Các nhà khoa học Mỹ cho rằng nhờ khả năng phản xạ ánh nắng mặt trời, mái nhà màu trắng có thể chống chịu với biến đổi khí hậu - phát kiến này đã nhanh chóng lan rộng trên toàn thế giới. Những kết quả đáng kinh ngạc từ các thử nghiệm nhiều năm về hiệu quả của các mái nhà màu trắng bằng các vật liệu khác nhau cho phép hiệp hội kỹ sư trong lĩnh vực sưởi ấm/làm mát và điều hòa thông khí của Mỹ (ASHRAE) đã chính thức công nhận định nghĩa “mái nhà lạnh” trong các văn bản ASHRAE 90.1 “Luật năng lượng dành cho các tòa nhà, trừ các nhà ở thấp tầng” vào năm 1999. Hiện nay, công nghệ này còn được đề cập tới trong bảng xếp hạng xây dựng xanh (U.S. Green Building Councils LEED và Green Building Initiative (GBI)s Green Globes), và được phổ biến rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới, nhất là ở các vùng khí hậu nóng.
Mái nhà “lạnh” là các mái nhà phản xạ phần lớn ánh nắng mặt trời rọi vào, và phân tán nhiệt từ bề mặt một cách hiệu quả. Những mái nhà như vậy thường có màu trắng.
Mái nhà màu đen thường hấp thụ ánh nắng mặt trời, do đó bị nung có khi tới 50°c (lớn hơn nhiệt độ không khí xung quanh). Có nghĩa là nếu bên ngoài cửa sổ nhiệt độ là +30°c thì trên mái nhà có thể lên tới +80°c. Mái nhà với khả năng phản xạ cao (được bảo đảm bởi vật liệu sáng màu) sẽ hấp thu năng lượng từ mặt trời ít hơn so với mái nhà có màu sẫm truyền thống. Nhiệt độ của mái nhà trắng thường tăng lên chỉ trong ngưỡng 5 - 14°c so với môi trường xung quanh. Điều này biểu thị nhiệt độ thấp hơn của bề mặt, dẫn tới giảm bớt việc không khí bên trong tòa nhà bị “nung nóng”, tương ứng sẽ giảm chi phí điện năng để điều hòa không khí trong các căn phòng.
Các thông số cơ bản đặc trưng cho “độ lạnh” của mái nhà là năng lực phản xạ, bức xạ nhiệt.
Năng lực phản xạ là tỷ lệ giữa lượng năng lượng mặt trời được phản xạ với tổng lượng năng lượng trên bề mặt chủ thể. Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt dưới dạng sóng điện từ xuyên qua khoảng không. Bất kỳ bề mặt nào cũng phát xạ, ở các mức độ khác nhau, cả hai thông số này đều quan trọng để xác định chất lượng mái nhà - tấm lợp có năng lực phản xạ cao song bức xạ nhiệt thấp sẽ không thể được coi là “lạnh”. Ví dụ: kim loại phản xạ màu sắc rất tốt, nó chói sáng dưới ánh mặt trời. Song mặt khác, kim loại giải phóng nhiệt rất kém, do đó có thể nướng thịt bằng một lá kim loại, tuy nhiên không thể chế tạo mái “lạnh” từ kim loại.
Để tính toán được cả hai đặc tính trên, các nhà khoa học đã áp dụng chỉ số phản xạ năng lượng mặt trời SRI (Solar Retlectance Index). Chỉ số phản xạ năng lượng mặt trời là giá trị biểu hiện khả năng phản xạ bức xạ mặt trời. Hệ số này càng cao, nhiệt độ bề mặt mái nhà sau một ngày dài nắng chói sẽ càng thấp. Mái nhà bề mặt màu đen có SRI bằng 0, trong khi đối với các bề mặt trắng - hệ số này có thể đạt hàng trăm. SRI của các mái nhà màu sẫm thông thường không vượt quá 20.
Việc sử dụng các mái nhà “lạnh” - nhất là tại các nước khí hậu nóng - có rất nhiều ưu điểm trước mắt cũng như về lâu dài.
+ ưu điểm đối với những người sống trong tòa nhà:
- Giảm đáng kể (tới 15%) chi phí điều hòa không khí trong những mùa nóng trong năm;
- Cải thiện vùng vi khí hậu của các căn phòng bên trong;
Tăng thời hạn phục vụ của lớp phủ mái nhà công trình.
Lớp phủ màu tối đặc trưng bởi nhiệt độ cao trên bề mặt vào ban ngày, và sụt giảm nhiệt độ rất nhanh trong vòng một ngày đêm. Tập hợp cả hai yếu tố này sẽ khiến lớp phủ mất đi các đặc tính khai thác nhanh chóng. Ngoài ra, không thể bỏ qua sự hư hỏng khó quan sát được bằng mắt thường gây ra bởi tia cực tím có trong luồng ánh sáng. Chẳng hạn: trong trường hợp các lớp phủ mái có cấu trúc màng, chính vì tác động của tia cực tím, các liên kết hóa học bên trong polyme sẽ bị phá vỡ, từ đó chất siêu hóa dẻo bay hơi và vật liệu làm mái sẽ lão hóa nhanh chóng.
+ Ưu điểm đối với môi trường xung quanh
- Giảm nhiệt độ tại chỗ của không khí trong thành phố hoặc làng mạc, từ đó cải thiện chất lượng không khí và ngăn ngừa sự hình thành bụi mù.
Tiếng Anh có một thuật ngữ đặc biệt để chỉ khu vực liên quan tới việc sinh sống hoặc các hoạt động sản xuất của con người có nhiệt độ tăng cao - “urban heat island” hay “đảo nhiệt đô thị” khi trong thành phố, dòng chảy quen thuộc của các khối khí bị đảo lộn, vòng đời của các loài động thực vật cũng bị phá vỡ. Một số đặc tính của lớp phủ đặc biệt như các loại sơn trắng chống bám bụi sẽ giúp mái nhà duy trì trị số SRI ở mức cao, qua đó giảm thiểu tác hại từ hiệu ứng đảo nhiệt đô thị;
- Giảm mức tải giờ cao điểm trên lưới điện trong những ngày quá nóng, kết quả là trang thiết bị có thể hoạt động lâu hơn;
Giảm lượng phát thải khí nhà kính.
Ước tính, mái “lạnh” với diện tích 93m2 trong vòng 20 năm sẽ ngăn chặn việc phát thải vào không khí 20 tấn khí CO2. Nếu toàn bộ mái nhà tại các nước có khí hậu nóng đều có màu sáng thì các lái xe có lẽ sẽ chẳng cần lo lắng bởi ô tô của mình tham gia làm ô nhiễm không khí, bởi lượng CO2 phát thải có thể giảm tới 24 tỷ tấn - tương đương hoạt động của 300 triệu xe hơi trong vòng 20 năm;
Giảm khối lượng nhiệt tích tụ trong bầu khí quyển, làm chậm quá trình biến đổi khí hậu trên toàn cầu.
Khi ánh nắng chiếu lên mái nhà “lạnh”, nó được phản xạ từ mái nhà và tách xa khỏi bầu khí quyển của Trái đất (bầu khí quyển mà tia nắng hoàn toàn có thể xuyên qua). Khi ánh nắng rọi tới mái nhà bình thường, phần lớn sẽ biến thành tia sáng có bước sóng dài hơn (hay còn gọi là nhiệt). Đối với dạng bức xạ sóng dài, ánh sáng được phản xạ sẽ không thể xuyên qua bầu khí quyển Trái đất, và sẽ bị khối khí CO2 và hơi nước trong khí quyển hấp thu. Khi không thể thoát ra khỏi khí quyển đang được mặt trời chiếu sáng, nhiệt bị “nghẽn” trở thành nguyên nhân của sự biến đổi khí hậu trên Trái đất. Quá trình này diễn ra chậm dãi, song rất chắc chắn.
Có thể tạo nên bất cứ mái nhà “lạnh” nào khi phủ lên đó lớp phủ (sơn) đặc dụng. Thị trưởng New York Michael Bloomberg đã đề xuất chương trình tới năm 2030 sẽ giảm 30% khí thải nhà kính trong thành phố, trong đó có việc trang bị cho các mái nhà lớp phủ acrylic màu trắng. Tuy nhiên, giải pháp có tính công nghệ nhất là trực tiếp chế tạo các vật liệu phản xạ đó trong các nhà máy. Giờ đây, vật liệu để xây mái nhà “lạnh” đã có mặt trên thị trường, trong đó có sự góp mặt của các nhà sản xuất Nga như Tập đoàn Technonikon.
Khi lựa chọn vật liệu làm mái “lạnh”, cần chú ý tới chứng nhận chất lượng của sản phẩm được cấp theo kết quả các thử nghiệm cho phép đánh giá chỉ số SRI và tính toán trước hiệu quả tiết kiệm điện năng khi làm mát cho các căn phòng./.
Sergey Gavrilov
Nguồn: Tạp chí Vật liệu cách nhiệt & Vật liệu làm mái (Nga) số 4/2017
ND: Lệ Minh