Reguleren van de fysische, chemische en biologische omgeving: klimaat
Mondiale klimaatregulatie: koolstofopname door biomassa en bodem
Beschrijving
Planten zetten CO2 om in biomassa. Dat proces noemt men fotosynthese. CO2 is een belangrijk broeikasgas, dat vrijkomt bij de verbranding van fossiele brandstoffen. CO2 levert een belangrijke bijdrage aan de klimaatopwarming. Om die reden wordt CO2-opname (of: koolstofopname) gezien als een ecosysteemdienst. Hoe meer atmosferische koolstof wordt vastgelegd in biomassa, en vervolgens in de bodem, hoe minder deze kan bijdragen tot klimaatopwarming.
In volgende figuur worden de belangrijkste processen visueel voorgesteld.
Figuur: Processen CO2-opname, Bron: US Environmental Protection Agency (EPA) Uit de figuur blijkt dat er zowel processen zijn die CO2 opnemen uit de atmosfeer, als processen die CO2 vrijgeven aan de atmosfeer.
Het resultaat is een koolstofvoorraad:
- In bovengrondse biomassa
- In ondergrondse biomassa (wortels)
- In de bodem (organisch en mineraal)
De grootste koolstofvoorraad is wereldwijd aanwezig in de bodem. Het aanvullen van de koolstofvoorraad (=koolstofopname) in de bodem gebeurt door alle types vegetatie. Wel vergen sommige vegetatietypes (b.v. gazon) voor hun onderhoud meer uitstoot van fossiele brandstoffen dan andere (b.v. bos). Daardoor kan de netto koolstofopname verminderen of zelfs negatief worden.
Bodems onder natuurlijke ecosystemen vertonen doorgaans grotere koolstofvoorraden dan deze onder intensief landgebruik. De koolstofvoorraden zijn groter in bosbodems en permanent grasland dan in bodems van tijdelijk grasland of akkerbodems. Bij permanent grasland neemt de koolstofvoorraad toe, terwijl bij akkerbouw en tijdelijk grasland de koolstofvoorraad afneemt. Vooral moerassen en historische veenbodems bezitten grote hoeveelheden koolstof. Voor urbane gebieden is de koolstofvoorraad in de bodem erg variabel en onzeker. Bij urbanisatie wordt namelijk vaak de bovenste, meest koolstofrijke bodemlaag afgegraven.
Voor de koolstofvoorraad in biomassa zijn bomen het meest betekenisvol. In steden bevindt 97% van de koolstof in biomassa zich in bomen (Davies, 2011). De koolstof opgeslagen in bomen is voor langere tijd uit de atmosfeer gehaald, in tegenstelling tot meer kortlevende vegetaties. Indien gekapte bomen een tweede leven krijgen b.v. als timmerhout, blijft de koolstofvoorrraad nog lang intact.
Het is van belang te weten dat na enige tijd (decennia) een evenwichtstoestand optreedt, waardoor er netto geen koolstof meer wordt opgenomen door een ecosysteem (b.v. een oud bos). Onze rekenmethodes houden daar geen rekening mee. Enerzijds omdat daarover in de literatuur heel weinig informatie te vinden is, anderzijds omdat we veronderstellen dat in een stad oude bossen of oude permanente graslanden of andere koolstofrijke vegetatietypes zeldzaam zijn.
Mondiale klimaatregulatie is een dienst die niet lokaal geleverd moet worden. De baten van de dienst zijn globaal, in tegenstelling tot de baten van sommige andere ecosysteemdiensten. Ecosysteemdiensten die lokaal geleverd moeten worden, hebben in een stad een hoge waarde. Dat is het gevolg van een grote vraag en een klein aanbod. Een voorbeeld is de dienst ‘Nabijheid en toegankelijkheid van groen'. Bijgevolg zal mondiale klimaatregulatie door koolstofopname zeker in een stedelijke context niet als de meest belangrijke dienst beschouwd kunnen worden. Wegens de beperkte oppervlakte groen in een stad zal de totale koolstofopname klein zijn vergeleken met de totale CO2-uitstoot. Toch is het wel nuttig om de ecosysteemdienst koolstofopslag in stadsvegetatie te waarderen. Het relatieve belang zal toenemen in de tijd, naarmate de klimaatopwarming een groter probleem wordt.
De aanplant van bomen in een stad is op zichzelf geen kostenefficiënte maatregel om koolstofopname te realiseren (Kovacs, 2013). Het planten en onderhouden van een bos is goedkoper dan het planten en onderhouden van bomen in de stad. Op hun beurt zijn bomen in een park kostenefficiënter dan straatbomen.
CO2-opname door vegetatie is niet de enige factor die het globaal klimaat beïnvloedt. Groendaken bijvoorbeeld isoleren goed en geven daardoor aanleiding tot minder CO2-uitstoot voor verwarming en koeling. De rekenmethodes houden daar (nog) geen rekening mee.
Benodigde informatie:
- Oppervlakte per groenvorm (uitgezonderd bomen; indien onder de bomen een andere vegetatie voorkomt, wordt die oppervlakte wel meegenomen)
- Aantal bomen per diameterklasse
Kwalitatieve waardering
We hanteren een schaal van 0 tot 10 om groenvormen te scoren op koolstofopslag. In deze schaal komt tot uiting dat:
- Bomen het hoogst scoren in koolstofopname
- Hoe dikker de bomen, hoe meer koolstofopname
- Ook lage/laagblijvende vegetaties nemen koolstof op, weliswaar minder dan bomen (bij gelijke oppervlakte)
De scores zijn een interpretatie van de kwantitatieve waardering.
Er dient opgemerkt te worden dat er weinig concrete gegevens in de literatuur te vinden zijn. De kennis is nog ontoereikend voor de stedelijke context. Enkel voor bomen is er veel data te vinden.
Kwantitatieve waardering
Voor de kwantitatieve waardering zijn we vertrokken van de masterthesis "Vegetatievariatie op extensieve groendaken en efficiëntie van koolstofopslag in de stad" van Nelle Thyssen (KUL, 2011). De cijfers zijn tot stand gekomen door middel van een literatuurstudie. Echter we hebben enkele zaken vereenvoudigd, namelijk waar andere literatuur de gebruikte tegenspreekt, of waar we het gevoel hebben dat de onzekerheid groter is dan de gebruikte waarden. Recenter zijn ook cijfers vergeleken met Greater manchester Combined Authority 2021 waar hier en daar andere scores terug te vinden waren.
Monetaire waardering
Om de koolstofopslag monetair te waarderen, hanteren we kengetallen uit De Nocker et al. 2010. Deze getallen zijn gebaseerd op de methode van vermeden reductiekosten: als er meer koolstof wordt opgeslagen in natuurgebieden, kan men op andere plaatsen emissiereductiekosten vermijden om de gegeven milieudoelstellingen te bereiken. Deze kengetallen zijn gebaseerd op de kosten van emissiereductiemaatregelen die nodig zijn om te garanderen dat de gemiddelde temperatuur op wereldvlak maximaal maar met 2°C stijgt ten opzichte van het pre-industriële niveau (1780). De cijfers zijn afgeleid van een meta-analyse van resultaten van verschillende klimaatmodelstudies (Kuik et al, 2009).
Een aandachtspunt is dat men continu nieuwe en duurdere maatregelen moet nemen om op een emissiepad te blijven dat consistent is met de 2°C-doelstelling. De marginale kosten stijgen in de tijd en gaan van 20 euro/ton CO2-eq. in 2010 tot 220 euro/ton CO2-eq in 2050 (of 73€/ton C in 2010 tot 805€/ton C).
Uitgangspunten
Voor de berekeningen gaan we uit van het volgende:
- Koolstofvoorraden in stadsbodems zijn dermate onzeker en variabel in ruimte en tijd, dat we er geen rekenmethode voor op kunnen maken. In ongestoorde niet-afgegraven bodems kan een aanzienlijke koolstofvoorraad aanwezig zijn. In de mate van het mogelijke dient vermeden te worden dat de bodemkoolstofvoorraad in de atmosfeer terecht komt. Bij het wijzigen of verwijderen van groenvormen kan daar aandacht aan geschonken worden. Echter in de rekentool worden deze voorraden niet meegenomen.
- Koolstofvoorraden in biomassa: we weten dat de koolstofvoorraad in bomen meer dan 97% van de totale voorraad betreft. Deze koolstofvoorraad is niet aanwezig in de atmosfeer en draagt dus niet bij tot het broeikaseffect. Om die reden nemen we die voorraad niet mee in de berekeningen. Zoals in het voorgaande, moet men trachten te vermijden dat de koolstofvoorraad in de atmosfeer terecht komt bij het kappen van de bomen.
- Voor koolstofopname (aanvulling van de koolstofvoorraad) brengen we behalve bomen ook andere vegetatietypes in rekening. Hoewel de bijdrage misschien relatief klein is, willen we toch aangeven dat een laagblijvende vegetatie te verkiezen is boven helemaal geen vegetatie, voor wat de ecosysteemdienst koolstofopslag betreft. We verwachten dat er de komende jaren meer accurate gegevens beschikbaar komen over de koolstofopname door verschillende vegetatietypes.
Tabel: Veronderstellingen (gebaseerd op Thyssen, 2011) voor extrapolatie van resultaten naar andere groenvormen:
| Perceelselement | Samenvatting |
|---|---|
| Niet-begroeide oppervlaktes | Vaste waarde (0) |
| Grasland | Vaste waarde per oppervlakte |
| Borders | = grasland |
| Struiken | Vaste waarde per oppervlakte |
| Bomen | Waarde per stuk, afhankelijk van diameterklasse |
| Houtige gevelbegroening | = struiken |
| Intensieve groendaken | = 20% struiken, 50% grasland, 30% verzegeld (+ eventueel bomen) |
| Extensieve groendaken | = grasland |
| Vijvertjes | Vaste waarde (0) |
Bronnen
Davies, Z.G., Edmondson, J.L., Heinemeyer, A., Leake, J.R., Gaston, K.J. (2011) Mapping an urban ecosystem service: quantifying above‐ground carbon storage at a city‐wide scale. J. Appl. Ecol. 48 (5), 1125–1134.
Gómez-Baggethun, E., Gren, Å., Barton, D., Langemeyer, J., McPhearson, T., O'Farrell, P., Andersson, E., Hamstead, Z., Kremer, P. (2013) Urban Ecosystem Services, Urbanization, Biodiversity and Ecosystem Services: Challenges and Opportunities A Global Assessment, Chapter 11, Springer
Greater Manchester Combined Authority, 2021 Ignition project https://www.greatermanchester-ca.gov.uk/what-we-do/environment/natural-environment/ignition/
Hop, M., Hiemstra, J. (2013) Ecosysteemdiensten van groene daken en gevels. Een literatuurstudie naar diensten op het niveau van wijk en stad, Praktijkonderzoek Plant & Omgeving, onderdeel van Wageningen UR.
Kampelmann, S. (2014) Urban ecosystem services: literature review and operationalization for the case of Brussels, Working paper, ULB.
Kovacs, K., Haight, R., Jung, S., Locke, D., O'Neil-Dunne, J. (2013) The marginal cost of carbon abatement from planting street trees in New York City, Ecological Economics 95 1-10, Elsevier.
Lesschen, J. P., Heesmans, H., Mol-Dijkstra, J., van Doorn, A., Verkaik, E., van den Wyngaert, I., Kuikman, P. (2012) Mogelijkheden voor koolstofvastlegging in de Nederlandse landbouw en natuur, Alterra-rapport 2396, Alterra Wageningen UR
Lettens, S., Demolder, H. , Van Daele, T. (2014) Ecosysteemdienst regulatie van het globaal klimaat, Natuurrapport hoofdstuk 24, INBO.R.2014.1993545, INBO.
Nowak, D. (1994) Atmospheric carbon dioxide reduction by Chicago's urban forest. In: McPherson E.,Nowak D. & Rowntree R. (eds.) Chicago's urban forest ecosystem: results of the Chicago urban forest climate project. USDA Forest Service General Technical Report NE-186, Radnor, PA. p. 83-94
Thyssen, N. (2011) Vegetatievariatie op extensieve groendaken en efficiëntie van koolstofopslag in de stad, Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van Master in de bio-ingenieurswetenschappen: bos- en natuurbeheer, KULeuven.
Van De Vreken, Ph., Gobin, A., Merckx, R. (2014) Carbon sequestration in maize and grass dominant cropping systems in Flanders, Geophysical Research Abstracts Vol. 16, EGU2014-8065.
Te gebruiken cijfers
Tabel: Kwalitatieve waardering impact groenmaatregelen op koolstofopslag
| Hoofdcategorieën | Verhardings- en groenmaatregelen | Score | kg C/m² (laag) | kg C/m² (hoog) |
|---|---|---|---|---|
| Groendaken | Extensief groendak | 9 | 0,68 | 1,08 |
| Semi-intensief groendak | 9 | 0,68 | 1,08 | |
| Intensief groendak | 9 | 0,68 | 1,08 | |
| Verhardingen | Gesloten verharding | 0 | 0 | 0 |
| Groene voegen, grasdallen en vergelijkbaar | 1 | 0,025 | 0,1 | |
| Half-verharding (grond, houtsnippers, gebroken fracties) | 0 | 0 | 0 | |
| Water en vochtige/natte groenvormen | Stilstaand water | 0 | 0 | 0 |
| Stromend water | 0 | 0 | 0 | |
| Wadi, infiltratieveld, infiltratiestrook en vergelijkbaar | 2 | 0,025 | 0,27 | |
| Andere natte groenvormen (oevers, wetland..) | 2 | 0,025 | 0,2 | |
| Open (droge) groenvormen | Naakte bodem | 0 | 0 | 0 |
| Bloemenweide en kruidachtigen | 2 | 0,025 | 0,2 | |
| Grasveld en perkplanten | 2 | 0,025 | 0,2 | |
| Heide | 4 | 0,20 | 0,56 | |
| Privé-tuinen | 3 | 0,20 | 0,40 | |
| Groen rond bedrijven en andere gebouwen | 3 | 0,20 | 0,40 | |
| Volkstuinen | 1 | 0,025 | 0,2 | |
| Andere agrarische vormen | 1 | 0,025 | 0,2 | |
| Struiken, hagen en houtkanten | Loofhout,bladverliezend | 4 | 0,20 | 0,56 |
| Naaldhout, groenblijvend | 4 | 0,20 | 0,56 | |
| gemengd/onbekend | 4 | 0,20 | 0,56 | |
| Bos | Loofbos | 10 | 0,79 | 1,18 |
| Naaldbos | 10 | 0,79 | 1,18 | |
| Gemengd bos | 10 | 0,79 | 1,18 | |
| Mantel- en zoomvegetatie (bosrand) | 6 | 0,42 | 0,79 | |
| Bomen(rij) | loofbomen | 6 | 0,36 | 0,74 |
| naaldbomen | 6 | 0,36 | 0,74 | |
| gemengde/onbekend bomen | 6 | 0,36 | 0,74 | |
| fruitbomen | 6 | 0,36 | 0,74 | |
| gevelgroen-muurgroen | 4 | 0,4 | 0,74 | |
| Bebouwde oppervlakte | 0 | 0 | 0 |
Tabel: Gebruikte waarden om opslag voor vrijstaande boom te berekenen.
| Oppervlakte kroon (ondergrens) | score | kg C/boom (laag) | kg C/boom (hoog) |
|---|---|---|---|
| 0 m2 | 3 | 1 | 5,5 |
| 10 m2 | 3 | 4 | 5,5 |
| 25 m2 | 6 | 9 | 18,5 |
| 50 m2 | 8 | 34 | 54 |
| 100 m2 | 8 | 54 | 91 |
*Nowak, 1994; Thyssen, 2011, Smart cities Manual 2021
Tabel: gebruikte waarden voor de monetaire waardering van C-opslag.
| Ref jaar | euro/ton CO2-eq. | euro/ton C |
|---|---|---|
| 2010 | 20 | 73 |
| 2020 | 60 | 220 |
| 2030 | 100 | 366 |
| 2040 | 160 | 586 |
| 2050 | 220 | 805 |
Gemiddeld nemen we als lage waarde 100 €/jaar per ton C en als hoge waarde 366 €/jaar per ton C.
Vertaling naar een indicator
Om de dienst te communiceren hanteren we 3 indicatoren waarvoor we de ecosysteemdiensten koolstofopslag in de bodem en koolstofopslag in biomassa optellen:
- De vermeden kosten voor maatregelen om koolstofemissies te mitigeren. Deze is gelijk aan de monetaire waardering van de dienst
- De jaarlijkse koolstof uitstoot van een gemiddelde Vlaming: 3,55 ton/jaar
- De uitstoot aan koolstof van een gemiddelde autokm: 48 g/km (COPERT)
Een voorbeeld
Op een braakliggend terrein aan de rand van de stad wordt een stadsbos aangelegd van 20 ha. Het bos zal uitgroeien tot een loofbos.
Kwalitatieve waardering
Het braakliggende terrein was begroeid met grassen en kruidachtigen. Dit heeft een score 2 Een loofbos heeft een score 10. Er is dus een verbetering met 8 punten.
Kwantitatieve waardering
Ruigtes slaan tussen de 0,025 en 0,2 kg C op per m². In totaal wordt er tussen de 5 000kg/jaar (0,025 kg/m².jaar x 200.000 m²) en 40 000 kg/.jaar (0,2kg/m².jaar x 200.000 m²) opgeslagen.
Het loofbos slaat tussen de 0,79 en 1,18 kg/m².jaar op. In totaal wordt er dan tussen de 15 8000 kg/jaar (0,79 kg/m².jaar x 200.000 m²) en 236 000 kg/jaar (1,18 kg/m².jaar x 200.000 m²) opgeslagen.
Dit is een extra koolstofopslag van 10 800 kg/jaar lage schatting en 196 000 kg/jaar hoge schatting.
Monetaire waardering
De koolstofopslag in het bos zorgt voor vermeden kosten tussen 1080 €/jaar (10 800/jaar/1000 x 100€/ton) en 71 736 €/jaar (196000kg/jaar/1000 x 366€/ton)
Lokale klimaatregulatie: verkoelend effect van groen
Beschrijving
In de stad is het gemiddeld veel warmer dan op het platteland, we spreken hierbij van een stedelijk hitte-eiland (SHE) effect. Dit fenomeen doet zich voornamelijk 's avonds en 's nachts voor tijdens de zomermaanden. In Antwerpen bijvoorbeeld bedraagt de grootte van het SHE 's nachts tijdens de zomer gemiddeld 3,5°C, met pieken tot 8 à 9 °C op sommige warme dagen (Lauwaet et al., 2013). De eigenschappen van een stad zorgen er niet enkel voor dat de temperatuur er 's avonds en 's nachts hoger blijft, ook overdag ondervinden mensen buitenshuis een hogere warmtebelasting in steden. De zon warmt immers de straten, gebouwen en objecten in steden sterk op (makkelijk tot 40°C en meer, zelfs op niet zo warme dagen). Typisch ligt de oppervlaktetemperatuur van het stedelijk weefsel een 15-tal °C hoger dan in groene gebieden op een zonnige zomerdag. Door de hoge oppervlaktetemperaturen van deze materialen zal de door hen uitgezonden warmtestraling sterk toenemen en een extra stralingsbelasting creëren die duidelijk voelbaar is in een stad.
Hoge temperaturen in steden hebben een belangrijke negatieve impact op de gezondheid van de inwoners. De omgevingstemperatuur is immers één van de belangrijkste factoren die de nachtrust beïnvloeden. Hitte verstoort het slaappatroon en aangezien alle mensen nood hebben aan slaap, kan de totale negatieve impact hiervan groot zijn. Uit cijfers blijkt dat er duidelijk meer ziekenhuisopnames zijn gedurende hittegolven. Wanneer deze opwarming langdurig is, kan dit leiden tot hitte-gerelateerde ziekten zoals krampen, flauwtes en beroertes. In extreme gevallen leidt dit zelfs tot een verhoging van de sterfte. Vooral de leeftijdsgroepen beneden 4 jaar en boven 65 jaar zijn kwetsbaar, omdat ouderen en jonge kinderen minder hitte-regulerende mechanismen hebben. Omwille van het stedelijk hitte-eiland effect zullen al deze negatieve effecten zich meer voordoen in steden: uit berekeningen van VITO blijkt dat het aantal hittegolfdagen volgens de normen van de FOD Volksgezondheid meer dan dubbel zo groot is in de stad Antwerpen als op het platteland rond de stad.
Vegetatie in stedelijke context kan het lokale klimaat aanzienlijk verbeteren dankzij 3 mechanismen: (1) het beperken van invallende zonnestraling door schaduwvorming; (2) door evapotranspiratie van de vegetatie: de verdamping vergt energie die dan niet meer gebruikt kan worden voor het opwarmen van het oppervlak en de lucht; (3) door te fungeren als windstopper, waardoor er op koude (winter)dagen minder warmteverliezen zijn.
Kwalitatieve waardering
Relevant stedelijk groen voor klimaatregulatie kan onderverdeeld worden in verschillende types (een park, grasplein, bomen in een straat, groendaken en gevelgroen). Idealiter wordt dit groen niet alleen geconcentreerd op enkele plekken, maar gespreid langs ‘klimaatassen', die tevens een beter ‘doorluchten' van de stad mogelijk maken en eventueel de stad verbinden met het meer koele ommeland. Uit metingen blijkt dat groene gebieden steeds koeler zijn dan andere urbane locaties (Harlan et al., 2006), maar dit effect blijft wel lokaal en heeft weinig tot geen impact op de temperaturen in nabijgelegen gebieden (Zoulia et al., 2009). Hoe groter het groengebied, hoe beter met andere woorden. Dit wordt bevestigd door simulaties die VITO heeft uitgevoerd in het kader van het Europese FP7 project NACLIM (http://www.naclim.eu/), waaruit blijkt dat grotere parken een klein additoneel temperatuureffect hebben t.o.v. kleine parken (onderstaande figuur). Verder bleek uit de resultaten van de hittekaartstudie (Lauwaet et al. 2013) dat schaduwvorming door bomen erg belangrijk is voor het beperken van de lokale hittestress overdag.
Figuur: Relatie tussen de oppervlakte van groengebieden in de stad en het ruimtelijk gemiddeld effect op de temperatuur tijdens de zomer. Het gaat hier om het absolute effect, groen brengt wel degelijk koeling.
Groendaken en groengevels hebben een bijkomend positief effect op de energiebehoefte van een gebouw, zeker wanneer het een airco-installatie gebruikt tijdens de zomer. Ook tijdens de winter zal een groendak voor extra isolatie zorgen, waardoor de energievraag zal dalen. Uit meetresultaten komt nog een extra voordeel van een groendak naar boven: de opbrengst van zonnepanelen op een groendak ligt 4% hoger dan op een gewoon dak door de koelende werking van het groendak (Architectura 2013). Een groendak vraagt uiteraard een serieuze investering (de kostprijs ligt ongeveer dubbel zo hoog als voor een gewoon dak), maar uit onderzoek blijkt dat een groendak langer meegaat omdat het minder afziet van extreme temperaturen. Een aandachtspunt is wel de nood aan water van het groendak, hetgeen in toekomstig warmere en drogere zomers een probleem kan vormen.
Ook waterpartijen kunnen ingezet worden om het klimaat in steden aangenamer te maken. Uit de wetenschappelijke literatuur blijkt wel dat water best in combinatie met vegetatie wordt ingezet, omdat vegetatie efficiënter het water evaporeert en ook voor belangrijke schaduweffecten kan zorgen (Coutts et al., 2013). Hoe gemakkelijker het water kan verdampen, hoe groter het verkoelend effect. Een spuitende fontein zal bv. voor meer verkoeling zorgen dan stilstaand water (Nishimura et al., 1998). Het significante effect op de luchttemperatuur is beperkt tot het windafwaartse gebied, ongeveer van dezelfde grootte als het waterobject zelf. Verder is het zo dat waterpartijen overdag wel voor verkoeling zorgen, maar 's nachts erg warm blijven vanwege hun hoge warmtecapaciteit.
Op basis van deze informatie hebben de verschillende groentypes een kwalitatieve score tussen 0 en 10 gekregen (tabel)).
Kwantitatieve waardering
Het door VITO ontwikkelde UrbClim model (De Ridder et al., 2015a) is de afgelopen jaren ingezet om de lucht temperaturen en het stedelijke warmte-eiland in Vlaanderen in kaart te brengen met een hoge ruimtelijke resolutie van 100m (De Ridder et al., 2015b; Lauwaet et al., 2018). Het model is daarbij ook uitgebreid gevalideerd met behulp van een netwerk van stedelijk en rurale meetstations (Lauwaet et al., 2018). De hitte-eiland indicator (het aantal hittegolfgraaddagen) die hierbij in kaart wordt gebracht maakt gebruik van zowel de maximum als de minimum lucht temperaturen en geeft een goed globaal overzicht (zowel in de tijd als in de ruimte) van de stedelijke warmte-eiland problematiek in Vlaanderen.
Coutts et al. (2013) schatten in dat open water windafwaarts een verkoelend effect van 1-2°C brengt. Stromend water van grote rivieren, zoals de Schelde, blijken nog efficiënter te zijn: daarbij werd aan de oever een koeling van 3-5°C gemeten. Voor waterrijke grasgebieden werd een verkoelend effect van 0,5-1°C gerapporteerd. Nishimura et al. (1998) meldden dat het verkoelend effect van een spuitende fontein in Tokyo 1-2°C verkoeling gaf in de nabijgelegen windafwaartse zone. Het effect bleek duidelijk groter te zijn wanneer de fontein aan stond.
Op meer lokaal niveau onderzochten Gromke et al. (2014) het effect van bomenrijen, groengevels en groendaken op de luchttemperatuur in een straat met behulp van een Computational Fluid Dynamics (CFD) model met zeer hoge resolutie (1m) . Op een warme dag bleken bomenrijen het meest efficiënt de straat te verkoelen, lokaal tot 1,5°C. Gevelgroen en groendaken bleken een beperkte winst van ongeveer 0,5°C op te leveren. De auteurs merkten op dat de effecten zich enkel in de buurt van het aangebrachte groen lieten voelen, dus een stad moet al op zeer grote schaal een dicht netwerk van vegetatie aanbrengen om een significante temperatuurdaling op stadsniveau te bekomen.
Groendaken en groengevels hebben naast een effect op de luchttemperatuur ook een isolerend effect. Niachou et al. (2001) maten de impact van een groendak op de binnenhuis temperatuur in een kantoorgebouw in Athene. Het dak bleek het aantal uren dat de temperatuur boven 30°C opliep te reduceren met 13%. Jaffal et al. (2012) modelleerden het effect van een groendak op een standaard gezinswoning en vonden een koelend effect van gemiddeld 2°C tijdens een warme zomer. Het moet wel gezegd dat het effect van het dak kleiner werd naarmate de isolatie van het dak beter was. Een iets kleiner effect werd gevonden door Parizotto en Lamberts (2011), die een reductie van gemiddeld 0.5-1°C maten tijdens een warme week in een Braziliaanse woning. Tot slot bestudeerden Virk et al. (2014) het effect van een groendak met behulp van gedetailleerde modelsimulaties voor een slecht geïsoleerd kantoorgebouw in Londen. Het aantal uren dat de temperatuur boven een bepaalde drempelwaarde kwam, werd gereduceerd met maar liefst 63%! Het effect was wel een heel stuk kleiner (30%) wanneer het dak wel goed geïsoleerd werd.
Luchttemperaturen vertellen echter niet het volledige verhaal van hittestress die mensen ervaren. Ook de stralingsbelasting (zowel kortgolvig als langgolvig), de luchtvochtigheid en de windsnelheid spelen een belangrijke rol in het bepalen van het thermisch comfort (de gevoelstemperatuur). Een indicator die al deze effecten in rekening brengt is de zogenaamde ‘Wet Bulb Globe Temperature’ (WBGT), de ISO-standaard voor het kwantificeren van thermisch comfort (ISO 1989). Deze indicator wordt gebruikt door de Belgische overheid (FOD Volksgezondheid en FOD Werk) om te bepalen wanneer werknemers worden blootgesteld aan overmatige hittestress. De finale WBGT waarde wordt in belangrijke mate bepaald door de natte bol temperatuur, die de luchtvochtigheid en windsnelheid in rekening brengt, en de zwarte bol temperatuur, die de stralingsbelasting in rekening brengt. Afhankelijk van deze variabelen kan de gevoelstemperatuur bij éénzelfde luchttemperatuur toch sterk variëren.
VITO heeft een gevalideerde methodologie uitgewerkt om de WBGT te modelleren met een groot ruimtelijk detail (Lauwaet et al., 2020). Hiervoor worden de standaard 100m resolutie meteorologische output variabelen (lucht temperatuur, lucht vochtigheid, windsnelheid, oppervlaktetemperatuur, luchtdruk, neerwaartse kortgolvige en langgolvige straling) van het UrbClim model (zoals ook gebruikt in de huidige hittekaarten op het Klimaatportaal) gecombineerd met gedetailleerde stralingsberekeningen, waarbij de exacte locatie van gebouwen en bomen in rekening worden gebracht. Dit soort berekeningen is erg rekenintensief en kan niet voor lange tijdsperioden worden uitgevoerd (zoals wel gebeurt bij de lucht temperatuur modellering), daarom wordt er gekeken naar een geselecteerde typisch hete dag waarop zich hittestress problemen voordoen.
In de Natuurwaardeverkenner is geopteerd om te werken met de gevoelstemperatuur (WBGT) als indicator, omdat deze een ruimtelijk completer en gedetailleerder beeld geeft van de hittestress, en deze ook makkelijker te beïnvloeden is met lokale/kleinschalige maatregelen zoals het voorzien van schaduw of een waterelement. Dit is veel minder het geval voor luchttemperaturen, die ruimtelijk minder snel variëren en waarvoor grootschalige maatregelen nodig zijn om ze significant te beïnvloeden.
De cijfers die we gebruiken zijn gebaseerd op de berekening van de WBGT voor een typische hete zomerdag (terugkeerperiode van 20 jaar) in het huidige klimaat. Wateroppervlakken komen bijvoorbeeld als minder koel uit de WBGT kaarten dan bij luchttemperaturen omdat ze ‘s nachts een vrij hoge temperatuur behouden en overdag geen bescherming bieden tegen de zonnestraling. Daarnaast komen bosgebieden sterker naar voren als koeltezones bij de WBGT omdat de bomen ook voor schaduwvorming zorgen. nim
Het minimum effect op de WBGT van de verschillende groen-blauwe maatregelen is het effect 's nachts, het maximum effect op de WBGT is het effect van de maatregelen overdag.
Monetaire waardering
Voor hitte zijn generieke cijfers beschikbaar over impact van hitte op gezondheid en arbeidsproductiviteit. In functie van ziektebeelden, sterfte en de duur van arbeidsongeschiktheid kan dit ook uitgedrukt worden in verloren gezonde levensjaren en monetaire eenheden.
Op basis van epidemiologische studies voor Vlaanderen op basis van voorbije hittegolven werden dosis-responsrelaties afgeleid voor vroegtijdige sterfte bij 65-plussers door hitte. De schatting is beperkt tot vroegtijdige sterfte bij 65-plussers. We nemen dus maar een beperkt deel van de totale gezondheidsschade in rekening. We houden bijvoorbeeld geen rekening met andere leeftijdscategorieën, morbiditeit (ziekte) en verlies van arbeidsproductiviteit. Hiervoor ontbreken de nodige relaties en kennis om dit toe te passen in deze studie. Ook om de maatschappelijke kost van hitte op nachtrust te monetariseren bestaat momenteel nog onvoldoende informatie.
We kunnen hier wel enkele cijfers en besluiten meegeven die zijn bekomen in de hittekaartstudie voor Antwerpen (Lauwaet et al. 2013). De kost van voortijdige overlijdens van 65-plussers gekoppeld aan temperaturen boven de optimale temperatuur, kan voor Antwerpen grofweg geraamd worden op ongeveer 3,2 miljoen euro. Voor de berekening van de kost van voortijdige overlijdens bij 65-plussers baseerden we ons op Buekers et al. (2012). Op basis van cijfers van voortijdige sterfte bij 65-plussers schatten Buekers et al. (2012) voor Vlaanderen een jaarlijks verlies aan "gezonde levensjaren" van ongeveer 1.000 DALYs (Disability Adjusted Life Year). Buekers et al. (2012) rekenen met een kost voor een verloren levensjaar door premature mortaliteit die gelijk gesteld wordt aan 40.000 euro. Dit cijfer is gebaseerd op een Europese waarderingsstudies in het kader van de impact van milieukwaliteit op de levensverwachting, en wordt ook gebruikt voor waardering afvang van fijn stof en kosten-baten analyses van milieuproblemen door de EC. In dat geval kan de maatschappelijke kost voor hitte door voortijdige overlijdens in Vlaanderen grofweg geschat worden op ongeveer 40 miljoen euro.
Om op warme dagen het microklimaat te reguleren en een aangename temperatuur te bereiken, wordt vaak veel energie verbruikt. Voor verschillende steden is reeds onderzocht welke impact groen hierop kan hebben. Voor Toronto (Canada) is geschat dat een gemiddelde daling van de zomertemperatuur in de stad met 2°C, een jaarlijkse besparing van de energiekosten zou opleveren van 12,3 miljoen dollar (Bade et al, 2011), wat overeenkomt met een gemiddelde besparing van 5 euro per inwoner. Bade et al. (2011) schatten ook dat wanneer het SHE in het centrum van Rotterdam (deels) teniet wordt gedaan door de aanleg van groen, het elektriciteitsgebruik van bedrijven en winkels met 6% kan worden verminderd, hetgeen een besparing vertegenwoordigt van 5 euro per inwoner. Simpson (1998) schatte dat schaduw van bomen in Sacramento (~470.000 inwoners) aanleiding gaf tot 12 % minder energieverbruik voor koeling. Dit zou een besparing opleveren van 10,7 miljoen US$ (in 1998) of ongeveer 20 euro per inwoner.
Naast gezondheid en energie heeft hitte ook een belangrijke impact op de infrastructuur van een stad. Uit een studie van Kumar en Imam (2013) blijkt dat hogere temperaturen zullen leiden tot snellere achteruitgang van bepaalde basismaterialen (bv. asfalt, betonklinkers, …) van (spoor)weginfrastructuren en bruggen. Sterkere thermische expansie en contractie kan resulteren in meer problemen. De hittegolf van 2003 resulteerde in het Verenigd Koninkrijk in heel wat vervormde sporen met belangrijke vertragingen tot gevolg met een totale geschatte kost van meer dan £3.5 miljoen.
Er zijn ook positieve gevolgen te koppelen aan het stedelijk hitte-eiland, met name een langer groeiseizoen in een omgeving tot 10 km rondom steden en meer uren met aangenaam terrasjesweer.
Voor moment hebben we de gezondheidsbaten nog niet opgenomen in de tool. Wel hebben we gebruk gemaakt van een willingness to pay studie die onderzocht wat mensen willen betalen voor koelere omgevingen bij hittegolven (Bren, Gangadharan, Leroux and Rashcy (2016), CRC for Water Sensitive Cities, 2016).
Bronnen
Architectura, 2013. Dakbegroeiing verhoogt opbrengst van zonneenergie volgens ZinCo. Artikel uit dossier groendaken, 05/07/2013.
Bade, T., Smid, G. and Tonneijck, A.E.G. (2011). Groen Loont! De Groene Stad.
Brent D., Gangadharan L., Leroux A. and Rashcy P.(2016) Valuing the multiple benefits of local stormwater management. Melbourne, Australia: Mime, Monash University Department of Economics
Buekers J., Torfs R., Deutsch F., Lefebvre W., Bossuyt M. (2012), Inschatting ziektelast en externe kosten veroorzaakt door verschillende milieufactoren in Vlaanderen, studie uitgevoerd in opdracht van de Vlaamse Milieumaatschappij, MIRA, MIRA/2012/06, VITO, 2012/MRG/R/187.
CRC for Water Sensitive Cities (2016) Enhancing the economic evaluation of WSUD, Melbourne,Australia: cooperative researchcentre for water sensitive cities.
De Ridder K., Maiheu B., Wouters H., van Lipzig N. 2015b. Indicatoren van het stedelijk hitte-eiland in Vlaanderen, studie uitgevoerd in opdracht van de Vlaamse Milieumaatschappij, MIRA, MIRA/2015/05, VITO en KU Leuven.
De Ridder K., Lauwaet D. and Maiheu B. 2015a. UrbClim - a fast urban boundary layer climate model. Urban Climate, 12, 21-48.
Gromke C., Blocken B., Janssen W., Merema B., van Hooff T., Timmermans H., 2014. CFD analysis of transpirational cooling by vegetation: Case study for specific meteorological conditions during a heat wave in Arnhem, Netherlands. Building Environment, in press.
HARLAN, S.L., A.J. BRAZEL, L. PRASHAD, W.L. STEFANOV, L. LARSEN, 2006: Neighborhood microclimates and vulnerability to heat stress. – Soc. Sci. Med. 63, 2847–2863.
Jaffal I, Ouldboukhitine S and Belarbi R. A comprehensive study of the impact of green roofs on building energy performance. Renew Energy 2012; 43: 157–164.
Kumar, P en Imam B. (2013). Footprints of air pollution and changing environment on the sustainability of built infrastructure; Science of the Total Environment (444) 85–101.
Lauwaet, D., K. De Ridder, B. Maiheu, H. Hooyberghs, en F. Lefebre, 2018. Uitbreiding en validatie indicator hitte-eilandeffect. Studie uitgevoerd in opdracht van MIRA, Milieurapport Vlaanderen Onderzoeksrapport MIRA/2018/01, 137 pp.
Lauwaet D., De Nijs T., Liekens I., Hooyberghs H., Verachtert E., Lefebvre W., De Ridder K., Remme R., Broekx S., 2018. A new method for fine-scale assessments of the average urban heat island over large areas and the effectiveness of nature-based solutions. One Ecosystem 3: e24880, doi: 10.3897/oneeco.3.e24880.
Lauwaet, D., B. Maiheu, J. Aertssens, K. De Ridder, 2013. Opmaak van een hittekaart en analyse van het stedelijk hitte-eiland effect voor Antwerpen. VITO rapport 2013/RMA/R/352.
Mathey J., Rößler S., Lehmann I., and Bräuer A., 2010. Urban Green Spaces: Potentials and Constraints for Urban Adaptation to Climate Change. In: Resilient Cities: Cities and Adaptation to Climate Change Proceedings of the Global Forum 2010, Local Sustainability I, D01 10.1007/978-94-007-0785-6-47.
Niachou A, Papakonstantinou K, Santamouris M, Tsangrassoulis A and Mihalakakou G. Analysis of the green roof thermal properties and investigation of its energy performance. Energy Build 2001; 33(7): 719–729.
Parizotto S and Lamberts R. Investigation of green roof thermal performance in temperate climate: a case study of an experimental building in Floriano´ polis city, Southern Brazil. Energy Build 2011; 43(7): 1712–1722.
Simpson,.J. R. 1998. Urban forest impacts on regional cooling and heating energy use: Sacramento County case study. J. Arboric.24(4).201-214.
Virk G., Jansz A., Mavrogianni A., Mylona A., Stocker J. and Davies M., 2014. The effectiveness of retrofitted green and cool roofs at reducing overheating in a naturally ventilated office in London: Direct and indirect effects in current and future climates. Built Environment, in press.
ZOULIA, I., M. SANTAMOURIS, A. DIMOUDI, 2009: Monitoring the effect of urban green areas on the heat island in Athens. – Environ. Monit. Assess. 156, 275–292.
Te gebruiken cijfers
Tabel: Kwalitatieve en kwantitatieve waardering impact groenmaatregelen op stedelijk klimaat (legende: zie vorige tabel)
| Hoofdcategorieën | Verhardings- en groenmaatregelen | Score | impact nacht (°C WBGT) | impact dag(°C WBGT) |
|---|---|---|---|---|
| Groendaken | Extensief groendak | 3 | -0,9 | -0,4 |
| Semi-intensief groendak | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Intensief groendak | 4 | -0,9 | -1,2 | |
| Verhardingen | Gesloten verharding | -1 | +0,9 | +0,4 |
| Groene voegen, grasdallen en vergelijkbaar | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Half-verharding (grond, houtsnippers, gebroken fracties) | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Water en vochtige/natte groenvormen | Stilstaand Water | 4 | -0,1 | -1,2 |
| Stromend water | 5 | -0,5 | -1,4 | |
| Wadi, infiltratieveld, infiltratiestrook en vergelijkbaar | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Andere natte groenvormen (oevers, wetland..) | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Open (droge) groenvormen | Naakte bodem | 3 | -0,9 | -0,4 |
| Bloemenweide en kruidachtigen | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Grasveld, gazon en perkplanten | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Heide | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Privé-tuinen | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Groene ruimte rond bedrijven en andere gebouwen | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Volkstuinen | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Andere agrarische vormen | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Struiken, hagen en houtkanten | Loofhout, bladverliezend | 9 | -0,2 | -2,8 |
| Naaldhout, groenblijvend | 9 | -0,2 | -2,8 | |
| Gemengd of onbekend | 9 | -0,2 | -2,8 | |
| Bos | Loofbos | 10 | -0,9 | -3 |
| Naaldbos | 10 | -0,9 | -3 | |
| Gemengd bos | 10 | -0,9 | -3 | |
| Mantel- en zoomvegetatie (bosrand) | 9 | -0,2 | -2,8 | |
| Bomen (rij) | Loofbomen | 9 | -0,2 | -2,8 |
| Naaldbomen | 9 | -0,2 | -2,8 | |
| Gemengde/onbekende bomen | 9 | -0,2 | -2,8 | |
| Fruitbomen | 9 | -0,2 | -2,8 | |
| Gevel- en muurgroen | 3 | -0,9 | -0,4 | |
| Bebouwde oppervlakte | -1 | +0,9 | +0,4 |
We berekenen een gewogen gemiddelde voor alle groenvormen in het studiegebied samen. Aparte groenvormen kunnen specifiek in hun omgeving soms een hoger effect hebben dan dit gemiddelde effect.
De betalingsbereidheid voor koelere omgeving is 40,5€/huishouden per daling van 2° WBGT
Vertaling naar een indicator
Hier behouden we de kwantitatieve waardering zijnde het aantal ° C WBGT dat het koeler of warmer is op de locatie van het scenario.
Een voorbeeld
Een ontwikkelingsproject voor een woonzone wil op een braakliggend terrein van 5 ha 30 woningen met privetuin aanleggen (verschillende perceelsgrootten), 36 appartementen, bewoners- en bezoekersparkeerplaatsen, een publiek park met daarin een stuk voorzien voor volkstuinen.
Het publieke park met de volkstuinen is 1,5 ha groot. Het park bestaat grotendeels uit loofbomen (0,75 ha),grasvelden (0,20 ha) en bloemenweide (0,05 ha).
Kwalitatieve waardering
De score voor de dienst lokaal klimaat voor het ontwikkelingsproject als geen openbaar groen of straat groen werd voorzien is -0,04 ((1,2 ha privétuinen x 3 + 3,8 ha woningen en verharding x -1)/5 ha)
Voor het ontwikkelingsproject is de score 2,91 ((0,75 ha loofbos x 10 +0,20 ha grasveld x 3+0.05 ha bloemenweide x 3 + 0,5 ha volkstuinen x3 + 1,2 ha privétuinen x 3 + 0,5 ha bomenrijen (straten) x 9 +1,8 ha woningen en verharding x -1)/5ha)
Kwantitatieve waardering.
Zonder groen nacht: Het gebied wordt 0,5 ° warmer (1,2 ha privétuinen x -0.9 + 3,8 ha woningen en verharding x 0,9)/5 ha) zonder groen dag: 0,21 ° warmer (1,2 ha privétuinen x -0.4 + 3,8 ha woningen en verharding x 0,4)/5 ha) met groen nacht: Het gebied wordt 0,91 ° C koeler (0,75 ha loofbos x -0.9 +0,20 ha grasveld x -0.9+0.05 ha bloemenweide x -0.9 + 0,5 ha volkstuinen x -0.9 + 1,2 ha privétuinen x -0.9 + 0,5 ha bomenrijen (straten) x -0.2 +1,8 ha woningen en verharding x 0,9)/5ha) met groen dag: Het gebied wordt gemiddeld 0,74° C koeler (0,75 ha loofbos x -3 +0,20 ha grasveld x -0,40+0.05 ha bloemenweide x -0.4 + 0,5 ha volkstuinen x -0.4 + 1,2 ha privétuinen x -0.4 + 0,5 ha bomenrijen (straten) x -2.8 +1,8 ha woningen en verharding x 0,4)/5ha)
Gemiddeld zorgt het ontwikkelingsproject ervoor dat in de omgeving van de huizen binnen het project het een 0,5° koeler is dan als er geen groenontwikkeling was opgenomen in het project. Bekijk je de huizen afzonderlijk dan zullen de huizen die vlakbij het bos liggen het zelfs 2,8 ° koeler hebben in vergelijking met een situatie waar er geen park is.
Monetaire waardering
De betalingsbereidheid voor koelere omgeving is 40,5€/huishouden per daling van 2° WBGT De waarde voor de verkoeling die het groen in het ontwikkelingsproject biedt is 668€ per jaar (0,5/2 x 40,5€ x 66 huishoudens)