Zadaniem chłodnych dachów (z ang. Cool Roofs) jest zmniejszenie zużycia energii budynków, dzięki zastosowaniu powłok refleksyjnych (o wysokim współczynniku odbicia słonecznego). Termin ten nie odnosi się do dachu jako przegrody, a jedynie do materiałów, którymi są one pokryte.

W związku z tym izolacja dachu, również istotna w ograniczaniu przepływu ciepła do i z wnętrza budynku, nie wchodzi w skład definicji dachu chłodnego. O efektywności termicznej budynku decyduje więc właściwa kombinacja dachu chłodnego oraz izolacji.

Czarne absorbuje, białe odbija

Istotę działania chłodnych dachów można wyjaśnić posługując się porównaniem do noszenia w gorący letni dzień czarnej i białej odzieży. Z praktyki wiemy, że czarny ubiór absorbuje promienie słoneczne. Z kolei białe ubranie zapewnia podczas upału lepszy komfort, ponieważ białe włókna odbijają więcej promieni słonecznych i absorbują mniej ciepła.

Podobnie jest z chłodnymi dachami. Odbijają one promienie słoneczne i w ten sposób oddają energię z powrotem do atmosfery - tylko nieznaczna część promieniowania absorbowana jest jako energia cieplna.

Chłodny, znaczy jaki?

Materiały, z których wykonuje się dachy, mają dwie ważne cechy fizyczne, które decydują o tym, czy dach jest chłodny. Są to: współczynnik odbicia promieniowania słonecznego (stosunek sumy energii słonecznej padającej na dach do ilości odbitej przez ten dach energii) oraz emisja termiczna (zdolność powierzchni dachu do odpromieniowania zaabsorbowanego ciepła).

Obie właściwości są mierzone procentowo. Im wyższa jest zmierzona wartość, tym bardziej chłodny jest dach. Zasadniczo nie istnieje jedna definicja dachu chłodnego. Minimalne parametry zostały określone przez organizacje m.in. zajmujące się standaryzacją w zakresie ochrony środowiska.

Jedną z takich organizacji jest  Cool Roof Rating Council (Rada ds. Klasyfikowania Chłodnych Dachów), która chłodny dach definiuje jako produkt, charakteryzujący się współczynnikiem odbicia promieniowania słonecznego co najmniej 0,70 oraz emisją termiczną minimum 0,75.

Inny niż czarny

Dach chłodny nie musi być biały, aby zachował swoje właściwości. W ostatnich latach opracowano produkty tzw. cool color, które przy zastosowaniu ciemnych pigmentów zachowują właściwości refleksyjne. Dzięki nim chłodne dachy mogą być np. zielone, czerwone czy niebieskie. Współczynnik odbicia takich dachów  może kształtować się na poziomie 0,70–0,85.

Oprócz koloru powłoki znaczącą rolę odgrywa także stopień jej chropowatości. Białe powłoki o strukturze tynku (chropowate) charakteryzować się będą gorszymi parametrami niż gładkie powierzchnie o nieco ciemniejszej barwie (np. żółtej).

Pokrycia takie wymagają stosownej pielęgnacji oraz zapewnienia odpowiedniego odwodnienia ich powierzchni. Gromadzący się na powierzchni brud oraz porastające ją mchy lub algi mogą powodować obniżenie właściwości refleksyjnych pokrycia.

Albedo zależne od materiału

Albedo, czyli zdolność odbijania promieni przez daną powierzchnię, jest różne w zależności od zastosowanego materiału pokryciowego. Jednym ze stosowanych materiałów na pokrycia dachowe są dachówki.

Ze względu na szeroki asortyment kolorystyczny charakteryzują się one zróżnicowanym albedo, od 0,18–0,20 do nawet 0,73–0,74, w przypadku białych dachówek cementowych . Dodatkowo pokrycia wykonane przy zastosowaniu dachówek zawierają zazwyczaj przestrzeń wentylowaną, co ułatwia wymianę ciepła.

Metalowe pokrycia dachowe wykonuje się najczęściej z aluminium, stali lub miedzi. Czyste aluminium odbija około 60 proc. światła, lecz mimo tak dobrych parametrów materiał ten nie sprawdza się pod kątem zastosowania na chłodnych dachach.

Stanowi on bowiem bardzo dobry przewodnik ciepła, co sprawia, że zaabsorbowana przez niego energia słoneczna bardzo szybko przenoszona jest na niższe warstwy dachu. Dlatego też w praktyce budowlanej stosuje się najczęściej barwione powłoki polimerowe, które podnoszą użyteczność dachów metalowych.

Albedo typowych materiałów używanych do pokrywania dachów mieści się w zakresie od 0,10 do 0,25. Zakłada się, że średnie albedo dla istniejących dachów nie przekracza 0,20. Najlepsze parametry uzyskują m.in. białe powłoki malarskie (w tym aluminiowe) oraz dachy metalowe z jednoczesnym zastosowaniem cienkich powłok malarskich.

Tyle ciepła w całym mieście…

Stosowanie chłodnych dachów, obok oszczędności energii, wpływa także na obniżenie emisji do atmosfery dwutlenku węgla. Energia słoneczna zaabsorbowana przez dach, oddawana jest w późniejszym okresie w postaci energii cieplnej.

Zdaniem naukowców, zastosowanie jasnych powłok dachowych, zwłaszcza na obszarze wielkich aglomeracji miejskich (w połączeniu z jasnymi powierzchniami ulic), pozwoliłoby zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych (w skali światowej) o 44 miliardy ton. Chłodny dach na typowym nowym budynku o powierzchni 180 m2 pozwala zredukować emisję CO2 o ponad 103 kg/rok.

Dodatkowo, stosowanie chłodnych dachów w aglomeracjach miejskich pozwoliłoby ograniczyć (a być może nawet całkowicie zlikwidować) zjawisko tzw. „miejskich wysp gorąca”, polegających na wzroście średniej temperatury o 1 do 5°C, w porównaniu z sąsiadującymi obszarami wiejskimi.

Podwyższenie średniej temperatury na obszarach zurbanizowanych ma bezpośrednie przełożenie na potrzeby energetyczne, koszty klimatyzacji, stan zanieczyszczenia powietrza i związane z tym dolegliwości zdrowotne. Wszystkie te negatywne zjawiska może w znaczny sposób ograniczyć powszechne stosowanie chłodnych dachów.

Gdzie Ameryka, gdzie Polska

W warunkach klimatycznych występujących w Polsce do zapewnienia odpowiedniego mikroklimatu wewnątrz budynku dąży się zazwyczaj poprzez odpowiednio grubą i zabezpieczoną przed wilgocią warstwę termoizolacyjną dachu.

Zastosowanie chłodnych dachów w klimacie ciepłym i gorącym wpływa na mikroklimat budynków. Stosowanie ich jest nieskomplikowane pod kątem projektowania oraz wykonawstwa.

Jak przekonują specjaliści, mogą się one  sprawdzić się również w chłodnym klimacie. Oszczędności energii, zwłaszcza w przypadku klimatyzowanych latem budynków o dużej powierzchni zabudowy, mogą być wyższe niż zyski ciepła uzyskiwane zimą.

Dobrze o tym wiedzą w Ameryce. W USA korzyści wynikające ze stosowania chłodnych dachów są dostrzegane przez rząd, czego efektem jest włączenie projektów inwestycyjnych zawierających te konstrukcje do dotowanego przez państwo programu zielonego budownictwa. A kiedy w Polsce?

Wincenty Bryński