GWW-Totaal 5 - 2021

PLATFORM VOOR GROND-, WEG- EN WATERBOUW 14 Hittestress beperken met koelere bestrating Bestrating met een hogere albedo (grotere reflectie) kan bij grootschalige toepassing de luchttemperatuur iets verlagen. Maar de gevoelstemperatuur neemt juist toe, doordat de straling gereflecteerd wordt op mensen en/of oppervlaktes van gebouwen of voertuigen. Foto: Ingenieursbureau Amsterdam. De opwarming van de aarde gaat sneller dan gedacht. Dat blijkt onder meer uit het nieuw- ste rapport van het IPCC dat op 9 augustus 2021 verscheen. Daarmee wordt het ons in vooral stedelijke omgeving letterlijk steeds heter onder voeten. Verharde oppervlakken worden name- lijk door de zon erg warm. Hierdoor wordt ook de luchttemperatuur verhoogd, waardoor het stede- lijke klimaat in warme zomers erg onaangenaam wordt. Is deze ‘hittestress’ te beperken met koelere bestrating? TEKST: DR. IR. LISETTE KLOK, HOGE- SCHOOL VAN AMSTERDAMEN ING. FRANK DE GROOT Bekende verkoelende maatregelen in de inrichting van de openbare ruimte in stedelijk gebied zijn meer groen en blauw. Vooral bo- men kunnen extra schaduw geven. Maar kan de keuze van de juiste bestratingsmaterialen ook van invloed zijn? Denk aan verhardings- materialen met een lichte kleur of waterdoor- latende bestrating. Welke materiaaleigen- schappen zorgen voor een koeler oppervlak en hoe groot is het effect? Om deze veel gehoorde praktijkvragen te beantwoorden, is er een literatuuronderzoek uitgevoerd. De resultaten hiervan staan beschreven in de online EfFact-checker van de Hogeschool van Amsterdam . WELKE INVLOED HEEFT BESTRATING? Bestrating en verharding beïnvloeden het klimaat van de bebouwde omgeving doordat hun oppervlaktetemperatuur overdag vaak hoger is dan die van natuurlijke materialen. De hoge temperaturen van bestratings- materialen verhogen de luchttemperatuur, maar ook de gevoelstemperatuur. Hoe sterk de lucht opwarmt, hangt af van de opper- vlaktetemperatuur van de bestrating, het temperatuurverschil tussen de bestrating en de lucht, hoe hard het waait en de opbouw van de atmosfeer. Hoe warm de bestrating zelf wordt, hangt weer af van het weer (zoals straling, wind, luchttemperatuur, luchtvochtigheid), de thermodynamische materiaaleigenschappen van de bestrating en de warmteoverdrachtsprocessen die de oppervlaktetemperatuur bepalen. De uiteindelijke oppervlaktetemperatuur wordt bepaald door de warmteoverdracht- sprocessen die in Figuur 1 worden getoond. Deze processen vormen samen de energieba- lans van een verhard oppervlak: inkomende en gereflecteerde zonnestraling (kortgolvige straling), inkomende en uitgaande langgol- vige straling, convectie (warmte-uitwisseling tussen oppervlak en atmosfeer), verdamping of condensatie aan het oppervlak (latente warmte) en de warmuitwisseling met neer- slag, verkeer en de ondergrond (conductie). MATERIAALEIGENSCHAPPEN De thermodynamische materiaaleigenschap- pen die van invloed zijn op de energiebalans en de uiteindelijke oppervlaktetemperatuur zijn het absorptievermogen, de albedo (weerkaatsingsvermogen), de emissiviteit, het warmtegeleidingsvermogen, de dichtheid en de specifieke warmtecapaciteit. Albedo De albedo wordt beschouwd als de belang- rijkste factor die de oppervlaktetemperatuur kan beïnvloeden. Het verhogen van de al- bedo van bestrating verhoogt de hoeveelheid zonnestraling die gereflecteerd wordt en verlaagt de absorptie van zonnestraling. Dit resulteert in een lagere oppervlaktetempe- ratuur. Een hoog albedo kan echter negatief uitpakken voor de gevoelstemperatuur. De straling kan gereflecteerd worden op mensen of oppervlaktes van gebouwen of voertuigen. Emissiviteit De emissiviteit van een materiaal bepaalt hoe effectief een materiaal warmte kan uitstralen en hangt af van de microstructuur en de temperatuur van het oppervlak. Hoe hoger de emissiviteitswaarde, hoe sneller het materiaal warmte kan verliezen en hoe koeler het zal zijn. Overdag bepaalt vooral de albedo de temperatuur van de bestrating. ‘s Nachts, wanneer er geen zonnestraling is, wordt de emissiviteit de dominante factor. De meest traditionele bestratingen zijn samengesteld uit materialen met een hoge emissiviteit (0,80-0,95). Eigenlijk is er dus weinig ruimte ommet de emissiviteitswaarde de verkoe- lende eigenschappen van een bestratingsma- teriaal te verbeteren. Thermische geleidbaarheid De thermische geleidbaarheid bepaalt verder de hoeveelheid warmte die wordt geleid van warme naar koude plekken in en onder de bestratingsconstructie. De thermische geleidbaarheid neemt over het algemeen toe met de dichtheid van het materiaal. Een toename van de thermische geleidbaarheid verlaagt overdag de oppervlaktetempe- ratuur van de bestrating, omdat er meer warmte van het bestratingsoppervlak naar de diepere lagen wordt afgevoerd. 's Nachts vindt een tegenovergestelde warmtetrans- port plaats. Verhardingen met een hoge thermische geleidbaarheid kunnen ook meer warmte opslaan. Warmtecapaciteit De specifieke warmtecapaciteit van een materiaal is tot slot het vermogen omwarmte te absorberen of af te geven bij een bepaalde temperatuurschommeling. Deze wordt gedefinieerd als de energie die nodig is om de temperatuur van een eenheidsmassa met één graad te verhogen. Verharding met een hoge specifieke warmtecapaciteit heeft meer energie nodig om op te warmen en heeft hierdoor overdag vaak een lagere opper- vlaktetemperatuur dan verharding met een lage warmtecapaciteit. 's Nachts treedt een tegenovergesteld effect op. SOORTEN BESTRATINGSMATERIALEN Er zijn grofweg vier verschillende soorten koele bestratingsmaterialen: • reflecterende bestratingsmaterialen; • verdampende bestratingsmaterialen; • materialen die van invloed zijn op de warmteopslag; • materialen die warmte kunnen onttrekken. Reflecterende bestratingsmaterialen Reflecterende bestratingsmaterialen hebben een hogere albedo, waardoor meer zonlicht wordt gereflecteerd en bestrating minder opwarmt. Over het algemeen wordt de albedo bepaald door de kleur en ruwheid van het bestratingsmateriaal. Donkere en ruwe oppervlakken reflecteren over het algemeen minder zonnestraling dan gladde, lichtge- Materiaal Albedo Asfalt 0,05 (nieuw) – 0,20 (oud = grijzer) Beton 0,10 (oud) – 0,40 (nieuw) Rode baksteen 0,30 Witte marmeren kiezels 0,55 Grind 0,72 Wit gips 0,93 Gras, bomen of gewassen 0,05 – 0,30 Tabel 1. Albedo van veelgebruikte materialen (Taleghani & Berardi, 2018; Li et al., 2013b; Santamouris, 2015). Figuur 1: Schematische weergave van de energiebalans van verharding. Bron: Chen et al. (2019).