Intensificarea efectului de insulă de căldură urbană a condus la accentuarea unor probleme precum încălzirea globală, efectul de gaze cu efect de seră etc. Sectorul construcțiilor este direct implicat în astfel de efecte și, prin urmare, trebuie furnizate soluții adecvate la nivel energetic și de mediu. Acoperișurile, în special,  sunt componente ale anvelopei pentru care soluțiile avansate pot duce la economii semnificative de energie în orice clădire cu instalații de aer condiționat sau pot îmbunătăți condițiile termice interioare în clădirile fără astfel de dotări. Un studiu în acest sens, publicat de Universitatea din Iowa-USA, sub titlul ”Performance of Building Roofs on Energy Efficiency” și semnat de Arna Ganguly, analizat cu atenție acest subiect. Iată concluziile.Prea mult beton, prea puțin teren Efectele încălzirii globale și ale schimbărilor climatice reprezintă o preocupare relevantă pentru sistemul ecologic. Încălzirea globală și extinderea urbană provoacă o serie de pericole pentru mediu, insula de căldură urbană (UHI) fiind unul dintre ele. Acest fenomen este definit ca o creștere a temperaturii aerului în medii dens construite în raport cu mediul rural. Cauza principală este modificarea suprafeței terenului din mediul urban, unde vegetația este înlocuită cu suprafețe construite extensiv se caracterizează prin absorbție solară ridicată. Suprafețele acoperișurilor clădirii reprezintă o mare parte din totalul suprafețelor urbane; prin urmare, pot fi utilizate cu succes pentru a reduce temperatura aerului și a suprafeței zonei urbane. Acoperișurile reci și verzi sunt utilizate pe scară largă pentru a atenua UHI. Aceste tehnici au dovedit beneficii semnificative asupra performanței energetice a clădirilor, oferind răcire pasivă mediului construit. Acoperișurile verzi folosesc frunzișul plantelor pentru a proteja mediul clădirii. Stratul de sol oferă o izolație suplimentară acoperișului clădirii, în timp ce conținutul de apă crește inerția termică a structurii. Pe de altă parte, acoperișurile răcoroase se caracterizează prin materiale care au reflectanță solară ridicată și emitanță termică mare care ajută la reducerea consumului de energie al clădirii. ”Verzi” sau ”reci”? Acoperișurile verzi sunt un de element de construcție care oferă diverse beneficii, acolo unde disponibilitatea apei nu limitează implementarea lor. Acoperișurile verzi sunt, în general, clasificate în două mari categorii: (a) acoperișuri verzi extinse, care pot fi așezate pe un strat foarte subțire de sol și sunt proiectate pentru a necesita întreținere minimă și (b) acoperișuri verzi intensive, care au un strat de sol de 20 cm sau mai mult și poate susține o mare varietate de plante. Pe de altă parte, strategiile de acoperiș ”rece”, atrag progresiv atenția comunității științifice și a pieței datorită rolului lor eficient în reducerea cerințelor energetice a clădirilor și, de asemenea, în atenuarea efectelor insulelor de căldură urbane. O tehnologie de acoperiș rece constă, în general, într-un sistem cu o acoperire caracterizată prin reflectanță solară ridicată și emisivitate termică ridicată. Când acoperișul este expus la radiația solară, aceste două caracteristici reduc temperatura suprafeței exterioare a acoperișului. Același acoperiș cu reflectanță și emitanță termică mai scăzute are o temperatură mult mai ridicată a suprafeței. În consecință, în primul caz, sarcina solară de încălzire care intră în zona termică interioară este redusă. Această tehnică de îmbunătățire a confortului termic în interiorul clădirilor este de cost redus, mult eficient, ușor de implementat, eficient din punct de vedere energetic și ajută la atenuarea Insulei Urbane de Căldură (UHI). care sunt adesea preferate din punct de vedere estetic, contribuie la UHI. Acest lucru a dus la dezvoltarea vopselelor reci de culori mai închise, dar cu pigment special care încă reflecta radiația solară. Din considerente estetice și de eficiență energetică, pigmenții negri organici și anorganici complecși, cu reflectivitate spectrală bună, au atras atenția. Pigmenții anorganici complecși sunt mai puțin costiși și prezintă, în general, proprietăți de durabilitate ridicată, cum ar fi intemperii, temperatură, rezistență chimică și împrăștiere UV. Ce sunt materialele ”reci”? Fenomenul Urban Heat Island este unul dintre principalele motive din spatele creșterii temperaturii aerului urban. Acest lucru se întâmplă în primul rând din cauza înlăturării vegetației naturale și a înlocuirii acesteia cu clădiri și suprafețe pavate. Acoperișurile clădirilor sunt absorbanți uriași de căldură, fiind expuse direct la radiația solară, crescând astfel temperatura acoperișului într-o mare măsură. Folosirea materialelor foarte reflectorizante, numite și ”materiale reci” sau ”acoperiri reci” ajută la menținerea unei temperaturi foarte scăzute a suprafeței exterioare. Materialele reci sunt o categorie specială de vopsele care se caracterizează prin reflectanță solară ridicată, care tinde să reducă absorbția radiației solare în comparație cu materialele de construcție convenționale și, prin urmare, limitează creșterea temperaturii suprafeței acoperișului. Acestea sunt, de asemenea, caracterizate de infraroșu ridicat, care disipă căldura acumulată fără a o transfera în interiorul încăperilor clădirii. Efectul asupra temperaturii suprafeței acoperișului și asupra temperaturii suprafeței interioare a tavanului Au fost efectuate diferite studii de caz care arată potențialul acoperișului rece. Potrivit lui M. Kolokotroni et. al. parametrii de monitorizare au inclus temperatura suprafeței interioare, temperatura aerului din interior, umiditatea relativă interioară și temperatura suprafeței acoperișului. Fiecare studiu de caz are o perioadă de pre-aplicare și post-aplicare în starea vopselei rece pentru a evidenția cu fermitate potențialul unui acoperiș rece. Potrivit lui M. Kolokotroni et. al. studiul de caz care a avut loc într-o clădire de birouri deschise din Universitatea Brunel, Londra, a constat într-o pre-aplicare a vopselei reci, începând cu 1 mai 2009 până în prima săptămână din iunie 2009. În mod similar, a inclus și o condiție post-aplicare începând cu 1 august 2009 până în ultima săptămână din iulie 2009. Fiecare parametru a arătat o performanță mai bună din punct de vedere al răcirii în cazul acoperișului după aplicarea vopselei reci. După cum arată M. Kolokotroni et. al., în două zile particulare, adică 1 iunie 2009 și 16 august 2009, fiecare având o temperatură medie externă aproximativ similară și o radiație globală medie în timpul zilei, a arătat că temperatura suprafeței acoperișului a fost mai mare la 1 iunie, comparativ cu 16 august, cu un maxim de 7,7 C și o medie de 6C în timpul orelor de lucru.  Temperatura interioară a suprafeței tavanului a fost mai mare cu maxim 3,1C la 1 iunie. Diferențele de temperatură la suprafață au fost, de asemenea, calculate prin deducerea temperaturii interioare a tavanului din temperatura suprafeței acoperișului în timpul pre și po st pictate luni. Diferențe S-a observat că perioada prevopsită a arătat o temperatură mai rece a suprafeței acoperișului decât suprafața interioară a tavanului în timpul dimineții devreme, în timp ce în timpul prânzului a avut loc exact opusul. În perioada postvopsită, temperatura interioară a tavanului a rămas întotdeauna la o valoare mai mare decât temperatura suprafeței acoperișului, indicând efectul de răcire al vopselei reci pe suprafața exterioară. Potrivit lui E. Bozonnet et. al. clădirea studiului de caz situată în Poiters, Franța, temperatura medie exterioară a acoperișului a fost de 30,2 C în timpul pre-aplicare a vopselei reci și de 19,8 C în timpul condiției de după aplicare. În mod similar, un studiu a fost realizat de C. Romeo et. al. într-o școală situată în Trapani, oraș de pe coasta de vest a Siciliei, care în timpul pre-aplicarii vopselei reci, diferența maximă de temperatură a suprafeței acoperișului a fost de 48 C și a scăzut la 26 C, după aplicarea vopselei reci. C. Romeo et. al. a prezentat profile mai detaliate de temperatură pentru douăzeci de zile în august 2009. S-a observat o diferență de 20 C între acoperișul netratat și temperatura aerului; pe de altă parte, diferența nu a fost niciodată mai mare de 5 C între acoperișul rece și aer. Distribuția diferențelor O distribuție cumulată a diferenței de temperatură între temperatura suprafeței exterioare a acoperișului și temperatura aerului exterior în timpul campaniei de monitorizare a arătat o creștere vizibilă a temperaturii suprafeței mai mare de 10 C pentru mai mult de aproximativ un sfert din perioadă, mai ales în timpul zilei. Pe de altă parte, în cazul acoperișului rece doar pentru 6,6% din perioada de monitorizare, temperatura suprafeței a dus la o diferență de temperatură mai mare de  3C în comparație cu temperatura aerului. Rezultate similare au fost găsite în modelarea termică a clădirii Universității Brunel, după cum arată M. Kolokotroni et. al. S-a observat că orele estimate de temperatură ale aerului intern și temperatura aerului de funcționare intern (orele de lucru), pentru clădirea studiului de caz în perioada mai 2021 până în septembrie 2021 au rămas peste 25 C, timp de 981 de ore la o reflexie solară de 0,1 și 851 ore, la o reflectanță solară de 0,6 și mai mare de 25 C timp de 1045 de ore la o reflectanță solară de 0,1 și, respectiv, 853 de ore la o reflectanță solară de 0,6, demonstrând astfel părțile pozitive ale unui acoperiș rece. Variația datorată sistemului de ventilație Performanța vopselei reci este afectată de condițiile de funcționare, cum ar fi sistemul de ventilație al încăperilor de sub acoperiș aflat în studiu experimental. Potrivit lui M. Kolokotroni, temperatura suprafeței interioare a tavanului a zonei deschise de birouri și a celor trei camere de birouri a prezentat o scădere ușoară atât în zilele de 1 iunie (preaplicare) cât și în 16 august (post-aplicare), cu o medie externă similară. temperatura și radiația globală medie. Această scădere ușoară a temperaturii a fost observată în ambele zile, între orele 7 și 8 dimineața, datorită ratei de ventilație crescute prin deschiderea ferestrelor de către utilizator când venea la birou. Aceleași lucruri au fost observate și în analiza parametrică a studiului de caz. Rate mai mici de ventilație au condus la economii mai mari de energie în cazul clădirilor cu aer condiționat, cu cea mai mare reducere indicată pentru o reflectanță solară de 1,0, rata de schimbare a aerului de 2, cu temperaturile de referință de vară și iarnă fiind de 25 C și respectiv 21 C. Potrivit lui C. Romeo et al. una dintre încăperile din Trapani, Sicilia, care era orientată preponderent spre vest și caracterizată prin încărcări termice mari în timpul după-amiezii, avea o temperatură medie a aerului interior cu 3,5 C mai mare decât cea a aerului ambiant, cele două valori fiind de 27,9 C și 24,4 C. Pe de altă parte, după aplicarea vopselei reci aerul din interior a devenit cu 0,4 C mai cald decât temperatura ambiantă, cele două valori fiind de 28,6 C și 28,2 C. În mod similar, aceleași rezultate au fost observate pentru o altă încăpere care era în principal orientată spre est, temperatura aerului din interior a fost mai mare decât cea din exterior în 96% din timp înainte de aplicarea vopselei reci, în timp ce temperatura interioară a fost cu 2 C mai rece decât temperatura ambiantă în 50% din timp. timpul și doar 13,6% din timp a fost mai cald. Efectul asupra confortului termic Confortul termic este un alt factor care este îmbunătățit semnificativ după aplicarea straturilor reci. Potrivit lui M. Kolokotroni et. al. temperatura maximă internă de funcționare a fost redusă cu 2,2 C la o reflectanță solară de 0,6 și temperatura medie internă de funcționare a fost redusă cu 2,5 C, unde temperatura de funcționare a indicat temperatura internă a camerei în timpul orelor de lucru (7:00 - 18:00). În analiza parametrică a aceluiași studiu de caz, temperatura operațională internă a fost mai mare de 25 C pentru doar 30% din ore crescând astfel confortul termic. Rezultate similare au fost arătate de E. Bozonnet et. al. unde pentru a investiga mai mult potențialul acoperișului răcoros a fost comparat cu un acoperiș neizolat. S-a obținut un beneficiu clar în condiții de vară cu o temperatură maximă de 41,4 C adică temperatura internă de funcționare cu acoperiș inițial neizolat și doar 32,1 C cu acoperiș vopsit rece. C. Romeo et. al. au arătat distribuția cumulată a orelor de disconfort pentru cele trei săli de școală din Trapani, Sicilia, cu trei temperaturi operative de referință de 25 C, 27 C și 29 C. Efectul aplicării vopselei reci a arătat o reducere puternică a orelor de disconfort în două dintre camere, iar temperatura a fost mai mare de 27 C pentru mai puțin de 15% din perioadă. S-au obținut rezultate mai proaste pentru camera care era în principal orientată spre vest, din cauza câștigurilor solare mari prin ferestrele larg deschise orientate spre vest după-amiaza. Temperatura operativă a fost mai mare de 27 C pentru mai mult de 25% din perioadă și 29 C pentru 5% din perioadă. Distribuția cumulativă a condițiilor de disconfort a fost prezentată și pentru clădirile izolate, care au arătat un beneficiu clar pentru temperaturi mai mari de 27 C, numărul de ore a fost redus cu 20% într-o cameră, în timp ce cu 30% pentru cealaltă. Efectul asupra consumului de energie Acoperișul răcoros are avantajul de a reduce necesarul de răcire în timpul verii și dezavantajul de a crește sarcina de încălzire în timpul iernii. Potrivit lui M. Kolokotroni et. al. cererea simulată de energie de încălzire și răcire pentru studiul de caz de la Universitatea Brunel înainte și după aplicarea acoperișului rece a arătat că cererea totală de energie fără acoperiș rece a fost de 4211 kWh/an, în timp ce 4031 kWh/an după aplicarea acoperișului rece, economisind astfel aproximativ 180 kWh/an. kWh/an. Potrivit lui C. Romeo et. al. aplicarea stratului rece pe acoperiș este cea mai performantă tehnologie dintre mai multe condiții, cum ar fi izolarea acoperișului, ventilația pe timp de noapte, umbrirea exterioară, care au fost eficiente în reducerea cu cel puțin 30% din necesarul de energie de răcire, pe de altă parte, a fost de 54% în cazul în care de acoperiș răcoros. O performanță mai bună este de așteptat cu siguranță prin integrarea sistemului de acoperiș rece cu alte soluții de răcire pasivă. Potrivit lui C. Romeo et. al. combinația dintre acoperișul rece cu alte măsuri energetice a condus la o reducere a cererii nete de energie cu până la 78%.

1. Romeo et. al. a mai arătat că odată cu creșterea reflectanței solare acoperișul duce la o reducere cu 4,6% a necesarului net total de energie, cererea de încălzire a crescut cu 28,4% și cererea de răcire redusă cu 60%. S-au obţinut rezultate diferite în cazul clădirii izolate.

În acest caz, cererea netă de răcire a fost întotdeauna mai mare decât cererea de încălzire. Cererea totală netă de energie a fost redusă cu 13%, în timp ce cererea de încălzire a crescut cu 23%, iar cererea de răcire a scăzut cu 32%. Pigmenții neconvenționali Utilizarea straturilor ”reci”, foarte reflectorizante, ajută la menținerea temperaturilor mai scăzute ale suprafeței exterioare a acoperișurilor și, în consecință, contribuie la un confort termic crescut în interior în timpul verii, ceea ce reduce nevoia de răcire. Necesitatea vopselelor reci non-albe a apărut din motive estetice, iar culorile mai închise servesc ca control al strălucirii. Potrivit lui Kai L. Uemoto et. al. clasă specială de pigmenți anorganici neconvenționali sunt utilizați pentru a produce vopsele colorate eficiente energetic. Aceștia se numesc pigmenți colorați anorganici complexi (CICP) sau pigmenți de oxid de metal mixt (MMO). Aceste grupuri speciale de pigmenți neconvenționali se caracterizează prin reflectanță ridicată în radiația NIR. Kai L. Uemoto et. al. a arătat că coordonatele de culoare ale culorii convenționale alb, maro și galben erau aproximativ similare cu vopselele reci corespunzătoare cu culoarea albă, maro și galbenă. Testele au fost supuse în laborator cu referire la un specimen standard nevopsit de tablă de acoperiș din fibrociment și au fost păstrate pe un dispozitiv din lemn cu termocupluri atașate în puncte diferite și expuse la două lămpi cu radiație infraroșu de 250W. S-a constatat că vopselele reci au îmbunătățit semnificativ reflectanța în gama NIR în comparație cu foile standard nevopsite și cu vopseaua convențională de aceeași culoare. Kai L. Uemoto et. al. a prezentat că aplicarea celor două tipuri de vopsea albă a scăzut atât temperaturile suprafeței exterioare, cât și cele interioare ale foilor de acoperiș din fibrociment, îmbunătățind astfel performanța termică. Rezultatele au adăugat, de asemenea, că vopseaua maro a prezentat o temperatură mai ridicată decât placa standard nevopsită pentru acoperiș din fibrociment, dar pe de altă parte, vopseaua maro rece s-a reflectat mai mult în radiația NIR decât în domeniul vizibil, reducând astfel temperaturile suprafeței. Îmbunătățirea semnificativă a performanței termice a fost observată în mod similar în cazul tablei vopsite cu vopsea galbenă rece. S-a observat, de asemenea, că vopseaua alb rece a fost cea mai eficientă în reducerea transferului de căldură radiantă în interiorul dispozitivului din lemn, iar vopseaua maro rece a fost mai eficientă în a face același lucru decât galbenul convențional, deși galbenul este mai deschis la culoare decât maro rece. Vopsea neagră rece Conform lui Jie Qin et. al. utilizarea acoperișurilor negre convenționale pe clădiri este cel mai probabil în diverse locuri, deoarece îndeplinește cerințele estetice și prezintă un risc mai mic de deteriorare a umidității, spre deosebire de acoperișurile albe. Aici Jie Qin et. al. a prezentat o tehnică în două straturi în care s-a făcut prepararea unui strat superior subțire negru pigmentat cu coloranți negri care transmit NIR și a unui strat de bază alb cu reflectanță NIR ridicată. Au fost apoi aplicate pe substraturi cu reflectanță NIR scăzută. Pigmenții convenționali utilizați pentru culoarea neagră, care este o combinație de negru de fum cu un negru de cupru-cromit, au fost comparați cu culorile negre pigmentate cu spinel negru de ferită de mangan anorganică, negru de nichel cromit fier, negru de perilen și violet de dioxazină peste strat de bază alb și substrat de aliaj de aluminiu. Acoperirile negre, pigmentate separat cu cromit fier nichel negru și mangan ferită spinel negru au fost mai reci decât cele convenționale, adică negru de fum și negru de cromit de cupru, dar nu erau eligibile acoperiri negru rece pentru eficiența energetică a clădirilor în China, deoarece acoperirea rece avea reflectanța NIR mai mică de 0,4 și reflectanța lor solară a fost, de asemenea, mai mică de 0,3. Jie Qin et. al. a constatat că culoarea neagră pigmentată cu negru de perilenă și violet de dioxazină (cu adăugarea de pigmenți galbeni anorganici pentru a restabili o culoare neagră adevărată) a arătat o performanță mult mai bună cu reflectanță solară și NIR ridicată și astfel s-a dovedit a fi acoperiri negre reci calificate. Din perspectiva costurilor și a profitului, aplicarea straturilor negre pigmentate cu negru de perilenă pe acoperișurile clădirilor este de mare cost. Astfel, acoperirea neagră pigmentată cu coloranți violet și galben diaoxazină a fost observată a fi cea mai potrivită acoperire care contribuie la eficiența energetică a clădirii. Efectele încălzirii globale și ale schimbărilor climatice reprezintă o preocupare relevantă pentru sistemul ecologic. Încălzirea globală și extinderea urbană provoacă o serie de pericole pentru mediu, insula de căldură urbană (UHI) fiind unul dintre ele. Acest fenomen este definit ca creșterea temperaturii aerului în medii dens construite în raport cu mediul rural. Cauza principală este modificarea suprafeței terenului din mediul urban, unde vegetația este înlocuită cu suprafețe construite extensiv se caracterizează prin absorbție solară ridicată. Suprafețele acoperișurilor clădirii reprezintă o mare parte din totalul suprafețelor urbane; prin urmare, pot fi utilizate cu succes pentru a reduce temperatura aerului și a suprafeței zonei urbane. Acoperișurile reci și verzi sunt utilizate pe scară largă pentru a atenua UHI. Aceste tehnici au dovedit beneficii semnificative asupra performanței energetice a clădirilor, oferind răcire pasivă mediului construit. Acoperișurile verzi folosesc frunzișul plantelor pentru a proteja mediul clădirii. Stratul de sol oferă o izolație suplimentară acoperișului clădirii, în timp ce conținutul de apă crește inerția termică a structurii. Pe de altă parte, acoperișurile răcoroase se caracterizează prin materiale care au reflectanță solară ridicată și emitanță termică mare care ajută la reducerea consumului de energie al clădirii.