W ciągu ostatnich dwóch dekad dachy odblaskowe lub dachy chłodne zyskały dużą popularność.
Wśród naukowców zajmujących się klimatem panuje konsensus – 97% spośród nich łączy ocieplanie się klimatu z działalnością człowieka i uważa, że zmiany klimatu zostały spowodowane przez nadmierną emisję dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych w wyniku spalania paliw kopalnych, takich jak ropa naftowa, węgiel czy gaz ziemny [1]. Efektem globalnego ocieplenia są m.in. fale ekstremalnych upałów (które są bardziej dotkliwe na obszarach miejskich i stanowią zagrożenie dla zdrowia, szczególnie osób w podeszłym wieku), wyższe stężenia zanieczyszczeń, niższa jakość wody oraz spadek wydajności pracy [2]. Efekty upałów potęgowane są dodatkowo przez efekt miejskiej wyspy ciepła (UHI, ang. urban heat island) − zjawiska polegającego na wzroście średniej temperatury od 1 do 5oC w porównaniu z sąsiadującymi obszarami wiejskimi [3]. Wyższa temperatura w zabudowie miejskiej jest skutkiem promieniowania absorpcyjnego spowodowanego sztucznymi materiałami miejskimi, transpiracją z budynków i infrastruktury, uwalnianiem antropogenicznego ciepła od mieszkańców i urządzeń i blokowania przepływu powietrza przez budynki. Znaczny udział w tym procesie mają ciemne powierzchnie (takie jak nawierzchnie asfaltowe czy bitumiczne pokrycia dachowe), które charakteryzuje niska zdolność odbijania światła, a więc w konsekwencji pochłaniają więcej energii i latem mogą się rozgrzewać do bardzo wysokiej temperatury [2].
Sprawdź również:
Rynek pokryć dachowych w Polsce
Łatwa pielęgnacja dachu zielonego. O czym trzeba pamiętać już na etapie realizacji?
Materiały refleksyjne zastosowane na dachu skutecznie chronią dach przed przegrzewaniem. Fot. stock.adobe/Hermann
Jedną z odpowiedzi na zachodzące zmiany klimatu są ekologiczne rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe dachów płaskich, w tym tzw. chłodne dachy [4].
Promieniowanie słoneczne to naturalne źródło energii docierającej do powierzchni Ziemi, a zarazem podstawowy parametr rzutujący na pozostałe parametry klimatu [5]. Natężenie promieniowania słonecznego zmierzone w górnej części atmosfery wynosi 1370 W/m2 (wielkość tę określa się jako stałą słoneczną [6]). Zanim dotrze ono do Ziemi, część promieniowania zostaje pochłonięta przez atmosferę, część zaś ulega rozproszeniu i odbiciu. Część docierającą do powierzchni Ziemi (tj. ok. 1000 W na każdy metr kwadratowy prostopadły do padającego promieniowania [5]) można zatem podzielić na promieniowanie bezpośrednie, czyli działające wzdłuż kierunku między miejscem obserwacji a Słońcem, oraz promieniowanie rozproszone (dyfuzyjne), docierające do powierzchni planety ze wszystkich kierunków, na skutek często wielokrotnego odbicia w cząsteczkach atmosfery, od chmur i od powierzchni Ziemi. W spektrum promieniowania słonecznego znajdują się zakresy fal elektromagnetycznych od ultrafioletu (ok. 7%) o długości fali poniżej 350 nm, przez światło widzialne (ok. 46%) o długości fali od 350 do 750 nm, po bliską i środkową podczerwień (ok. 47%) o fali długości powyżej 750 nm [7]. Cały zakres promieniowania słonecznego przez człowieka odbierany jest jako światło białe. Gęstość strumienia promieniowania słonecznego jest taka sama w poszczególnych częściach globu, jednak ilość energii, jaka ostatecznie zostanie dostarczona, uzależniona jest od takich czynników, jak szerokość geograficzna (i związana z nią liczba dni o dużej liczbie godzin słonecznych), wielkość lądów i oceanów, prądy morskie, wysokość nad poziomem morza, ukształtowanie terenu, a także od stanu i składu atmosfery, zachmurzenia i zamglenia oraz nachylenia płaszczyzny, na którą pada promieniowanie.
Przy przechodzeniu promieniowania przez ośrodek energia promieniowania nie jest tracona [6]. Jeśli na drodze promieniowania znajduje się dowolne ciało, część promieniowania jest odbijana (odbicie), część jest pochłaniana i zmieniana w inną formę energii (absorpcja/pochłanianie), część zaś bez przeszkód przechodzi przez ciało (transmisja/przenikanie). Jeśli promieniowanie odbywa się między powierzchniami dwóch ciał stałych, następuje dwukrotna zamiana formy energii: cieplnej na elektromagnetyczną na powierzchni ciała promieniującego i elektromagnetycznej na cieplną na powierzchni ciała pochłaniającego [8]. A zatem pewna część docierającego do powierzchni Ziemi promieniowania słonecznego zostaje odbita, część zaś pochłonięta przez powierzchnię planety oraz znajdujące się na niej obiekty. Promieniowanie odbite (w wielu przypadkach wielokrotnie) ostatecznie również zostaje w znacznej części pochłonięte, podnosząc temperaturę pochłaniających obiektów, stając się zarazem źródłem promieniowania cieplnego długofalowego.
W dalszej części artykułu:
- Prawa opisujące zjawisko promieniowania cieplnego.
- Zjawiska związane z przenikaniem ciepła do wnętrza budynku przez konstrukcję dachu.
- Współczynnik odbicia promieniowania słonecznego oraz emisja termiczna.
- Charakterystyka chłodnych dachów.
- Materiały refleksyjne stosowane obecnie na dachach.
 |
dr inż. Bartłomiej Monczyński |
Literatura
1. J. Cook i in., Quantifying the consensus on anthropogenic global warming in the scientific literature, „Environmental Research Letters” nr 8/2013.
2. F. Pacheco-Torgal, Introduction to eco-efficient materials for reducing cooling needs in buildings and construction, [w:] F. Pacheco-Torgal i in. (red.), Eco-efficient Materials for Reducing Cooling Needs in Buildings and Construction, Elsevier Ltd., 2021.
3. M. Van Tijen, R. Cohen, Dachy chłodne – sposób na obniżenie zużycia energii w budynkach, „Izolacje” nr 1/2009.
4. B. Mączyński, Dachy na nowe czasy, czyli jak pokrycie dachowe wpływa na klimat, „Izolacje” nr 2/2020.
5. A. Dylla, Fizyka cieplna budowli w praktyce – obliczenia cieplno-wilgotnościowe, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015.
6. H. Stöcker, Nowoczesne kompendium fizyki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015.
7. P. Klemm, Budownictwo ogólne, tom 2 „Fizyka budowli”, Arkady, Warszawa 2005.
8. J.A. Pogorzelski, Fizyka cieplna budowli, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1976.
Polecamy:
Konstruowanie dachów płaskich – przykłady błędów oraz prawidłowych rozwiązań
