Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg for Grønne tage vandtilbageholdelse og plantevalg Af Innovationskonsulent Jakob Skov Pedersen Innovationskonsulent Bastian Junker Innovationskonsulent Lars Jørgensen Innovationskonsulent Niels Enggård Klausen AgroTech A/S
INDHOLD INDHOLDsfortegnelse... 2 1. Forord... 4 Demonstrations tag (Zinco)... 5 Opbygning og placering... 5 Figur 4: Viser de tre genntagelser med de tre forskellige behandlinger... 6 Gødskning/vanding... 6 Vurdering af planternes egnethed... 7 RESULTATER FOR ZINCOS DEMONSTRATIONS TAG... 10 Temperatur forskelle... 10 Konklusion på temperaturmålingerne... 11 Vandtilbageholdelse... 12 Konklusion på vandtilbageholdelse... 14 planternes egnethed... 14 VegTech-testtag... 16 Opbygning og placering... 16 RESULTATER FRA VEGTECH-TESTTAG... 17 Vandtilbageholdelse... 17 Konklusion på vandtilbageholdelsen... 21 Temperaturforskelle... 22 Konklusion på temperaturforskelle... 23 Vurdering af målesystem... 24 Nykilde-testtag... 25 Opbygning og placering... 25 Resultater... 26 Vandtilbageholdelse... 26 Konklusion på vandtilbageholdelsen... 29 Temperatur... 30 Vurdering af målesystem... 32 Sammenligning mellem de forskellige ekstensive tage... 34 Appendiks 1: Målesystem... 37 Interface... 38 Multiplexer... 38 Kabler... 38 Jordforbindelse... 39 Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 2
Jordtemperatur sensor... 39 Vejrstation... 39 Kabling og tilslutning... 39 Datalogger-instruktion... 39 Databehandling... 39 Bilag 40 Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 3
1. FORORD AgroTech A/S har et samarbejdsprojekt med flere af de danske producenter af grønne tage, herunder Zinco, VegTech og Nykilde, som er de virksomheder der er repræsenteret i denne rapport. Formålet er at kvantificere effekterne ved brug af grønne tage i en dansk klimakontekst, dvs. at kunne dokumentere og sammenligne vandtilbageholdelsen ved forskellige opbygninger og dybder på vækstmediet med og uden vanding i ekstensive og semiintensive tage. Projektet handler ligeledes om at observere hvilke plantearter der egner sig bedst under dansk klima forhold med og uden vanding og gødning. Samarbejdet består i at AgroTech foretager målingerne for at opbygge en større viden om grønne tage, mens producenterne leverer materialerne og kan bruge resultaterne i et mere kommercielt perspektiv. Det skal bemærkes at denne rapport ikke er den endelig rapport på samarbejdsprojektet, men en status rapport eller delrapport på de relevante resultater, som på aktuelt tidspunkt kan dokumenteres. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 4
DEMONSTRATIONS TAG (ZINCO) Opbygning og placering Demonstrationsanlægget er placeret på Københavns Universitets forsøgsgård i Taastrup imellem to kontorbygninger (Figur 1). Taget blev opbygget i løbet af april måned 2010 og plantet medio maj måned (Figur 2). Montering af sensorer og vanding, indkøring mm. blev færdiggjort i juli måned. Derfor blev 2010 en kort forsøgssæson, og 2011 er det første år med en fuld vækstsæson, og hvor planterne har været fuldt etablerede fra begyndelsen. N Figur 1: Placering af demonstrationsanlæg (markeret med rødt) på Højbakkegård i Taastrup (55 40'8"N; 12 18'14"Ø). Figur 1 Figur 2: Tilplantning af demonstrationsanlæg, 11. maj 2010. Demonstrationsanlægget er et semiintensivt tag hvor vækstmediet er ca. 190 mm dybt. Det samlede areal er ca. 135 m 2 og lasten er ca. 350 kg/m 2 (3,5 kn/m 2 ) i vandmættet tilstand. Figur 2 Der er placeret temperatursensorer i reference taget og i det semiintensive tag for at kunne konferere temperaturforskellen. I begge tage er sensorerne installeret under mineralulden og på oversiden af tagpappet på reference taget. Og i ligeledes den øverste del i vækstmediet på det semiintensive tag. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 5
Figur 3: Viser temperatursensorernes placering i henholdsvis reference taget og det semiintensive tag. Det semiintensive tag er anlagt med tre gentagelser af tre forskellige vandingsbehandlinger; Ingen vanding (N1-N2-N3), Vanding med vandværksvand (V1-V2-V3) og vanding med gødningsvand (G1-G2- G3) endelig et referencefelt (R) i halv størrelse med tagpap i stedet for grønt tag. (figur 4) Figur 4: Viser de tre genntagelser med de tre forskellige behandlinger Gødskning/vanding Vanding og gødskning af henholdsvis V og G behandlingerne foregår gennem siveslanger installeret i jorden. Doseringen af gødning i vandingsvandet foretages med en Mixrite gødningspumpe. Det blev tilstræbt at tilføre 3,2 mm pr. dag, men blev undtagelsesvis reduceret nogle få uger pga. tekniske udfordringer. Den tilførte vandmængde pr. uge fremgår af Figur 5. Planen var, over vækstsæsonen, at tilføre 80 kg N pr. ha til G-behandlingen, men da vandingen blev stoppet allerede i uge 34 for at undgå at væksten fortsatte for langt ud på efteråret, blev den i praksis tilførte mængde omkring 60 kg N pr ha. De tilsvarende tal for P og K, er hhv. 0,9 kg/ha og 67 kg/ha. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 6
Figur 5: Vanding pr. uge for de to behandlinger hvor der indgår vanding (V og G) Gødningen er en biologisk gødning med indhold af kompost og husdyrgødning. Produktet leveres af Komtek, og er en kompost-te, hvor hestemøg, hønsemøg samt haveaffald er komposteret sammen. Blandingen kommes i vand og beluftes samt omrøres i 2-3 timer, for at frigive indholdsstofferne. Blandingen sies gennem en fiberdug, hvorefter den tilsættes urea samt kalium efter behov, for at afstemme kundens ønsker. Den endelige produkt indeholder en vis mængde slampartikler, disse indeholder mikronæringsstoffer samt mikroorganismer. Et eksempel på analyse af gødningen er vist i bilag 1. Vurdering af planternes egnethed Behandlinger på testtaget For at afprøve 18 udvalgte planters egnethed på testtaget i miljøer hvor der hhv. ikke vandes, vandes samt hvor der vandes og gødes, dyrkes planterne ved tre forskellige behandlinger: N. naturlig vanding (nedbør), V. suppleret vanding G. suppleret vanding og gødning Hver behandling (N, V, G) er gentaget tre gange, således at der i alt er ni behandlingsfelter. Tabel 1. Oversigt over de 18 plantearter. Campanula portenschlageiana Limonium latifolium Picea abies 'Nidiformis' Centranthus ruber 'Coccineus' Malva moschata Chaenomeles japonica Eryngium planum Phlox subulata 'Ronsdorfer Schöne' Cotoneaster 'Franciettei' Geranium sanguineum Salvia x superba 'Blaukönigen' Hypericum hook 'Hidcote' Heuchera americana 'Palace Purple' Leucanthemum vulgare 'Maikönigin' Sedum telephium 'Herbstfreude' Stachys macrantha 'Superba' Rosa pimpernellifolia Mahonia aquifulium 'Maqu' Metode Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 7
For at vurdere hvordan planterne responderer på behandlingerne: N, V og G vurderes de visuelt indenfor de tre parametre tørke, blomst og vækst. Først rankes behandlingerne (1, 2 eller 3) efter det generelle indtryk af planterne i hvert tag, hvor bedste generelle indtryk rankes 1 og dårligste 3. Dette gentages for alle 3 tage. Dernæst vurderes parametrene vurderes ud fra en karakterskala fra 0-5 (figur 6). Bedømmelsen af planterne er foretaget med 14 dages mellemrum gennem vækstsæsonen, i vinterperioden bedømmes planterne med fire ugers mellemrum. Et eksempel på en bedømmelse er vist nedenfor. Karakter Beskrivelse 0 Død 1 - - middel 2 - middel 3 middel 4 + middel 5 + + middel Figur 6. Forklaring af den anvendte karakterskala. Databehandling Der er udført standard modelkontrol for antagelserne om normalfordelte residualer. Måleusikkerheden er beregnet som 1,96 gange standard error, da dette svarer til et 95 % konfidensinterval, hvis måleusikkerheden er normalfordelt. Der testes for varianshomogenitet ved Bartletts test for varianshomogenitet. Der anvendes standard signifikansgrænsen på 5 %. Dermed er der ikke anvendt korrektion for multipel test. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 8
Eksempel på plantebedømmelsesskema. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 9
RESULTATER FOR ZINCOS DEMONSTRATIONS TAG Følgende grafer er de foreløbige målinger, resultater og konklusioner fra Zincos semiintensive tag med henblik på temperaturforskelle, vandtilbageholdelse og planteres egnethed. Temperatur forskelle Figur 7: Viser gennemsnits udelufts temperaturen på en typisk sommerdag, i forhold til overflade temperaturen på reference taget (R), afmålt lige under tagpappen, og temperaturen på det semiintensive tag (N3 og V3), afmålt mellem tagpappen og vækstmediet. Den grå kurve (SlrW) viser den gennemsnitlige globale stråling (W/m 2 ). Ud fra grafen ses at der er en markant forskel i temperatur udsvingene mellem reference taget og det semiintensive tag. Mens det grønne tag i løbet af dagen jævnt følger udeluft temperaturen ca. 20 0, er der et markant udsving på reference taget, især midt på dagen (kl.14) hvor solen står højest på himlen og den globale stråling rammer sit maksimum. Her er temperaturen på reference taget omkring 70 0 - dvs. ca. 50 0 varmere end det semiintensive tag. Om aftenen når udelufts temperaturen igen falder ned omkring de 10 0 og den globale solstråling rammer sit minimum på 0, falder temperaturen på reference taget tilsvarende helt ned til ca. 10 0, mens det semiintensive tag bevarer temperaturen på ca. 20-24 0. Grunden til at det grønne tag kan opretholde den samme temperatur i løbet af natten, er fordi at vækstmediet i løbet af dagen har absorberet varmen fra omgivelserne og således afgiver den i løbet af natten. (emittere) Temperaturudsving i sommerperioden: - Reference tag ( 60 0 ) - Semiintensivetag ( 6 0 ) Dvs. at forskellen i temperaturudsvingene er en faktor 10 større på reference taget i forhold til det semiintensive tag. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 10
Figur 8: Viser gennemsnits udelufts temperaturen på en typisk vinterdag, i forhold til overflade temperaturen på reference taget, afmålt lige under tagpappen, (R) og temperaturen på det semiintensive tag (N3 og V3), afmålt mellem tagpappen og vækstmediet. Heraf ses at alle tagene, R, N3 og V3, følger en jævn kurve. Det semiintensive tag følger en fuldstændig stabil temperatur omkring de 0 0, mens referencetaget svinger mellem -5 0 og -6 0, hvilket er tæt på den gennemsnitlige udelufts temperatur. Temperaturforskellen mellem tagene kan skyldes at reference taget er mere påvirkeligt overfor vind og evt. sneophobning. Dermed bliver temperatursensoren koldere end de temperatursensorer installeret i det semiintensive tag, som er mere beskyttet af det overliggende vækstmedie. Konklusion på temperaturmålingerne Vi kan på nuværende tidspunkt konkludere at der er signifikant forskel på temperatur udsvingene mellem reference taget og det semiintensive tag om sommeren, og knap så stor forskel på temperatur udsvingene om vinteren. Sommerperioden er derfor mest interessant at studere nærmere, da man lettere kan uddrage nogle konklusioner: - At temperaturudsvingene er store, kan betyde reduceret levetid af tagets materialer. Eksempelvis mørnes materialer som tagpap hurtigere med tiden under større temperaturudsving. Ligeledes udsættes materialerne ikke for direkte solstråling (UV) som også bidrager til reduceret levetid. Det semiintensive tag reducerer disse temperaturudsving markant, men hvor stor en virkning det har på materialerne, dvs. forlænget levetid, kan vi på nuværende tidspunkt ikke drage konklusioner på. Erfaringer fra Tyskland viser at der efter 40 år ikke er synliglig nedbrydning af materialerne (membran), så sammenholdt med dette, er der dog næppe tvivl om, at der må forventes en lang levetid for et grønt tag. - Når temperaturen er markant lavere på det semiintensive tag i forhold til reference taget, kan det også have nogle effekter på det indvendige klima såfremt taget ikke er optimalt isoleret. På en varm sommerdag kan det betyde at temperaturen er lidt lavere end under normale omstændigheder. Dette er noget som arbejdes videre med at få dokumenteret i fremtiden. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 11
Vandtilbageholdelse Figur 9: Viser den totale afdræning i mm fra de tre forskellige behandlinger (N, V, G) og reference taget (R) fra perioden 5. maj til 21. november 2011. I perioden er der samlet faldet 529 mm. Ud fra grafen ses at der er signifikant forskel i afdræningen mellem referencetaget det semiintensive tag uden vanding. Fra reference taget er der i perioden afdrænet ca. 111 mm og for henholdsvis behandlingerne N, V og G - 41 mm, 151 mm og 116 mm. Dette svarer til at reduktionen i afdræningen fra de tre behandlinger i forhold til reference taget på ca. N=63%, V=- 36% og G=-5%. V og G behandlingerne er tilført omkring 365 mm vand ud over den naturlige nedbør, og der registreres generelt afdræning i forbindelse med vanding. Det er denne afdræning, som gør, at der for de vandede tage registreres en højere afdræning end for referencetaget. Det er dog på taget uden vanding, at effekten af det grønne tag i forhold til vandtilbageholdelse skal studeres. Den valgte målemetode gør dog, at den totale sum for sæsonen, skal bruges med nogen varsomhed; Da der som anført kun kan måles flow fra taget når dette har været over 0,03 liter/m2 pr time, har der således været en stor afdræning, som ikke er blevet registreret. Referencetaget har et areal som kun er 40 % af arealet for de øvrige tage, og har derfor modtaget mindre vand. Der skal derfor løbe mindst 0,07 liter/m2 pr min før der er registreret afdræning. Dette har også haft en betydning for den mængde vand der er registreret med måleren. Jvf. Planteres egnethed er plantevæksten størst på V og G behandlingerne, hvilket kan betyde at der forekommer størst transpiration på disse behandlinger og størst evaporation fra N behandlingen. Grunden til at N har en mindre afdræning end V og G behandlingerne er pga. en gennemsnitlig lavere vandmætnings grad. I regnfulde perioder vil vandmætningsgraden formentlige være identiske på alle tre behandlinger. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 12
Figur 10: Viser den samlede afdræning for behandlingen uden vanding sammenlignet med regnmåleren på en sommeraften under en ekstrem regn hændelse. Nederst det summerede afløb for hændelsen. Afstrømningskoefficienten er 35 %. Som det ses på grafen har regnhændelsen tre intensive perioder med tre højdepunkter, men da regnhændelsen forekommer inden for en time, er det defineret som en regnhændelse [Spildevandskomiteens skrift 27]. Ud fra kurven ses at afløbet fra det semiintensive tag først peaker et par minutter efter hver højde punkt for regnhændelsen. Dette skyldes at det grønne tag først er vandmættet før det afgiver vand. Grafen viser også at afdræningen fra det grønne tag er betydeligt reduceret efter alle tre intensive regnperioder. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 13
Reduktionen er henholdsvis for alle tre perioder ca. 90%, 65% og 56%. Afmålt fra toppunkt af regn intensitet til toppunkt af efterfølgende afdræning fra det semiintensive tag. Den faldende reduktion i afdræningen indikerer at det grønne tag er mere og mere vandmættet efter hver regn intensitet. Konklusion på vandtilbageholdelse Over en længere periode er vandtilbageholdelses evnen for det semiintensive tag signifikant. Da der til to af behandlingerne er tilført vand ud over den naturlige nedbør, må der kigges på behandlingen uden vanding for at få en idé om tagets vandtilbageholdelsesevne. Samlet set, har det semiintensive tag uden vanding tilbageholdt 63% sammenlignet med referencetaget for vækstsæsonen 2011. Forskelle i tagenes størrelse sammenholdt med flowmålernes krav til mindsteflow gør dog, at den samlede sum skal bruges med forsigtighed. Målesystemet er mest egnet til at studere enkelthændelser med kraftig regn, og under en ekstrem regnhændelse (2. juli 2011) viser det semiintensive tag sig også at have en effektiv vandtilbageholdelses evne, selv i en relativ regnmættet tilstand er taget i stand til at tilbageholde mere end 50% af den samlede regn. Planternes egnethed Konklusion Databehandling for 2011 er ikke afsluttet, men for hele 2010 var der på vækst en klar, signifikant effekt af både behandling og art samt vekselvirkning mellem disse faktorer. For blomst og tørke er der ikke ens variation indenfor hver kombination af art og behandling.. Herunder er planterne listet efter hvilke, der giver en positiv respons for vanding, for gødning samt hvilke, der vil kunne klare sig uden yderligere vanding. Positiv respons for vanding Positiv respons for gødning (foruden positiv respons ved vand) Campanula Geranium Centranthus Eryngium Salvia Sedum Geranium Stachys Picea Heuchera Leucanthemum Limonium Malva Phlox Salvia Stachys Chaenomeles Cotoneaster* Hypericum Rosa* Mahonia Chaenomeles Klare sig uden yderligere vanding * - Cotoneaster og Rosa har haft dårlig etablering, og vurderingen er derfor ikke særlig sikker. Figur 11 Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 14
Opgørelser i 2011 viser generelt samme tendenser, men der er større forskel mellem plantearterne. Således er der enkelte arter der falder helt igennem og kun har ringe værdi, f.eks. Rosa og Campanula, der begge er enten meget svage eller helt fosvundet. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 15
VEGTECH-TESTTAG Opbygning og placering VegTech taget er placeret på som vist i Figur. Taget blev opbygget i slutningen af september måned 2010 og plantet til i starten af oktober. Temperatursensorer mod nord blev tilsluttet i januar 2011 og mod syd i marts. Regnvandsopsamling blev først etableret i slutningen af marts 2011 i forbindelse med start på vækstsæson 2011. Figur 12: Placering af VegTech taget (markeret med rødt) på Højbakkegård i Taastrup (55 40'8"N; 12 18'14"Ø). Demonstrationsanlægget er anlagt med tre gentagelser af tre forskellige tagopbygninger mod syd og tilsvarende mod nord. Alle tagene hælder 15 0 i forhold til vandret. Både mod syd og mod nord blev der anlagt et referencefelt med en grå membran i stedet for et grønt tag. De fire behandlinger er som følger er vist på figur 13: Figur 13: Viser de ekstensive mos-urtsedum tage i plan og snit monteret på AgroTechs eksisterende tag. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 16
RESULTATER FRA VEGTECH-TESTTAG Følgende grafer er de foreløbige målinger, resultater og konklusioner fra Vegtechs testag med henblik på temperaturforskelle og vandtilbageholdelse. Vandtilbageholdelse Figur 14: Viser Den opsummerede afdræning for reference-felterne og de tre grønne tage henover vækstsæsonen dvs. fra slutningen af marts til slutningen af november. Værdierne er gennemsnit over både syd og nord, hvilket vil sige hhv. seks gentagelser pr. opbygning for de grønne tage og 2 gentagelser for referencen. Har der været manglende data for en gentagelse i en periode, har denne ikke talt med i gennemsnittet (det har ikke trukket ned i gennemsnittet, at der i perioden ikke har været afdræning fra gentagelsen). Ud fra grafen ses at der kun er en lille forskel på 4 og 7 cm tagene, mens 12 cm tilbageholder noget mere. Den reducerede afdræning fra de grønne tage i forhold til referencefeltet er henholdsvis for Mos-Sedum 4 cm ca. = 44%, Sedum-Urt-Græs 7 cm ca. = 45% og Sedum-Urt- Græs ca. = 53%. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 17
Figur 15: Viser den totale afdræning fordelt på felter mod syd og mod nord. Det ses generelt en højere tilbageholdelse mod syd, som nødvendigvis må skyldes en højere fordampning og udtørring pga. af større solindstråling. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 18
Figur 16: Viser afdræningen pr. tagtype set i forhold til afdræningen for referencefelterne mod hhv. nord og syd. Grafen tegner et billede af at der er en stigende tilbageholdelse med dybere vækstmedie. Den målte tilbageholdelse i procent for 4 cm mod nord ser ud til at være højere end mod syd, dette kan skyldes en større variation i data for 4 cm felterne mod nord, så det er ikke sikkert at forskellen er statistisk betydende. Figur 17: Viser gennemsnits afdræningen pr. uge for de tre tagtyper og referencen felterne. Heraf ses af vandtilbageholdelsen fra de grønne tage er betydelig i de uger hvor regnmængderne ligger mellem 0 g 20 mm, men at reduktionen er noget mindre i regn intensive uger (>20mm). Ligeledes er der en tydelig indikation af at taget med det dybeste vækstmedie afdræner mindst vand over hele perioden. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 19
Figur 18: Viser angivelsen af afstrømningskoefficienter fra den 2.juli ved to efterfølgende ekstreme regnhændelser. Heraf ses at ved den første regnhændelse, hvor de ekstensive tage enten er relativt tørre eller ligger omkring mark kapacitet, har en lav afstrømningskoefficient. Ved den anden og særdeles større regnhændelse er de ekstensive tage relativt vandmættet og kan således ikke tilbageholde betydelige mængder regnvand. Afstrømningskoefficienten er derfor meget høj. Dog kan det også ses at selvom de ekstensive tage er vandmættet, tilbageholder de stadig mellem 9-25% af regnvandet. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 20
Figur 19: Viser angivelsen af afløbskoefficienten fra den 14.juli, hvor de ekstensive tage har ligget omkring mark kapacitet eller endda vandmættet tilstand, da det har regnet løbende gennem den forgående dag der var i ugen op til d. 13/7 faldet ca. 20 mm nedbør, hvor fordampningspotentialet er beregnet til ca. 22 mm. Igen ses en tydelig forskel mellem de ekstensive tage, hvor Sedum-urt-græs 11 cm har den laveste afløbskoefficient, som også er det tag med det dybeste vækst medie. Figur 20: Afdræning fra VegTech tage (gennemsnit over gentagelser) 10.-12. august 2011. Der var i ugen op til hændelsen faldet ca. 23 mm nedbør. Fordampningspotentialet for ugen er beregnet til ca. 20 mm for græs. Konklusion på vandtilbageholdelsen De foreløbige studier af VegTechs ekstensive tage, viser at de henover sæsonen kan tilbageholde ca. 50% af den samlede nedbør, men at der er en forskel mellem de enkelte typer tage. De tage med dybeste vækstmedie tilbageholder generelt mere nedbør end de tyndere ekstensive tage. Under ekstreme regn tilfælde har de ekstensive tage også en effekt, men den er dog knap så udtalt i forhold til hele sæsonen. Især under større regn tilfælde hvor det løbende har regnet betydeligt (>20mm) ugen forinden, mister de ekstensive tage gradvist evnen til at tilbageholde nedbøren. Det er dog vigtigt at pointere, at de ikke mister vandtilbageholdelsesevnen fuldstændig, og at selvom de ekstensive tage er fuldstændig vandmættet kan de stadig udgøre en væsentlig forskel. Især Sedum-Urt-Græs 11 cm har ganske gode afløbskoefficienter under langevarige og intensive regn hændelser. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 21
Temperaturforskelle Figur 21+22: Viser temperatur månedsgennemsnit for hhv. syd og nord for forskellen mellem døgnets højeste og laveste temperatur for de enkelte tage - dvs. temperaturudsvinget hen over døgnet. Ud fra grafen ses at der er en markant forskel i temperatur udsvingene mellem reference taget og de ekstensive tage. De sydlige felter er generelt et par grader varmere end de nordlige og at de felter med den gennemsnitlige laveste temperatur, også er de tage med det dybeste vækstmedie. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 22
Figur 23: Viser hvorledes der ikke er stor forskel på månedens middeltemperatur mellem det grønne tag og referencetaget. Det grønne tag er i gennemsnit lidt køligere om sommeren og lidt varmere om vinteren. Den største forskel er i de højeste og laveste registrerede temperaturer for hver måned. Heraf ses at de ekstensive tage er markant køligere om sommeren og varmere om vinteren. Konklusion på temperaturforskelle De foreløbige observationer af temperaturerne af referencetaget og de ekstensive tage, indikerer en signifikant forskel. Observationer viser også at jo dybere vækstmedie jo mere stabile temperaturer med mindre udsving. I sommerperioderne er temperaturforskellene størst mellem 15-25 0 og lidt mindre i vinterperioderne mellem 5-8 0. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 23
Vurdering af målesystem Figur 24 viser hvor meget nedbør der er registreret i regnvandstønderne (på referencefelterne) fordelt på sæsonens enkelte regnhændelser i forhold til den elektroniske regnmåler som også er koblet til dataloggeren. Generelt er der registreret mindre nedbør med regnvandstønden end med regnmåleren: Referencefeltet mod nord viser i gennemsnit 88 % af regnmålerens registrering (R 2 =0,99), og feltet mod syd viser i gennemsnit 82 % af regnmåleren (R 2 =0,99). Hvad denne forskel skyldes, står ikke helt klart, men faktum er, at der kommer mindre vand pr m2 på tagene på mellembygningen end der kommer på demotaget mellem bygningerne. Det er muligt, at det er specielle vindforhold (turbulens) omkring mellembygningen, som gør at nedbøren ikke lander på taget, men det er svært at sige. I forhold til beregningen af vandtilbageholdelse, udgør dette dog et mindre problem så længe referencefelterne og ikke regnmåleren bruges om reference for de grønne tage. Figur 24: Registrering for regnvandstønden mod nord hhv. mod syd i forhold til den elektroniske regnmåler, placeret ca. 20 meter derfra. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 24
NYKILDE-TESTTAG Opbygning og placering Nykilde-taget er placeret på som vist i Figur. Taget blev opbygget tilplantet i starten af oktober måned 2010. Temperatursensorer under det grønne tag blev tilsluttet 21. marts 2011 og regnvandsopsamling i palletanke blev etableret den 28. marts. Figur 25+billede: Viser placering af demonstrationsanlæg (markeret med rødt) på Højbakkegård i Taastrup (55 40'8"N; 12 18'14"Ø). Taget er anlagt med tre gentagelser af en tagopbygning (Nykilde Skygarden) samt et referencefelt længst mod syd. Felterne med det grønne tag måler 9x2 meter, vækstmediet er 6 cm dybt, og referencefeltet måler 2x2 meter. Taget hælder 15 mod øst. Nedenstående figur viser Nykildes forsøgsopsætning. Figur 26: Viser Nykildes Skygarden forsøgsopsætning. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 25
Resultater Følgende grafer er de foreløbige målinger, resultater og konklusioner fra Nykildes skygarden testag med henblik på temperaturforskelle og vandtilbageholdelse. Vandtilbageholdelse Figur 27: Viser Den opsummerede afdræning for reference-felterne og de tre grønne tage henover vækstsæsonen fra marts til slutningen af november. Grafen viser at de tre gentagelser næsten har identisk afdræning og at de sammenlagt reducerer afdræningen med ca. 46 % i forhold til reference taget. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 26
Figur 28: Viser total afdræningen pr. uge for de tre gentagelser (gennemsnit) og referencen feltet. Heraf ses af vandtilbageholdelsen fra de grønne tage er betydelig i de uger hvor regnmængderne ligger mellem 0 og 20 mm, men at reduktionen er noget mindre i regn-intensive uger (>20mm). I de uger med mest regn, viser observationer at de grønne tage i nogle tilfælde stadig tilbageholder noget af regnvandet, hvor det i andre perioder stort set afdræner lige så meget som reference taget. Dette skyldes sandsynligvis, at der de enkelte uger er stor forskel på hvor meget vand taget kan fordampe (afhængigt af vind, varme og indstråling) og dermed hvor stor kapacitet det har for at optage nedbør. Figur 29: Viser angivelsen af afstrømningskoefficienter fra den 2.juli ved to efterfølgende ekstreme regnhændelser. Heraf ses at ved den første regnhændelse, hvor de ekstensive tage enten er relativt tørre Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 27
eller ligger omkring mark kapacitet, har en betydelig lav afstrømningskoefficient på blot 5%. Ved den anden og noget kraftigere regnhændelse, er de ekstensive tage relativt vandmættet og kan således ikke tilbageholde betydelige mængder regnvand. Afstrømningskoefficienten er derfor meget høj. Afstrømningskoefficienten på 112 % har givet anledning til nogen undren, men må skyldes at det grønne tag ved den anden regnhændelse faktisk afgiver noget af det vand der i første omgang blev tilbageholdt. En anden forklaring kunne være, at der var overløb på referencetaget, og at referencemålingen derfor er for lav. Denne forklaring passer bare ikke så godt med det faktum, at den registrerede nedbør passer meget godt med den nedbør der er målt med regnmåleren. Figur 30: Viser angivelsen af afløbskoefficienten fra den 14.juli, hvor de ekstensive tage har ligget omkring mark kapacitet eller endda vandmættet tilstand, da det har regnet løbende gennem den forgående dag der var i ugen op til d. 13/7 faldet ca. 20 mm nedbør, hvor fordampningspotentialet er beregnet til ca. 22 mm. Heraf ses at ved den anden regnhændelse på 25,5 mm over 10 timer, tilbageholder det ekstensive tag ca. 18,6 mm hvilket svarer til en afløbskoefficient på ca. 73 %. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 28
Figur 31: Afdræning fra Nykilde taget (gennemsnit over gentagelser) 10.-12. august 2011. Der var i ugen op til hændelsen faldet ca. 23 mm nedbør. Fordampningspotentialet for ugen er beregnet til ca. 20 mm for græs. Det ses at selv under lange perioder med regn tilbageholder det ekstensive tag næsten 20 % af den samlede nedbør. Konklusion på vandtilbageholdelsen De foreløbige observationer af Nykildes ekstensive tage viser at de henover sæsonen tilbageholder ca. 46 % af den samlede nedbør. I lange regnfulde perioder reduceres vandtilbageholdelses evnen delvist og i mere ekstreme tilfælde kan studierne indikere at de ekstensive tage fuldstændig mister vandtilbageholdelses evnen. Dette er dog ikke et entydigt billede, da nogle eksempler også viser at Nykildes ekstensive tage kan reducere afdræningen i regn intensive perioder. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 29
Temperatur Figur 31: Viser gennemsnits udelufts temperaturen på en sommerdag, i forhold til overflade temperaturen på reference taget (kontrol) og temperaturen på det ekstensive tag (skygarden). Grafen viser at både reference taget og det ekstensive tag opnår højere temperaturer end den gennemsnitlige udelufts temperatur. Særligt midt på dagen hvor sol indstrålingen er størst opnår tagene deres maksimale overflade temperaturer. Reference taget og det ekstensive tag peaker henholdsvis på ca. 45 0 og 33 0. Om morgenen og om aftenen følger de to tage den gennemsnitlige udelufts temperatur relativt parallelt, hvor det ekstensive tag er 3-5 0 grader varmere og reference taget 2-3 0 koldere. Det grønne tag er lidt varmere end referencetaget da det både har opmagasineret varme. Temperaturudsvingene på en typisk sommerdag: - Reference tag: 38 0 (7 0-45 0 ) - Semiintensive tag: 20 0, (13 0 33 0 ) Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 30
Figur 32: Temperaturer på og omkring Nykilde-taget 11. februar 2012. Der måles en meget lav temperatur på referencetaget sidst på natten, hvor Skygarden generelt ligger 6-8 grader højere. Eftermiddagen har budt på vejr, som har resulteret i samme temperatur for luft, kontrol og Skygarden. Lufttemperaturen stiger ud på aftenen. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 31
Vurdering af målesystem Figur 33 viser hvor meget nedbør der er registreret i regnvandstanken (på referencefeltet) fordelt på sæsonens enkelte regnhændelser i forhold til den elektroniske regnmåler som også er koblet til dataloggeren. Generelt er der registreret lidt mindre nedbør med regnvandstanken end med regnmåleren: Referencefeltet mod nord viser i gennemsnit 98 % af regnmålerens registrering (R 2 =0,99), og feltet mod syd viser i gennemsnit 82 % af regnmåleren (R 2 =0,99). Hvad denne forskel skyldes, står ikke helt klart, men faktum er, at der kommer mindre vand pr m2 på tagene end der kommer på demotaget mellem bygningerne. Det er muligt, at det er specielle vindforhold (turbulens) omkring bygningen, som gør at nedbøren ikke lander på taget, men det er svært at sige. I forhold til beregningen af vandtilbageholdelse, udgør dette dog et mindre problem så længe referencefelterne og ikke regnmåleren bruges om reference for de grønne tage. Figur 33: Sammenhæng mellem nedbør målt på referencefeltet og nedbør målt med regnmåleren. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 32
SAMMENLIGNING MELLEM DE FORSKELLIGE EKSTENSIVE TAGE Formålet med del rapporten var at undersøge og analysere forskellen i vandtilbageholdelsen (afløbskoefficienter) og temperaturforskelle (delta T) mellem semiintensive- og ekstensive tage med forskellige vækstmedie dybder og opbygning. Ligeledes var formålet at observere planters egnethed ved forskellige behandlinger: N) Ingen tilsætning, V) Vanding, G) Vanding + Gødskning. For at kunne lave disse forsøg er der på AgroTechs grund lavet tre forskellige installationer: Et semiintensivt tag fra Zinco - 19 cm med tre gentagelser af henholdsvis N, V og G Tre ekstensive tage fra VegTech - 11 cm, 7 cm og 4 cm med tre gentagelser Et ekstensivt tag fra Nykilde - 6 cm med tre gentagelser. De installerede systemer er blevet observeret siden medio 2010 og gennem hele vækstsæsonen af 2011. Alle data er indsamlet via online logning. De første evalueringer viser overordnet at de grønne tage er effektive til at tilbageholde regnmængder over hele vækstsæsonen. Zinco: 19 cm ca. 63 % reduktion er målt, men dette tal skal ses i lyset af at målesystemet ikke har målt afstrømning under en vis flowhastighed. I praksis er tilbageholdelsen nok højere. VegTech: 4 cm ca. 44%, 7 cm ca. 45%, 11 cm ca. 53% reduktion Nykilde: 6 cm ca. 46% reduktion Dog ses at der er betydelig forskel mellem det semiintensive tag og de øvrige ekstensive tage. De ekstensive tage fra de to producenter ligger meget tæt og afslører ikke nogen signifikant forskel, trods forskellig opbygning, dybde og orientering. VegTechs tag på 11 cm skiller sig lidt ud i forhold til de tre øvrige ekstensive tage, idet det tilbageholder 9-7% mere. Under længere perioder med nedbør og intensive regnperioder, reagerer de grønne tage meget forskelligt. Her viser foreløbige observationer at vandtilbageholdelse og dybden på vækstmediet har en vigtig betydning og at det semiintensive tag generelt er signifikant mere effektiv vandtilbageholdelses buffer end de ekstensive tage. Selv under ekstreme regnintensive hændelser på kort tid (ca. en time, aftenen d. 2 juli) afslører at Zincos semiintensive tag kan tilbageholde betydelige regnmængder - med afstrømning på ca. 10%, 35%, 44% med regnintensiteter på ca. 2.15, 1.3 og 0,8 [l/m 2 /minut] med 15-30 min. mellem hver regnintensive periode (peak). For hele regnhændelsen er afstrømningskoefficienten 35 %. Under samme periode (d. 2 juli aften) kunne VegTechs tage ved sidste regnintensive hændelse reducere vandmængden med afstrømnings koefficienter på ca. 91%, 81%, 75% for henholdsvis tagene 4 cm, 7 cm og 11 cm. Mens Nykildes tag havde en afstrømnings koefficient på ca. 112% dvs. ingen reduktion. Senere observationer fra d. 13-14. juli viser at Vegtechs tage havde afløbskoefficienter på 0.67, 0.64 og 0.53 (67%, 64% og 53%) for henholdsvis tagene 4 cm, 7 cm og 11 cm, mens Nykildes tag var 0.75 (75%) Samt observationer fra d. 10-12. august viser at Vegtechs tage havde afløbskoefficienter på 0.71, 0.72 og 0.65 (71%, 72% og 65%) for henholdsvis tagene 4 cm, 7 cm og 11 cm, mens Nykildes tag var 0.81 (81%) Ud fra dette kunne det indikere at opbygningen på de to producenters ekstensive tage har en betydning, da Vegtechs tage i disse hændelser har lavere afstrømnings- og afløbskoefficienter. Dog kan dette ikke konkluderes, da andre forhold fra d. 6. og 9. oktober viser at det er Nykildes tage som har lavere eller lignende afstrømnings- og afløbskoefficienter end Vegtechs tage. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 33
Figur 34: Viser observationer fra d. 6 Oktober. Heraf ses at afløbskoefficienterne fra henholdsvis Nykilde- og VegTechs tage er meget ens. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 34
Figur 35: Viser observationer fra d. 9. oktober. Heraf ses at afløbskoefficienterne fra henholdsvis Nykilde- og VegTechs tage er forholdsvis ens, men at Nykildes er en smule lavere i forhold til dybden på vækstmediet. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 35
Undersøgelsen af de grønne tage er stadig under observation og nye data bliver jævnligt analyseret. Nuværende og kommende vækstsæsoner vil kunne give mere specifikke konklusioner i fremtiden. Opsamling og konklusioner på foreløbige observationer Jo tykkere opbygning, jo mere vand kan det tilbageholde og jo større kapacitet har det før det er mættet! Ligeledes hænger den temperatur regulerende effekt også sammen med tykkelsen men også med orienteringen. Endelig må vi bekræfte at ekstensive tage ikke kan håndtere ekstremregn fuldt ud, men kan optage en del af regnen og forsinke resten. Det semi-intensive kan optage noget mere, men har også en maxkapacitet og forsinker ligeledes. Forsinkelsen ser ud til at hænge sammen med tykkelsen = den hydrauliske infiltrationsmodstand. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 36
APPENDIKS 1: MÅLESYSTEM Det overordnede målesetup for demotaget er vist i figur 36. Alle sensorer er tilsluttet en central datalogger, hvilket sikrer at alle målinger foretages samtidigt. Måling af afdræning fra de enkelte testfelter sker ved at vand, som løber gennem taget, opsamles i en tagrende hvorfra det løber gennem en flowmåler, som er koblet til nedløbet. Måling med flowmåler blev primært valgt på grund af tagets lave højde, som ikke gjorde det muligt at placere en opsamlingstank under det. Fordelen ved flowmåling er desuden, at den giver en direkte måling af afdræningen og at data er lette at tolke. Ulempen er, at flowmålere kræver en vis gennemløbshastighed for at registrere et flow, og at langsom afdræning fra taget derfor ikke bliver registreret. Målingen kan derfor ikke bruges til at sige hvor meget taget har tilbageholdt totalt set, men den er god til at vurdere forsinkelse og afstrømning ved kraftige regnhændelser. Måling af vandings- og gødningsvand til behandlingerne sker ved flowmålere koblet ind på fødeslangerne til hhv. vandings- og gødningsvand. Det antages at vandet fordeler sig ligeligt på de tre gentagelser af hver behandling. Temperaturmålingen sker i tre niveauer på det grønne tag og to niveauer på referencetaget som vist i figur 36. Temperaturer måles ikke på samtlige gentagelser, men på et felt som ikke vandes (N3) og et felt som vandes (V3) foruden Referencefeltet (R). Det antages at der ikke vil være forskel i temperatur mellem et tag som vandes med gødningsvand og et tag som vandes med almindeligt vand. Måling af afstrømning i VegTech og Nykilde tagene blev foretaget ved opsamling i hhv. regnvandstønde (200L) og palletank (1000L). Vandstand i tankene blev målt med tryktransmiter. Temperatur på disse tage blev målt hhv. under tag-kassetten og under tag-membranen. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 37
Figur 36: Principskitse over sensorplacering for termistorer (temperatur), flowmålere og vejrstation. Datalogger Dataloggeren brugt i forsøget er CR1000 (Campbell Scientific, Logan, UT, USA) Measurement and Control System. Interface Forbindelse mellem datalogger og T-drevet går via NL120 (Campbell Scientific, Logan, UT, USA) Ethernet Module med kabel forbindelse til LAN i bygning 8-69. Server software (Campbell LoggerNet version 3.4.1) kører på Jakob Skov Pedersens stationære PC. Multiplexer To stk. AM16/32B Relay Multiplexer (Campbell Scientific, Logan, UT, USA), er koblet til dataloggeren. Multiplexerne kører i 2 X 32 mode. Kabler Der bruges skærmede kabler som enten er suppleret fra Campbell Scientific eller som er indkøbt specielt til formålet. Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 38
Jordforbindelse Etableret med jordspyd ved både datalogger og multiplexer for at undgå overspænding som kan ødelægge udstyret. Jordtemperatur sensor Til måling af jord/tag/isoleringstemperatur er anvendt termistor type 107 (Campbell Scientific, Logan, UT, USA) placeret som vist i Fejl! Henvisningskilde ikke fundet.. Vejrstation Vejrstationen består af en CS215 temperatur/rh probe (Campbell Scientific, Logan, UT, USA). Vindmåleren er en WindSonic (Gill Instruments, Hampshire, UK) og globalstrålingen måles med et LI200 pyranometer (LiCOR, Nebraska, USA) Flowmålere Flowmålere til måling af vandings/gødningsvand og afstrømning på Zinco taget var FCH-C-PA turbineflowmålere (Bell Flow Systems, UK) Trykmålere Måling af afstrømning i VegTech og Nykilde tagene blev foretaget ved opsamling i hhv. regnvandstønde (200L) og palletank (1000L). Vandstand i tankene blev målt med P131 tryktransmiter (Nöding Messtechnik). Kabling og tilslutning Er termsitoren koblet direkte på dataloggeren, er den indbyggede målemodstand (1 KΩ) anvendt. Er sensoren koblet gennem en multiplexer, er denne fjernet og modstanden er i stedet placeret i den kanal i dataloggeren hvor signalet fra multiplexeren går ind. Databehandling Regnhændelse: i beregningen defineret som to registreringer fra regnmåleren med mindre end 10 timers mellemrum. Den officielle definition hedder to registreringer inden for en time. Problemet med at anvende denne grænse var, at vandet ikke nåede at løbe af fra det grønne tag før den næste regnhændelse startede, hvilket betød at det blev umuligt at henføre afdræningen til en konkret regnhændelse. Det blev med andre ord noget rod. Efterfølgende fik taget yderligere 10 timer til at dryppe af (med mindre en ny regnhændelse startede i mellemtiden), hvorefter afdræningen for den forudgående regnhændelse blev aflæst. Fordampningspotentialet er beregnet som den potentielle evapotranspiration (ASCE, 2005) ud fra målingerne af lufttemperatur og - fugtighed, globalstråling og vindhastighed. Beregningen er foretaget ud fra en model for tætklippet græs i vandret plan. Referencer: ASCE (2005): THE ASCE STANDARDIZED REFERENCE EVAPOTRANSPIRATION EQUATION; Environmental and Water Resources Institute of the American Society of Civil Engineers, Final Report, 70 pp Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 39
BILAG 1 Forsøgsrapport Demonstrationsanlæg Grønne Tage. 2012 40