato w historii oraz drugi najcieplejszy rok w historii. Raport ten przedstawia również, że Europa ociepla się szybciej niż jakikolwiek inny kontynent w ostatnich dziesięcioleciach, a temperatury rosną dwukrotnie szybciej niż średnia globalna.
Nic dziwnego, że budynki mają trudności z utrzymaniem komfortowej temperatury dla swoich mieszkańców i wyposażenia. Coraz więcej osób korzysta z systemów klimatyzacji, które z kolei generują więcej ciepła i dwutlenku węgla (CO2) uwalnianego do atmosfery. Według szacunków francuskiej Agencji Środowiska i Zarządzania Energią (ADEME) z 2021 r. 25% francuskich gospodarstw domowych i 40% firm posiada obecnie jakiś rodzaj urządzenia klimatyzacyjnego o różnym stopniu skuteczności.
W tym kontekście koncepcja „zimnego dachu” nabiera rozpędu na całym świecie, jako rozwiązanie łagodzące skutki przegrzewania budynków, praktycznie stając się synonimem rzekomej globalnej skuteczności pod względem wydajności energetycznej i zrównoważonego rozwoju.
Czy jednak rzeczywiście tak jest?
Obecnie zimny dach jest najczęściej definiowany jako dach w jasnym kolorze, zaprojektowany do odbijania światła słonecznego, dzięki czemu zmniejsza w ten sposób ilość ciepła przenikającego do konstrukcji poniżej i pomaga budynkowi zapewnić chłód w lecie, a w rezultacie zmniejsza rachunki za energię zużywaną przez systemy klimatyzacji.
Wybór zimnego dachu — szczególnie w cieplejszych regionach — wydaje się zatem oczywisty. Jednak wiele dostępnych informacji powoduje sporo zamieszania w zakresie jego rzeczywistych korzyści. Czy to najlepsze rozwiązanie dla mieszkańców budynku? Czy zapewnia osiąganie znacznych oszczędności energii? Czy skutecznie łagodzi efekt miejskich wysp ciepła? Czy w perspektywie długoterminowej stanowi zrównoważone rozwiązanie? Często pojęcia te są mieszane, jakby oznaczały jedno i to samo.
Pod uwagę należy wziąć cały system dachu.
Koncepcja zimnego dachu nawiązuje obecnie niemal wyłącznie do (jasnego) koloru pokrycia dachowego, niezależnie od tego, czy samo pokrycie jest jasne, czy też zostało pomalowane powłoką odbijającą światło. Jednak dach to w rzeczywistości zestaw elementów konstrukcyjnych. Składa się z różnych warstw, z których każda pełni określoną funkcję. Aby określony dach działał prawidłowo i osiągał najlepsze parametry termiczne, każdy element musi mieć znaczenie i musi ze sobą współdziałać. Krótko mówiąc, nie możemy brać pod uwagę wyłącznie górnej warstwy dachu i nie zwracać uwagi na pozostałe elementy.
Aby osiągnąć rzeczywistą sprawność energetyczną na każdym dachu, kluczowy element stanowi dobra warstwa izolacji termicznej, niezależnie od koloru pokrycia dachowego.
W perspektywie długoterminowej: czy biel pozostaje bielą?
Koncepcja zimnego dachu nawiązuje obecnie niemal wyłącznie do (jasnego) koloru pokrycia dachowego, niezależnie od tego, czy samo pokrycie jest jasne, czy też zostało pomalowane powłoką odbijającą światło. Jednak dach to w rzeczywistości zestaw elementów konstrukcyjnych. Składa się z różnych warstw, z których każda pełni określoną funkcję. Aby określony dach działał prawidłowo i osiągał najlepsze parametry termiczne, każdy element musi mieć znaczenie i musi ze sobą współdziałać. Krótko mówiąc, nie możemy brać pod uwagę wyłącznie górnej warstwy dachu i nie zwracać uwagi na pozostałe elementy.
Aby osiągnąć rzeczywistą sprawność energetyczną na każdym dachu, kluczowy element stanowi dobra warstwa izolacji termicznej, niezależnie od koloru pokrycia dachowego.W perspektywie długoterminowej: czy biel pozostaje bielą?Tematem, który nie jest zbyt często poruszany w kontekście zimnych dachów, jest to, co dzieje się w dłuższej perspektywie. Po pierwsze, jakość odbijania światła pokrycie dachowe (lub powłokę) nie pozostanie taka sama na zawsze. Wszystkie jasne pokrycia dachowe ulegają zabrudzeniu i z czasem nieuchronnie tracą współczynnik odbicia światła, który już w ciągu pierwszych 3 lat może spaść od 35 do 50%.
Już podczas samego montażu pokrycie dachowe ulega zanieczyszczeniu przez wchodzących i schodzących dekarzy. W przypadku dachów z instalacjami fotowoltaicznymi liczba osób chodzących po dachu jest jeszcze większa, więc pokrycie dachowe ulega szybszemu zabrudzeniu.
Następnie, w trakcie eksploatacji, poszycia dachowe ulegają zabrudzeniu w wyniku naturalnie występujących takich zjawisk, jak kurz w zawiesinie lub nawiewany przez wiatr, zanieczyszczenia, ptaki itd. Deszcz tak naprawdę nie pełni funkcji oczyszczającej, a w niektórych przypadkach może jeszcze bardziej zabrudzić poszycie dachowe.
Doświadczenie pokazuje również, że tylko niewielki odsetek dachów jest faktycznie czyszczonych. Powodem tego są przede wszystkim koszty: utrzymanie jasnego poszycia dachowego w czystości z zachowaniem jego właściwości odbijania promieni słonecznych porównywalnych z dniem pierwszego montażu byłoby nieskończenie bardziej kosztowne niż jakiekolwiek oszczędności energii uzyskane dzięki początkowemu wybraniu takiego koloru.
Jak dotąd nie istnieje zbyt wiele informacji na temat długoterminowych wartości do obliczeń energetycznych. Dopóki nie zostaną przeprowadzone kolejne badania, warto pamiętać, że stare, zanieczyszczone, jasne poszycie dachowe nie różni się zbytnio pod względem współczynnika odbicia światła od starego, zanieczyszczonego, ciemnego poszycia dachowego.
Po co zatem stosować biały kolor na dachu? Jaki jest rzeczywisty wpływ jasnego poszycia dachowego na komfort w budynku?
W gorący letni dzień temperatura powierzchni na jasnym dachu wynosi około 40 do 45°C, podczas gdy na ciemnych powierzchniach może osiągnąć nawet 70 do 75°C. Czy oznacza to, że przez zastosowanie jasnego poszycia dachowego automatycznie zyskujemy 30°C komfortu wewnątrz budynku? Oczywiście, że nie! Wszystko będzie zależeć od konstrukcji dachu. Jeśli system dachowy składa się z poszycia z blachy falistej bez żadnej izolacji, gdy temperatura zewnętrzna osiągnie około 45°C, zaobserwujemy spadek temperatury wewnątrz lub wokół budynku o co najmniej 15°C. Jeśli dach jest w minimalnym stopniu izolowany, spadek temperatury wewnątrz budynku będzie znacznie niższy. Dzięki efektywniejszej izolacji, wzrost komfortu wnętrza w wyniku zastosowania jasnego poszycia dachowego staje się w praktyce nieistotny.
Jeśli chodzi o wpływ jasnych powierzchni na efekt miejskiej wyspy ciepła, przyczyniają się one do obniżenia temperatury otoczenia na zewnątrz budynku oraz w mniejszym stopniu wewnątrz budynku.
Czy zimny dach stanowi element zrównoważonego rozwoju?
Trwałość pokrycia dachowego zależy od wielu czynników. Jednym z nich jest zużycie energii wymaganej do jego wyprodukowania (jego ślad węglowy). Jednowarstwowe pokrycia dachowe, takie jak Elevate UltraPly TPO, wymagają mniej energii do produkcji dzięki ich niskiej masie. Ponadto w ich składzie nie znajdziemy chloru i związków fluoru, a co najważniejsze, zapewniają długi cykl eksploatacji.
Cykl eksploatacji jest powiązany z wydajnością podczas użytkowania. Pokrycie dachowe EPDM oferuje znacznie dłuższy okres eksploatacji niż jasne pokrycie dachowe o tej samej grubości. Oznacza to konieczność mniejszej liczby wymian. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że prace związane z ponownym kryciem dachu generują więcej emisji CO2, więcej odpadów i więcej kosztów, jakie pokrycie dachowe będzie zatem stanowić lepszy wybór w ramach zrównoważonego rozwoju? Takie, które odbija najwięcej światła, czy też to o najdłuższym okresie eksploatacji?
Kontynuując temat efektu miejskiej wyspy ciepła, ostatnie badania przeprowadzone na Uniwersytecie Stanforda1 potwierdzają, że dachy odbijające światło w rzeczywistości nie rozwiązują problemu ciepła, ale spychają go na sąsiadujące powierzchnie. W środowisku miejskim dachy nie są największymi powierzchniami — są nimi ulice i fasady budynków. Dachy w jasnych kolorach mogą odbijać energię i kierować ją do dużych sąsiednich powierzchni szklanych ścian osłonowych lub fasad betonowych, a powierzchnie tego typu mają większą zdolność gromadzenia ciepła i nie są w stanie go oddać w godzinach nocnych, co w rzeczywistości jeszcze bardziej pogarsza sytuację.
Ponadto wysokie budynki odbijają energię do atmosfery w sposób, który może zakłócać cykle deszczowe. Białe powierzchnie minimalizują pionowy ruch wilgoci do atmosfery. To z kolei zmniejsza zachmurzenie, powodując mniejsze opady deszczu i dążąc do warunków przypominających suszę — efekt odwrotny do pożądanego. Badania przeprowadzone przez Uniwersytet Stanu Arizona, opublikowane przez czasopismo naukowe amerykańskiej Narodowej Akademii Nauk Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS), potwierdziły rozwiązania dobrze sprawdzające się w jednym obszarze geograficznym, mogą być nieoptymalne w innym. Na przykład zimne dachy odbijające światło mogą prawidłowo działać w Kalifornii, ale ograniczać opady deszczu na Florydzie od 2 do 4 ml dziennie.
Krótko mówiąc, aby zapewnić rzeczywisty zrównoważony rozwój, pokrycie dachowe musi oferować długi okres eksploatacji, doskonałą wydajność i być odpowiednie dla rozwiązań takich jak zielone dachy, które oprócz tego, że zapewniają latem niższą temperaturę dachu niż biała powierzchnia, a w zimie działają jak dodatkowa warstwa izolacji, zapewniają również korzyści w postaci większego natlenienia, ewapotranspiracji i inne, które są niezwykle przydatne w celu rzeczywistego i zrównoważonego łagodzenia efektu miejskiej wyspy ciepła.
Rozwiązanie nieuniwersalne
Przydatność zimnego dachu powinna być obliczana z uwzględnieniem klimatu, położenia geograficznego, rodzaju budynku i dachowej izolacji termicznej. Oczywiście budżet również odgrywa istotną rolę. Zimny dach to zwykle ekonomiczne rozwiązanie w przypadku modernizacji, ale należy wziąć pod uwagę koszty długoterminowe, jak również koszty środowiskowe.
„Wybór rozwiązania zimnego dachu podczas modernizacji słabo izolowanego budynku w ciepłym regionie, takim jak południe Francji, może być zdecydowanie atrakcyjny”, mówi Jean-Luc Roudaut, regionalny menedżer ds. zgodności z przepisami na Francję w firmie Holcim Solutions & Products EMEA. „Jednak na północy Francji, gdzie temperatury są niższe, zaczynają pojawiać się pytania: ile energii muszę zużyć latem na klimatyzację budynku w porównaniu z jego ogrzewaniem w zimie? W zimie odbijające światło pokrycie dachowe lub farba ograniczają zyski energii słonecznej i mogą prowadzić do zwiększenia zapotrzebowania na ogrzewanie, dlatego należy wziąć pod uwagę cały rok, a nie tylko okres letni”, dodaje.
Zanim entuzjastycznie wybierzemy tradycyjne podejście do zimnego dachu, aby poprawić komfort wewnątrz budynku w okresach wysokich temperatur, zmniejszając potrzebę wdrażania systemów chłodzenia, a w konsekwencji obniżając rachunki za energię, zalecamy wziąć pod uwagę następujące kwestie:
- Nie traktuj jasnych pokryć dachowych lub farb odblaskowych jako jedynego rozwiązania. Poszerz swoje postrzeganie na konstrukcję całego budynku (fasady, otoczenie budynku, izolacja, dostępny budżet itp.)
- Weź pod uwagę położenie geograficzne i rodzaj budynku. Budynki mieszkalne i przemysłowe mają bardzo specyficzne potrzeby.
- Jak dobrze izolowany jest dach? Czy jest to modernizacja, czy nowy projekt budowlany?
- Dachy odbijające światło z czasem tracą swoje właściwości, czyli współczynnik odbicia. Regularne czyszczenie dachu ma kluczowe znaczenie dla zminimalizowania utraty współczynnika odbicia.
- W przypadku stosowania powłoki odbijającej światło upewnij się, że żadne zanieczyszczenia nie są uwalniane do atmosfery lub wody deszczowej.
- Trwałość systemu dachowego to jeden z najważniejszych czynników, które należy wziąć pod uwagę.
Systemy dachowe Elevate oferują wiele różnych rozwiązań, które mogą poprawić komfort termiczny wewnątrz budynków, a zimny dach stanowi tylko jeden z nich. Zachęcamy do skontaktowania się z jednym z naszych lokalnych przedstawicieli, który z przyjemnością omówi dostępne rozwiązania, które najlepiej pasują do założeń Twojego projektu.
* „Wpływ powierzchni miejskich i białych dachów na klimat globalny i regionalny”, Mark Z. Jacobson i John E. Ten Hoeve, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Uniwersytet Stanforda, Stanford, Kalifornia