State of the art for grønne tage IP07 - Kan grønne tage tage vand? Hydrauliske egenskaber for grønne tage

Transkript

1 State of the art for grønne tage IP07 - Kan grønne tage tage vand? Hydrauliske egenskaber for grønne tage Herunder er samlet en række korte artikler, der udarbejdet i regi af IP07. Artiklerne introducerer emnet grønne tage og beskriver og vurderer de grønne tages miljømæssige effekter på en række områder. Artiklerne er publiceret gennem Videntjenesten på Københavns Universitet. Se evt. mere på Indhold: VB1: Grønne tage historik og potentiale VB2: Grønne tage typologi og opbygning VB3: Grønne tage og regnvandshåndtering del 1 VB4: Grønne tage og regnvandshåndtering del 2 VB5: Grønne tages luftrensende egenskaber VB6: Grønne tages betydning for mikroklima og varmeø-effekt VB7: Grønne tages termiske egenskaber

2 Grønne tage historik og potentiale Grønne tage vinder i disse a r stærkt frem ba de globalt og i Danmark. Det moderne grønne tag har sine rødder i Tyskland, som stadig er det førende land pa omra det. Fra at være eksperimenterende og alternativt er de grønne tage blevet mainstream. I dag har mere end 14 % af alle flade tage i Tyskland grønt tag. Villakvarter med grønne tage, Wohldorf-Ohlstedt, Hamborg. Copyright. Eftertryk ikke tilladt FOTO: LOTTE FJENDBO MØLLER Grønne tage er en generel betegnelse for beplantning pa tage og dæk. Ved dæk forsta s underjordiske bygninger, hvor taget er i niveau med det omgivende landskab som f.eks. en parkeringskælder. Her gives en kort introduktion til de grønne tages historie og potentiale. I Videnblad kan du læse mere om de forskellige typer af grønne tage samt fa en kort gennemgang af den klassiske opbygning af grønne tage. Fra hængende haver til modernistiske taghaver Planter pa tage og dæk er ikke noget nyt fænomen de fandtes helt tilbage i oldtiden og blev i forskellige kulturkredse anlagt til tidens absolutte elite. De sagnomspundne hængende haver i Babylon er et eksempel pa dette. I Skandinavien var tage beklædt med græstørv almindeligt udbredt i den folkelige arkitektur op til industrialiseringen. Græstørv var et let tilgængeligt og billigt materiale, der havde gode isolerende og brandhæmmende egenskaber. I den modernistiske arkitektur i starten af 1900-tallet fik taghaver, især i større amerikanske og europæiske byer, en vis udbredelse, da det nye bygningsmateriale, beton, gjorde flade, stærke tage mulige. Flere af tidens toneangivende arkitekter som Le Corbusier og Frank Lloyd Wright indtænkte taghaver og tagterrasser i deres bygninger. Men taghaverne var tunge og dyre at anlægge og blev derfor ikke særligt udbredte.

3 Fra alternativt til mainstream Det moderne grønne tag har sine rødder i Tyskland, som stadig er det førende land pa omra det. Interessen for grønne tage genopstod i 60 erne og 70 erne og voksede ud af en miljø- og økologibevægelse, som kæmpede for at fa mere natur ind i byerne. Gennem forskning og praktisk erfaring blev der udviklet nye metoder og produkter til ha ndtering af de tekniske udfordringer, der er forbundet med etablering af plante- vækst pa tage. Fra at være eksperimenterende og alternativt blev det mainstream. I dag har mere end 14 % af alle flade tage i Tyskland grønt tag, hvilket svarer til over 86 mio. m 2. I Stuttgart er andelen helt oppe pa 25 % og over 2 mio. m 2 tage er grønne. Dertil kommer grønne tage anlagt pa ikke flade tage. Fra Tyskland har ide en og teknologien spredt sig til resten af den industrialiserede verden. Dyrkningshave pa toppen af en lagerbygning. Eagle Street Rooftop Farm, Brooklyn. Copyright. Eftertryk ikke tilladt FOTO: LOTTE FJENDBO MØLLER Øget dansk interesse I Danmark er interessen for grønne tage steget støt gennem de sidste 10 a r. Øget opmærksomhed pa lokal afledning af regnvand (LAR) og bæredygtig byudvikling generelt har sat fokus pa de grønne tages potentiale. Boligmessen Bo01 i Malmø i 2001 var med til at generere opmærksomhed pa feltet og fungerer stadig i dag som en 1:1 eksempelsamling for LAR elementer, heriblandt grønne tage. I Københavns Kommune stilles der i dag krav om grønne tage i nye lokalplaner, og kommunen har en forventning om at dette resulterer i etablering af m 2 nye grønne tage over de kommende a r. Multifunktionelt potentiale Grønne tage tilskrives en række positive egenskaber, der lidt forenklet kan placeres i tre overlappende kategorier. Miljømæssige, økonomiske og sociale egenskaber. Det er væsentligt at understrege at disse egenskaber er stærkt afhængige af specifikke forhold omkring design og kontekst, sa som opbygning (tykkelse, materialevalg, mv.), lokalt klima, byggeskik mv.

4 For byer verden over er det en udfordring at tilpasse sig klimaforandringer og andre miljømæssige problematikker og samtidig skabe gode livsmiljøer for det stigende antal folk, der vælger at leve i byen. Grøn infrastruktur, heriblandt de grønne tage, har et potentiale i forhold til dette. Lotte Fjendbo Møller og Marina Bergen Jensen Kilder Planting Green Roofs and Living Walls, Nigel Dunnett and Noe l Kingsbury, Green Roofing Guideline. Guidelines for the Planning, Construction and Mainte- nance of Green Roofing, FLL.

5 Grønne tage typologi og opbygning Grønne tage inddeles ofte i kategorierne intensive, semi-intensive og ekstensive grønne tage. Intensive tage har de tykkeste vækstlag og kan understøtte et bredt spektrum at planter. Ekstensive tage har de tyndeste vækstlag og kun ha rdføre og tørketolerante planter kan vokse her, og de semi-intensive ligger et sted derimellem. Betegnelsen grønne tage dækker over en bred vifte af konstruktioner med forskellige egenskaber og udseende. En ofte anvendt typologisering stammer fra Tyskland (fra Green Roofing Guideline, FLL) og inddeler med udgangspunkt i plejeniveau og opbygning i intensive, semi-intensive og ekstensive grønne tage. Her gives en kort introduktion til de forskellige typer af grønne tage samt en gennemgang af den klassiske opbygning af grønne tage. I Videnbladet»Grønne tage historik og potentiale«kan du læse mere om de grønne tages historie og samtidig fa et bud pa, hvorfor de grønne tage spiller en rolle i byens grønne infrastruktur. Forskellige løsninger forskellige egenskaber Intensive grønne tage har relativt set de tykkeste vækstlag. De er tunge, men kan til gengæld understøtte et bredt spektrum at planter ogsa buske og træer. De kaldes ogsa tag-haver og kræver typisk regelmæssig vanding og pleje, ligesom en have eller park. Ekstensive grønne tage har et tyndt vækstlag, helt ned til fa cm og tilfører derfor mindre ekstra vægt end det intensive. Som tommelfinger- regel siger man at vægtbelastningen er sammenlignelig med vægten fra et tegltag. Det tynde vækstlag medfører, at kun ha rdføre og

6 tørketolerante planter kan vokse her typisk sedumarter og græsser. Disse tage kræver næsten ingen pasning og vanding. Der anlægges flest af denne type grønne tage i Danmark. Mellem disse yderpunkter, og med glidende overgange, finder man en række mellemformer, som kaldes semi-intensive tage. Vækstlaget er medium tykt og beplantningsvalget begrænset i forhold til de intensive tage. Basis vedligeholdelse og vanding vil være nødvendigt, men graden afhænger af det specifikke design. Biodiverse tage eller øko-tage er termer man bruger om grønne tage, der anlægges med et særligt fokus pa at skabe habitater for planter eller dyr. De kan enten være beplantede fra starten med særlige vækster eller blot være forsynet med vækstmedier, sa der gives plads til at spontan vegetation kan indfinde sig. Vækstlagets tykkelse vil typisk svare til de semi-intensives, og for at øge den økologiske variation kan vækstlagets tykkelse varieres hen over taget. For at beskytte dyre- og plante- liv vil der ofte være begrænset adgang til taget. Brown Roofs betegner en type biodiverse tage, der stræber efter at genskabe habitater fra byens byggetomter, de sa kaldte Brown Fields. Disse besta r af materialer fra byggetomter og er ikke beplantede ved anlæggelsen. Et system i flere lag Etableringen af grønne tage handler som ved enhver anden beplant-ningssituation om at skabe en balance mellem planter, jord og klima. I modsætning til beplantning pa jordskorpen skal der tages en række hensyn til den underliggende konstruktion. Tagplantningens samlede vægt skal afstemmes med konstruktionens bæreevne (tektoniske egenskaber). Vand og rodvækst ma ikke kunne trænge igennem og beskadige bygningen. Derfor er grønne tage almindeligvis opbygget som et flerlaget system, der er optimeret i forhold til plante- vækst, vandbalance, vægtreduktion og beskyttelse af tagkonstruktion m.m. Hvert lag har en bestemt funktion og bestemte egenskaber. Øverst er vegetationslaget. Derunder følger laget med vækstsubstrat, som kan forekomme i varierende tykkelser og sammensætning. Man bruger ikke almindelig havejord, da det er for

7 tungt og næringsrigt. I stedet bruger man specialsammensatte substrater, der har særlige egenskaber i forhold til vægt, forankring af planter, næringsstoffer, luft, vandoptag og dræning. Derunder kommer filterlaget, eksempelvis en fiberdug, som skal forhindre fine partikler fra vækstsubstratet i at blive ført ned i drænlaget, hvor det risikerer at nedsætte permeabiliteten. Sa følger drænlaget, typisk i form af drænplader, ma tter eller net, hvor overskydende vand fra vækstmediet føres væk og videre til afløb fra taget. Drænlaget kan ogsa, afhængigt af konstruktionen, fungere som et vandreservoir samt give ekstra plads til rodvækst og ekstra beskyttelse mod rodgennemtrængning til den underliggende struktur. Herefter følger et eller flere sa kaldte beskyttelseslag, der har til forma l at beskytte mod vand og rodgennemtrængning bl.a. under anlæggelsen af det grønne tag. Lotte Fjendbo Møller og Marina B. Jensen Kilder Green Roofing Guideline. Guidelines for the Planning, Construction and Mainte- nance of Green Roofing, FLL. Planting Green Roofs and Living Walls, Nigel Dunnett and Noe l Kingsbury, 2008.

8 Grønne tage og regnvands-ha ndtering del 1 Grønne tage kan reducere og forsinke regnafstrømningen, hvilket er relevant i forhold til bæredygtig byudvikling og klimatilpasning. Hvor stor en effekt de grønne tage har pa regnafstrømningen afhænger af tagenes opbygning, lokale klimatiske forhold samt graden af udbredelse. Na r det regner pa et grønt tag, opsta r der et anderledes afstrømningsmønster sammenlignet med et almindeligt, ikke vegetationsdækket tag. Regnen løber igennem det grønne tags konstruktion og forsinkes af den modstand, opbygningen yder. En del af regnen tilbageholdes (magasineres) i konstruktionen og forsvinder herfra ved fordampning nærmere betegnet gennem transpiration fra planter og evaporation fra substratoverfladen og regnvandet bliver herved igen en del af det naturlige vandkredsløb (se figur 1). Pa denne ma de kan grønne tage reducere og forsinke regnafstrømningen og dermed mindske belastningen af efterfølgende nedstrømsafvandings- systemer. Figur 1. Principper for vandets bevægelse og tilbageholdelse i et grønt tag. Copyright. Eftertryk ikke tilladt ILLUSTRATION: LOTTE FJENDBO MØLLER LAR, renseanlæg og klimatilpasning Evnen til at reducere og formindske regnafstrømningen har værdi i forskellige bymæssige sammenhænge. Generelt kan der fremhæves tre situationer (se figur 2): 1. Lettere afkobling med LAR-anlæg Med grønne tage bliver det lettere at foretage afkobling af en matrikel eller et større byomra de fra kloaksystemet, fordi de efterfølgende nedstrøms LAR-elementer, sa som regnbede, infiltrationsplæner og faskiner kan dimensioneres mindre. Desuden er problemer med opblødning af jorden og højtsta ende grundvand mindre, fordi den samlede vand- mængde fra

9 tagene reduceres mar- kant (ca. 50 % pa a rsbasis for et ekstensivt tag), og anlæggene derfor hurtigere tørrer op. 2. Mindre belastning af renseanlæg I omra der med fælleskloakering sendes regnafstrømningen gennem renseanlæggene, hvilket er uhensigtsmæssigt. En betydelig del af den a rsnedbør, der falder pa et grønt tag, fordamper (som nævnt ca. 50 % for et ekstensivt tag), og mængden af regnvand, der sendes til renseanlæggene, mindskes der- ved betragteligt. Dette betyder at kemikalie- og energiforbruget ved renseanlæggene reduceres, hvilket er en stor miljømæssig og økonomisk fordel. 3. Bedre ha ndtering af øget nedbør Hvis grønne tage vinder udbredelse kan det eksisterende kloaknet bedre følge med til fremtidens (forventede) øgede nedbørsmængder. Dermed kan kommunernes servicekrav ma ske overholdes uden en udvidelse af det eksisterende kloaknet. (Servicekravet angiver hvor ofte kommunerne accepterer oversvømmelser). Betydningen af grønne tage ved større regnhændelser som 5- og 10-a rs regn, som kloakkerne typisk er dimensioneret efter, afhænger af forhold som udbredelsesgrad, tagtype og placering i afstrømningsoplandet. I forhold til de meget sjældne og helt ekstreme hændelser som 50- og 100-a rs hændelser spiller de grønne tage en ubetydelig rolle. Copyright. Eftertryk ikke tilladt ILLUSTRATION: LOTTE FJENDBO MØLLER

10 Konstruktion bestemmer maksimal tilbageholdelse Hvor stor en reduktion og forsinkelse der er tale om for det enkelte tag afhænger af tagets konstruktion i kombination med de lokale klima- forhold. Grønne tage er, som beskrevet i videnblad 4.9-3, typisk opbygget af et flerlaget system besta ende af vegetationslag, vækstlag og drænlag. Lagenes beskaffenhed er bestemmende for omfanget af tilbageholdelse og forsinkelse og afgør den maksimale tilbageholdelseskapacitet. Vegetationslagets volumen og karakter betyder noget for, hvor meget vand der fanges og tilbageholdes pa bladoverfladerne (interception) og for fordampningsraten. Vækstlagets tykkelse samt vandholdende egenskaber og permeabilitet har betydning for tilbageholdelse og forsinkelse, men ogsa for hvor hurtigt taget udtørrer, og dermed hvor hurtigt tilbageholdelseskapaciteten regenereres. Drænlagets udformning har ogsa betydning og kan i visse tilfælde tilbageholde betydelige vandmængder, hvis der enten er indbygget magasin, eller drænlaget i sig selv tilbage- holder vand (som fx mineraluld). Derudover har et forhold som tagets hældning en vis betydning. Det er dog først ved hældninger over ca. 15 grader, at tilbageholdelsen reduceres væsentligt. Men selv et tykt tag, med lille hældning, masser af vegetation og stort indbygget magasin har ingen effekt, hvis taget er vandmættet pa det tidspunkt, hvor et kraftigt regnskyl sætter ind. Klima bestemmer reel tilbageholdelse Det lokale klima spiller en afgørende rolle for, hvor udtørret taget er pa det tidspunkt, hvor regnen kommer, og dermed hvor stor en del af tilbageholdelseskapaciteten, der er regenereret siden sidste regn. Længde af forudga ende tørvejrsperiode og størrelse af seneste regn er derfor væsentlige faktorer. Vind, temperatur og luftfugtighed er betydende for fordampningsraten fra planter og substratoverflade, som varierer hen over a ret og som er højest om sommeren. Man kan sige, at de klimamæssige forhold be- stemmer den reelle tilbageholdelses- kapacitet. Kvantificering af effekten Kvantificering af tilbageholdelse og forsinkelse for et konkret grønt tag afhænger sa ledes ba de af tagets opbygning og af lokale vejrforhold. Den maksimale tilbageholdelse kan relativt enkelt bestemmes eksperimentelt, mens den reelle tilbageholdelse afhænger af vejrforhold og baseres pa flera rige ma linger af forsøgstage. Afstrømningsmodeller kalibreres med forsøgsdata og kan simulere tagets respons for en længerevarende periode vha. af data fra historiske regnserier. Da vejret er en uregelmæssig størrelse, kan man kun bestemme den (statistisk) sand- synlige respons. I Videnbladet»Grønne tage og regnvandsha ndtering del 2«gives et indblik i den viden, vi i dag har om grønne tages egenskaber ved a rsnedbør og ved større enkelthændelser.

11 Lotte Fjendbo Møller og Marina B. Jensen Kilder Grønne tages hydauliske egenskaber Et diskussionsoplæg. Michael R. Rasmussen mfl. Green Roofing Guideline. Guidelines for the Planning, Construction and Maintenance of Green Roofing, FLL.

12 Grønne tage og regnvandsha ndtering del 2 Grønne tages evne til at reducere og forsinke regnafstrømning beskrives typisk pa a rsbasis og ved større enkelthændelser. Pa a rsbasis kan et grønt tag tilbageholde fra 50 % regn vand og opefter. Ved enkelthændelser spiller en række faktorer ind, og det er derfor svært at generalisere. Der findes efterha nden en del international forskning, der forsøger at sætte tal pa grønne tages egenskaber i forhold til regnvandsha ndtering, men der er endnu meget lidt forskning fra en dansk kontekst. Da effekten er stærkt afhængig af specifikke forhold som det konkrete tags opbygning og lokale klimatiske forhold (se Videnblad ), kan man ikke uden videre overføre resultater fra e t geografisk omra de til et andet, eller fra e t tag til et andet. Forskning fra lande med klimaforhold, der minder om det danske, giver en ide om potentialet i vores klimatiske kontekst. Herhjemme har DTU i samarbejde med Københavns Universitet (KU) undersøgt de hydrauliske egenskaber for tre ekstensive grønne forsøgstage i hhv. Odense og København. Ved hjælp af en afstrømningsmodel har man simuleret tilbageholdelse og forsinkelse for en 22-a rig periode (se figur 1). Hovedresultaterne herfra præsenteres i dette Videnblad. Figur 1. De tre forsøgstage er alle ekstensive tage med sedumbeplantning. GR1: 40 mm substrat og 40 mm drænlag (mineraluld). GR2: mm substrat og 30 mm drænlag (skumgummima tte) og GR3: 60 mm høje plastik bakker fyldt med substrat og med drænhuller i ca. 10 mm afstand fra bunden. Resultaterne giver en ide om, hvad disse tynde opbygninger kan præstere i forhold til regnvandsha ndtering pa a rsbasis og ved større enkelthændelser under danske forhold (men flere undersøgelser skal til, før man kan sige noget med sikkerhed). Tilbageholdelse pa a rsbasis Den a rlige tilbageholdelse udtrykker den procentuelle, akkumulerede volumenreduktion af a rsnedbøren. Denne parameter er relevant for renseanlæg, der modtager vand fra fælleskloakerede omra der og for LAR-projekter (se Videnblad ). I forhold til dimensionering af kloaksystemet har den a rlige reduktion ikke nogen stor betydning, da kloaksystemer dimensioneres efter afstrømning ma lt over timer og dage. Den a rlige tilbageholdelse er efterha nden veldokumenteret i den internationale forskning og afhænger i høj grad af vækstlagets dybde. For ekstensive tage er tallet typisk pa % og

13 højere for intensive tage. Tabel 1 viser erfaringstal fra Tyskland. Som tommelfingerregel kan man regne med, at et standard ekstensivt tag gennemsnitligt kan tilbageholde 50 % af den a rlige nedbør under vores klimaforhold. Simuleringerne fra DTU og KU estimerede den a rlige tilbageholdelse for de tre forsøgstage til samlet set % af den totale a rlige nedbør. Tabel 1. Den a rlige tilbageholdelse for grønne tage i relation til vækstlagsdybde. Alle tallene kommer fra lokaliteter i Tysk- land med en a rlig nedbør pa mellem mm (fra The Green Roofing Guideline). I Danmark er den gennemsnitlige a rlige nedbør ifølge DMI pa 712 mm. Tilbageholdelse og forsinkelse ved større enkelt hændelser Regnhændelser varierer som bekendt fra helt sma til voldsomt store. Heldigvis er det sa dan, at jo voldsommere regnen er, desto sjældnere optræder den, eller jo sjældnere»gentager den sig«. Det man typisk vil betegne som større regnhændelser, er regn der kun forekommer i gennemsnit en gang om a ret eller sjældnere. Dem kalder man 1-a rs, 5-a rs, 10-a rs hændelser osv. Disse hændelser er relevante i forhold til dimensionering af afløbs- systemet, hvor det handler om, hvor ofte man vil acceptere oversvømmelser og vand pa terræn (det sa kaldte servicekrav). Effekten af grønne tage skal derfor udtrykkes ved disse dimensionsgivende regnstørrelser. Afstrømningen fra et grønt tag illustreres ofte vha. en afstrømningshydrograf (se figur 2).

14 Figur 2. Konceptuel illustration af forskel- len mellem afstrømning af regn fra et al- mindeligt tag og et vegetationsdækket tag. Øverst ses nedbøren i mm som funk- tion af tiden. Den fuldt optrukne kurve vi- ser afstrømningen fra et almindeligt tag, mens de stiplede kurver viser afstrømnin- gen fra et grønt tag. Den mørke stiplede kurve viser et tilfælde, hvor afstrømningen fra det grønne tag er forsinket (peak delay), den maksimale afstrømningshastig- hed er mindre (peak reduktion), og det samlede volumen, der afstrømmer (volu- men reduktion) angivet ved arealet under kurven, er mindre. De lyse stiplede kurver illustrerer, at afstrømningskurverne for et grønt tag ogsa kan være tættere pa det al- mindelige tags, eller mere forskellig fra det. Responsen afhænger af nedbørens størrelse, tagets opbygning og udtørrings- grad ved regnhændelsen. Volumenreduktion Volumenreduktionen for enkelt- hændelser udtrykker den procentuelle tilbageholdelse af en given regnhændelse og kan variere fra % afhængigt af nedbørens størrelse, tagets opbygning og udtørringsgrad, na r regnen sætter ind. Reduktionen ved større enkelthændelser er væsentlig for dimensioneringen af forsinkelsesvoluminer i det nedstrøms kloak- eller LARsystem. I DTU og KU projektet viste simuleringerne en gennemsnitlig volumenreduktion pa 2-4 % for 5- til 10-a rs regnhændelser. Taget med den største tilbageholdelses evne (GR1) viste 7-8 % tilbageholdelse ved en 5 a rs hændelse og 3-4 % for en 10-a rs hændelse. Peak-reduktion Peak-reduktion udtrykker det grønne tags evne til at reducere afstrøm- ningshastigheden pa det tidspunkt, hvor regnen er mest intens (og hvor afløbssystemet typisk er under pres) sammenlignet med et almindeligt tag. Pa en afstrømingshydrograf illustreres det ved, at toppunktet ligger lavere og er fladere (se fig. 2). Peak-reduktionen er relevant i forhold til dimensionering transport- systemer i det nedstrøms kloak- eller LAR system. Simuleringerne fra DTU og KU viste en gennemsnitlig peak-reduktion for 5-10 a rs regnhændelser pa mellem %. Peak-forsinkelse Peak-forsinkelse udtrykker det grønne tags evne til at forsinke tidspunktet, hvor afstrømningen er mest intens. Pa afstrømningskurven ses, hvordan toppunktet for et grønt tag skydes fremad i tiden i forhold til et konventionelt tag (se fig. 2). Denne evne til at forsinke afstrømningen er

15 relevant i situationer, hvor det modtagende afløbssystem er under pres, og hvor der er risiko for oversvømmelser. Det kan dog diskuteres, hvor vigtig forsinkelsen er i større afløbssystemer, hvor der modtages vand mange steder fra og pa forskellige tidspunkter. Simuleringerne fra DTU og KU viste en gennemsnitlig peak-forsinkelse for 5-10 a rs hændelser pa under 10 min. Et relevant redskab til reduktion af regnafstrømningen? Den a rlige tilbageholdelse er veldokumenteret for forskellige tagtyper. Halveringen af den a rlige afstrømning er en gevinst for rensningsanlæg og gør ha ndtering af resterende mængder afstrømning lettere. Sammenhængen mellem tagkonstruktion, især substrattykkelse og tagenes respons ved dimensionsgivende nedbør, mangler yderligere dokumentation og modellering. Na r grønne tages relevans i forhold til regnvandsha ndtering vurderes, vil det ogsa ofte være væsentligt at medregne andre positive egenskaber, der kan være forbundet grønne tage. Se Videnblad Lotte Fjendbo Møller og Marina B. Jensen Kilder Grønne tages hydrauliske egenskaber. Michael R. Rasmussen mfl. A continuous rainfall-runoff model of green roofs for use in distributed and dynamic urban hydrological models. Luca Locatelli, Green Roofing Guideline. Guidelines for the Planning, Construction and Mainte- nance of Green Roofing, FLL.

16 Grønne tages luftrensende egenskaber Luftforurening har en negativ indvirkning pa vores sundhedstilstand og er fortsat a rsag til at mange dør for tidligt, ogsa i Danmark. De højeste forurenings-koncentrationer observeres generelt i stærkt trafikerede gaderum. Undersøgelser indikerer, at vegetation i gaderummet kan forbedre luftkvaliteten og peger pa gaderummets geometri og beplantningstype som afgørende for effekten. I storbyer verden rundt er luftforurening et stort problem sundhedsmæssigt og dermed ogsa økonomisk. WHO estimerer, at mere end to millioner pa verdensplan hvert a r dør en for tidlig død pga. luftforurening i byerne. Selvom der i Danmark er sket store fremskridt pa luftforureningsomra det igennem de seneste a rtier, skønnes luftforurening at være a rsag til til fælde af for tidlig død og at koste samfundet 29 milliarder kroner om a ret i helbredsrelaterede omkostninger (udregnet for 2007). I Danmark er det primært grænseværdierne for gassen kvælstofdioxid (NO2) og luftba rne partikler (PM10 og PM2,5) der er problemer med at overholde. Det er primært ved store og stærkt trafikbelastede veje i København, at situationen er kritisk. Her kan trafikken give anledning til høj lokal luftforurening og medføre relativ stor eksponering af befolkningen. Udledningen af skadelige stoffer kan reduceres ved brug af partikel filtre, renere brændstof og bedre udnyttelse af brændstoffet. Udover en sa dan kildekontrol kan man gøre noget ved den forurening, der alle rede er her. Her kan vegetation i by en spille en rolle. Planter kan forbedre luftkvaliteten Na r luftforurening kommer i kontakt med en overflade, som f.eks. overfladen af en plante, kan en del af de forurenende stoffer afsættes her. Beplantning har, set i forhold til andre af byens overflader, nogle gode egenskaber i forhold til afsætning og tilbageholdelse af forurening. Luftba rne partikler opfanges pa bladenes overflade og nogle absorberes eller nedbrydes i plantevævet, men de fleste bliver pa overfladen, hvorfra en del afvaskes til jorden under regn. Visse forurenende gasser, sa som NO2, O3 og SO2, kan optages gennem bladenes spaltea bninger (stomata) og gennem blad overfladen. Na r gasserne er inde i planten, reagerer de med vand og omdannes dermed til eksempelvis syre og salte. Plantevalgets betydning for effekten For at opna størst mulig afsætning og tilbageholdelse af luftens ind hold af partikler og gasser er det væsentligt, at planterne er i god vækst og trives generelt. Derudover pa virker en række (beplantningsmæssige) forhold yderligere omfanget af vegetationens luft rensende potentiale: Bladareal. Beplantning har typisk et stort overfladeareal i forhold til mange andre af byens overflader. Et stort bladareal medfører større potentiel afsætning. Vegetationens samlede bladareal kan udtrykkes ved bladarealindekset, LAI, og varierer afhængigt af den valgte beplantningstype. Ogsa forhold som længde pa vækstsæson og periode med løv har dermed betydning, og stedsegrønne arter kan derfor have en fordel. Bladoverflade. Bladenes karakter har betydning for afsætningsraten. Bladoverflader, der er ha rede, rillede og med vokslag, er bedre end glatte.

17 Gasoptag. Nogle arter er bedre til at optage og omsætte gasser end andre. Undersøgelser af optag af NO2 nitrogendioxid blandt 217 forskellige arter har vist, at nogle arter kan optage 600 gange mere end andre. De kaldes NO2-file arter. Afstande og klimaforhold Beplantningens afstand til forureningskilden har betydning for afsætningsraten. Hvis beplantningen er langt fra kilden, vil forureningen typisk være fortyndet, og den relative effekt vil derfor være mindre, da færre forurenende stoffer kommer i kontakt med beplantningen. Klimaforhold som vind og nedbør påvirker forureningskoncentrationen. Vinden flytter og fortynder forureningen og sænker dermed koncentrationen. Øget vindstyrke medfører en hurtigere opblanding af forureningen og en mindre samlet afsætning. I perioder med nedbør er forureningen lav, fordi den vaskes ud af luften, og afsætningen på beplantningen vil derfor også være lav. Figur 1. Betydning af skala for den relative forureningsreduktion. Copyright. Eftertryk ikke tilladt ILLUSTRATION: LOTTE FJENDBO MØLLER By eller gadeniveau I hvor høj grad beplantning kan påvirke luftkvaliteten, afhænger af, hvilken skala der betragtes. Om det er byen samlet set, eller et lokalt, mere afgrænset område som f.eks. en gade. På byniveau viser internationale undersøgelser, at effekten af vegetation i byen samlet set er lille. Flere undersøgelser viser en gennemsnitlig reduktion på max. et par %. Effekten måles typisk som gennemsnit for hele byen og måles i det luftlag, der kaldes det planetære grænselag(pbl). Det er den nederste del af atmosfæren, der er påvirket af jordoverfladen (og varierer i højde fra nogle hundrede til flere tusinde meter - i gennemsnit 1000 m). Dette luftlag blandes hurtigt og ensartet op, og forureningen fortyndes, men da byens form er kompleks, vil der være lommer, hvor forureningen fortyndes langsommere og derfor vil have en højere koncentration(se figur 1). På gadeniveau, hvor der opstår luftlommer, kan forureningstrykket være højere, og effekten af vegetation derfor større. Stærkt trafikerede veje, i kombination med lukkede gadeforløb med høj, ubrudt bebyggelse på begge sider, kan resultere i en høj forureningskoncentration sammenlignet med den omgivende by.

18 Grønne vægge er mere effektive Undersøgelser viser, at begrønning af især vægge har et potentiale i sa danne situationer, da de har stor kontaktflade i forhold til mængden af luft i gadeforløbet. I modsætning hertil befinder grønne tage sig i højere luftlag, hvor den forurenede luft er blevet fortyndet (figur 2). Computersimuleringer af effekten af vægbeplantning i lukkede gade rum (beregnet for det centrale Lon don) indikerer en gennemsnitlig a rlig reduktion pa 7 % for NO2 og 11 % for PM10. Men effekten kan være markant højere eller lavere afhængig af de aktuelle omstændigheder, jf. ovenfor sta ende. Figur 2. Vægbegrønning kan reagere direkte med den koncentrerede forurening i gade- rummet. Grønne tage skal reagere med luften i byens grænselag, hvor forureningen er for- tyndet. Copyright. Eftertryk ikke tilladt ILLUSTRATION: LOTTE FJENDBO MØLLER Luftkvaliteten kan forbedres lokalt Ovennævnte viser, at grønne tage og vegetation generelt rummer mekanismer, der kan tilbageholde luftforurening, men at den samlede effekt på det generelle forureningsniveau i byskala vil være forsvindende lille, på grund af en række faktorer, bl.a. vindforhold og afstande. Undersøgelser viser imidlertid også, at vegetationen i kombination med et design tilpasset det specifikke byrum rummer et interessant potentiale for lokalt at forbedre luftkvaliteten. Det påpeges, at i situationer med en høj forureningskoncentration i gadeplan, er grønne vægge mere effektive end grønne tage, idet de er tættere på forureningskilderne og reagerer med den forurenede luft inden den fortyndes. I sådanne situationer, hvor vegetation etableres omkring de steder, hvor folk færdes til fods eller på cykel, kan der sandsynligvis opnås en betydelig sundhedseffekt. Lotte Fjendbo Møller og Marina B. Jensen Kilder WHO. Air quality guidelines global update J. Brandt et al., Assessment of Health-Cost Externalities of Air Pollution at the National Level using the EVA Model System. Ellermann, et al., The Danish Air Quality Monitoring Programme. Pugh, et al., Effectiveness of Green Infrastructure for Improvement of Air Quality in Urban Street Canyons. Morikawa et al., More than a 600-fold variation in nitrogen dioxide as- similation among 217 plant taxa. Nowak et al., Air pollution removal by urban trees and shrubs in the United States.

19 Grønne tages betydning for mikroklima og varmeø-effekt Grønne tage har en afkølende effekt på den omgivende luft og kan dermed modvirke varmeø-effekten i byerne. På bygningsniveau kan den kølende effekt være ganske betragtelig, mens effekten på gadeniveau er mindre markant og afhænger af en række forhold som (de grønne tages) udbredelse og byens geometriske udformning. Høje lufttemperaturer har en negativ indvirkning på menneskers velbefindende og sundhed, og egentlige hedebølger medfører øget dødelighed. Fremtidens klimaforandringer kan give særlige udfordringer i byerne, hvor varmeøeffekten (se videnbladene og om varmeøeffekt) øger temperaturen ekstraordinært. Beplantning køler gennem fordampning Det er veldokumenteret at beplantning har en kølende effekt og at eksempelvis parker er køligere end den omkringliggende by. Lufttemperaturen i grønne områder er typisk 1-2 grader koldere end den omgivende by og den kølende effekt kan have en rækkevidde på m afhængigt af lokale forhold. På en varm dag i København kan overfladetemperaturen i en park være op til 9 grader lavere end den omgivende by. Den kølende effekt skyldes hovedsagligt planternes fordampning (latent varmeafgivelse), se figur 1, men også i nogen grad refleksion af solens indstråling (albedo). Kølemekanismen fungerer kun hvis planterne har adgang til vand. På et grønt tag kan adgangen til vand øges med et tykkere vækstmedie, indbygning af vandmagasin og ved vanding. Effekten påvirkes derudover af klimaforhold, beplantningstype og -tæthed. Figur 1. princip for energibalance for hhv. et alm. tag (som f.eks skiffer, beton eller tegl), et velvandet grønt tag og et hvidt tag. Copyright. Eftertryk ikke tilladt ILLUSTRATION: LOTTE FJENDBO MØLLER Markant lavere overfladetemperaturer Tage udgør en stor andel af arealet i byerne typisk %. Tagflader er soleksponerede og ofte mørke, hvilket betyder at en stor del af solens indstråling absorberes og akkumuleres som

20 varme og tagenes overfladetemperaturer kan blive ganske høje. Varmen afgives over tid og tage bidrager dermed til varmeø-effekten. I varme perioder holder grønne tage omvendt en lavere og mere stabil overfladetemperatur pga. vegetationens kølende effekt om sommeren. Dette bekræftes af en undersøgelse fra Pennsylvania, USA, hvor et almindeligt, gråt tag blev sammenlignet med et grønt tag. Temperaturen på det grønne tag viste sig i gennemsnit at være 19 C lavere om sommeren. En undersøgelse fra Ottawa, Canada viste noget lignende. Om sommeren kom tagmembranen for et almindeligt(gråt) tag flere gange op over 70 C, mens membranen under det grønne tag sjældent kom over 30 C. Bedre mikroklima Med grønne tage kan opholdsrum på tage og tilgrænsende altaner (samt bag tilgrænsende vinduer) opnå mere behagelige temperaturer og større brugsværdi i varme perioder. De grønne tages lavere overfladetemperatur påvirker lufttemperaturen i op til ca. 2 m over taget, og vind fra grønne tage vil være køligere end vind fra mørke, tørre tage. Den lavere overfladetemperatur i kombination med opbygningens isolerende effekt reducerer desuden varmeoverførslen gennem taget og gør indeklimaet under taget mere behageligt og mindsker dermed et evt. energiforbrug til køling i den underliggende bygning (Se Videnblad 4.9-xx om grønne tages termiske egenkaber). Billede 1: Taghave i New York, The Visionaire, MKM Landscape Architecture (Foto Mark K. Morrison), Figur 2: Grønne tage har en kølende effekt på opholdsrum på tage og tilgrænsende altaner. Copyright. Eftertryk ikke tilladt ILLUSTRATION: LOTTE FJENDBO MØLLER By-geometri påvirker effekten på gadeplan Grønne tages betydning for temperaturen på gadeniveau afsøges fortsat og det er endnu for tidligt at give entydige svar på effekten. Der findes endnu ingen undersøgelser fra danske forhold, men undersøgelser fra andre geografiske lokaliteter giver en indikation af effektens omfang: Beregninger for New York viser at man kan opnå temperaturreduktion i gadeniveau på C. Det gælder på årets varmeste dage i et scenarie, hvor så mange tage som teknisk muligt er beplantet med græs. I et fremtidsscenarie for Chicago viser beregninger at de forventede temperaturstigninger kan modvirkes med hele 2-3 C i dagens varmeste periode (fra 19-23). Studiet viser dog også at på grund af den samtidig forhøjede luftfugtighed, der gør det sværere for kroppen at komme af med varmen, vil den oplevede temperatur kun være ca. 1 grad lavere.

21 Beregninger for Hong Kong viser at temperaturreduktionen i gadeniveau afhænger af typen af grønt tag samt byens geometri. I test med ekstensive grønne tage blev temperaturen reduceret med C og C med intensive grønne tage. Den største effekt var i åbne, lavt bebyggede områder. I tæt og højt bebyggede områder(bygningshøjde 60 m i gennemsnit) havde grønne tage derimod ikke nogen betydelig effekt på temperaturen i gadeplan. Det vurderes, at hvis forholdet mellem bygningshøjde og vejbredde er mere end 1:1, vil den potentielle kølende effekt være forsvindende lille. I den typiske gadeprofil I København er forholdet mellem bygningshøjde og vejbredde 1:1 eller derunder, så her kan der være et kølende potentiale. Grønne versus hvide tage En anden metode til reduktion af varmeø-effekten er hvide tage. Grønne og hvide tage køler på forskellig vis. Hvor hvide tage køler gennem refleksion takket være en høj albedo(0,6-0,8), køler de grønne tage dels gennem en højere albedo (0,1-0,3) end mørke tage, men primært via fordampning af vand. Generelt kan et grønt tag måle sig med et hvidt, hvis der er vand tilstede og vegetationen trives. Ifølge et græsk studie er effekten af et velvandet ekstensivt tag med et stort bladareal (LAI over 1,5) sammenligneligt med et hvidt tag med en albedo på 0.7. Tænk på byklimaet ved nybyggeri og renovering Men er varmeø-effekten overhovedet et problem i de danske byer? I Københavns Kommunes Klimatilpasningsplan vurderer man, at varmø-effekten ikke forventes at udgøre noget større problem i den nære fremtid, men planen anbefaler alligevel at byklimaet tænkes med, når byen alligevel bliver udviklet og fornyet, og at byens grønne strukturer bruges til at forebygge mod varme øer og dannelse af høje overfladetemperaturer i byen. Med klimaforandringer forventes hedebølger at forekomme oftere, og de temperaturforskelle der allerede i dag findes mellem forskellige bykvarterer i København vil forstærkes. Når planer som Københavns Klimatilpasningsplan derfor skal omsætte ma lsætningen om at tænke byklimaet med kan det give god mening at indtænke grønne tage i de mest varmeeksponerede kvarterer, som Vesterbro, City og Nørrebro. Lotte Fjendbo Møller og Marina B. Jensen Kilder Københavns Klimatilpasningsplan, 2011 Urban Heat Island i København, Bühler m.fl Mitigating New York City s Heat Island With Urban Forestry, Living Roofs, And Light Surfaces, Rosenzweig m.fl Green Roof Mitigation Potential for a Proxy Future Climate Scenario in Chicago, Illinois. Smith, 2011 A study on the cooling effects of greening in a high-density city: An experience from Hong Kong, Ng m.fl.2012 Cooling the cities A review of reflective and green roof mitigation technologies to fight heat island and improve comfort in urban environments, Santamouris, 2012 Thermal performance of green roofs through field evaluation, Liu, m.fl Stormwater mitigation and surface temperature reduction by green roofs, DeNardo, JC m.fl. 2005

22 Grønne tages termiske egenskaber Grønne tage har nogle termiske egenskaber, der potentielt kan reducere energiforbruget i den underliggende bygning ved at køle om sommeren og lune om vinteren. Kølemekansimen synes at være bedre end lune - mekanismen. Hvor stor effekt det grønne tag har på temperaturen i den underliggende bygning afhænger både af designet af det specifikke grønne tag, men også af en række forhold, som ligger uden for designet, så som klima og bygningens eksisterende isoleringsgrad. Sammenlignet med et almindeligt tag, f.eks. et skifer-, tagpap- eller tegltag, kan grønne tage reducere varmestrømmen gennem taget. Det gælder både varmetilførsel om sommeren og varmetab om vinteren. Køle om sommeren Kølingen om sommeren sker primært via planternes fordampning, men også skyggevirkning, refleksion (albedo) samt opbygningens isolerende virkning og termiske masse spiller ind. Det er veldokumenteret at temperaturen på overfladen af et grønt tag og på tagmembranen under et grønt tag om sommeren er markant lavere og mindre svingende end overfladen på et almindeligt tag(se graf 1) Det betyder at temperaturforskellen mellem tagets inder- og yderside mindskes og jo mindre denne temperaturforskel er, des mindre varme tilføres der bygningen. Figur 1: grønne tage køler i varme perioder og luner i kolde. Copyright. Eftertryk ikke tilladt ILLUSTRATION: LOTTE FJENDBO MØLLER

23 Figur 2: Grafen viser temperatursvingninger på tagmembranen på et lysegråt reference tag(blå linie), et grønt tag(grøn linje) samt luftens temperatur(lilla linje). Grafen viser hvordan det grønne tag reducerer de daglige temperatursvingninger på tagmembranen markant. Måleperiode, 22. Nov Sept. 2002, Canada. (Graf fra Liu & Baskaran,2002). Lune om vinteren Reduktion i bygningens varmetab i vinterhalvåret skyldes det grønne tags isolerende virkning og opbygningens temperaturstabiliserende termiske masse. Effekten i kolde perioder er ikke lige så veldokumenteret som i varme perioder og de undersøgelser der findes peger på at temperaturforskellen mellem et grønt og et ikke grønt tag, ikke er så markant i kolde perioder som i varme. Generelt er temperaturen på tagmembranen under det grønne tag mere stabil og lidt højere i forhold til et almindeligt tag. Se figur 1 Under visse forhold kan grønne tage dog give et større varmetab end et almindeligt tag. På f.eks. klare, solrige dage om vinteren, kan vegetationen have en kølende effekt via fordampning og skyggeeffekt. Og dage med frossen vand i opbygningen kan give øget varmetab, da is har en højere varmeledningsevne end luft. Men der synes at være enighed om, at varmetabet samlet set mindskes i vinterhalvåret med et grønt tag i forhold til et ikke grønt tag. Optimering af effekten Gennem design kan den termiske effekt optimeres på forskellig vis. Den kølende effekt optimeres ved at sikre en høj grad af fordampning. Dette forudsætter først og fremmest at det grønne tag er velforsynet med vand. Derudover betyder øget plantetæthed og valg af planter med høj fordampningsrate, f.eks. græsser, større køling. Den isolerende effekt kan optimeres ved at øge opbygningens tykkelse samt ved at vælge materialer med en lav varmeledningsevne typisk porøse materialer med mange hulrum. Opbygningens isolerende effekt skyldes primært stillestående lufts isolerende virkning. Luft isolerer bedre end vand, så et vandmættet tag isolerer dårligere end et tørt tag. Men et velvandet tag er fordelagtigt i forhold til den kølende fordampning og fordelen ved høj fordampning overgår i varme perioder betydningen af den øgede varmeledningsevne. Hvor stor den isolerende effekt er for den underliggende bygning som helhed, afhænger også af bygningens geometri. Effekten for bygningen som helhed, er samlet set størst for en lav og flad

24 bygning frem for en høj og tynd. Da den kølende effekt primært mærkes i en bygnings øverste etage. Men den potentielle energireduktion afhænger i høj grad af det underliggende tags eksisterende isoleringsgrad og lokale klimatiske forhold. Isoleret eller ikke isoleret? På et i forvejen velisoleret tag vil selv et tykt grønt tag med en høj fordampningsrate ikke have den store effekt for hverken køling om sommeren eller reduktion af varmetab om vinteren. For et dårligt eller ikke isoleret tag kan der være en stor gevinst at hente. Undersøgelser af ikke isolerede tage viser nogle imponerende resultater. Et grønt tag i Californien kunne f.eks. reducere indendørs temperaturen med 3-4 grader i varme måneder og undersøgelser fra Athen viser en årlig energireduktion på op til 48% for ikke isolerede tage(u-værdi op til 1.99). I Danmark er kravene til isolering ved nybyggeri og ombygning høje. En bygningsdels isoleringsværdi angives med U-værdien(W/m²K). For en tagkonstruktion kræves en U-værdi på = 0,15 W/m²K, som svarer til ca. 250 til 300 mm isolering. Undersøgelser viser at hvis man som udgangspunkt har et isoleringslag på blot 5-10 cm udlignes effekten af det grønne tag næsten. Faktaboks: U-værdi er et udtryk for, hvor meget varme der trænger ud igennem 1 m² af konstruktionen ved en temperaturforskel på 1 grad af den udvendige og indvendige side af konstruktionsdelen. Jo lavere U-værdi desto bedre isolerer konstruktionen. (Luft har en lav varmeledningsevne på 0,025 og vand på 0,6, is på 1,6-2,2, jord på 1-2 og beton 0,8-1,28 men stillestående luft isolerer bedst). Potentiale i en dansk kontekst De grønne tages termiske egenskaber synes at have størst potentiale i et varmt og tørt klima, med en dårligt isoleret bygningsmasse. Her opvarmes tagfladerne til meget høje temperaturer, der er mulighed for en høj fordampningsrate og her er der typisk et stort energiforbrug til aircondition. Bygningsmassen i Danmark er velisoleret og potentialet i forhold til energibesparelser og isolering i vinterhalvåret synes at være marginalt. I de varme måneder om sommeren kan der dog være et potentiale. I dag bruges der ikke megen energi på nedkøling af bygninger i Danmark, men med forventninger om et varmere klima i fremtiden kan behovet fremadrettet blive større. Grønne tage kan i varme perioder medvirke til at skabe et mere behageligt indeklima og arbejdsmiljø (særligt i store og flade bygninger) og kan dermed modvirke behovet for etablering af aircondition anlæg. Lotte Fjendbo Møller og Marina B. Jensen Kilder Litteratur: Thermal performance of green roofs through field evaluation, Liu & Baskaran,2002). Green roofs; building energy savings and the potential for retrofit Castleton m.fl Green roof yearly performance: A case study in a highly insulated building under temperate climate, D Orazio, 2012 A comprehensive study of the impact of green roofs on building energy performance, Jaffal m.fl. 2012