Witte daken kunnen steden met succes koelen

Het wit schilderen van de daken van gebouwen heeft het potentieel om steden aanzienlijk af te koelen en sommige effecten van de opwarming van de aarde te verzachten, blijkt uit een nieuwe studie.

Het onderzoek, het eerste computermodelleringsonderzoek om de impact van witte daken op stedelijke gebieden wereldwijd te simuleren, suggereert dat het idee om daken wit te maken een verdienste kan zijn.

Maar het onderzoeksteam, geleid door wetenschappers van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder, Colorado, waarschuwt dat er nog veel hindernissen zijn tussen het concept en het daadwerkelijke gebruik van witte daken om stijgende temperaturen tegen te gaan.

"Ons onderzoek toont aan dat witte daken, althans in theorie, een effectieve methode kunnen zijn om stedelijke hitte te verminderen", zegt NCAR-wetenschapper Keith Oleson, de hoofdwetenschapper van het onderzoek. "Het valt nog te bezien of het echt haalbaar is voor steden om hun daken wit te schilderen, maar het idee verdient zeker nader onderzoek."

De resultaten van het onderzoek worden later deze winter gepubliceerd in het tijdschrift Geophysical Research Letters van de American Geophysical Union (AGU) .

Het werk werd gefinancierd door de National Science Foundation (NSF), de sponsor van NCAR. "Onderzoek naar de beperking van klimaatverandering is een uiterst belangrijk onderwerp", zegt Steve Nelson, NSF-programmadirecteur voor NCAR. "Of het nu gaat om witte daken of andere onderwerpen om klimaatverandering tegen te gaan, het is belangrijk om rekening te houden met de vele feedbacks en complicerende overwegingen die onderzoek op dit gebied erg complex maken."

Steden zijn bijzonder kwetsbaar voor klimaatverandering omdat ze warmer zijn dan afgelegen plattelandsgebieden.

Asfaltwegen, teerdaken en andere kunstmatige oppervlakken absorberen warmte van de zon, waardoor een stedelijk "hitte-eilandeffect" ontstaat dat de temperatuur met gemiddeld 2 tot 5 graden Fahrenheit (ongeveer 1 tot 3 graden Celsius) of meer kan verhogen, vergeleken met landelijke gebieden .

Witte daken zouden een deel van die warmte weerkaatsen in de ruimte en koele temperaturen, net zoals het dragen van een wit overhemd op een zonnige dag koeler kan zijn dan het dragen van een donker overhemd.

Het onderzoeksteam gebruikte een nieuw ontwikkeld computermodel om de hoeveelheid zonnestraling te simuleren die wordt geabsorbeerd of gereflecteerd door stedelijke oppervlakken.

De modelsimulaties, die wetenschappers een geïdealiseerd beeld geven van verschillende soorten steden over de hele wereld, geven aan dat, als elk dak volledig wit zou worden geverfd, het stedelijke hitte-eilandeffect met 33 procent zou kunnen worden verminderd.

Dit zou de steden in de wereld met gemiddeld ongeveer 0,7 F afkoelen, waarbij de verkoelende invloed overdag vooral uitgesproken is, vooral in de zomer.

De auteurs benadrukken dat hun onderzoek moet worden gezien als een hypothetische kijk op typische stadslandschappen in plaats van de werkelijke daken van een stad.

In de echte wereld is de verkoelende impact misschien iets minder, omdat stof en verwering ervoor zouden zorgen dat de witte verf na verloop van tijd donkerder zou worden en delen van daken ongelakt zouden blijven vanwege openingen zoals verwarmings- en koelopeningen.

Bovendien zouden witte daken het effect hebben van verkoelende temperaturen in gebouwen. Als gevolg hiervan kan, afhankelijk van het lokale klimaat, de hoeveelheid energie die wordt gebruikt voor ruimteverwarming en airconditioning veranderen, wat van invloed kan zijn op zowel de buitenluchttemperatuur als het verbruik van fossiele brandstoffen zoals olie en kolen die in verband worden gebracht met de opwarming van de aarde.

Afhankelijk van of airconditioning of verwarming meer wordt aangetast, kan dit de impact van de daken vergroten of gedeeltelijk compenseren.

"Het is niet zo simpel als alleen daken wit schilderen en een stad afkoelen", zegt Oleson.

Uit het onderzoek bleek dat sommige steden meer dan andere zouden profiteren van witte daken, afhankelijk van factoren als de locatie en het ontwerp van de stad. Een van de factoren waarmee rekening moet worden gehouden, zijn:

• Dakdichtheid. Steden waar daken dicht op elkaar staan, zouden meer afkoelen.
• Constructie. Daken die grote hoeveelheden zonnewarmte doorlaten in het interieur van een gebouw (zoals kan gebeuren met metalen daken en weinig isolatie) zijn minder effectief in het koelen van buitentemperaturen wanneer ze wit geverfd zijn.
• Locatie. Witte daken hebben over het algemeen een grotere impact in relatief warme klimaten die het hele jaar door sterk zonlicht ontvangen.

Hoewel het model niet genoeg details had om individuele steden vast te leggen, toonde het wel de verandering in temperatuur in grotere grootstedelijke regio's. Het gebied rond New York zou bijvoorbeeld op zomermiddagen met bijna 2 graden Fahrenheit afkoelen.

Het onderzoeksteam gebruikte een nieuw computermodel, ontwikkeld door Oleson en collega's, dat is ontworpen om de effecten van een veranderend klimaat op de stedelijke bevolking te beoordelen en opties te onderzoeken om stijgende temperaturen tegen te gaan.

Dit stedelijke canyonmodel simuleert temperatuurveranderingen in stadslandschappen en legt factoren vast zoals de invloed van daken, muren, straten en groene ruimten op lokale temperaturen.

Oleson heeft met succes het stedelijke canyon-model gekoppeld aan een computersimulatie van het wereldwijde klimaat, het NCAR-gebaseerde Community Climate System Model, waardoor onderzoekers de interacties tussen wereldwijde klimaatverandering en stedelijke gebieden kunnen bestuderen.

Het nieuwe model heeft nog niet de kracht om de architectuur en het ontwerp van specifieke steden te repliceren. In plaats daarvan heeft het onderzoeksteam abstracties van steden in het model gemaakt, met behulp van klassen van bevolkingsdichtheid, stedenbouwkundig ontwerp en bouwconstructie.

Oleson en zijn collega's zijn van plan het model verder te verfijnen om beleidsmakers die bezorgd zijn over de bescherming van de stedelijke bevolking tegen de risico's van hittegolven en andere klimaatveranderingen meer informatie te verstrekken.

"Het is van cruciaal belang om te begrijpen hoe klimaatverandering kwetsbare stedelijke gebieden zal beïnvloeden, waar het grootste deel van de wereldbevolking woont", zegt NCAR-wetenschapper Gordon Bonan, een co-auteur van het artikel.

De National Science Foundation (NSF) is een onafhankelijk federaal agentschap dat fundamenteel onderzoek en onderwijs ondersteunt op alle gebieden van wetenschap en techniek. In het fiscale jaar (FY) 2010 is het budget ongeveer $ 6,9 miljard. NSF-fondsen bereiken alle 50 staten via subsidies aan bijna 2.000 universiteiten en instellingen. Elk jaar ontvangt NSF meer dan 45.000 concurrerende financieringsaanvragen en maakt het meer dan 11.500 nieuwe financieringsprijzen. NSF kent ook jaarlijks meer dan $ 400 miljoen toe aan professionele en servicecontracten.

Een bouwploeg schildert een wit dak in het centrum van Washington, D.C.
Credit en grotere versie