• Energy Research

Abstract Cool roofs save energy and are particularly suited for low rise buildings in hot climates. This paper presents results of potential energy savings for existing houses in two islands (Sicily and Jamaica) based on validated thermal models. It also presents the lifecycle environmental impact of the cool paint focussing on both the midpoint and endpoint impact categories and compares these with thermal insulation impact. It was found that significant net energy benefits are possible in both locations by a cool roof, more pronounced in Jamaica, which has no heating demand; savings are comparable with thermal insulation reductions. The environmental impact of cool paint is lower than a variety of thermal insulation materials with the exception of water depletion potential. The main hotspots of the cool paint are the production of the polymer followed by the production of the pigment.

High Concentrator Photovoltaic Thermal (HCPV/T) systems produce both electrical and thermal energy and they are efficient in areas with high Direct Normal Irradiance (DNI). This paper estimates the lifecycle environmental impact of the HCPV/T 2000x system for both electrical and thermal functionalities. Process-based attributional method following the guidelines and framework of ISO 14044/40 was used to conduct the Life Cycle Assessment (LCA). The midpoint and endpoint impact categories were studied. It was found that the main hotspots are the production of the thermal energy system contributing with 50% and 55%, respectively, followed by the production of the tracking system with 29% and 32% and the operation and maintenance with 13% and 7%. The main contributor to the lifecycle environmental impact category indicators was found to be the raw materials acquisition/production and manufacturing of the thermal energy and tracking systems. The results indicate that the lifecycle environmental impact of the HCPV/T 2000x system is lower compared to fuel-based Combined Heat and Power (CHP) and non-Renewable Energy Sources (non-RES) systems.

Les toits froids sont les plus efficaces pour réduire les charges de refroidissement et atténuer la surchauffe dans les endroits où le rayonnement solaire et la température de l'air extérieur sont élevés. Cet article présente les résultats d'une étude expérimentale d'une maison à faible revenu en Jamaïque et d'une étude computationnelle dans trois pays autour de l'équateur : la Jamaïque, le nord-est du Brésil (Recife) et le Ghana. Une étude de cas typique des maisons de plain-pied en Jamaïque a été suivie avant et après l'installation d'une peinture froide sur le toit ; les jours où l'intensité moyenne du rayonnement solaire est d'environ420 W/m2 et la température de l'air ambiant d'environ28 °C, la température de surface interne du plafond est réduite en moyenne de 6,8 °C et la température interne de l'air de 2,3 °C. Les résultats de la surveillance ont été utilisés pour étalonner avec succès un modèle EnergyPlus ; des modèles similaires ont été développés pour le Ghana et le Brésil, de taille et/ou de construction différentes pour refléter les pratiques spécifiques à chaque pays. Les simulations annuelles indiquent que les températures de surface du plafond interne sont réduites en moyenne de 3,2-5,5 oC et les températures de l'air interne de 0,75-1,2 °C. Les simulations de la demande de refroidissement (point de consigne 24 °C) indiquent des économies potentielles annuelles similaires dans les trois sites (environ190 kWh/m2/an), bien que la réduction estimée des émissions de CO2 diffère en fonction des carburants de production d'électricité. Le vieillissement de la toiture fraîche a un impact réduisant les économies de charge de 22–26 kWh/m2/an. Los techos fríos son más efectivos para reducir las cargas de enfriamiento y aliviar el sobrecalentamiento en lugares con alta radiación solar y temperatura del aire exterior. Este documento presenta los resultados de un estudio experimental de una casa de bajos ingresos en Jamaica y un estudio computacional en tres países alrededor del ecuador: Jamaica, noreste de Brasil (Recife) y Ghana. Se monitoreó un estudio de caso típico de casas de una sola planta en Jamaica antes y después de la instalación de una pintura fría en el techo; en días con una intensidad de radiación solar promedio de ~420 W/m2 y una temperatura del aire ambiente de ~28 ° C, la temperatura de la superficie interna del techo se reduce en un promedio de 6.8 ° C y la temperatura interna del aire en 2.3 ° C. Los resultados del monitoreo se utilizaron para calibrar con éxito un modelo EnergyPlus; se desarrollaron modelos similares para Ghana y Brasil que difieren en tamaño y/o construcción para reflejar las prácticas específicas del país. Las simulaciones anuales indican que las temperaturas internas de la superficie del techo se reducen en promedio en 3,2-5,5 oC y las temperaturas internas del aire en 0,75-1,2 °C. Las simulaciones de demanda de refrigeración (punto de ajuste 24 °C) indican ahorros potenciales anuales similares en las tres ubicaciones (~190 kWh/m2/año) aunque la reducción estimada de emisiones de CO2 difiere al reflejar los combustibles de generación de electricidad. El envejecimiento del techo frío tiene un impacto que reduce el ahorro de carga en 22–26 kWh/m2/año. Cool roofs are most effective in reducing cooling loads and alleviating overheating in locations with high solar radiation and external air temperature. This paper presents results of an experimental study of a low income house in Jamaica and a computational study in three countries around the equator: Jamaica, Northeast Brazil (Recife) and Ghana. A case-study typical of single storey houses in Jamaica was monitored before and after the installation of a cool paint on the roof; on days with average solar radiation intensity of ∼420 W/m2 and ambient air temperature of ∼28 °C, internal ceiling surface temperature is reduced by an average of 6.8 °C and internal air temperature by 2.3 °C. Monitoring results were used to calibrate successfully an EnergyPlus model; similar models were developed for Ghana and Brazil differing in size and/or construction to reflect country specific practices. Annual simulations indicate that internal ceiling surface temperatures are reduced on average by 3.2–5.5 oC and internal air temperatures by 0.75–1.2 °C. Cooling demand simulations (setpoint 24 °C) indicate similar annual potential savings in the three locations (∼190 kWh/m2/year) although estimated CO2 emissions reduction differ reflecting electricity generation fuels. Aging of the cool roof has an impact reducing load savings by 22–26 kWh/m2/year. الأسطح الباردة هي الأكثر فعالية في تقليل أحمال التبريد وتخفيف الحرارة الزائدة في المواقع ذات الإشعاع الشمسي العالي ودرجة حرارة الهواء الخارجية. تقدم هذه الورقة نتائج دراسة تجريبية لمنزل منخفض الدخل في جامايكا ودراسة حسابية في ثلاثة بلدان حول خط الاستواء: جامايكا وشمال شرق البرازيل (ريسيفي) وغانا. تمت مراقبة دراسة حالة نموذجية للمنازل المكونة من طابق واحد في جامايكا قبل وبعد تركيب طلاء بارد على السطح ؛ في الأيام التي يبلغ فيها متوسط شدة الإشعاع الشمسي 420 واط/م 2 ودرجة حرارة الهواء المحيط 28 درجة مئوية، يتم تقليل درجة حرارة سطح السقف الداخلي بمتوسط 6.8 درجة مئوية ودرجة حرارة الهواء الداخلي بمقدار 2.3 درجة مئوية. تم استخدام نتائج المراقبة لمعايرة نموذج EnergyPlus بنجاح ؛ تم تطوير نماذج مماثلة لغانا والبرازيل تختلف في الحجم و/أو البناء لتعكس الممارسات الخاصة بكل بلد. تشير عمليات المحاكاة السنوية إلى أن درجات حرارة سطح السقف الداخلي تنخفض في المتوسط بمقدار 3.2–5.5 درجة مئوية ودرجات حرارة الهواء الداخلي بمقدار 0.75-1.2 درجة مئوية. تشير محاكاة الطلب على التبريد (نقطة الضبط 24 درجة مئوية) إلى وفورات سنوية محتملة مماثلة في المواقع الثلاثة (190 كيلو واط في الساعة/م 2/سنة) على الرغم من أن الحد التقديري لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون يختلف عن وقود توليد الكهرباء. يؤثر تقادم السقف البارد على تقليل وفورات الحمل بمقدار 22–26 كيلو واط في الساعة/م 2/سنة.