Witte dakbedekking: Feiten en Fabels

Over witte dakbanen zijn al vele artikelen verschenen, waarin diverse beelden worden opgeroepen en meningen als feiten naar voren worden gebracht. Het is daarom tijd de feiten en fabels van elkaar te scheiden. Dit artikel, deel 3 in de reeks, beschrijft ‘cool roofs’ in algemene zin en geeft een viertal overwegingen bij de keuze voor een zwarte of witte dakbedekking.

In deel 1 van deze artikelenreeks zijn vijf aandachtspunten besproken voor de invloed van een witte dakbedekking op de luchttemperatuur binnen. In deel 2 is voor vier parameters berekend wat deze invloed ten opzichte van een zwarte dakbedekking kan zijn. De uitspraak ‘Wit dak scheelt binnen 5 °C’ is niet overtrokken, maar moet eigenlijk luiden: ‘Wit dak kan binnen 5 °C schelen’. Dit deel beschrijft ‘cool roofs’ in algemene zin en geeft een viertal overwegingen bij de keuze voor een zwarte of witte dakbedekking onder het kopje ‘Zwart-wit’.

Witte dakbedekkingen zijn er in drie varianten: ‘wit-in-de-massa’, een coating van PU of acryl of een minerale afwerking met titaniumdioxide (TiO2). Ook kan handmatig een reflecterende verf worden aangebracht, waarvoor de hechting en laagdikte kritisch zijn, gelet op de ondergrond, het weer en de verwerkingswijze.

Witte daken in de USA

De benaming ‘cool roofs’ betreft daken die (’s zomers) door reflectie en emissie het energieverbruik voor de koeling van een gebouw verlagen. In Europa is de European Cool Roof Council (ECRC) actief, een vervolg op het inmiddels afgeronde CoolRoofs Project. Het Europese beleid en de Europese actieplannen zetten sterk in op energiebesparing, anders gezegd verbetering van de energie- efficiëntie, maar dit heeft voor ‘cool roofs’ of witte dakbedekking nog niet tot specifieke normen geleid.

In de USA gelden voor nieuwbouw in de staat Californië sinds januari 2003 eisen aan de reflectie en emissie van een dakbedekking. Deze eisen zijn verwoord in de norm ‘2008 Building Energy Efficiency Standards’ (aangeduid door: CA, Title 24, Part 6)¹. De tabel illustreert deze eisen voor niet-woningen. Zonder certificaat van een dakbedekking dient daar voor de reflectie 0,10 en voor de emissie 0,75 te worden aangehouden.

De waarde voor de reflectie geldt na 3 jaar veroudering.

Door deze eisen in regelgeving op te nemen, is de behoefte of noodzaak ontstaan om stralingseigenschappen en producten te karakteriseren. Dat is voor ‘cool roofs’ in de USA op twee wijzen mogelijk.

Via de SRI-index, gedefinieerd in norm ASTM E1980-01. Het is een getal dat de stralings-eigenschappen van dak materialen uitdrukt. Hierbij wordt rekening gehouden met de reflectie (‘solar reflectance’) en de stralingsemissie (‘thermal emittance’) samen. De reflectie weegt het zwaarst. Voor het Californische klimaat (en vergelijkbaar) geldt hoger is beter. Voor het Nederlandse klimaat behoeft dit nuance.
Via het label ENERGY STAR. Dit label, uitgegeven door EPA en DOE², stelt alleen eisen aan de reflectie. Voor sterk hellende daken dient de reflectie dan bij aanvang (ρ0) minimaal 0,25 te zijn en na 3 jaar veroudering ten minste 0,15. Voor platte daken zijn de minimale eisen aan de reflectie bij aanvang 0,65 en na 3 jaar veroudering 0,50.

Via de website van de Cool Roof Rating Council (CRRC) is een database vrij toegankelijk. Uit de beschikbare online data van de CRRC blijkt na 3 jaar de reflectiewaarde 6 - 30% af te kunnen nemen, tegen hooguit 13% voor de emissiewaarde. De emissie blijft veelal gelijk of neemt soms iets toe. Bij veroudering blijkt, heel globaal, de procentuele afname van de initiële reflectie kleiner te zijn dan de reflectie na veroudering groter is.

Voor de USA, met zeer zonnige gebieden en thermisch matig of slecht geïsoleerde gebouwen, is een hoge afgifte van warmte wenselijk. Hiervoor geldt dat een hoge emissiecoëfficiënt (ε) beter is, omdat een dak ’s nachts dan meer warmte kan afstralen. Voor Nederland is de situatie anders. In ons klimaat is de atmosferische warmtestraling (L+) voor een groot deel van het etmaal en voor een groot deel van het jaar (veel) groter dan de zonnestraling (G). In ons klimaat zijn daarom een hoge reflectiecoëfficiënt (ρ) en lage emissiecoëfficiënt (ε) van belang. Het voordeel van een lage emissiecoëfficiënt ‘s zomers is minder absorptie van warmtestraling, terwijl ‘s winters het verlies door warmtestraling minder is. De resultaten van het in deel 2 beschreven rekenmodel zijn gebaseerd op een gemeten emissiecoëfficiënt van 0,25, terwijl deze waarde veelal ligt tussen 0,83 - 0,87.

Het zou wenselijk zijn om geaccrediteerde of genotificeerde laboratoria de stralingseigenschappen van witte dakbedekkingen, na genormeerde veroudering, te laten meten. Dit maakt een objectieve, onderlinge vergelijking mogelijk en laat berekeningen toe.

Aandachtspunten voor een model

Voor een ruimte onder een dak is op voorhand onbekend hoe groot de positieve invloed van een witte dakbedekking is. Rechtvaardigt deze invloed de investering? Rekenresultaten kunnen een goede benadering zijn, mits de modellering en materiaalparameters juist zijn.

In deel 2 is de representatieve waarde voor de windsnelheid al genoemd, maar de omgeving rond het dak, de materiaalparameters van de dakbedekking en de vervuiling van een wit dak zijn eveneens relevant.

Lichtstraten, PV-panelen en ‘leefgebieden’ (terras, vegetatie, parkeren) op een dakvlak hebben invloed op de instroom van zonne-energie (G) en atmosferische warmtestraling (L+). Als de warmtestroom door gevels (veel) groter is dan die door het dakvlak, zal de invloed van de witte dakbedekking kleiner zijn. Schaduw van bomen en andere gebouwen, (dwars)ventilatie en de warmteproductie in het gebouw spelen ook een rol.

Welke waarden voor de reflectiecoëfficiënt en de emissiecoëfficiënt zijn door veroudering realistisch? Zijn representatieve testen mogelijk of zijn praktijkmetingen noodzakelijk? Bij ontbrekende gegevens over de reflectie na 3 jaar veroudering (ρ3) geldt volgens de Californische norm: ρ3 = [0,2 + 0,7 x (ρ0 – 0,2)]

Als meetgegevens niet voorhanden zijn, geldt voor ρ3 dan ook: ρ3 ≤ 0,76. Dit komt overeen met de bovengrens volgens de CRRC-data.

Een ander aandachtspunt bij witte dakbedekking is de vervuiling daarvan. Voldoende afschot van het dak en reiniging van de dakbedekking zijn noodzakelijk. Het is denkbaar dat fijn stof in combinatie met wind een dak statisch kan maken, waardoor dit meer vuil aantrekt.

Zwart-wit

Witte dakbedekking zou heilzaam zijn voor een aantal verschijnselen: verhoging van de opbrengst van PVpanelen, beperking van het stedelijke ‘heat island-effect’ en zelfs tempering van het broeikaseffect door een toename van het albedo³. Voor deze verschijnselen is de invloed van een wit dak een academische discussie. De discussie tussen witte of zwarte daken is echter niet academisch en ook niet zwart-wit.

Voor enige nuance zijn vier overwegingen te noemen, die bij de keuze voor een dakbedekking een rol kunnen spelen.

Koeling. Witte dakbedekking geeft ’s zomers in gebouwen zonder koeling geen besparing op de koelkosten, maar leidt mogelijk wel tot een betere comfortbeleving binnen. Andere oplossingen die ’s zomers de koellast en het comfort binnen kunnen beïnvloeden⁴, zijn ballast (grind of tegels) of een vegetatiedak. Tenminste, als de draagconstructie dit toelaat.
Verwarming. Een zwarte dakbedekking zou ’s winters door de sterkere absorptie van straling voordeliger zijn, vanwege lagere verwarmingskosten. De absorptie van zonnestraling is afhankelijk van de intensiteit daarvan en die is ’s winters zeer gering. Ook wordt de zonnestraling ’s winters beperkt door korte dagen, meer bewolking en sneeuw. Dus het voordeel is nogal mager.
Duurzaamheid. Duurzaamheid vanuit milieuoogpunt (gelet op minder energieverbruik) is niet helemaal synoniem met een duurzame dakbedekking (gelet op de functies daarvan). De kwaliteit, dus duurzaamheid, van elke dakbedekking staat of valt in de eerste plaats met de uitvoering. Enkele van de vele functies van een dakbedekking zijn bijvoorbeeld de blijvende waterdichtheid en de beloopbaarheid. Tevens kunnen recycling en de C2C-filosofie overwegingen zijn bij de keuze voor een dakbedekking.
Onderhoud. Voldoende afschot van het dak en periodieke reiniging van de dakbedekking zijn onontbeerlijk. Vogelpoep, (fijn) stof en bladeren zijn de grootste bronnen van vervuiling. De nabijheid van (zware) industrie, een luchthaven of een snelweg zal meer vervuiling veroorzaken. Dit kan worden versterkt door bepaalde materiaaleigenschappen. Sommige materialen zoals PVC vervuilen sneller dan andere. Ook is het maar de vraag of de voordelen van een witte dakbedekking opwegen tegen de kosten en het energieverbruik van de noodzakelijke reiniging. Hoe vaak dient de dakbedekking te worden schoongemaakt? Welke (biologisch afbreekbare) middelen zijn daarvoor beschikbaar?

Conclusies

Witte dakbanen hebben de volgende karakteristieken: Een witte dakbedekking kan de koellast beperken en een betere comfortbeleving binnen geven.

De luchttemperatuur binnen wordt nooit bepaald door slechts één parameter (zoals de reflectie), maar door de samenhang van vele parameters.
Een licht geïsoleerd dak met stalen dakplaten is zeer geschikt voor toepassing van een witte dakbedekking, zeker als daarbij sprake is van een geringe binnen ventilatie en een thermisch geïsoleerde begane grondvloer.
Er bestaat geen relatie tussen de grootte van de coëfficiënt voor reflectie (zonlicht) en die voor emissie (warmte).
De CRRC-data laten zien dat door veroudering de initiële reflectie (ρ0) afneemt met 6 – 30%, terwijl de emissiecoëfficiënt (ε) veelal gelijk blijft of iets stijgt.
Meting van ‘stralingseigenschappen’ door een geaccrediteerd of genotificeerd laboratorium zijn wenselijk om witte dakbedekkingen onderling objectief te kunnen vergelijken en om te kunnen berekenen wat de invloed is op het binnenklimaat.
In het Nederlandse klimaat is een dakbedekking die een hoge reflectie combineert met een lage emissie gunstig.

Een deel van het dakvlak van een schoolgebouw in Vlaardingen-Holy, gezien vanaf de omringende woningen. Met piramidevormige daken en een witte dakbedekking een markant beeld in de wijk. Te zien is dat de piramidevormige daken aanmerkelijk minder zijn vervuild dan de platte dakvlakken.

Voetnoten

¹ Per 1 januari 2003 zijn, volgens de 2001-versie van die norm, eisen gaan gelden voor reflectie en emissie. De 2008-versie van de norm geldt vanaf 1 januari 2010.

² EPA = Environmental Protection Agency (U.S.A) en DOE = Department of Energy (U.S.A).

³ Albedo is een meteorologische term voor de reflectie van kortgolvige straling door de aarde en de atmosfeer. Deze reflectie varieert van 0,08 (natte zwarte grond/nat zand) tot 0,82 (verse sneeuw), maar is gemiddeld 0,2.

⁴ Een vegetatiedak kan ook wenselijk zijn vanwege waterberging. Ballast maakt mechanische bevestiging overbodig (mogelijk goedkoper of sneller) en kan bij sloop recycling beter mogelijk maken.

Bronnen

[1] Bouwbesluit 2003 en Bouwbesluit 2012.

[2] Physibel: ‘CAPSOL manual, document M-CP-A-E07’, 2002.

[3] European Cool Roof Council: www.coolroofcouncil.eu.

[4] Cool Roof Rating Council: www.coolroofs.org.

[5] Norm ‘2008 Building Energy Efficiency Standards’ (CA, Title 24, Part 6).

Bron: DAKENRAAD NUMMER 112, FEBRUARI 2013: WITTE DAKBEDEKKING (3) (Tekst en beeld: ir Michiel Saarberg en prof. ir Nico Hendriks, BDA Groep BV, Gorinchem)