Grønne tages hydrauliske egenskaber - Et diskussionsoplæg

Transkript

1 Grønne tages hydrauliske egenskaber - Et diskussionsoplæg Af Michael R Rasmussen, Hanne Kjær Jørgensen, Per Bjerager, Lotte Fjendbo Møller, Ole Mark og Marina Bergen Jensen 1

2 Michael R. Rasmussen Institut for Byggeri og Anlæg, Aalborg Universitet Hanne Kjær Jørgensen Rørcentret, Teknologisk Institut Per Bjerager Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning, Københavns Universitet Lotte Fjendbo Møller Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning, Københavns Universitet Ole Mark DHI Marina Bergen Jensen Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning, Københavns Universitet 2 Forside-illustration: California Academy of Sciences.

3 1. INDLEDNING Når det regner på et grønt tag opstår et anderledes afstrømningsmønster sammenlignet med et almindeligt, ikke vegetationsdækket tag. Grønne tage kan mindske afstrømnings-mængde og -hastighed. Derfor lettes presset på kloaksystemer og/eller nedsivningselementer (regnbede, faskiner) i bydele hvor grønne tage er udbredt. Hvor stor en volumenreduktion (tilbageholdelse) og forsinkelse, der er tale om, og dermed hvor stor en hjælp de grønne tage reelt er for regnvandshåndteringen, afhænger af tagenes egenskaber. Der er behov for at etablere en fælles defi nition af meteorologiske, hydrologiske og hydrauliske begreber for at kunne foretage målinger, der kan sammenlignes. Hvis der ikke etableres en fælles reference for hvilke parametre, der er nødvendige at måle, bliver det vanskeligere at etablere et større nationalt og internationalt erfaringsgrundlag, der kan bruges til at videreudvikle de grønne tage. Det er nødvendigt at begreberne forstås i forhold til deres anvendelse. Der er således forskel på om man vil studere den interne dynamik i de grønne tage eller man vil studere effekten på det efterfølgende afl øbssystem. Begge områder er vigtige og relevante, men det er ikke nødvendigvis de samme parametre som skal måles. For en kommune kan det for eksempel være tilstrækkelig at vide afstrømningskoeffi cienten fra et bestemt grønt tag, mens det for en producent vil være interessant at optimere de materialer man bruger i det grønne tags opbygning. Det væsentligste input til det grønne tags funktion er vejrforholdene. Selvom vejret kan måles minut for minut kan det ofte kun beskrives statistisk. Dette forhold føres også videre i design af afl øbssystemer, hvor gentagelsesperioder, varigheder, middelintensiteter og regndybder er centrale designparametre. Det er derfor naturligt at videreføre den statistiske tankegang til grønne tage. Før man begynder at karakterisere grønne tage er det vigtig at gøre sig målet for undersøgelsen klart. Der er meget forskel på undersøgelsens mål og hvilke parametre der er interessante. Man kan principielt opgøre undersøgelsen efter anvendelse: Udvikling af nye typer af grønne tage Her fokuseres på design af medier, materialer og planter for at designe det perfekte grønne tag med en given funktionalitet. Placering og klimaforhold kan være afgørende for hvilke hydrologiske egenskaber taget skal have for at fungere optimalt. Projektering af et grønt tag til et eksisterende hus Formålet er her at vælge den konstruktion der passer til det hus man vil lægge grønt tag på. Konstruktionsmæssige forhold i tagkonstruktionen, æstetiske forhold og vedligeholdelse kan spille en rolle. Påvirkning og/eller Design af efterfølgende afløbssystem, LAR eller renseanlæg Her vil man fokusere på 2 væsentlige ting: Evnen til at reducere peak fl ow i afl øbssystemet og evnen til at reducere magasineringsbehovet. Synsvinklen er ikke det grønne tag i sig selv, men hvordan det påvirker det efterfølgende nye eller eksisterende afl øbstekniske anlæg. I det følgende beskrives først de centrale hydrauliske egenskaber ved tagene, og derefter de parametre, der kan bruges i forbindelse med dimensionering af det øvrige regnvandshåndteringssystem. 3

4 2. GRUNDLÆGGENDE HYDRAULISKE KARAKTERISTIKA VED GRØNNE TAGE Der er identifi ceret 3 centrale parametre, som beskriver det grønne tags påvirkning af det efterfølgende afl øbssystem: Magasinkapacitet, permeabilitet og udtørringssevne. Disse tre parametre er udvalgt, fordi de beskriver det grønne tags evne til at magasinere regn, bortledningshastigheden, og evnen til at regenerere magasinerings kapacitet. Valget af parametre viser også, at de grønne tage betragtes udefra. Mange andre parametre kunne tænkes at være interessante i forhold til at beskrive fysikken i taget. Disse er specielt relevante, hvis man ønsker at lave matematiske modeller af det grønne tag. Ligeledes kan de tre hovedparametre underopdeles i fl ere subgrupper, F.eks: permabiliteten kan afhænge af vandmætningsgraden, materialernes egenskaber og hvorvidt strømningen er vertikal eller horisontal. Det er ikke formålet med dette notat at gennemgå alle disse forskellige afl edte egenskaber, men at karakterisere hovedprocesserne. 2.1 MAGASINERINGSKAPACITET Et grønt tags evne til at magasinere vand er bestemt af de enkelte materialers, dvs. drænlagets, substratets, og evt. ekstra magasiners samlede vandholdende evne. Hvor meget vand taget tilbageholder ved en tilfældig regnmængde afhænger af hvor meget vand der er i taget i forvejen. Man kan, som vist i Figur 1, skelne mellem vandindholdet ved fuld mætning, ved markkapacitet og ved visnegrænsen. Begreberne stammer fra jordbrugs- og landskabsfysik (agro-hydrologi) og er oprindeligt udviklet til at beskrive vandtilbageholdelse fra et planteperspektiv. Der opereres med 3 betegnelser af vandindhold: Fuld mætning er den maksimale mængde af vand i taget på det tidspunkt hvor yderligere nedbør begynder det at strømme af overfl adisk hen over vegetationen. Alternativt samles vandet i vandpytter på overfl aden. I den situation er alle porer vandfyldte. Markkapacitet er mængden af vand i taget efter fri afdræning, det vil sige når det er holdt op med at dryppe fra taget. I praksis indtræffer dette tidspunkt efter ca. 2 timer for ekstensive grønne tage og efter ca. et døgn for intensive grønne tage. Visnegrænsen er mængden af vand i taget efter fuld udtørring, det vil sige efter at al vandet i de små porer er fordampet, enten direkte fra substratet til atmosfæren (evaporation) eller transpireret gennem planterne (transpiration). Tagets vandindhold ved visnegrænsen er meget lille. Det består kun af evt. krystallinsk vand (vand der indgår direkte i substratets mineraler) eller vand gemt dybt inde i de enkelte substratkorn, samt naturligvis vandindholdet i den endnu netop levende vegetation. 4

5 V vandmættet V markkapacitet V visnegrænse 1. Vandindholdet i et grønt tag kan opdeles i indholdet ved visnegrænsen, ved markkapacitet og ved fuld mætning. Til højre ses principfi gurer for den tilhørende fordeling af luft og vand i det grønne tag. Ved fuld mætning er alle hulrum fyldt med vand. Ved markkapacitet er de største porer drænet af, og det vand taget nu indeholder, kan kun forsvinde ved fordampning. Ved visnegrænsen er taget udtørret, fordi al vand er fordampet og vegetationen er enten død eller har stoppet transpirationen (en slags dvale, typisk for sedum og andre sukkulenter). afstrømning (mm/min) Regn, (afstrømning fra referencetag) Afstrømning fra grønt tag, der er fuld afdrænet men ikke udtørret, dvs ved markkapacitet. Samme volumen(areal under grafen) som Regn, men forsinket, mindre top og længere hale. Afstrømning fra grønt tag, der er udtørret, dvs. ved visnegrænsen. Afstrømningen starter senere, og det samlede volumen (areal under grafen) er mindre. tid(s) 2. Illustration af hvordan en regn (sort kurve) fører til forskellige afstrømningsforløb afhængigt af om taget kun er afdrænet, altså ved markkapacitet (blå kurve), eller helt udtørret, altså ved visnegrænsen (grøn kurve), når regnen kommer. Er taget ved markkapacitet strømmer al vandet af (arealet under sort og blå kurve ens), men langsommere (senere peak og længere hale). Er taget decideret udtørret sker der både en volumenreduktion, dvs. en andel af vandet strømmer slet ikke af (arealet under grøn kurve mindre end arealet under sort kurve), og peaket kommer endnu senere. Hvis der er tale om en regn, der er mindre end vandindholdet fra visnegrænse til markkapacitet (mellemboks i Figur 1) sker der overhovedet ingen afstrømning. 5

6 Vandindholdet ved visnegrænsen (nederste boks i Figur 1) er så hårdt bundet, at det ikke har nogen betydning for hverken planter eller afstrømning. Vandindholdet fra visnegrænse til markkapacitet (mellemste boks i Figur 1) er interessant, fordi der her kan være et varigt magasin, og dermed en egentlig volumenreduktion. Størrelsen afhænger af tagets udtørringsgrad. Hvis taget har nået at tørre helt eller delvist ud siden sidste regn, vil regnvolumenet op til markkapacitet blive permanent tilbageholdt. Hvor hyppigt vandindholdet er under markkapacitet afhænger af vejrforholdene og tagets udtørringsevne, og må udtrykkes som statistisk sandsynlighed, se mere herom nedenfor. Vandindholdet fra markkapacitet til fuld mætning (øverste boks i Figur 1) er interessant fordi det kan give en forsinkelse af afstrømningen. Dette volumen, der som nævnt består af grove porer i substratet og omkring vegetationen, virker bremsende på vandet, og svarer til at ruheden i strømningsmediet øges. I Figur 2 er det vist hvordan den samme regn resulterer i to forskellige afstrømningsforløb afhængig af tagets vandindhold på tidspunktet for regnen. Hvis man skal forstå, hvordan det grønne tag midlertidigt opmagasinerer vand, kan det bedst sammenlignes med et regnvandsbassin. Så længe tilstrømningen er større end afstrømningen, vil der opstå en magasinering i det grønne tag. Afstrømningen er bestemt af en lang række parametre, så som: hældning på taget, tagets opbygning og substartsammensætning, tagets initiale vandindhold og permabilitet. Tager man f.eks. udgangspunkt i en kasseregn vil der ske opmagasinering, så længe at regnintensiteten (mm/min) overskrider afstrømningshastigheden (mm/ min). Magasineringskapaciteten (mm) fås som arealet (integralet) af forskellen mellem de to kurver, så længe at regnintensiteten er større end afstrømningshastigheden. Modellering af denne type afstrømning beskrives ofte med en reservoirkonstant, der beskriver, hvor hurtigt bassinet tømmes. Da det kun er den del af det opmagasinerede volumen, der ligger over markkapacitet, der kan strømme af, er det kun denne del af magasineringen, der giver forsinkede vandafgivelser. Der er også erfaringer for, at afstrømningen kan være ledsaget af en forsinkelse, således af at dræningen ikke sker momentant. Dette må tilskrives den horisontale afstrømning over et stort areal. 6

7 2.2 PERMEABILITET (GENNEMSIVELIGHED) Det grønne tags permeabilitet udtrykker hvor let det er for vandet at sive igennem taget, og er dermed et udtryk for den modstand, som taget yder mod vandstrømning. Permeabiliteten afhænger af porestørrelse, og af porernes snørklethed (turtuositet) og forbundethed. Jo større porerne er, jo mere gennemgående de store porer er, og jo mere direkte de fører i gennem taget, desto større er permeabiliteten. Permeabiliteten bliver mindre, hvis store porer er forbundet med mindre porer, og hvis porerne har en snørklet geometri og vandet derfor skal løbe en lang vej før det når drænlaget. Hvis vandindholdet i taget er under markkapacitet når regnen kommer, vil der ikke strømme vand igennem taget, før vandindholdet overstiger markkapacitet, og vandet begynder at strømme i de grove porer, der ikke kan holde på vandet. Permeabiliteten vil da vokse, indtil alle grovporer er vandførende. Man kan derfor kun bestemme en konstant værdi for permeabiliteten ved fuld vandmætning. Denne værdi kaldes mættet hydraulisk ledningsevne, Ksat, og bestemmes ved at optage sammenhørende værdier af strømningshastigheden, q (m/s) og gradient, i (m/m), idet q = i * K sat (Darcy s lov) Ksat er en karakteristisk størrelse for det grønne tag. Enheden er m/s. Hvis Ksat er 0,003 m/s, svarer det til, at det fuldt vandmættede tag kan følge med til regnintensiteter på op til 3 mm/s, og altså transportere vandet gennem taget med samme hastighed som det strømmer ind. Ved større intensiteter vil det ekstra vand afstrømme overfl adisk. Det er vigtigt at notere sig, at tagets vandindhold styrer den aktuelle permeabilitet, da permeabiliteten falder drastisk ved umættet tilstand. Hvis det grønne tag er opbygget af fl ere lag, vil laget med den laveste permeabilitet bestemme tagets samlede permeabilitet. Vand vil akkumulere oven på det bremsende lag indtil fuld mætning og vil da afstrømme overfl adisk. Det er dog yderst sjældent, at et grønt tag oplever overfl adeafstrømning, hvis der er et vandledende lag i bunden af tagopbygningen. Det kan være en særlig plastmåtte, der tillader afstrømning på det underliggende tags overfl ade. Permeabiliteten spiller imidlertid ofte en større rolle, hvis det grønne tag ikke er drænet i bunden. I stedet for at have en vertikal strømning gennem taget til det nederste lag, hvor vandet strømmer af på overfalden af det nederste lag, så kan strømning nu også foregå horisontalt gennem alle lag afhængigt af vandindhold. Forestiller man sig, at det nederste lag er af fi lt, vil den horisontale afstrømning i dette lag være begrænset, sammenlignet med de øvre drænende lag. I dette tilfælde skal modstanden opfattes som parallelt koblet i stedet for serielt, som beskrevet ovenfor. 7

8 2.3 UDTØRRINGSEVNE Et grønt tags evne til tørre ud har betydning for dets hydrauliske egenskaber. Jo hurtigere et grønt tag tørrer ud efter en nedbør, desto større er dets aktuelle magasinkapacitet. Udtørringshastigheden afhænger naturligvis af vejrforholdene (varme og vind øger hastigheden), men også af valget af vegetation og af substratets karakter. Jo større mængde levende vegetation på taget, desto større er transpirationen. Derudover er der forskelle i fordampningspotentiale mellem arter; nogle arter fordamper meget, andre mindre. Der er også forskel på, hvor gode forskellige arter er til at økonomisere med vandet, og dermed til at overleve tørkeperioder. Her er græsser f.eks. dårlige, idet de bliver ved med at vokse maksimalt indtil døden, mens sedum og andre sukkulenter, dels vokser meget langsomt, dels lukker for spalteåbninger og dermed transpirationen når vandpotentialet i jorden falder under visse grænser. I vinterperioden sker der kun lille transpiration, som det er tilfældet for stedsegrønne arter i frostfrie perioder, eller slet ingen, hvilket er gældende for alle løvfældende og nedvisnende arter. Enkelte store porer eller sprækker i et ellers tæt og småkornet substrat kan sandsynligvis øge udtørringshastigheden markant, fordi disse makrostrukturer fungerer som udtørringskanaler som vanddampen kan forsvinde gennem. Den maksimale fordampning betegnes ofte som den potentielle fordampning og kan kun måles under ideelle forhold. Aktuel fordampning betegner den fordampning der er mulig under givne meteorologiske, jordfysiske og beplantningsmæssige forhold. Fordampningen fra et grønt tag ved visnegrænsen er således tæt på 0, mens den er maksimal tæt på mættet kapacitet. De meteorologiske parametre, der bestemmer fordampningen, er: solindstråling, vindhastighed, vandindhold, luftfugtighed. Disse parametre kan derfor med fordel måles, når udtørringsevne bestemmes eksperimentelt. Udtørringsevne (mm/dag) bør bestemmes eksperimentelt ved en given opbygning. Hermed får man et indtryk af, hvor hurtigt et grønt tag når markkapacitet, således at det kan magasinere vand igen. Forholdet mellem magasineringskapacitet og udtørringsevne giver således den tid, det tager at regenerere den permanente magasinering 100%. 8

9 3. PARAMETRE RELEVANTE FOR NEDSTRØMS KLOAK- ELLER LAR-SYSTEM 3.1 PEAK FLOW REDUKTIONSKOEFFICIENT, PRK Peak Flow Reduktionskoeffi cienten (PRK) siger noget om, hvor meget et grønt tag kan sænke toppunktet for en given regnhændelses afl øbskurve. PRK giver altså et tal for, hvor meget afl øbsmængden reduceres på det tidspunkt, hvor regnhændelsen er mest intens. Men det siger ikke noget om, hvor meget mængden, der løber fra taget, reduceres. Der er ofte tale om målinger, der er foretaget i udløbet fra det grønne tag. For meget store tage kan det for det lokale afl øbssystem være af betydning, hvor stor denne reduktion er i forhold til den nødvendige rørkapacitet. Selvom peak fl ow reduktionen kan være betragtelig, se fi gur 3, skal man ofte ikke ret langt ned i systemet, før denne reduktion er udlignet. Peak fl ow reduktionskoeffi cienten kan i nogle situationer interagere med magasineringen. Hvis taget er meget tørt og der er en stor magasineringskapacitet, vil kurven tilsyneladende forskydes til højre og peaket reduceres. Dette skyldes, at den første del af hændelsen optages i den permanente magasinering, og at den resterende del skal strømme gennem taget før det ender i afl øbet. Tallet har derfor måske begrænset direkte anvendelse, men giver alligevel et indtryk af den kombinerede magasinering og afstrømning. PEAK-FLOW REDUKTIONS KOEFFICIENTEN, PRK Q (mm/min) Peak Flow Q ref 3 Reference tag Grønt tag Peak Flow Q grønt 2 t (min) Eks. Peak-flow reduktions koefficient, PRK = PF Grønt tag PF Ref. tag 2 3 = 0,67 i = regnhændelse (mm/min) Regn 3. Peak fl ow reduktion fra et grønt tag sammenlignet med et almindeligt tag. 9

10 3.2 FORSINKELSE - MASSEMIDTPUNKTSFOR- SKYDNING Ved kraftige regnhændelser, hvor kloaksystemet udsættes for pres, er vi interesserede i at vide, hvor meget det grønne tag kan tilbageholde, men også hvor længe taget kan forsinke det vand, der løber videre i afl øbssystemet. Det er massemidtpunktsforskydningen et mål for (og peak fl ow reduktionskoeffi cienten er et andet). Massemidtpunktsforskydningen er den tidsforskel der er på det tidspunkt, hvor halvdelen af den mængde vand, der løber af fra et givent grønt tag, er væk, set i forhold til det samme tidspunkt for et referencetag. Mængden af regnvand, der løber af, vil ikke være den samme for de to tage den skal gerne være mindre for det grønne tag. Som ved PRK er der tale om en parameter, der er koblet til forholdene i magasineringen og permeabiliteten. Det er derfor uvidst, om denne parameter bidrager med væsentlig information. Det er imidlertid klart, at forskydningen også betyder en forsinkelse i afstrømningen i forhold til almindelige tage. Det er ligeledes vurderingen, at forsinkelsen kun har mindre betydning, når man kommer længere ned i afl øbssystemet. FORSINKELSE - MASSEMIDTPUNKTSFORSKYDNING, eksempel 100 % 100 L Reference tag 80 L Grønt tag 50 % Massemidtpunktsforskydning 8 min 10 min 2 min Massemidtpunktforskydelse.

11 3.3 AFSTRØMNINGSKOEFFICIENT Afstrømningskoeffi cienten, C giver et tal for, hvor meget vand, der er afstrømmet fra det grønne tag, når en given regnhændelse ophører. Afstrømningskoeffi cienten er den parameter, der kommer tættest på den ingeniørmæssige tradition inden for dimensionering af afl øbssystemer. Metoden er parallel med bestemmelse af afl øbskoeffi cienten, hvor afstrømning relateres direkte til overfl adens egen-skaber. Det er dog værd at bemærke, at afstrømningskoeffi cienten bestemmes i det øjeblik, hvor regnen hører op og ikke når afstrømningen hører op. Derfor er der principielt forskel på de to koeffi cienter. Afstrømningskoeffi cienten er derfor i familie med peak fl ow reduktionskoeffi cienten, hvor fokus er på kapacitet i det efterfølgende rørsystem. Afstrømningskoeffi cienten (F eller ) angiver, hvor stor en andel af regnen, der forventes af afstrømme fra det grønne tag. En afstrømningskoeffi cient på 1 svarer til, at al regnen forlader taget, mens en afstrømningskoeffi cient på 0 betyder, at al vand forbliver på taget. 1 minus afstrømningskoeffi cienten angiver dermed, hvor meget vand, der forsvinder på anden vis (magasinering i de forskellige lag i taget og fordampning). Bemærk at afstrømningskoeffi cienten afhænger af hvilken regn, der betragtes. For små regnhændelser vil den være 0 og for meget store regnhændelser vil den være tæt på 1. Afstrømningskoeffi cienten bør derfor defi neres ud fra en bestemt størrelse regn fx dimensionsgivende regn for området (fx 5 eller 10 års regnen). AFSTRØMNINGSKOEFFICIENT, C Afstrømning, Q (mm/min) t = regnens ophør t (min) (mm/min) Regn i = regnhændelse C = t= regnens ophør Q grønt tag t= 0 t= regnens ophør Q regn t= 0 Q = akkumuleret mængde 5. Bestemmelse af afstrømningskoeffi cient. 11

12 Afstrømningskoeffi cienten er tidligere fastlagt for forskellig beplantning: BEPLANTNING TYKKELSE AF VÆK- STLAG (MM) Mos og stenurt ,60 Mos, stenurt og andre mindre planter ,50 Græs og mindre planter ,40 Græsplæne og større planter / mindre træer > 500 0,10 AFLØBS- KOEFFI- CIENT 3.4 TILBAGEHOLDELSE Beregningen af den tilbageholdne mængde nedbør (i det følgende betegnet tilbageholdelsen ) udføres både for enkelte hændelser og på årsbasis. Tilbageholdelsen viser, hvor meget vand, som de grønne tage tilbageholder totalt. Denne parameter er direkte relateret til magasineringen før regnhændelsen begynder. Hvis det således lige har regnet, kan tilbageholdelsen være 0. Hvis der har været lang tids tørke, kan tilbageholdelsen være forskellen mellem markkapacitet og visnegrænse. Dette vil dog være den maksimale tilbageholdelse. Tabel 1: Eksempler på afl øbskoeffi cienter fra et grønt tag. Kilde: Københavns Kommune juni VOLUMETRISK REDUKTION Afstrømning, Q (mm/min) Reference tag Grønt tag t (min) (mm/min) Regn i = regnhændelse C = t= dryp ophør Q grønt tag t= 0 t= regnens ophør Q regn t= 0 C = t= dryp ophør Q grønt tag t= 0 t= regnens ophør Q ref. tag t= 0 12 Årlig tilbageholdelse - akkumuleret afstrømning C = t= 365 Q grønt tag t= 1 t= regnens ophør Q nedbør t= 1 6. Bestemmelse af volumenreduktion.

13 En tilbageholdelse, der ofte ses i litteraturen, er den årlige tilbageholdelse. Denne størrelse har ofte ikke direkte afl øbsteknisk betydning, da afstrømning og magasinering har en tidsskala på timer og dage. Det er derfor ikke relevant fra en afl øbsteknisk synsvinkel, hvor meget vand der på årsbasis afstrømmer fra et grønt tag. Den eneste men dog vigtige undtagelse er i forbindelse med fællessystemer, hvor spildevand og regnvand blandes. Her er den årlige afstrømning direkte relateret til, hvor meget vand renseanlægget skal behandle. Det kan være af stor betydning for renseanlæggets effektivitet og energiforbrug. Ligeledes kan grønne elementer i byer være påvirket af, hvor meget vand der skiftes ud på årsbasis, hvis den primære vandkilde er overfl adeafstrømning. Det er veldokumenteret i fx Portland, USA, og i Malmö, Sverige, at det grønne tag set over et år - reducerer vandmængden til afl øbssystemet, da en del af vandet anvendes af planterne og en stor del fordamper, se fx fi gur 7. Af fi guren ses det, at den årlige tilbageholdelse fra taget i Portland har været minimum 41% og gennemsnitlig 53% (over 6 år). Year Annual 41% 54% 62% 63% 47% 51% Retention Rainfall (in) Årlig tilbageholdelse af nedbør på taget Hamilton Apartments Ecoroof i Portland, USA. Kilde: Portland Rapport. 13

14 3.5 PARAMETRE TIL AT BESKRIVE GRØNNE TAGE EN STATISTISK TILGANG De ovenstående beskrivelser af parametre er kendetegnet ved, at de skal bestemmes eksperimentelt. På grund af variabiliteten mellem ens tage og på grund af forskellige eksperimentelle omstændigheder på de steder, hvor taget er opstillet, kan det være svært at beskrive én bestemt leverandørs tag med kun én værdi. Blot små variationer mellem klimatiske forhold kan ændre forsøgsresultaterne markant. Det er derfor nødvendigt at betragte disse parametre som statistiske størrelser med en given fordeling, middelværdig og spredning. Er parameteren normalfordelt, er det som regel nemt at karakterisere variationen. Er der en anden fordeling, kan disse med fordel transformeres til en normalfordeling, før den statistiske karakterisering foretages. Som eksempel vises der en teoretisk kurve for Peak Flow Reduktionskoeffi cienten, PRK, i fi gur 8. Normalfordelingen giver os en middelværdi for PRK. Et lille tal dvs. et tal der nærmer sig 0 - betyder stor reduktion, og omvendt betyder et stort tal dvs. et tal der nærmer sig 1 en lille reduktion. Tynde tage/ekstensive tage vil ligge i den høje ende. Tykke tage/intensive tage vil ligge i den lave ende og nærme sig 0. Her kunne man rent praktisk vælge en værdi tæt på middelværdien, hvis man overslagsmæssigt ville vurdere effekten. Alternativt kunne man vælge en værdi som middelværdien + x*spredning, hvis man ønskede en højere sikkerhedsfaktor i sit design. Da denne fordeling indeholder både variationer i materiale, opstilling og klimaforhold, vil fremgangsmåden kunne bruges i generel designsituation. Det ændrer dog ikke på det forhold, at sådanne fordelinger stort set ikke er etableret for noget grønt tag. Det leder to tilgange til at opnå et dimensioneringsgrundlag: 1. Gennemfør standardiserede tests i laboratorier (f.eks. klimakamre), hvor udsnit af grønne tage systematisk undersøges under forskellige regnintensiteter, hældninger, klima og udtørringsperioder. Her kan f.eks. anvendes fysiske simuleringer af kasseregn, hvor taget tørres ud mellem forsøgene. 2. Monitér prototype/fuldskala-tage, hvor alle de nødvendige installationsmæssige og klimatiske parametre registreres, således at de ønskede parametre kan uddrages af en længere moniteringsperiode. Den første metode kan måske anvendes til deklaration af grønne tage (producenternes oplysninger til køber), mens den anden kan bruges til at etablere erfaringsværdier for praktisk anvendelse af grønne tage. Hver især giver de ikke det fulde billede, men tilsammen kan man karakterisere tagets funktionalitet. Det skal bemærkes at små opstillinger eller laboratorietests ikke i sig selv kan bruges til at beregne dynamikken i afstrømningen fra et stort tag, da disse tests ikke umiddelbart lader sig skalere op. Materialernes individuelle egenskaber kan undersøges med retentionsforsøg i laboratoriet for at karakterisere fuld mætning, markkapacitet og visnegrænse. FORDELING for peak flow reduktions koefficienten antal observationer PR-Koefficient 0 μ - middelværdi 1 alt tilbageholdes intet tilbageholdes Hypotetisk eksempel på PRK fordeling.

15 3.6 FORSLAG TIL KARAKTERISERING AF FULDSKALAFORSØG Der kan ikke gives 100% retvisende instruktioner om, hvad der er nødvendigt, når en pilotskala eller fuldskalaopstilling af grønne tage. Men det er muligt at beskrive parametre, man med fordel kan måle for at få et dækkende datagrundlag til at karakterisere omstændighederne omkring opstillingen Opstillingens fysiske orientering og opbygning Den vigtigste registrering er tagets opbygning og materialer. Som minimum bør producent angives sammen med lagstruktur og tykkelser. Plantesammensætningen kan med fordel også registreres og fotodokumenteres. Tagets albedo er således påvirkelig af farve og sammensætning af planter. Det er vigtigt at registrere, hvor forsøget er gennemført og i hvilken periode forsøget har kørt. Det skyldes, at man gerne vil kunne relatere forsøget til områdets klimanormal. Er årsnedbøren større og fordampningen også stor, kan det være vigtig baggrundsinformation for fortolkning af data. Det er kendt, at både nedbør og fordampning varierer signifi kant fra vest mod øst i Danmark. Det er også af betydning, hvilken hældning og orientering taget har i forhold til solen. Et sydvendt tag vil naturligvis have andre fordampningsforhold end et nordvendt tag Nedbør og klimaforhold Det er af største betydning, at nedbøren måles så tæt på taget som muligt. Registreringen kan foretages på mange måder, men det foreslås, at man som minimum opstiller én vippekars-regnmåler med eventdatalogger, så regnmålerens vip registreres tidsmæssigt. En 0,1 0,2 mm opløsning samt måling hvert minut vil være tilstrækkeligt. Klimaforholdene kan måles med en klimastation, der måler temperatur, luftfugtighed, vindhastighed og retning samt solindstråling. Hvis dette ikke muligt, kan man med fordel undersøge, hvor langt der er til nærmeste DMI klimastation. Data kan bruges til at estimere den potentielle fordampning og dermed vurdere tages udtørring relativt i forhold til potentialet Afstrømning Måling af afstrømning kan gøres på mange forskellige måder afhængigt af plads og udstyr. Generelt kan man sige, at man skal kunne måle afstrømningen med samme nøjagtighed, som man måler nedbøren. Da de forskellige parametre (omtalt i dette notat) ofte opstår ved sammenligning af nedbør og afstrømning, skal målenøjagtigheden være sammenlignelig. Et forslag til opløsning kunne være 0,01 mm/min. Hvis man opsamler afstrømningen i en beholder og forholdet mellem beholderoverfl adeareal og tagareal er 1:20 vil 0.01 mm afstrømning give anledning til 0,2 mm stigning i beholderens vandstand hvert minut. Vandstandsmålingen skal være nøjagtig nok til at registrere denne ændring uden større variationer. Hvis man bruger elektromagnetiske fl owmålere eller overløbskanter, må man sikre sig, at det mindst detekterbare fl ow ikke er for stort i forhold til at kunne lave massebalance for taget. Man kan med stor fordel etablere en referencemåling fra et tag uden grønt tag for således at skille effekten af afstrømning langs en tagoverfl ade fra effekten af det grønne tag. Har man ikke mulighed for at opstille regn-måler, kan den målte afstrømning fra referencetaget bruges til at lave massebalance på nedbør. 15

16 3.7 SAMMENFATNING (WORK IN PROGRESS) De hydrauliske defi nitioner sammenfattes i nedenstående tabel 2. NAVN DEF HVORDAN? EKSEMPEL HVORFOR ANDET? Peak fl ow reduction Nedbør Max int (mm/s) Afstrømning Max int (mm/s) Vigtig for rørdimensionering. Jo mere peakfl ow red, desto mindre rør skal man bruge til at føre rørene videre Afl øbskoeffi cient ved dimensionsgivende regn Akk nedbør v regnens ophør Akk afstrømning v regnens ophør Bemærk at afl øbskoeffi cienten er blevet variabel for et grønt tag, da afl øbskoeffi cienten afhænger af vandmætningen af det grønne tag! Det defi neres derfor, at afl øbskoeffi cienten for det grønne tag fastlægges udfra dim givende regn. Volumetrisk reduktion Samme som afl øbs-koeffi cienten, men afdræningen er afl æst ved afdræningens ophør Forsinkelse Massemidtpunktsforskydning i tid Tid for 50% af nedbøren tid fra 50% af afstrømningen Koncentrationstid bliver ændret Forsinkelse Tid for peak fl ow?? Har det betydning? Årlig tilbageholdelse (Årsnedbør akkumuleret afstrømning)/årsnedbør Ingen betydning for dimensionering af nedstrøms håndteringssystem Påvirker vandbalancen, og gør det lettere at indføre LAR i områder med tendens til grundvand i terræn 16

17 17