Anthony Dominguez, Jan Kleissl, UC San Diego Jeff Luvall  NASA MSFCJeff Luvall, NASA MSFC

Presentation OverviewProject motivationDEMROES project backgroundResearch to dateFuture field studiesConclusion

Project MotivationThe thermal properties of building materials directly effect the conditions inside of buildingsH   f  i       i  d i  d i  i  b ildi  Heat transfer is not a primary design driver in building designRooftop modifications lower heat transfer  which Rooftop modifications lower heat transfer, which lowers energy consumption and costsThe ‘living environmental laboratory’ attitude at The  living environmental laboratory  attitude at UCSD makes it the perfect place to test the success of these modifications.

E iEquationsTR 4εσ

( ) RRRR

TR

ldlusdnet +−−=

=

1 α

εσRnet = net down‐welling radiation

H = Sensible heat flux 

    H  fl  i  b ildi  ( )

( )wcH sp

ldlusdnet

Θ= ''ρ

q  = Heat flux into building 

TTMCcH roofairHp −−≈ )(ρ

( )d

TTkq ceilingroof −=&

dy

Types of Rooftop ModificationsHigh albedo (α) coatingsPhotovoltaic (PV) arrays

DEMROES Project BackgroundDEMROES is a wireless network of real time meteorological stations installed across the UCSD campuscampus

DEMROES station overviewDEMROES‐ station overview**

**

* Ai     d h idi* Ai     d h idi

*

* Air temperature and humidity* wind speed and direction* rain* Solar radiation (mean and variance)

* Air temperature and humidity* wind speed and direction* rain* Solar radiation (mean and variance)CMRR Station Solar radiation (mean and variance)* Solar panel temperature, power output* Roof surface temperaturefuture: particulate matter

Solar radiation (mean and variance)* Solar panel temperature, power output* Roof surface temperaturefuture: particulate matter 7

Albedo = 0.114

DEMROES‐ other sensors

Zytemp TN9 IR SensorFLIR Thermovision A320

Results: Rooftop PropertiesBuilding Albedo Roof ImageCenter for Magnetic Recording Research

(C )

0.114

(CMRR)

Biomedical Sciences Building

0.187Sciences Building

(BMSB)

Powell Structures 0 218Powell Structures Laboratory (PoSL)

0.218

Engineering 0.354g gBuilding Unit 2

(EBU2)

Results: Typical Sunny Day CurvesResults: Typical Sunny Day Curves

60

70

C]

06-Jun-2008

CMRRBMSBEBU2

12

1406-Jun-2008

CMRRBMSBEBU2

20

30

40

50

f Tem

pera

ture

[o C EBU2PoSL

4

6

8

10

ind

Spe

ed [m

/s] EBU2

PoSL

00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:000

10

20

time

Roo

f

00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:000

2

4

time

Wi

60

70

o C]

23-Jul-2008

CMRRBMSBEBU2 8

1023-Jul-2008

CMRRBMSBEBU2

30

40

50

of T

empe

ratu

re [o

PoSL

4

6

Win

d S

peed

[m/s

]

PoSL

00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:0010

20

time

Roo

00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:000

2

time

W

Results: Curve Characteristics

Research to Date – DEMROES data .45

albedo vs. amplitute of surface temperature

06-Jun-200822-Jun-200823 Jul 2008

30

EBU2

ofto

p

23-Jul-200830-Sep-200807-Oct-200811-Oct-200814-Oct-2008

PoSL

.30

albe

do o

f roo

CMRR

.15

BMSB

15 20 25 30 35 40 45 50 55

CMRR

maximum temperature minus temp at 6 am

Research to Date – DEMROES data

.45

Time past solar noon of peak roof temperature

23-Jul-200811-Oct-200814 O 2008

EBU2

oofto

p

14-Oct-2008

PoSL

.30

albe

do o

f ro

CMRR

.15

BMSBPoSL

-20 -10 0 10 20 30 40CMRR

minutes past solar noon

Future Analysis – Thermal camera imagery 

200

015

050

10

50100

150

200

250

300

ConclusionsHigher albedo rooftops have less heat transferred into the buildings and lower energy costs.Th h PV   h  hi h   lb d   h i   i  Though PV arrays have higher albedo, their spacing from the rooftop results in shading that could also lower energy costs  possibly more than high albedo lower energy costs, possibly more than high albedo coatings.Data from field campaigns as well as the continuous p gdata from DEMROES and satellite IR data provided by NASA will better quantify the benefits of rooftop modificationsmodifications.

ReferencesAkbari H, Gartland L, Konopacki S. Measured Energy Savings of Light‐Colored Roofs: Reults from Three California Demonstration Sites  1998California Demonstration Sites. 1998Akbari H, Rainer L. Measured Energy Savings from the Application of Reflective Roofs in 3 AT&T Application of Reflective Roofs in 3 AT&T Regeneration Buildings. Stull, RB. An Introduction to Boundary Layer y yMeteorology. Kluwer Academic Publishers. 1988