project

Urban Photosynthesis; drie functies op één dak

Expert(s):
dr.ir. Gijsbert Cirkel

  • Startdatum
    01 apr 2019
  • Einddatum
    01 dec 2022
  • Opdrachtgever
    TKI Watertechnologie
  • samenwerkingspartner(s)
    Aedes Real Estate, Drain Products Europe, ECOFYT, Gemeente Amsterdam, KWR, Techniplan Adviseurs, SDR electrotechniek

Urban Photosynthesis onderzoekt in de stedelijke omgeving een integrale oplossing voor het zoveel mogelijk sluiten van waterkringlopen op gebouwniveau, gecombineerd met het opwekken van zonne-energie op groene daken met waterberging (blauwgroene daken). Op deze manier kunnen we gelijktijdig bijdragen aan drie functies in verdichte stedelijke gebieden: vergroening, waterhergebruik en energieopwekking.

Met een toenemende bevolkingsdichtheid wereldwijd, en als gevolg van klimaatverandering – intensievere regenval en periodes met extreme droogte en hitte – hebben steden te maken met zowel wateroverlast als watertekorten. Oplossingen worden veelal gezocht in waterberging en groen op daken van gebouwen en bijvoorbeeld ondergrondse parkeerdekken. Voor blauwgroene oplossingen blijft echter minder of geen ruimte over, omdat vaak PV-panelen op daken worden geplaatst om te voldoen aan huidige vastgestelde duurzaamheidseisen. Tegelijkertijd kunnen deze PV-panelen slecht presteren wanneer ze een plek krijgen op conventionele zwarte daken. Urban Photosynthesis wil voor deze problemen oplossingen aanreiken zodat het mes gelijktijdig snijdt aan meerdere kanten.

Technologie

In verdichte steden zijn weinig ruimte en water beschikbaar voor optimale koeling, groene ruimte en opwekking van (zonne-)energie. Het aanvullen van watertekorten voor beplanting met drinkwater, is vanuit het oogpunt van kosten en duurzaamheid ongewenst. Het doel van dit onderzoeksproject is om met een oplossing te komen waardoor men bij de ontwikkeling van multifunctionele daken in steden niet langer hoeft te kiezen voor óf (blauw)groen óf PV-panelen, maar dat én-én een betrouwbare oplossing is. Een systeem dat beschikbaar grijs afvalwater op een natuurlijke wijze kan omzetten in irrigatiewater, is bruikbaar voor verkoeling, in aanvulling op het beschikbare regenwater. De hypothese is dat hierdoor ook bij lange droge perioden de verkoelende werking van het dak maximaal in stand blijft, zonder suppletie van drinkwater. Een andere hypothese is dat door een constante verdamping de efficiëntie van PV-panelen stijgt, waardoor eerder aan duurzaamheidseisen kan worden voldaan. Daardoor komt meer ruimte beschikbaar voor andere dakfuncties, zoals groen en/of waterberging en eventuele terrasruimte. Als laatste hypothese wordt getest of voldoende grijswater beschikbaar is en dit afdoende kan worden gezuiverd in een dunne substraatlaag op het dak met specifieke beplanting.

Uitdaging

Het project kent verschillende uitdagingen. Ten eerste is er de beschikbaarheid van water. Onder Nederlandse klimaatcondities is regenwater ’s zomers wekenlang onvoldoende voorhanden. In meer zuidelijk gelegen landen is deze situatie nog vele malen nijpender. Daarom is een andere continue waterbron nodig. We willen hiervoor douchewater gebruiken, dat wordt gezuiverd via een biologische compacte zuiveringsmethode, geïntegreerd in een blauwgroen daksysteem. Dit systeem moet eerst worden ontwikkeld en getoetst. De zuivering zelf wordt hiermee onderdeel van het blauwgroene daksysteem, met planten die dit water verdampen. Vervolgens stroomt het gezuiverde water naar de drainage en waterretentielaag onder de vegetatie op de rest van het dak, waar het voor verdamping en koeling zorgt. Belangrijk aandachtspunt is de efficiëntie van het systeem voor verwijdering van eventuele organische microverontreinigingen uit het aangevoerde grijswater.

De tweede uitdaging is de PV-panelen zodanig in het daksysteem te integreren dat de verkoelende werking van de begroeiing optimaal tot zijn recht komt, terwijl de planten niet te veel in de schaduw staan. Om dit te bewerkstelligen moeten de temperatuur en opbrengst van de panelen op een blauwgroen dak worden vergeleken met die op een conventioneel dak.

Met de uitkomsten van het onderzoek is het ook belangrijk om toe te werken naar een ander beleid ten aanzien van duurzaamheidseisen. Momenteel wordt in de duurzaamheidsbeoordeling van een bouwproject het effect van een (blauw)groen dak namelijk nog niet meegenomen. Deze beoordeling pakt negatief uit wanneer minder PV-panelen worden geplaatst om ruimte te bieden aan waterberging en groen. In samenwerking met partners willen we daarom onderzoeken in hoeverre de projectresultaten dit beleid op een gewenste manier kunnen beïnvloeden.

Schematische weergave van Urban Photosynthesis, met hergebruik van douchewater, zuivering op het dak en gebruik voor beplanting, en PV-panelen boven de begroeiing.

Oplossing

Met Urban Photosynthesis willen we een bijdrage leveren aan een duurzame en klimaatrobuuste stedelijke leefomgeving. In het daksysteem dat ons voor ogen staat wordt een grijswaterzuivering geïntegreerd in blauwgroene daken, zodat voldoende irrigatiewater beschikbaar is voor het multifunctionele dak met waterberging, PV-panelen en groene vegetatie, de balkonbeplanting en het blauwgroene dak van het parkeerdek. Uiteindelijk streven we naar de ontwikkeling van een optimaal gecombineerd daksysteem voor PV-panelen, in combinatie met beplanting en waterberging.

Concreet wordt er gewerkt aan de volgende opbrengsten:

  • Ontwikkeling van een combinatie-ontwerp voor de plaatsing en bevestiging van een PV-systeem in combinatie met een blauwgroen daksysteem met suppletie van grijs water.
  • Ontwikkeling en toetsing van een nature-based grijswatersysteem voor het genereren van voldoende irrigatiewater.
  • Inzicht in de informatievoorziening naar toekomstige bewoners voor het veiligstellen van de werking van het grijswatersysteem.
  • Kwantificering van de efficiëntie van energieopwekking, effect op verkoeling en de kwaliteit van het gegenereerde irrigatiewater.
  • Kennisontwikkeling om te komen tot een beleidskader voor de integratie van duurzaamheidsaspecten van het blauwgroene dak (met name verdamping) en verhoogde PV-opbrengst in duurzaamheidseisen voor gebouwen.
Artist impression van het Mannoury project in Amsterdam. Deze appartementencomplexen zijn de testlocatie van het Urban Photosynthesis-project (bron: Aedes)

Artist impression van het Mannoury project in Amsterdam. Deze appartementencomplexen zijn de testlocatie van het Urban Photosynthesis-project (bron: Aedes)