Afstudeeronderzoek energieopwekking en waterberging

Hoge klimaatadaptieve en -mitigerende eisen aan gebouwen zorgen voor een uitdagende puzzel voor projectontwikkelaars. Daarom moet de beschikbare ruimte aan de buitenschil van een gebouw goed onder de loep worden gelegd en alle kansen zo goed mogelijk benut worden. Vanaf november 2020 heeft Dexter Beumken onderzoek gedaan naar de rol die de buitenschil van een gebouw kan vervullen in deze beleidsmatige ontwikkelingen. Het onderzoek startte met een inventarisatie van de beleidsmatige trends en ontwikkelingen, gevolgd door een onderzoek naar populaire manieren van lokale waterberging en energieopwekking en werd afgesloten met het verwerken van deze kennis in een tool die vroegtijdig de waterbergings- en energieopwekkingspotentie kan berekenen.

Beleidsmatige trends

In het onderzoek naar de beleidsmatige trends en ontwikkelingen kan over lokale waterberging en energieopwekking het volgende gezegd worden:

• De landelijke trend van waterberging op eigen kavel ontwikkelt zich naar een gemiddelde van 60 mm/m2 verhard oppervlak. Dit beleid is al een vereiste voor nieuwbouw in Amsterdam en Eindhoven. Rotterdam en Den Haag zitten hier zoals omschreven met 50 mm/m2 iets onder.
• Met de BENG-norm stijgt de relevantie van PV-integratie op een gebouw. Alhoewel er verschillende manieren zijn om aan een 40% aandeel hernieuwbare energie te komen zijn PV-panelen het meest efficiënt.

Waterberging en energieopwekking aan de buitenschil van een gebouw

Allereerst is ondervonden dat de buitengevel geen ruimte biedt voor enige betekenisvolle waterberging. Hiervoor is de helling te stijl en bergen de schaarse water bufferende voorzieningen, zoals een groene gevel, geen significante hoeveelheden water. Ook voor PV-panelen en andere energieopwekkende voorzieningen is de gevel een minder interessante optie dan het dak. De combinatie van een scherpe invalshoek op de zon en hoge installatiekosten maakt het financieel onaantrekkelijk om PV-panelen in de gevel te integreren. Andere energieopwekkende opties op de gevel blijven vooralsnog uit.

Hiermee is het dak de ideale bestemming voor energieopwekking en waterberging. In dit onderzoek zijn 5 voorzieningen onderzocht in relatie tot deze thema’s. Deze voorzieningen zijn geselecteerd op basis van relevantie in de huidige hoogbouw ontwikkeling en wegens de significante bijdrage aan waterbergende ambities. Deze voorzieningen zijn:

1. Intensief groendak (Daktuin)

Het intensief groendak (ofwel daktuin) biedt ruimte voor zowel sociale doeleinde als waterberging. De relatief dikke substraatlaag biedt ruimte voor een waterbuffer tot wel 70mm/m2. Hiernaast is het intensief groendak goed in ruimte te combineren met de extra waterbergende draagkracht van een polderdak.

2. Extensief groendak (Sedum dak)

Een extensief groendak is een relatief dunne daklaag bestaande uit sedum vetplantjes. Deze vetplantjes hebben weinig water en onderhoud nodig en zijn daarmee ideaal voor de invulling van een dak. De substraatlaag biedt een waterbergend vermogen van 20mm/m2 en hiernaast is het in ruimte goed te combineren met PV-panelen (mits zuid georiënteerd) en/of een polderdak.

3. Polderdak

Het polderdak is de ideale oplossing voor het voldoen aan waterbergingseisen in de binnenstad. Een polderdak bestaat uit een groep retentiekratten (85 of 150 millimeter dikte) die te installeren zijn op het dak. Middels een smart-flow control systeem kan het water dynamisch worden afgevoerd. Het waterbergend vermogen van een polderdak is, afhankelijk van de dikte van de retentiekratten, 80-140mm/m2. Hiernaast zijn deze retentiekratten stevig en kunnen hier andere voorzieningen op geplaatst worden

4. Open waterdak

Het open waterdak is het best te omschrijven als een open bak met water op het dak, bedoeld voor optisch comfort. Voorzien van een waterdichte daklaag staat er, voor optimale werking, permanent water op het dak. Bij regenval bieden deze daken soms mogelijkheid voor het tijdelijk opvangen van water. Vanwege de constructionele gevolgen is het waterbergend vermogen vaak beperkt tot 15mm/m2.

5. PV-panelen

PV-panelen zijn veelal bekende installaties die met weinig ruimtebenodigdheden erg efficiënt zijn in het opwekken van energie. Voor de lokale elektriciteitsvoorziening heeft het weinig concurrentie op de markt. In dit onderzoek wordt onderscheid gemaakt tussen twee PV-opstellingen: zuid en oost-west. Een oost-west opstelling neemt het minst ruimte in beslag wegens de korte herhalingsafstand van de panelen en is ideaal voor het maximaal benutten van het dak voor zonne-energie. Een zuid-opstelling wordt toegepast als beoogd wordt het hoogst mogelijke rendement uit de panelen te behalen, of als de ruimte gedeeld moet worden met extensief groen.

Resultaten:

Reflecterende op de onderzochte voorzieningen, kan gesteld worden dat van een ruimteconflict water/PV en water/groen geen sprake is. Het enige spanningsveld ontstaat tussen groen en PV door de concurrentiestrijd om de zon. Waar de PV en groenvoorzieningen beide afhankelijk zijn van voldoende zonne-uren, is water dat niet. Dit maakt het, met retentiekratten, heel goed mogelijk om deze voorziening direct onder PV, groen of andere voorzieningen te plaatsen. Een open waterdak daarentegen biedt deze mogelijkheid niet.

Het enige spanningsveld ontstaat tussen groen en PV door de concurrentiestrijd om de zon.

De combinatie tussen PV en groen is wel mogelijk wanneer de PV-panelen in zuidelijke richting georiënteerd zijn met een minimale herhalingsafstand van 50 cm tussen de panelen. Ook is het hier van belang dat de PV-panelen iets verhoogd staan waardoor er wind onder de PV-panelen kan waaien. Dit is belangrijk voor het overleven van de plantjes. Door tussen de PV-panelen voldoende afstand te houden (minimaal 50 cm), krijgen de plantjes onder de panelen in vele gevallen genoeg zonne-uren om te bloeien.

In het geval van waterberging en/of groen is het wel van belang rekening te houden met constructionele gevolgen voor het gebouw. De extra gewichtsballast kan snel oplopen tot 150 kg/m2.

Rekenmodel (tool)

De resultaten van dit onderzoek zijn verwerkt in een praktisch bruikbare tool die de Merosch-medewerker ondersteunt in het vroegtijdig toetsen van de energie- en waterbergingsambities op het dak. Hoe deze tool werkt en hoe deze tot stand is gekomen, is te lezen in het volledige onderzoeksrapport (zie downloads).

Vragen?

Dexter Beumken is inmiddels afgestudeerd, maar voor vragen over het artikel of de tool kunt u een mail sturen naar info@merosch.nl