Het stedelijke hitte-eilandeffect Een kwantitatief onderzoek naar het adequaat verminderen van stedelijke hitte-eilandeffect in de Schilderswijk te Den Haag // 12004863 Kah Fai Wong // 30 juni 2017

Inhoudsopgave Introductie het stedelijke hitte-eiland Probleemstelling Doelstelling en Centrale hoofdvraag Deelvragen en onderzoekstechnieken Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Verschil van effect tussen SHI en UHI Bron: Voogt, 2000 SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Gevolg van hitte-eiland Gezondheidsklachten tot toename sterftecijfers door hitte Relatie luchttemperatuur en relatieve sterfte in Nederland 16,5 graden is de gewenste luchttemperatuur in Nederland Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse 2006 Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen 16,5 °C Relatie luchttemperatuur en relatieve sterfte in Nederland Bron: Huynen et al, 2001 SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

De hitte-eilanden in Nederland Gemiddelde oppervlaktetemperatuurverschil Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse SHI >8 °C SHI 5-6°C Conclusies en aanbevelingen Dagsituatie 16 juli 2006 14:04 uur (lokale tijd) Nachtsituatie 17 juli 2006 4:04 uur (lokale tijd) Stedelijke hitte-eiland Bron: E.J. Klok et al, 2012 SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Gemiddelde SHI per stad Den Haag oppervlaktemperatuurverschil verreweg het hoogst SHI van gemiddeld 9,0°C Maximale SHI 15,4°C overdag om 14:04 uur Maximale SHI 6,0°C ‘s nachts om 04:04 uur Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen 16 - 17 juni 2006 Stedelijke hitte-eiland Bron: E.J. Klok et al, 2012 SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

De Schilderswijk (probleemstelling) Introductie Beoordelingskader Hoge bevolkingsdichtheid 21.285 inwoners/km (149 ha.) Gemeten SHI TNO 15,4 °C om 14:00 op 16 juli 2006 6,0 °C om 04:00 op 17 juli 2006 Toekomst Urbanisatie Wereldwijde temperatuurstijging Gemeente Den Haag 2040 CO2-vrije gemeente (energievisie) Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Klimatopenkaart Den Haag Bron: Slabbers 2010 SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Doelstelling en centrale vraag Introductie Beoordelingskader Doelstelling Het verminderen van het stedelijke hitte-eiland effect o.b.v. maatregelen via gebouwen Centrale hoofdvraag In hoeverre kunnen de maatregelen via gebouwen het stedelijke hitte-eilandeffect in de Schilderswijk verminderen naar een gewenste luchttemperatuur van 16,5 °C? Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Gevoeligheidsanalyse Deelvragen Introductie Ontwikkelen toetsingsinstrument (eisen en uitgangspunten) Wat zijn de factoren en de effecten die het hitte-eiland in stedelijke gebieden beïnvloeden? Wat is de impact van de klimaatverandering en urbanisatie in stedelijke gebieden met het fenomeen hitte-eiland? Meten en toetsen aan instrument (ontwerpen) 3. Hoe hoog is het hitte-eiland effect in de huidige situatie en toekomstige situatie in de Schilderswijk? Ontwikkelingen stappenplan (specificeren) 4. Welke ontwerpmaatregelen op gebouwniveau verlaagd de temperatuur in de Schilderswijk? Beoordelingskader Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Warmtestroomanalyse Gevoeligheidsanalyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Soorten hitte-eilanden Oppervlakte hitte-eiland (SHI) Atmosferische hitte-eiland (UHI) Urban Canopy Layer (UCL) Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Beoordelingskader Onderzoeksgebied Niveaus van atmosferische hitte-eiland Bron: Oké en Rotact herziening van figuur uit 1997, Oké. SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

De hitte-eilandeffectvariabelen Introductie De variabelen die het hitte-eilandeffect beïnvloeden Natuurlijke variabelen; zon, windsnelheid etc. Stedelijke variabelen ; grondverdeling, gebouwen etc. Menselijke variabelen; motorvoertuigen, elektriciteit- en gasverbruik etc. Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse 2. Stedelijke variabelen 3.Menselijke variabelen Conclusies en aanbevelingen Hitte-eiland Beoordelingskader 1.Natuurlijke variabelen Bron: Memon et al., 2008 SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Oppervlakte energiebalans (Oké 1988) Factoren die het temperatuurverschil beïnvloeden Introductie Beoordelingskader Q De zon Qf Antropogene warmte Qh Latente warmte Qe Bodemwarmtestroom ΔQs Opslag ΔQa Atmosfeer Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Q + Qf = Qh + Qe + ΔQs + ΔQa Conclusies en aanbevelingen Q ↓ Zonnestraling Qh↑ Windsnelheid Luchtverontreiniging Albedo -waarden Qf↓ Motorvoertuigen Qe↑ Grasoppervlakte Gasverbruik Wateroppervlakte Elektriciteitsverbruik ΔQs Gebouwhoogte Gebouwvolume Gebouwgrondoppervlakte Absorptiecoëfficiënt Thermische massa 1. HUIDIGE SCENARIO a) 21 juni dag met de kortste schaduw b) 22 december dag met de langste schaduw c) Maart tot september 2. TOEKOMSTIGE SCENARIO Beoordelingskader Variabelen die binnen deze studie zijn gebruikt Resultaten SHI en UHI Oppervlak Energiebalans Bron: Chrysoulakis 2015 SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Fysieke structuur in kaart brengen Introductie Doel van analyse Voorkomende oppervlaktes in m2 Thermische meerwerkende massa in m3 Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Bodemtemperatuurmeting volgens KNMI Ref: Laakkanaal Oppervlakte Warmtestoom analyse Bron: eigen bron SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Fysieke structuur in kaart brengen Resultaten Introductie Verharding Gebouwen Gras Water 67% 27% 4% 2% Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Gemiddelde Woninghoogte (bron: AHN.nl) 9 m Warmtestoom analyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Hoeveelheid zoninstraling Directe straling Diffuse straling Introductie Beoordelingskader a. Warmtestroom analyse b. Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Doel van analyse Zoninstraling per scenario 21 juni, 22 december en gemiddelde dag 2. Toekomstscenario Toename zoninstraling op een zomerse dag Warmtestoom analyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Totaal inkomende zoninstraling Troebelheidsfactor van Nehring (empirische formules) Toekomstscenario (+6,5% volgens KNMI – klimaatscenario’s 14) Introductie Beoordelingskader 21 juni – Zomerse dag Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen MJ /m2 Warmtestoom analyse Tijd Bron: Luchttroebelheidsfactor volgens Nehering (eigen bewerking) SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

De natuurlijke werking van materialen Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Doel van analyse Hoeveelheid warmte absorptie (dichtheid en soortelijke warmte) 2. Hoeveelheid warmte reflectie Warmtestoom analyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

De hoeveelheid warmteabsorptie en reflectie Introductie Beoordelingskader 21 juni – Zomerse dag Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Joules Conclusies en aanbevelingen Tijd Absorptie van het zonnespectrum* Reflectie van het zonnespectrum Verhoogd de SHI Verhoogd indirect de UHI Verhoogd direct de UHI Verlaagd de SHI Warmtestoom analyse Het zonnespectrum: UV, zichtbaarlicht, IR SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Betrouwbaarheidstoetsing Schilderswijk en TNO Oppervlaktetemperatuurverschil door zoninstraling A) ‘s Nachts om 04:00 lokale tijd Onbekend B) Overdag om 14:00 lokale tijd Voldoet Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse °C Gevoeligheids-analyse B Conclusies en aanbevelingen A Tijd Temperatuurverschil Tijd De Schilderswijk TNO in 2006 Het verschil uur Max °C % SHI overdag 14:00 16,9 15,4 +9,7 SHI middernacht 04:00 - 6,0 Warmtestoom analyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Hoogte antropogene warmte Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Doel van analyse Totale antropogene warmte (Energieverbruik, motorvoertuigen en menselijke stofwisseling) Betrouwbaarheidstoetsing (Rotterdam); vergelijkbaar volgens allen et al. 2010: LUCY Warmtestoom analyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Totale antropogene warmte Introductie Energiegebruik is voor circa 90% afkomstig van de sector HDO* Grootste verbruikers (scholen, winkels zonder koeling en horecagelegenheden) 94% nauwkeurigheid tussen de Schilderswijk en Rotterdam (excl. HDO) Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Joules Post De Schilderswijk Gemeente Rotterdam Het verschil in % W/m2 Verkeer 5,4 4,7 +15% Inwoners 1,33 1,52 -13% Menselijke stofwisseling 0,18 0,3 -0,4% TOTAAL 6,91 6,52 +6% HDO gasverbruik 176 - HDO Elektriciteitsverbruik 242 426 Warmtestoom analyse * HDO: Handel Diensten en Overheid SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Het verkoelend effect van de wind Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Doel van analyse Windsnelheid (20 en 50% verlaging) Betrouwbaarheidstoetsing SHI (TNO om 04:04 uur) Warmtestoom analyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Toetsen SHI & UHI inclusief wind SHI – o.b.v. zoninstraling Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen UHI – o.b.v. zoninstraling & antropogene warmte Warmtestoom analyse Bron: Voogt, 2000 SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Deelconclusie (beantwoording deelvraag 2) Hoe hoog is het hitte-eiland effect in de huidige situatie en toekomstige situatie in de Schilderswijk? Deelconclusie (beantwoording deelvraag 2) Introductie Zoninstraling een SHI van max. 18,2 °C en 19,4 °C rond 2050 (12:00) Gebouwen absorberen 90% warmte (opslag) De SHI verhoogt indirect de UHI naar max. 9,1 °C om 12:00 uur. Antropogene warmte De antropogene warmte verhoogt direct de UHI naar max. 9,2 °C om 12:00 uur. Samen vormen de zoninstraling en antropogene warmte een UHI van max. 18,3 °C en 19,8 °C rond 2050 Wind Koelt het gebied met een windsnelheid van gemiddeld 20 tot 50% lager dan KNMI Positief resultaat op het verlagen van de SHI en UHI Verlaging SHI van max. 4,5 °C om 12:00 uur. Praktijk fluctueren de temperaturen tussen een SHI van 18,2 °C en 4,5 °C . Actiepunten Kans op hoge temperaturen verlagen Verlagen oppervlaktetemperatuur ter voorkoming van warmteopslag in de gebouwen Verlagen van luchttemperatuur ter voorkoming van hoge temperatuurverschillen Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Warmtestoom analyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Absolute verandering versus relatieve verandering Hoe hoog is het hitte-eiland effect in de huidige situatie en toekomstige situatie in de Schilderswijk? Absolute verandering versus relatieve verandering Introductie Absolute verandering versus relatieve verandering Toe- of afname van 20 procent Effect op het UHI en de SHI Maatregelen op gebouwniveau Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Gevoeligheidsanalyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Het ontwikkelen van het stappenplan Introductie Ontwerpprincipe 1 het verhogen van albedo waarden (verlagen SHI) Ter voorkoming/ vermindering van warmteabsorptie en opslag in gebouwen Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen (Traditioneel) (Coolroofs) SHI 18,2 °C Alle daken SHI 11,4 °C Gevoeligheidsanalyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Het ontwikkelen van het stappenplan Hoe hoog is het hitte-eiland effect in de huidige situatie en toekomstige situatie in de Schilderswijk? Het ontwikkelen van het stappenplan Introductie Ontwerpprincipe 2 beschaduwen van gebouwen (verlagen SHI en UHI) Ter voorkoming/ vermindering van warmtegeleiding tussen de buitenschil en binnenschil van de gevel Ter vermindering van hoge temperatuurverschillen tussen de buiten- en binnenomgeving Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Gevoeligheidsanalyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Het ontwikkelen van het stappenplan Hoe hoog is het hitte-eiland effect in de huidige situatie en toekomstige situatie in de Schilderswijk? Het ontwikkelen van het stappenplan Introductie Ontwerpprincipe 3 Het toepassen van hernieuwbare energiebronnen Doelstelling gemeente Den Haag: CO2-vrij in 2040 Grootste verbruikers (scholen, winkels zonder koeling en horecagelegenheden) Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Gevoeligheidsanalyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Gevoeligheidsanalyse Resultaat Introductie Beoordelingskader 18-19 °C Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Zonder de maatregelen Gevoeligheidsanalyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Gevoeligheidsanalyse Resultaat Introductie Beoordelingskader 18-19 °C Warmtestroom analyse 15 °C 11 °C Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Met de maatregelen Verlagen albedo waarden van de daken Beschaduwen van de daken Gebruik maken van hernieuwbare energiebronnen Gevoeligheidsanalyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Conclusie en aanbevelingen Introductie De gewenste luchttemperatuur van 16,5 °C Voldoet niet De max. SHI verlagen -7 °C Warmteopslag in gebouwen De luchtkwaliteit en UHI verlagen -3 °C Temperatuurverschillen (beschaduwen) Luchtverontreiniging (gasverbruik) Aanbevelingen Verhogen albedo waarden De gebouwen beschaduwen Hernieuwbare energiebronnen toepassen Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Conclusies en aanbevelingen Gevoeligheidsanalyse SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil

Bedankt voor uw aandacht! Introductie Beoordelingskader Warmtestroom analyse Gevoeligheids-analyse Bedankt voor uw aandacht! Conclusies en aanbevelingen Minder stress, zonder hittestress SHI – Opp. temperatuurverschil UHI – Lucht temperatuurverschil