Roofs 2015-06-28 Duurzame daktechnologieën in koude klimaten (premium)
Onderzoek
Duurzame daktechnieken, zoals witte dakbedekking, groendaken en zonne-energie, worden steeds vaker toegepast vanwege hun milieutechnische voordelen. Praktijkonderzoek van deze ontwikkelingen vindt dikwijls plaats in warme gebieden, waardoor niet alle milieutechnische aspecten in beeld worden gebracht. In een onderzoek van de Universiteit van Calgary wordt de milieuprestatie gedurende de gehele levensduur van witte dakbedekkingen, begroeide daken en PV-panelen in het koude klimaat van Canada geëvalueerd.
Daken in stedelijke gebieden hebben vanwege hun oppervlaktes de potentie om de milieuprestatie van een gebouw te vergroten. De mogelijkheden worden vaak nog onderschat. Er zijn verschillende technologieën beschikbaar, maar het is complex om te bepalen welk systeem ecologisch en economisch de beste keuze is.
Ontwerpen of upgraden van daken met duurzame technologieën, zoals begroeide daken, witte daken, PV-panelen, hebben gunstige economische en/of milieutechnische effecten op het gebied van energie, luchtkwaliteit, waterhuishouding, etc. Doorgaans worden deze technologieën op slechts enkele aspecten beoordeeld. Eerdere LCA studies concentreren zich op de prestaties van de afzonderlijke technologieën. Een vergelijking tussen de verschillende technologieën heeft nog niet op systematische wijze plaatsgevonden. Daar komt bij dat veel groendaken en witte daken worden beoordeeld in warme klimaten en niet of nauwelijks in de koudere, zoals bijvoorbeeld de Nederlandse. Daarmee is de impact van deze technologieën onvoldoende in kaart gebracht.
De studie is uitgevoerd op het dak van een groot kantoorgebouw, uitgaande van een 50-jarige levensduur van het gebouw, in drie geselecteerde gebieden: Vancouver, Calgary en Toronto. Omdat het bestaande daken betreft, is de fabricage, transport en applicatie van de onderliggende dakconstructie niet bij het onderzoek betrokken. Voor de vergelijking tussen de verschillende technologieën is gebruik gemaakt van gebouwprestatie simulatiesoftware.
Uitgangspunten
Bij de LCA-studie van de milieueffecten van de diverse systemen van productie tot de ‘end of use’ (productie, transport, installatie, gebruik), wordt uitgegaan van een 50-jarige levensduur, dit ook om een goede vergelijking met andere studies ten kunnen maken. Het afval is geen onderdeel van het onderzoek omdat de afvalverwerkingsmethoden voor de verschillende technologieën niet gestandaardiseerd zijn en er onvoldoende data hierover beschikbaar zijn. Toekomstig onderzoek moet dit in kaart brengen.
Witte dakbedekkingen
Witte daken hebben een hoge zonreflectie en een hoge thermische afgifte. Dakmaterialen met een hoge zonreflectie verminderen de hoeveelheid hitte die door het materiaal wordt geabsorbeerd, wat resulteert in lagere oppervlaktetemperaturen ten opzichte van materialen met een lage zonreflectie. Thermische overdracht is onafhankelijk van kleur.
De potentiële voordelen van witte daken zijn: (1) vermindering van het energieverbruik voor koeling van het gebouw; (2) langere levensduur van de dakbedekking als gevolg van de kleinere temperatuursfluctuaties; (3) reductie van de lokale luchttemperatuur en urban-heat-island effect (verbetering luchtkwaliteit en vermindering smogvorming); en (4) reductie van de piek van de energievraag van het gebouw. Daar staat tegenover dat de lagere absorptie van zonlicht de vraag naar verwarming van het gebouw kan doen stijgen, zeker in koudere klimaten. Dit wordt de ‘heating penalty’ genoemd.
Het onderzochte witte dak is als een witte coating op het bestaande zwarte dak aangebracht. Er is gekozen voor toepassing van een coating omdat dit de meest kostenefficiënte methode is. De onderzoekers gaan ervan uit dat voor een 50-jarige levensduur het dak de coating elke 10 jaar opnieuw moet worden aangebracht. Het effect op de onderliggende constructie is buiten beschouwing gelaten vanwege het ontbreken van informatie over de levensduur van de onderliggende dakbedekking.
Groendaken
Een groendak, ook wel begroeid dak, ecodak of vegetatiedak genoemd, is opgebouwd uit verschillende lagen (waterdichte laag, drainagelaag, wortelwerende laag, substraatlaag, begroeiing). De potentiële voordelen van groendaken zijn o.a. de esthetische uitstraling, het creëren van natuurlijk gebied, verbetering luchtkwaliteit, reductie van het urban heat island-effect, waterbuffering, geluidsisolatie, verlenging van de levensduur van de dakbedekking en energiebesparing. Planten absorberen sommige metalen en vergeleken met zwarte daken reflecteren groendaken meer zonlicht.
Gekozen is voor toepassing van een extensief groendak, omdat dit het meest eenvoudig is aan te brengen. De levensduur wordt vastgesteld op 50 jaar (dit is een levensduur die gebruikelijk wordt gehanteerd). Het bestudeerde extensieve groendak bestaat uit een LDPE drainagelaag, een LDPE wortelwerende laag, 150 mm substraat en vegetatie. De vegetatie en de samenstelling van het substraat verschilden iets per locatie. Het transport van de materialen wordt door de onderzoekers als verwaarloosbaar gezien.
PV
PV-panelen op daken wekken duurzame energie op en reduceren daarmee de elektriciteitsvraag van het net. De PV-panelen zorgen er ook voor dat de dakbedekking in de schaduw ligt, wat in de zomer verkoeling betekent, maar in de winter zorgt voor meer verwarming. Levenscyclusanalyse (LCA) toont aan dat de terugverdientijd van PV korter is dan de levensduur, zelfs in de minst gunstige omstandigheden.
De opstelling is op het zuiden georiënteerd met een hoek van 50°. De rijen zijn op een afstand van 2,5 m van elkaar opgesteld om schaduwwerking te voorkomen. In totaal zijn 345 PV-panelen (15 rijen x 25 panelen) opgesteld in een gebied met een oppervlakte van 433 m². De panelen zijn afkomstig uit China, ze werden per schip naar Vancouver vervoerd en van daar uit naar Calgary en Toronto. De veronderstelde levensduur van de PV-panelen is 25 jaar, ze worden dus gedurende levensduur van het gebouw eenmaal vervangen.
Onderzoek
Het effect van de diverse daken op het energieverbruik
van de gebouwen is gemonitord met behulp van de tool EnergyPlus 8.1. De milieu-impact van de verschillende technologieën is gemonitord op het gebied van fabricage, transport en installatie. Verder was de mate van energieopwekking en –besparing onderwerp van onderzoek, alsook het effect van het dak op de luchtkwaliteit en de waterbuffering. De onderzoekers hebben de resultaten inzichtelijk gemaakt in tabellen die de ‘impactreductie’ van het dak laten zien. Dat houdt in dat positieve en negatieve resultaten van de daktoepassing (ten opzichte van een standaard zwart dak) in één grafiek zijn verwerkt. In het algemeen lieten de daken in Calgary, Vancouver en Toronto dezelfde waarden zien.
Op deze manier willen de onderzoekers inzicht bieden in de milieuprestatie van witte dakbedekkingen, extensieve groendaken en zonne-energie (PV) op daken, gedurende gehele levensduur van de daken, in koudere klimaten. Over het geheel genomen blijkt dat zonne-energie in al deze categorieën het best presteert.
De onderzoekers concluderen dat de toepassing van zonnepanelen het meest duurzaam is, met name vanwege de prestaties op het gebied van vermeden CO2-uitstoot en energiebesparing. Ook een groendak geeft CO2-reductie, maar niet in vergelijkbare omvang. Dakbegroeiing reduceert als enige optie het energiegebruik voor zowel opwarming als koeling van het gebouw. In een koeler klimaat vervalt het voordeel van een wit gecoat dak op de onderzochte factoren en is de milieu-impact, vanwege de ‘heat penalty’ en het elke tien jaar vernieuwen van de coatinglaag, zelfs negatief.
De onderzoekers geven aan dat begroeide daken veel meer positieve effecten op de omgeving hebben dan in het onderzoek zijn meegenomen. Los van esthetische waarde, zeker ten opzichte van bijvoorbeeld zonnepanelen, zijn er ook andere positieve milieueffecten te noemen (zoals geluidsreductie, biodiversiteit en waterberging). Daarnaast worden in de studie alleen extensieve groene daken onderzocht. De onderzoekers geven aan dat intensieve varianten (daktuinen) naar verwachting veel gunstigere milieueffecten geven.
Eerder onderzoek uit Zwitserland toonde overigens al aan dat groene daken en zonnepanelen elkaar zeker niet in de weg hoeven te zitten – integendeel. Wanneer ze gecombineerd worden heeft de vegetatie een koelend effect op de panelen, wat de stroomopbrengst verhoogt.