Temperatuurmetingen en berekeningen aan een zwart-, een wit en een groendak van het winkelcentrum Alexandrium te Rotterdam.

Transcriptie

1 Temperatuurmetingen en berekeningen aan een zwart-, een wit en een groendak van het winkelcentrum Alexandrium te Rotterdam. Gerrit Hulstein, ir., Bouwfysica, Peutz Postbus ZH Mook T: E: W: 15 juni 2017 Intro Peutz Peutz bv is een onafhankelijk bureau van raadgevend ingenieurs op vele vakgebieden. Peutz is opgericht in Nederland in Laboratoria Peutz beschikt over verschillende laboratoria Het advieswerk wordt ondersteund door evaluaties gebaseerd op berekeningen en/of metingen. 1

2 Inhoud - Opdracht en vraagstelling - Situatie op locatie - InfraRood-onderzoek - Opbouw van de 3 daken en meetposities - Hoe metingen verricht en meetperiode - Resultaten metingen - Resultaten van de vergelijking van metingen versus berekeningen - Uitgangspunten berekeningen met BFEP-rekenmodel - Resultaten berekeningen met BFEP-rekenmodel - Conclusies aan de hand van de resultaten van de berekeningen - Antwoord op een aantal vooraf geformuleerde vragen. Opdracht en vraagstelling: - Opdracht: - Gemeente Rotterdam - Vraagstelling: - Vaststellen van het thermische gedrag van een 3-tal daken - Beantwoorden van aantal vooraf geformuleerde vragen. 2

3 Situatie op locatie: Situatie op locatie: 3

4 InfraRood-onderzoek: Opbouw daken: 4

5 Opbouw daken en meetposities: Metingen en meetperiode: - Totaal 42 kanalen - Gemeten met thermo-koppels en HuxeFluxen - Sample-frequentie: 1x/minuut - Wegschrijven/opslag: gemiddelde 1x/10 min. - Tbu lokaal gemeten (op 3 hoogtes) - Data t.a.v. Qzon, Vwind van Zestienhoven - Meetperiode: 21 april 2015 t/m 7 juni Rapportage meetresultaten van select aantal periodes: - 1 periode voorjaar periodes zomer periode najaar periodes winter periode voorjaar

6 Beschouwde perioden bij uitwerking/presentatie: - voorjaar Zomer Zomer 2015: 25 juni t/m 6 juli - Najaar Winter Winter Voorjaar 2016 Zomer 2015/metingen: 6

7 Zomer 2015/metingen: Zomer 2015/metingen: 7

8 Zomer 2015/metingen: Winter 2016/vergelijking metingen versus berekeningen: 8

9 Winter 2016/vergelijking metingen versus berekeningen: Winter 2016/vergelijking metingen versus berekeningen: 9

10 Uitgangspunten berekeningen met BFEP-modellen: - Buitenklimaat: klimaatdata 1964/DeBilt - Tbi: - winterperiode: 18 C ± 2 C - Voor-/najaar: 20 C ± 2 C - zomerperiode: 22 C ± 2 C. Materiaal: λ-waarde: [W/mK] ρ-waarde: [ kg/m 3 ] c-waarde: [J/kg.K] Alfa zon [-] bitumen 0, zwart: 0,9 wit: 0,2 PIR-isolatie 0, staal systeemplafond 0, EPS-isolatie 0, gasbeton 0, substraat 0, ,35 Varianten berekeningen met BFEP-modellen: - 6-tal varianten: 1. zwart dak /geprofileerd staaldak; R c -waarde van dak 1,8 m 2 K/W; 2. wit dak /geprofileerd staaldak; R c -waarde van dak 1,8 m 2 K/W; 3. groen dak /geprofileerd staaldak; R c -waarde van dak 1,8 m 2 K/W; 4. groen dak /gasbeton dak; R c -waarde van dak 1,8 m 2 K/W; 5. groen dak /geprofileerd staaldak; R c -waarde van dak 6,0 m 2 K/W; 6. groen dak /gasbeton dak; R c -waarde van dak 6,0 m 2 K/W. 10

11 Voorjaar 1964/berekeningen met BFEP-model: Voorjaar 1964/berekeningen met BFEP-model: 11

12 Voorjaar 1964/berekeningen met BFEP-model: Winter 1964/berekeningen met BFEP-model: 12

13 Conclusies aan hand van resultaten berekeningen: - Transmissieverlies [m3gas/m2 dak.jaar]: 1. zwart dak /geprofileerd staaldak; R c 1,8 m 2 K/W: 2,4 m3gas/m2.jaar 2. wit dak /geprofileerd staaldak; R c 1,8 m 2 K/W: 4,0 m3gas/m2.jaar 3. groen dak /geprofileerd staaldak; R c 1,8 m 2 K/W: 3,6 m3gas/m2.jaar 4. groen dak /gasbeton dak; R c 1,8 m 2 K/W: 3,5 m3gas/m2.jaar 5. groen dak /geprofileerd staaldak; R c 6,0 m 2 K/W: 1,3 m3gas/m2.jaar 6. groen dak /gasbeton dak; R c 6,0 m 2 K/W: 1,3 m3gas/m2.jaar. Conclusies aan hand van resultaten berekeningen: Warmtestroomdichtheid a/d onderzijde van het dak: Daken met R c = 1,8 m 2 K/W (varianten 1 t/m 4): - de binnenkomende hoeveelheid energie is bij het zwarte dak overdag, bij zoninstraling, aanmerkelijk hoger dan in geval van de 3 andere daken; - de binnenkomende en uittredende hoeveelheid energie is het meest gelijkmatig bij het groene relatief zware dak (met gasbeton drager, variant 4). Daken met R c = 6,0 m 2 K/W (varianten 5 en 6): - de twee daken met R c -waarde 6,0 m 2 K/W presteren onderling globaal gelijk, zowel 's zomers als 's winters; - de binnenkomende hoeveelheid energie aan de onderzijde van het dak vertoont bij het dak met de zwaardere drager (gasbeton drager) een lichte vertraging ten opzichte van het lichtere dak (staalplaat drager). Daken met R c = 1,8 m 2 K/W (varianten 1 t/m 4) versus daken met R c = 6,0 m 2 K/W (varianten 5 en 6) : - in de winterperiode is de uittredende hoeveelheid energie in geval van de twee daken met R c -waarde 6,0 m 2 K/W aanmerkelijk lager dan in geval van de 4 daken met R c - waarde 1,8 m 2 K/W. 13

14 Antwoord op vooraf geformuleerde vragen: Vraag 1: Kan het thermische gedrag van een dak met een lichte opbouw, voorzien van een vegetatiedak, stationair worden beschreven (t.b.v. het voorspellen van het binnenklimaat)? Antwoord 1: Nee, naast dat de warmtestromen aan de onderzijde van het dak niet de neiging hebben om na verloop van tijd constant te worden, treedt er een vertraging op van ca. 5 uur (warmtestroom aan onderzijde dak versus piek zonbelasting). Vraag 2: Welke effecten hebben de witte- en vegetatiedaken op het rendement van de koelunits (Alexandrium)? Antwoord 2: Deze effecten hebben wij niet kunnen vaststellen. Daarvoor waren de daken (veel) te klein, was het onderzoek te beperkt en waren de randcondities niet geschikt. Antwoord op vooraf geformuleerde vragen: Vraag 3: Hoe groot zijn de effecten van het witte dak en het vegetatiedak op de warmtestromen door het dak, vergeleken met die door het zwarte dak? Antwoord 3: In de zomermaanden komt er via het witte- en vegetatiedak minder warmte naar binnen via de onderzijde van het dak (minder koeling nodig). In de wintermaanden komt er via het witte- en vegetatiedak tevens minder warmte naar binnen via de onderzijde van het dak (het zwarte dak heeft meer absorptie van zonnewarmte tot gevolg, derhalve minder verwarming nodig). Derhalve leiden het witte- en vegetatiedak in de wintermaanden tot een hoger energieverbruik voor verwarmen. Bezien over het gehele jaar is het energieverbruik voor verwarmen het gunstigst bij toepassen van het zwarte dak (transmissieverlies globaal 2,4 m 3 gas/m 2 dakopp. versus 3,5 a 4,0 m 3 gas/m 2 dakopp. voor het witte- en vegetatiedak). 14

15 Antwoord op vooraf geformuleerde vragen: Vraag 4: Welke warmtegeleidingscoëfficiënt en soortelijke warmte kunnen worden gebruikt bij het beschrijven van de warmtestromen? Antwoord 4: Zie tabel 1 in de onderhavige rapportage. Vraag 5: Is het toepassen van een vegetatiedak op een gebouw met een retailfunctie bedrijfseconomisch aantrekkelijk? Antwoord 5: Nee, gunstiger is een dak met een veel hogere R c - waarde toe te passen, bijvoorbeeld R c = 6,0 m 2 K/W. Voor wat betreft de beantwoording van deze vraag ten aanzien van de overige aspecten: Klépierre. Antwoord op vooraf geformuleerde vragen: Vraag 6: Hoe is de optimale samenstelling van een dak van een gebouw met een retailfunctie? Antwoord 6: De optimale samenstelling is niet direct aan te geven. Wij opteren voor een dak met een hoge R c -waarde, bijvoorbeeld R c = 6,0 à 10 m 2 K/W. Dit leidt in principe tot een stabiel binnenklimaat. Bij een hoge R c -waarde is de uitvoering van het dak aan de bovenzijde nauwelijks meer van belang. 15