Research: The impact of solar panels on the Urban Heat Island effect (Dutch)

PV-panelen
reduceren het
Urban Heat Island
Een onderzoek naar het gebruik van PV-panelen voor een reductie
van het Urban Heat Island effect in Nederland.
S.W.J. Keetels

| 3
PV-panelen reduceren het Urban Heat
Island
Door
S.W.J. (Sjoerd) Keetels
in deelse vervulling van de eisen voor de graad van
Master of Science
in Building Technology
bij de Delft University of Technology,
zal openbaar verdedigd worden op 2 februari, 2017 om 13:45 uur.
Supervisor: dr. ir. W.J. Quist TU Delft
Thesis comité: dr. G.J. Hordijk, TU Delft
dr. ir. M.M.E. Pijpers-van Esch TU Delft
ir. G. de Nijs, Deerns
Deze thesis is vertrouwelijk en wordt publiekelijk beschikbaar gesteld op 2 februari, 2017.
Een elektronische versie van de thesis is beschikbaar op http://repository.tudelft.nl/.

| 5
Voorwoord
Dit rapport omvat het onderzoek voor het Building Technology afstudeertraject aan de faculteit
Bouwkunde van de TU Delft. Het afstudeeronderzoek vindt plaats op de afdeling bouwfysica en energie
van het ingenieursbureau Deerns in Rijswijk van maart 2016 tot en met januari 2017.
Het onderzoeksonderwerp komt voort uit een wederzijdse interesse voor stedebouwfysica en de
transitie naar duurzame energie. Binnen de vele thema’s die in dit interesse kader vallen is gekozen
voor de combinatie tussen het Urban Heat Island effect en het gebruik van PV-panelen bovenop daken.
Gedurende het onderzoek stonden Truus Hordijk, Marjolein Pijpers-van Esch en Gilbert de Nijs altijd
voor mij klaar. Zij hebben keer op keer mijn vragen beantwoord, waardoor ik verder kon met mijn
onderzoek.
Bij deze wil ik graag mijn begeleiders bedanken voor de uitzonderlijk prettige begeleiding en hun
ondersteuning tijdens dit traject.
Tevens wil ik mijn collega’s bij Deerns bedanken voor de fijne samenwerking en ontspannen werksfeer
op de afdeling. In het speciaal mijn collega’s Peter van de Engel en Maikel Ritmeijer, die me hebben
geholpen met het CFD-programma PHOENICS en warmteoverdracht programma VOLTRA. Ook van
mijn vrienden heb ik wijze raad mogen ontvangen en kunnen sparren over mijn onderzoek. Bovendien
hebben ze mij moreel weten te ondersteunen gedurende het schrijfproces en voorbereiding op de
presentaties. Tot slot wil ik mijn vriendin en familie in het bijzonder bedanken. Hun geduld en
motiverende woorden hebben mij geholpen deze scriptie tot een goed einde te brengen.
Ik wens u veel leesplezier toe.
S.W.J. (Sjoerd) Keetels
swjkeetels@gmail.com
Delft, 17 januari 2017

| 7
Samenvatting
De wereldwijde verstedelijking heeft onder andere als gevolg dat er een toename is in het
temperatuurverschil tussen het platteland en de binnenstad, ook wel het Urban Heat Island effect
genoemd. In combinatie met de toenemende opwarming van de aarde zal het Urban Heat Island effect
de komende jaren extremer worden, met onder andere als gevolg een verminderd comfort van zowel
het binnen- als buitenklimaat in de steden. Uit eerder onderzoek blijkt dat PV-panelen geschikt zijn om
het Urban Heat Island effect overdag met 0,4 °C (Salamanca et al., 2016) te reduceren, waarmee de
gemiddelde intensiteit in Nederland overdag op maximaal 2,3 °C ligt (Steeneveld et al., 2011). Het
huidige afstudeeronderzoek presenteert een rekenmodel, gekoppeld aan een beslismodel, waarmee
wordt aangetoond hoe PV-panelen ingezet kunnen worden voor het reduceren van het Urban Heat
Island effect in Nederland.
Het rekenmodel dat is ontwikkeld om de onderzoeksvraag te beantwoorden, bestaat uit zes
gemodelleerde scenario’s voor de verandering van de totale en piekwarmtestroom naar de stedelijke
atmosfeer. Het rekenmodel is gevalideerd met behulp van meetdata uitgevoerd op een plat dak in
Amsterdam. De onderzochte scenario’s bestaan uit een platte PV-paneel opstelling, schuine oosten
west PV-paneel opstelling en een schuine zuid PV-paneel opstelling. Ook is er gekeken naar een plat
PV-paneel bij een minimale windsnelheid (0,2 m/s), normale windsnelheid (2,5 m/s) en maximale
windsnelheid (5 m/s). Tot slot zijn + ook een plat PV-paneel met bitumendakbedekking, betonnen
dakbedekking en een schuine dakpannenbedekking geanalyseerd.
Uit de rekenresultaten is gebleken dat PV-panelen de totale warmtestroom het meest reduceert bij een
schuine zuid PV-paneel opstelling. Daarnaast blijkt dat voor de reductie van de piekwarmtestroom een
oosten west PV-paneel opstelling het meest effectief is. Daarbij kan een PV-paneel het best gebruikt
worden op een betonnen dakbedekking bij een normale windsnelheid.
In het beslismodel zijn de oppervlaktes van negen stadswijken in Amsterdam geselecteerd,
geanalyseerd en vergeleken. Het bedrijventerrein Sloterdijk 1 en de woonwijk Da Costabuurt hebben
de meeste potentie voor het gebruik van PV-panelen. Omdat er relatief weinig groenen wateroppervlak
aanwezig is, wat zorgt voor een hoge intensiteit van het Urban Heat Island Effect. Daarnaast bestaat
een groot percentage van de wijk uit platte daken, het meest geschikte dakoppervlak voor de plaatsing
van PV-panelen. Met behulp van de resultaten uit het rekenmodel, zijn de wijken getoetst op schaduw,
zonnestraling en windsnelheid. Op basis van bovenstaande factoren kan een keuze worden gemaakt
voor de meest geschikte daken waar PV-panelen op geplaatst dienen te worden, om zo het Urban Heat
Island effect te reduceren.
Het beslismodel met de daarin geïntegreerde rekenresultaten, geeft dus de mogelijkheid om stadswijken
te evalueren op de intensiteit van het Urban Heat Island en de potentie voor het gebruik van PV-panelen.
Hiermee draagt dit afstudeeronderzoek bij aan een mogelijke verbetering van het klimaat in de stad.
Eventueel vervolgonderzoek zou zich kunnen richten op de toepassing van het beslismodel in andere
grote steden. Gezien de potentie van het gebruik van PV-panelen boven betonnen dakbedekking, is het
interessant om onderzoek te doen naar het gebruik van PV-panelen boven andere stedelijke
oppervlaktes met veel massa zoals gevels en parkeerplaatsen. Tot slot kan het rekenmodel uitgebreid
worden, zodat het niet alleen de mogelijkheid heeft om een indicatie te geven van de invloed op het
Urban Heat Island effect, maar de directe gevolgen van PV-panelen kan modelleren.

| 9
Inhoud
VOORWOORD......................................................................................................................................... 5
SAMENVATTING...................................................................................................................................... 7
INLEIDING............................................................................................................................................. 11
1.1 INTRODUCTIE ............................................................................................................................ 11
1.2 PROBLEEMSTELLING EN RELEVANTIE.......................................................................................... 14
1.3 DOELSTELLING EN ONDERZOEKSVRAGEN.................................................................................... 15
1.3.1 Doelstelling ...................................................................................................................... 15
1.3.2 Onderzoeksvragen........................................................................................................... 15
THEORIE............................................................................................................................................... 17
2.1 URBAN HEAT ISLAND EFFECT ..................................................................................................... 17
2.2 PV-PANELEN EN HET URBAN HEAT ISLAND (UHI) EFFECT............................................................ 18
2.3 PV-PANELEN PROEFMEETOPSTELLING........................................................................................ 23
METHODEN .......................................................................................................................................... 25
3.1 REKENMETHODE ....................................................................................................................... 25
3.1.1 Beschrijving...................................................................................................................... 25
3.1.2 Validatie ........................................................................................................................... 26
3.2 ONTWERPMETHODE................................................................................................................... 28
RESULTATEN....................................................................................................................................... 31
4.1 REKENRESULTATEN................................................................................................................... 31
4.2 ONTWERPRESULTATEN......................................................FOUT! BLADWIJZER NIET GEDEFINIEERD.
4.2.1 Selectie stadswijken......................................................................................................... 36
4.2.2 Oppervlakte analyse stadswijken .................................................................................... 37
4.2.3 Oppervlakte vergelijking stadswijken............................................................................... 39
4.2.4 Stedebouwkundig plan .................................................................................................... 40
EVALUATIE .......................................................................................................................................... 47
5.1 CONCLUSIE............................................................................................................................... 47
5.2 DISCUSSIE ................................................................................................................................ 48
5.2.1 Validatie ........................................................................................................................... 48
5.2.2 Beperkingen..................................................................................................................... 48
5.2.3 Aanbevelingen ................................................................................................................. 49
REFERENTIES...................................................................................................................................... 51
BIBLIOGRAFIE....................................................................................................................................... 51

| 11
1
Inleiding
1.1 Introductie
Het stedelijk klimaat wordt voor een groot deel bepaald door gemaakte keuzes in de realisatie van zijn
eigen gebouwde omgeving, die het duidelijk van het klimaat van het omliggend land laat verschillen. De
impact van gebouwen en bestrating zorgen voor hogere luchttemperaturen, zowel overdag als ’s nachts
(Heusinkveld, Steeneveld, Hove, Jacobs, & Holtslag, 2014).
De windsnelheid is vaak lager of hoger op specifieke plekken, dit is afhankelijk van de dichtheid en
hoogte van de bebouwing. Het stedelijk klimaat is onderverdeeld in verschillende wijktypologieën, die
ieder een uniek microklimaat bevatten. Dit wordt veroorzaakt door bijvoorbeeld plaatselijke geografie,
begroeiing, windrichting, bestrating en bebouwing.
De mensheid bescherming bieden tegen de natuurlijke elementen is een van de hoofdredenen dat men
is begonnen met het ontwikkelen van gebouwen. Passieve bouwtechnieken werden ontwikkeld om de
negatieve microklimaateffecten te verzachten en de positieve te versterken. Rond de evenaar zorgden
grote overkappingen voor schaduw. Vijvers en begroeiing verkoelden de beschaduwde plekken extra.
Echter, in koudere gebieden werd de zonnestraling juist zo goed mogelijk benut en de koude wind werd
geblokkeerd. Deze geleidelijke ontwikkeling vond plaats vanaf de prehistorie tot de industriële revolutie
(zie figuur 1.1) (Pijpers-van Esch, 2015).
Figuur 1.1: Monumentale gebouwen verspreid over de wereld (Bjrake Ingels Group, 2015)
Door de introductie van de binnenklimaatsystemen na de Tweede Wereldoorlog is de noodzaak voor
ontwerpingrepen afhankelijk van het buitenklimaat niet meer aanwezig. Een gebouw in Zwitserland
bestaat uit dezelfde opbouw als een gebouw in Amerika en Zuid-Afrika ondanks de totaal verschillende
buitenklimaat typologieën. We zijn voornamelijk bezig met het beter, mooier en/of effectiever maken van

| 12
de complexe en actieve gebouwinstallaties. De prikkel voor het klimaatafhankelijk ontwerpen is door de
technologische ontwikkelingen bijna volledig verdwenen (zie figuur 1.2).
Figuur 1.2: Wolkenkrabbers verspreid over de wereld (Bjrake Ingels Group, 2015).
Het negeren van het buitenklimaat bij het ontwerpen van gebouwen heeft negatieve gevolgen voor het
comfort in het stedelijk microklimaat. Een concreet voorbeeld is het Urban Heat Island (UHI) effect. Bij
dit bewezen effect is de stedelijke lucht- en oppervlaktetemperatuur hoger dan het omliggende landelijke
landschap (Erell, Pearlmutter, & Williamson, 2011). Dit verschil wordt veroorzaakt door stedelijke
ontwikkeling en menselijke activiteiten. Luke Howard (Britse meteoroloog) was de eerste persoon die
met bewijs kwam dat de luchttemperatuur in steden vaak hoger is dan het omliggende landelijke
landschap (Oke, 1982).
De ontwikkeling van gebouwinstallaties maakt deze negatieve gevolgen alleen maar groter.
Binnenklimaat controlesystemen blazen restwarmte, broeikasgassen en andere vervuilingen in de
buitenlucht. Hierdoor zijn ze voor een gedeelte de oorzaak van de globale temperatuurstijging (Metz &
Intergovernmental Panel on Climate, 2007).
Na verder onderzoek is gebleken dat een slecht comfort in het stedelijk microklimaat resulteert in een
stijging van sterfte- en ziektegevallen met name bij de kwetsbare groepen: kinderen en ouderen. In de
zomer van 2006 werden door de hittegolf ongeveer 1000 hittestress gerelateerde sterftegevallen
geregistreerd in Nederland. Het was de op vier na grootste natuurramp van dat jaar (Hoyois, 2007).
Bovendien vermindert de leefbaarheid van de stad, waardoor toerisme en de productiviteit van het werk
in de stad achteruitgaan.
Meerdere onderzoekers hebben deze problemen erkend en leveren met hun onderzoek een bijdrage
aan positieve ontwikkelingen. De stedebouwkundige onderzoekers Marjolein Pijpers-van Esch en Laura
Kleerekoper van de TU Delft hebben onderzoek gedaan naar ontwerpoplossingen op het gebied van
zonnestraling, daglicht, wind, luchtkwaliteit, stedelijk geluid en warmteonttrekking door verdamping.
Atelier ‘Pro architecten’ heeft afgelopen zomer onderzoek gedaan naar passieve ontwerpoplossingen
rond een gebouw. Onderzoekers van de TU Delft, TU Eindhoven doen onderzoek naar actieve
luchtfiltering met behulp van ionisatie systemen. Onderzoekers van TU Eindhoven zijn bezig met het
verbeteren van CFD-simulatie modellen voor een voorspelling van het comfort in het stedelijk
microklimaat.
Deze onderzoeken hebben op dit gebied voornamelijk bewustwording van het probleem gecreëerd bij
gemeentes en de regering. Daarnaast heeft de stedebouwkundige onderzoekster Marjolein Pijpers- van
Esch een tool ontwikkeld waarmee ontwerpers zich kunnen inlezen in de mogelijke oplossingen voor
de problematiek van het stedelijk klimaat (www.urbanclimate.nl/tool). De onderzoekster Sandra
Lenzholzer heeft een boek, ‘Het weer in de stad’, uitgebracht waarin informatie en ontwerpoplossingen
voor een brede doelgroep inzichtelijk gemaakt worden over het stadsklimaat.
De stedebouwkundige onderzoeken benaderen het probleem ‘top-down’, waarbij gekeken wordt naar
oplossingen voor een vermindering van het Urban Heat Island probleem op stedelijk niveau. Maar het
is ook wenselijk om het probleem te benaderen vanuit een ‘bottom up’ benadering.

| 13
Daarom werd in de beginfase van dit onderzoek gezocht naar een oplossing op gebouwniveau.
Verschillende oplossingen werden gevonden en er is gekozen voor het plaatsen van PV-systemen in
de stad. Uit recent onderzoek is gebleken dat PV-panelen kunnen zorgen voor een vermindering van
het Urban Heat Island effect in steden. (Masson, Bonhomme, Salagnac, Briottet, & Lemonsu, 2014;
Salamanca, Mahalov, Moustaoui, Georgescu, & Martilli, 2016; Scherba, Sailor, Rosenstiel, & Wamser,
2011; Taha, 2013)
Daarnaast winnen deze installatiesystemen de laatste jaren aan populariteit, doordat de prijzen voor
duurzame elektrische energie steeds concurrerender worden met de door fossiele brandstof opgewekte
elektrische energie.
Het vermogen aan zonnestroom in Nederland maakt vanaf 2011 een stormachtige ontwikkeling door.
In drie jaar tijd is het opgestelde vermogen van zonnecellen verachtvoudigd, door een aanpassing in de
subsidie is het bijgeplaatste vermogen iets teruggenomen in 2014. Dit is echter nog steeds een
aanzienlijke stijging ten op zichtte van voorgaande jaren. Figuur 1.3 illustreert de stijging in bijgeplaatst
vermogen zonnestroom in Nederland.
Figuur 1.3: Bijgeplaatst vermogen PV-panelen (CBS, 2014)
Door bovenstaande potenties ligt de focus binnen het onderzoek op het gebruik van PV-panelen. Door
de onderbelichte kanten van PV-panelen te onderzoeken kan een gebruik geadviseerd worden, dat een
vermindering van het Urban Heat Island effect tot gevolg heeft. Hiermee kan een bijdrage geleverd
worden aan de verbetering van het stedelijk microklimaat.

| 14
1.2 Probleemstelling en Relevantie
Het Urban Heat Island effect is een problematisch gevolg van de sterk groeiende verstedelijking in
Nederland. Het effect wordt veroorzaakt door een combinatie van meerdere negatieve invloeden op het
stedelijk microklimaat. De hogere lucht- en oppervlaktetemperaturen veroorzaken een achteruitgang
van de menselijke gezondheid en een verhoogd gebruik van actieve koeling. In Nederland wordt echter
nog weinig rekening gehouden met de mogelijke gevolgen voor het comfort in het stedelijk microklimaat
en daarmee ook mogelijk negatieve gevolgen van het Urban Heat Island(UHI) effect.
Om toekomstige toenamen van deze problemen te voorkomen, moeten adviserende ingenieurs een
probleem integraal benaderen, waarbij ze samenwerken met opdrachtgevers, stedelijke ontwikkelaars
en architecten. Een concrete stap kan gezet worden door te kijken naar het Urban Heat Island effect in
combinatie met de PV-panelen.
Het aantal bijgeplaatste PV-panelen is de afgelopen jaren flink toegenomen (zie figuur 1.3) en kan door
de prijsdaling, veroorzaakt door de goedkopere productie van panelen en een hogere energieproductie
per paneel, de komende decennia verder toenemen.
Echter, het effect van UHI is een relatief nieuw onderwerp, waardoor nog geen (of weinig) bewezen
oplossingen zijn op gebouwniveau. Bovendien is er nog geen onderzoek gedaan naar de invloed van
veranderende parameters en de keuze voor het type dak voor het gebruik van PV-panelen voor een
vermindering van het UHI-effect.
Simulaties kunnen gebruikt worden om het gevolg van zonnestroomsystemen op het UHI-effect te
onderzoeken. Met behulp van de verzamelde literatuurstudie kan gekeken worden of er al bestaande
bewezen handvaten bestaan voor de gevonden gevolgen. De effectiviteit van de deze handvatten kan
berekend worden met behulp van handberekeningen en/of computersimulaties met data uit praktische
metingen en/of literatuur.
Het KNMI heeft vier verschillende scenario’s voorspeld voor de temperatuurwaardes in Nederland in
2050. Uit alle scenario’s komen dezelfde conclusies naar voren (Döpp, 2011):
- De zomertemperatuur zal stijgen.
- Het aantal hittegolven zal toenemen.
- Het aantal dagen met tropische temperaturen (maximale temperatuur boven de 30°C) zal toenemen.
In Nederland worden hittegolven gedefinieerd als een periode van vijf opeenvolgende dagen met een
maximale luchttemperaturen van boven de 25 graden Celsius, waarvan drie dagen maximum
luchttemperaturen van minimaal 30 graden Celsius zijn gehaald (KNMI).
Daarnaast is onderzocht dat 60% van de wereldpopulatie in 2020 in stedelijke gebieden zal wonen, ter
vergelijking waren dat 49% in 2005 (Kim & Baik, 2004). In Nederland wordt ook verwacht dat de
verstedelijking blijft groeien (Nijs & Rijksinstituut voor Volksgezondheid en, 2002). Het gevolg is dat
Urban Heat Island effect zal groeien en in de toekomst prominenter op de actielijst van regeringen en
gemeentes komt te staan. Hieruit blijk dat het zeer noodzakelijk is om het UHI-effect in Nederland te
onderzoeken en maatregelen te bedenken.
Het onderzoek bouwt voort op het werk van onderzoekers, die het bewijs van de relatief verkoelende
werking van PV-panelen geleverd hebben. Ook Nederlandse stedebouwkundige onderzoekers noemen
PV-panelen als een van de mitigatie strategieën voor Nederlandse steden. Maar er is nog niet specifiek
onderzocht wat de relatief verkoelende werking van PV-panelen in Nederland is. Aangezien de
bouwfysische onderzoeken locatie afhankelijk zijn is het relevant om dit eerst uit te zoeken. De
stedebouwkundige onderzoekers hebben erg breed gekeken naar kwetsbaarheidskaarten en mogelijk
mitigatie strategieën, dit onderzoek levert een stedebouwkundige bijdrage door een verdieping met
behulp van PV-panelen.

| 15
1.3 Doelstelling en onderzoeksvragen
1.3.1 Doelstelling
Het doel van het onderzoek is begrijpen hoeveel energie van de stedelijke energiebalans onttrokken
kan worden door PV-panelen, zodat ze een bijdrage leveren aan de reductie van het Urban Heat Island
effect en vervolgens hoe het gebruik van PV-panelen geoptimaliseerd kan worden. Binnen het
onderzoek zal de stad Amsterdam onderzocht worden, omdat hier de meeste data van beschikbaar is.
Master Building Technology
Voor dit onderzoek wordt gekeken naar de bouwfysische- en stedebouwkundige discipline. Door deze
aanpak kan het onderzoek een beeld geven over twee punten:
1. Welke meetbare bijdrage kan geleverd worden door PV-panelen aan het verminderen van het
Urban Heat Island effect?
2. Hoe kan de geleverde bijdrage door PV-panelen gebruikt worden op de daken van de stadswijken?
Bouwfysisch doel
Vanuit bouwfysica is het doel om te begrijpen wat de plaatsing van een PV-paneel verandert aan de
warmteoverdracht tussen het bestaand dakoppervlak en de nabije buitenlucht. Daarbij dient verandering
bepaald te worden aan de hand van berekeningen en/ of simulaties.
Stedebouwkundig doel
Het stedebouwkundig doel is om te begrijpen welke indicatoren een rol zouden kunnen spelen bij het
gebruik van PV-panelen. Door een analyse en clustering van de indicatoren is het mogelijk om
ontwerprichtlijnen te formuleren voor kwetsbare buurten waar betrokken partijen binnen de Nederlandse
steden naar zouden kunnen kijken.
1.3.2 Onderzoeksvragen
Gedurende het onderzoek zullen de deelvragen beantwoord worden, waarmee uiteindelijk ook de
hoofdvraag beantwoord kan worden. De achtergrondvragen ondersteunen de literatuurstudie en zullen
niet afzonderlijk beantwoord worden.
Onderzoek hoofdvraag
Hoe kunnen PV-panelen gebruikt worden voor het reduceren van het Urban Heat Island effect in
Nederland?
Achtergrondvragen
Deelvraag: Wat is het Urban Heat Island effect? Waar wordt het door veroorzaakt? Wat zijn de
gevolgen voor het klimaat en mensen? Wat is de invloed van het Urban Heat Island
effect voor Nederland?
Deelvraag: Wat is de invloed van PV-panelen op het Urban Heat Island effect? Welke parameters
veroorzaken de invloed die PV-panelen op het Urban Heat Island effect heeft?
Bouwfysische deelvragen
Deelvraag: Hoe ziet de dag energiebalans van een PV-paneel (geplaatst op een dak) eruit?
Deelvraag: Hoe groot is het aandeel per parameter van de energiebalans? Wat zijn de belangrijkste
parameters? Hoe kun je de parameters beïnvloeden, zodat ze de reductie van het
Urban Heat Island verder vergroten?
Stedebouwkundige deelvragen
Deelvraag: Welke stedebouwkundige indicatoren spelen een rol bij het gebruik van PV-systemen
als reductie voor het Urban Heat Island effect?
Deelvraag: Welke mogelijkheden per stedelijke typologie kunnen geadviseerd worden voor het
gebruik van PV-systemen bij de reductie van het Urban Heat Island effect?
Deelvraag: Bij welke Nederlandse wijktypologieën reduceren PV-systemen het Urban Heat Island
effect het meest effectief?
Het onderzoek kent de volgende beperkingen/aannames:
- De mitigatie strategie wordt toegepast op bestaande platte daken in een stedelijke omgeving.

| 16
- Bij de simulaties wordt gekeken naar een PV-paneel montage op een gebruikelijke bitumen
dakopbouw.
- Er wordt uitgegaan van een maximale PV-panelen bezetting boven het dak.
- Het bouwfysisch- en stedebouwkundig onderzoek wordt uitgevoerd voor de stad Amsterdam.

| 17
2
Theorie
2.1 Urban Heat Island effect
Definitie
De weergegevens van landen over de hele wereld tonen aanzienlijk lagere temperaturen in de
plattelandsgebieden ten opzichte van de stedelijke gebieden en dan met name de binnenstad. Dit
duidelijk waarneembare effect heet het Urban Heat Island (UHI), waarbij ervanuit wordt gegaan dat
steden warmte accumuleren en daardoor overdag en ´s nachts warmer dan hun landelijke omgeving
zijn (Oke, 1982). Door de warmteopslag van de bouwmaterialen in de stad zal de UHI-intensiteit
´s nachts op het maximale niveau komen (Tan et al., 2010).
Types
UHI’s zouden kunnen worden waargenomen in de buurt van het oppervlak; We noemen ze Surface
Heat Islands (SHI). Maar ze zouden ook kunnen worden waargenomen in de atmosfeer in en boven de
stad. Deze worden Atmosferic Heat Islands (AHI) genoemd.
Het SHI kan worden waargenomen, wanneer de temperatuur van stedelijke oppervlakken hoger is dan
die van omringende platteland (meestal natuurlijke) oppervlakken. Het SHI wordt algemeen gevonden
waar de droge ondoordringbare oppervlakken van de stad zijn omgeven door vochtige bodems of met
vegetatie begroeide gebieden. Het kan worden waargenomen met behulp van satelliet
infraroodcamera’s, die het mogelijk maken om de oppervlaktetemperatuur van de grond te meten.
Meestal is er een duidelijk verband tussen de luchttemperatuur en de oppervlaktetemperaturen. Daarom
is de SHI een betrouwbare indicator van het AHI.
De AHI in de stad kan worden onderverdeeld in twee luchtlagen. De Urban Canopy Layer (UCL) en de
Urban Boundary Layer (UBL) (zie figuur 2.1). De types verschillen van elkaar in intensiteit, dynamisch
gedrag, ruimtelijke vorm en mate van homogeniteit.
Figuur 2.1. Illustratie van de Urban Boundary Layer (UBL) en de Urban Canopy Layer (UCL) (Oke, 1987)

| 18
De UBL vormt een koepel van warmere lucht die zich wind afwaarts van de stad uitstrekt. Het UBL is
mogelijk een kilometer of meer in dikte overdag en krimpend naar honderden meter of minder 's nachts.
Wind verandert vaak de UBL in een pluimvormige koepel
De UCL wordt waargenomen in de luchtlaag vlak boven het oppervlak in steden. De grens bevindt zich
ongeveer vanaf de gemiddelde bouwhoogte naar boven. Het warmte-eiland wordt meestal ’s nachts
waargenomen in stabiele atmosferische omstandigheden met weinig of geen wolken en/of wind. Het
UCL-effect is overdag zwakker of niet aanwezig.
Aanwezigheid
De stedelijke SHI’s zijn het grootst overdag, vooral in zonnige omstandigheden met weinig wind, en zijn
over het algemeen kleiner 's nachts. Door de weeromstandigheden in Nederland is het SHI-effect veel
intenser tijdens de zomerperiode dan in de winter.
De effecten van de AHI’s zijn klein of afwezig tijdens de dag en het meest intens tijdens de nacht of net
vóór zonsopgang. Hierdoor is de intensiteit van de AHI hoger tijdens de winterperiode, omdat er dan
een hoger temperatuurverschil tussen de stedelijke en landelijke omgeving is (Erell et al., 2011).
Intensiteit in Nederland
Sinds de jaren zeventig zijn er meerdere metingen van het UHI-effect in Nederland bestudeerd. Het
eerste UHI-onderzoek gepubliceerd door Conrads (1975) bevat metingen in Utrecht van 1970 tot 1971.
Verschillende stedelijk luchttemperaturen zijn vergeleken met metingen van het landelijke weerstation
de Bilt. De gemiddelde minimale dagtemperatuur was 1,7 °C in de winter en 2,7 °C in de zomer.
Minimale nachttemperatuur verschillen werden gemeten tot een maximum van 8 °C.
Nieuwe metingen van Utrecht zijn uitgevoerd door Heusinkveld (2014) en zijn team. Met behulp van een
mobiel bio meteorologisch station gemonteerd op een bakfiets zijn op een typische zomerdag in juli
2012 onafgebroken metingen uitgevoerd van een gekozen fietsroute door de stad.
Luchttemperatuurverschillen van 5,3 °C in de avond en 3,3 °C tijdens de hoogste dag temperatuur van
30,3 °C zijn gemeten.
In Rotterdam hebben Heusinkveld & Holtslag (2010) na zonsondergang een maximaal luchttemperatuur
verschil van 8 ℃ gemeten tussen het stadscentrum en het omliggende landschap.
Tot slot is er nog een onderzoek is uitgevoerd door Steeneveld et al. (2011), waarbij gebruik is gemaakt
van 19 amateur weerstations verspreid over de Nederlandse steden. De resultaten laten zien dat
gedurende de dag de gemiddelde maximale UHI-intensiteit in Nederlandse steden op 2,3 °C ligt.
Atmosferische modellen
Urban Heat Island effecten kunnen ingeschat worden met atmosferische modellen, waarmee
weerinvloeden voorspeld kunnen worden. Dergelijke modellen kunnen verschillende weerprocessen
voorspellen. Een onderverdeling kan gemaakt worden op drie schaalniveaus (micro, meso en syntopic).
Het Urban Heat Island vindt plaats in de meso schaal, wat een bereik heeft van 1 km tot 1000 km.
Verticaal heeft de meso schaal een bereik van het aardoppervlak tot de UBL. Een model heeft een
simulatietijd van een paar uur tot een aantal weken (Palmer & Hagedorn, 2006).
2.2 PV-panelen en het Urban Heat Island (UHI) effect
Recente studies hebben aangetoond dat de grootschalige inzet van PV-panelen op daken niet alleen
helpt bij een vermindering van de opwarming van de aarde (minder verbranding van fossiele
brandstoffen), maar ook bij de vermindering van het UHI-effect. Door de combinatie van
energieomzetting en bovenstaande gevolgen vormt het gebruik van PV-panelen een enorm potentieel
voor de ontwikkeling van Nederlandse steden. De gevonden literatuur maakt gebruik van verschillende
natuurkundige modellen om de invloed van PV-panelen op het UHI te evalueren. Het schaalniveau van
de toegepaste modellen is sterk afhankelijk van het doel van de verschillende onderzoeken.

| 19
Onderzoek Scherba et al. (2011)
Het onderzoek speelt zich af op gebouwniveau en heeft als doel om de invloed van verschillende
duurzame daksystemen op de gevoelige warmtestroom naar de atmosfeer in kaar te brengen. De focus
ligt op een verlaging van het Urban Heat Island effect in de zomer.
De onderzochte daksystemen bestaan uit een bitumen dak (controle variant), een sterk reflecterend
(koel) dak, een groen dak en PV-panelen geplaatst bovenop de drie dak varianten. De zes
energiebalans modellen zijn ontwikkeld met het gebouw energieprogramma EnergyPlus. De modellen
zijn gevalideerd met experimentele veldmetingen uitgevoerd in Portland. Een gebruikt om de gevoelige
warmtestroom van het dak naar de stedelijke omgeving te benaderen voor zes klimaatzones in de
Verenigde Staten.
De toevoeging van PV-panelen op een bitumen dak levert gemiddeld een verlaging van 11% op de
totale warmtestroom op. De vervanging van een bitumen dak door een koel dak levert een gemiddelde
totale verlaging van ongeveer 80% op. Worden er vervolgens ook PV-panelen toegevoegd aan het koel
dak, dan zakt de verlaging naar 55% ten opzichte van een zwart dak. De vervanging van een zwart dak
door een groen dak levert een totale verlaging van 52% op en bij de toevoeging van PV-panelen zakt
de verlaging naar 42% (zie figuur 2.2).
Figuur 2.2. Gemiddelde (a) piek- en (b) totale warmtestroom reductie percentages van verschillende daktypes ten
opzichte van een zwart (bitumen) dak (Scherba et al., 2011).
De groene daken geven gedurende de dag meer warmte af aan de omgeving dan koele daken. De
thermische dakmassa voorkomt dat de oppervlaktetemperatuur van groene daken gedurende de nacht
onder de luchttemperatuur komt te liggen. Daardoor is de warmtestroom van daken doorgaans positief
en die van bitumen- en koele daken negatief, wat zorgt voor een hogere totale warmtestroom gedurende
de dag.
De studie levert het bewijs dat de toevoeging van PV-panelen boven een bitumen dak een gevoelige
warmtestroom reductie naar de stedelijke omgeving oplevert. De toevoeging van PV-panelen aan koele
en groene daken zorgt voor een toename van de gevoelige warmtestroom, maar is nog steeds lager
dan de gevoelige warmtestroom van een zwart bitumen dak. De ontwikkelde methode geeft de
mogelijkheid om verschillende daksystemen met elkaar te vergelijken, maar het is nog niet mogelijk om
de warmtestromen te koppelen aan het Urban Heat Island (UHI). Voor een koppeling met het UHI dienen
alle gebouwen van de totale stad meegenomen te worden. De onderzoekers doen de aanbeveling dat

| 20
het een belangrijke vervolg stap is om de gevolgen van een dakontwerp te kunnen koppelen aan het
stedelijke klimaat.
Onderzoek Taha (2013)
Doel van dit onderzoek is het bestuderen van de invloed van het grootschalig gebruik van PV-panelen
op het totale stedelijke gebied.
De onderzoeker maakt gebruik van een versimpelde benadering van een effectieve albedo, die rekening
houdt met zowel de reflectiewaarde als de efficiënte energieomzetting van het PV-paneel.
Een stedelijk meso meteorologisch model (uMM5) is ontwikkeld voor de stad Los Angeles. De tijdsduur
van deze programma’s wordt uitgevoerd binnen een half uur tot enkele dagen en het gebied is minimaal
enkele kilometers tot honderden kilometers groot. Het model houdt rekening met hoogteverschillen van
het gebied en op kleinere schaal van daken. Onderscheid tussen de stedelijke oppervlaktes wordt
gemaakt door de oppervlakte albedo-waarden. De maand juli uit 2005 is gemodelleerd, vanwege de
hittegolf in die periode.
Figuur 2.3 laat de uitwerking van drie verschillende scenario’s uitgewerkt voor de stad Los Angeles zien.
Het meest realistische scenario is de plaatsing van een redelijk grote hoeveelheid PV-panelen. Het
scenario heeft geen opwarming van de luchttemperatuur tot gevolg. Bij een energieomzetting efficiëntie
van 20% treedt er koeling van 0,05 ℃ in de luchttemperatuur op en bij 30% loopt de koeling op tot 0,15
℃. Bij het toekomstig scenario van ‘koele’ steden (hoog reflecterende daken en wegdek) met de
plaatsing van een redelijk grote hoeveelheid PV-panelen wordt ook geen relatieve opwarming van de
luchttemperatuur waargenomen. Bij dit scenario zorgt een energieomzetting efficiëntie van 30% voor
een lichte koeling van 0,05 ℃. In het laatste toekomstige scenario wordt uitgegaan van ‘koele’ steden
met de plaatsing van een grote hoeveelheid PV-panelen. In dit scenario zorgt een energieomzetting
efficiëntie van 10% voor een opwarming tot 0,1 ℃ van de luchttemperatuur. Het ‘break-even’ punt wordt
bereikt bij 20% en bij 25% verandert het effect in een koeling van 0,15 ℃. Het koelende effect bereikt
een maximum van 0,2 ℃ bij 30%. Tot slot, is uit het model af te lezen dat een albedo dakoppervlak
stijging van 0,05 en de toename van PV-paneel efficiënt van 10% naar 20% een vergelijkbare impact
hebben op de luchttemperatuur.
Figuur 2.3. Grootste veranderingen in regionale luchttemperatuur in Los Angels voor verschillende
energieomzetting efficiëntie en de drie geëvalueerde scenario’s (Taha, 2013).
De studie laat zien dat PV-panelen naar alle waarschijnlijkheid geen negatieve gevolgen hebben voor
het Urban Heat Island effect. Het model geeft de mogelijkheid om de impact van PV-panelen op het
Urban Heat Island effect in verschillende steden en scenario’s te analyseren. Deze methode houdt
echter geen rekening met de interactie van het PV-paneel met de onderliggende stedelijke bebouwing.
De koeling door PV-panelen wordt namelijk ook beïnvloed door de onderliggende dakbedekking.

| 21
Onderzoek Masson et al. (2014)
Het onderzoek heeft als doel een schatting te kunnen maken op de invloed van zonnepanelen
(thermisch en fotovoltaïsch) op de stedelijk atmosfeer.
De methode koppelt de ruimtelijke schalen (gebouw en stad). De energiebalans van een PV-paneel is
geïntegreerd in het Town Energy Balance (TEB) model, waardoor rekening wordt gehouden met de
energieomzetting van PV-panelen, hun invloed op de onderliggende gebouwmassa en de
terugkoppeling naar de stedelijke omgeving door middel van straling- en convectie energiestromen. De
totale energiebalans van het zonnepaneel is geïntegreerd in het TEB-model (zie figuur 2.4a), zodat
bepaald kan worden wat het zonnepaneel uitwisselt met zijn omgeving. Vervolgens is het TEB-model
gekoppeld aan het vegetatie model ISBA en het atmosferisch systeem MesoNH in het
softwareprogramma SURFEX. De methode is toegepast op de stad Parijs, heeft een simulatie domein
van 100 km bij 100 km en een resolutie van 1 km. De simulatietijd bestaat uit 1 jaar. Geometrische data
uit het jaar 2003 is gekozen om het effect van de hittegolf in Parijs mee te kunnen nemen. Verder zijn
vergelijkbare aannames voor het scenario “redelijk grote hoeveelheid PV-panelen” uit het onderzoek
van Taha (2013) gebruikt in het model. Tot slot is een controle simulatie van de stad Parijs zonder
zonnepanelen gesimuleerd om het relatieve effect te evalueren.
Figuur 2.4. (a) TEB-model illustratie. (b) Het maandelijks gemiddelde verschil in minimale en maximale
luchttemperatuur tussen simulatie met en zonder zonnepanelen. Het grid is in kilometers (Masson et al., 2014).
Figuur 2.4 laat de gemodelleerde resultaten zien. In de winter is de invloed van zonnepanelen laag,
door de beperkte energieomzetting. Gedurende de maand januari wordt het Urban Heat Island effect
overdag met 0,1 ℃ verlaagd in Parijs en de omliggende grote voorsteden. In de maand augustus 2003
(hittegolf) zou de invloed van zonnepanelen de luchttemperatuur met 0,2 ℃ hebben verlaagd. Het model
laat ook een daling gedurende de nacht zien van maximaal 0,3 ℃ (zie figuur 2.4b). De zonnepanelen
hebben voornamelijk invloed op de warmteoverdracht processen gedurende de dag. Door absorptie en
energieomzetting van zonnestraling naar thermische of elektrische energie. Echter, zorgt deze invloed
voor een reductie van de onderliggende gebouwen energetica (warmteopslag). Daardoor wordt er ’s
nachts minder warmte afgegeven aan de atmosfeer. Het effect ‘s nachts is vervolgens groter dan
overdag, doordat de UBL ’s nachts enkele honderden meters dunner is (zie figuur 2.1).
De studie laat voor het eerst de directe impact op het Urban Heat Island effect zien, waarbij de
energiebalans van het PV-paneel gekoppeld is aan de stedelijk energiebalans en een meso
meteorologisch model. Het model geeft de mogelijkheid om de invloed van zonnepanelen op stedelijk
niveau te evalueren. De resultaten hebben een grotere invloed op het Urban Heat Island effect dan de
resultaten uit het onderzoek van Taha (2013). Het verschil kan verklaard worden door de
gedetailleerdere rekenmethode, het gebruik van thermische panelen (zijn efficiënter dan PV-panelen)
en de geografische positie van Parijs (wordt niet beïnvloed door de zee) ten opzichte van Los Angeles.
Onderzoek Salamanca et al. (2016)
Het doel van het onderzoek is om op een stedelijke schaal de invloed van PV-panelen en ‘koele’ daken
op de luchttemperatuur te kunnen beoordelen.
De methode bestaat uit een gekoppeld modellering systeem bestaande uit een meso meteorologisch
(WRF) model en een meer laags gebouw energy (BEP+BEM) systeem. Het WRF-model beschrijft de
(a) (b)

| 22
dagelijkse situatie in de Urban Boundary Layer. Het BEP+BEM-systeem beschrijft de dagelijkse situatie
in de Urban Canopy Layer, waarbinnen de luchttemperatuur refereert naar 2 meter boven grondniveau.
Het gekoppeld modelering systeem houdt rekening met de energieomzetting van PV-panelen, hun
invloed op het onderliggende dakoppervlak en de antropogene warmte uit gestoten door koelinstallatie.
De energiebalans van het BEP-model is gebaseerd op de aannames uit het onderzoek van Masson et
al. (2014). Het Noah landoppervlakte model is gebruikt voor de grid cellen met natuurlijke begroeiing.
De methode is toegepast op de steden Tuscan en Phoenix. Het heeft een simulatie domein van 100 km
bij 100 km en een resolutie van 1 km. De simulatietijd bestaat uit de periode van 10 juli tot 19 juli 2009,
gedurende deze periode was het extreem warm weer met een heldere lucht. De resultaten met en
zonder ‘koele’ daken en PV-panelen zijn met elkaar vergeleken. Variabele hoeveelheden van PV-
panelen zijn gesimuleerd. Ter validatie van het gekoppeld modellering systeem zijn de resultaten
vergeleken met zes Arizona meteorologische netwerk weerstations (AZMET).
Figuur 2.5. BEP+BEM systeem schema (Salamanca et al., 2016).
Een beknopt overzicht van de gemiddelde resultaten uit beide steden zijn te vinden in tabel 2.1. De
kolommen laten de bezettingsgraad van de twee maatregelen, de bandbreedte van de koeling overdag/
’s nachts en het percentage koeling gedurende de 24 uur cyclus zien.
Tabel 2.1. Temperatuurverschillen van het onderzoek van de gemodelleerde in de buurt van luchttemperatuur
(Salamanca et al., 2016).
Beide onderzochte maatregelen dragen bij aan een bestrijding van het Urban Heat Island effect. De
‘koele’ daken hebben een grotere invloed gedurende de dag, maar PV-panelen hebben een grotere
invloed op het nachtelijk Urban Heat Island. De grootste gevolgen worden veroorzaakt door het
nachtelijk Urban Heat Island, dus PV-panelen pakken het probleem directer aan.
Bezettingsgraad Dag (℃) Nacht (℃) Percentage koeling
PV-panelen (100%) 0,2 - 0,4 0,4 - 0,8 69%
PV-panelen (75%) 0,1 - 0,3 0.1 - 0,4 61%
PV-panelen (50%) 0,1 - 0,3 0 - 0,2 57%
PV-panelen (25%) 0,1 - 0,2 0 - 0,1 56%
‘Koele’ daken (100%) 0,4 - 0,8 0,1 - 0,4 71%
‘Koele’ daken (75%) 0 - 0,5 0,1 - 0,2 68%
‘Koele’ daken (50%) 0 - 0,4 0 - 0,1 65%
‘Koele’ daken (25%) 0 - 0,2 0 - 0,1 58%
PV-panelen (25%) en
‘koele’ daken (75%)
0 - 0,6 0 - 0,2 71%
PV-panelen (50%) en
0 - 0,5 0 - 0,2 66%
PV-panelen (75%) en
0 - 0,4 0 - 0,2 62%

| 23
De laatste studie laat de directe invloed van ‘koele’ daken en PV-panelen op het Urban Heat Island zien.
De energiebalans op gebouwniveau is gekoppeld aan een meso meteorologisch model. Het model geeft
de mogelijkheid om het gebruik van verschillende reductie strategieën op stedelijk niveau te evalueren.
De resultaten van de bezettingsgraad van 75% met alleen PV-panelen komen overeen met de
resultaten uit het onderzoek van Masson et al. (2014). Verder zorgt de studie voor een realistischer
scenario door de uitstoot van airco installaties van gebouwen te integreren in het gebouw energiemodel.
2.3 PV-panelen proefmeetopstelling
Op het dak van het bedrijf ZinCO BeNeLux in Amsterdam is een PV-panelen proefopstelling geplaatst
(zie figuur 2.5). De oppervlakte-, luchttemperaturen, relatieve luchtvochtigheid, (zonne) straling en
windsnelheid worden gemeten met behulp meetapparatuur (zie figuur 2.6). De resultaten van de
metingen zijn te vinden in appendix J (Abraham-Reynolds & Shadmanfar, 2014).
Figuur 2.5. Meetopstelling bedrijf ZinCO BeNeLux (Abraham-Reynolds & Shadmanfar, 2014)
Figuur 2.6. Illustratie van de gebruikte meetapparatuur (Abraham-Reynolds & Shadmanfar, 2014).

| 25
Iteratie
berekening
3
Methoden
Het methoden hoofdstuk is opgesplitst in twee onderdelen. Het eerste deel beschrijft de rekenmethode
en validatie van de rekenmethode. De rekenmethode is bedoeld om te kunnen achterhalen wat de
invloed van PV-paneel dakontwerpen op het Urban Heat Island is. Het tweede deel beschrijft de
beslismodel methode. Het beslismodel is ontwikkeld om te kunnen evalueren welke stadswijken de
meeste potentie hebben voor het gebruik van PV-panelen en vervolgens op welke daken binnen een
stadswijk PV-panelen het beste gebruikt kunnen worden voor een bestrijding van het Urban Heat Island.
3.1 Rekenmethode
3.1.1 Beschrijving
Voor de invloed van PV-paneel dak ontwerpen wordt gekeken naar de geometrische opstelling
(oriëntatie en hoek), de windsnelheid en dakafwerking. Daarnaast wordt een zwart bitumen plat dak als
referentie model gebruikt. De rekenmethode is samengevat in onderstaande tekst. Een uitgebreidere
beschrijving samen met de invoerdata voor de modellen kunnen gevonden worden in Appendix B, C en
D. De zes energiebalans modellen zijn uitgewerkt met behulp van zeven stappen:
1. Simulatie warmteoverdrachtcoëfficiënten van de convectie in PHOENICS.
2. Simulatie oppervlaktetemperatuur bestaand dak
zonder PV-paneelopstelling in VOLTRA.
3. Simulatie oppervlaktetemperatuur PV-paneel in VOLTRA.
4. Berekening energieomzetting.
5. Simulatie oppervlaktetemperatuur bestaand dak
onder PV-paneelopstelling in VOLTRA.
6. Berekenen totale- en piekwarmtestromen.
7. Vergelijken totale- en piekwarmtestromen.
De oppervlaktetemperaturen van de PV-panelen, het dak, en de buitenlucht worden voorspeld in het
beschikbare simulatieprogramma VOLTRA. De buitenluchttemperatuur is vereenvoudigd naar een
sinusfunctie om ongewenste effecten zoals bewolking uit te kunnen sluiten.
Door het omzetten van zonnestralingsenergie naar elektrische energie, onttrekt een PV-paneel energie
aan de energiebalans. In het VOLTRA-model kan een vermogen-functie (X-as tijd in dagen, Y-as in
W/m2) worden ingevoerd om de invloed van de onttrokken energie weer te geven. De data voor de
vermogen-functie worden met de hand berekend en zijn afhankelijk van de oppervlaktetemperatuur van
een PV-paneel. Omdat zowel het VOLTRA-model als de handberekening een onbekende
oppervlaktetemperatuur bevatten wordt een iteratieproces uitgevoerd. De afstemming tussen de
simulatie en de handmatige berekening wordt geïtereerd tot twee decimalen achter de komma.
In de VOLTRA-simulatie wordt als volgt met de warmteoverdrachtcoëfficiënten omgegaan:
a. De warmteoverdrachtcoëfficiënt van de convectie wordt beïnvloed door variabele windsnelheden
langs de oppervlakken. Met behulp van het computational fluid dynamics (CFD) simulatieprogramma
PHOENIX worden warmteoverdrachtcoëfficiënten van de variabele convectie gesimuleerd.
b. De warmteoverdrachtcoëfficiënt van de straling wordt beïnvloed door de emissiewaarde van de
stedelijke materialen.

| 26
c. De warmteoverdrachtcoëfficiënt van de geleiding speelt bij een PV-paneel boven een oppervlak een
verwaarloosbare rol, door het beperkte contact tussen het PV-paneel en het dak. Om deze reden wordt
geleiding niet meegenomen in de simulatie. Deze zal verder in dit onderzoek niet aan de orde komen.
De berekening van de totale- en piekwarmtestromen wordt ondersteund door de formule voor convectie
energiestroom.
𝑄 = 𝛼 𝑐 ∗ (𝑇𝑜𝑝𝑝. − 𝑇𝑙) (3.1)
Waarin:
Q = warmtestroom [W/m2] of [W-u/m2]
𝛼 𝑐= convectie warmteoverdracht coëfficiënt [W/m2*K]
𝑇𝑜𝑝𝑝. = oppervlaktetemperatuur [K] of [°C]
𝑇𝑙 = luchttemperatuur [K] of [°C]
3.1.2 Validatie
De data van een meetopstelling in Amsterdam tijdens een meetperiode van twee augustus tot vier
augustus 2013 wordt gebruikt voor de validatie van het rekenmodel (zie appendix J). De resultaten van
het model zullen vergeleken worden met de gemeten waarden van drie augustus. Op deze dag was
geen bewolking aanwezig en de ontwikkelde rekenmethode houdt geen rekening met bewolking. De
gemiddelde windsnelheid op de dag van de berekening was 2 m/s en aan het model wordt een grindlaag
van 50 mm toegevoegd. De invoerdata kunnen gevonden worden in appendix B, C en D.
Tabel 3.1 convectie warmteoverdracht resultaten in PHOENICS
Voor de validatie van het rekenkundig model zijn de bovenstaande gemiddelde 𝛼 𝑐-waarden
gesimuleerd. De waarden zijn redelijk laag en verschillen nauwelijks van de waarden bij een
windsnelheid van 2,5 m/s.
Tabel 3.2: Referentie metingen en oppervlaktetemperatuur resultaten in VOLTRA.
Type opstelling Windsnelheid
[m/s]
𝜶 𝒄;
bovenkant
[W/mK]
𝜶 𝒄;
onderkant
[W/mK]
Zuid PV-paneel 2,0 6,83 7.91
Type
methoden
Datum Wind-
Snelheid
[m/s]
Tijd
[uren]
Lucht
temperatuur
[℃]
Oppervlakte-
temperatuur
Onderkant [℃]
Oppervlakte-
temperatuur
Bovenkant
[℃]
Referentie
meting
PV-paneel
3 aug. ‘variabel’ 13:00 ~22 45,5
Referentie
Meting
dak
3 aug. ‘variabel’ 13:00 ~22 26,21
Model PV-
paneel
3 aug. 2,0 13:00 22 51,19
Model dak 3 aug. 2,0 13:00 22 25,66

| 27
De gemodelleerde oppervlaktetemperaturen van het PV-paneel liggen hoger dan de gemeten
referentiewaarden (zie grafiek 3.1). Het verschil ligt gemiddeld tussen de vier graden Celsius. Midden
op de dag is dit verschil ongeveer vijf graden °C (zie tabel 3.2). De gemodelleerde
oppervlaktetemperatuur van het dak zit onder de gemeten referentiewaarden (zie grafiek 3.2). Het
verschil ligt gemiddeld rond de twee graden °C. De piektemperatuur van het model begint twee uur later
dan de gemeten referentiewaarden. Ook is de piektemperatuur minder hoog. Het verschil is 10 graden
°C.
Figuur 3.1. Vergelijking oppervlaktetemperaturen PV-paneel.
Figuur 3.2. Vergelijking oppervlaktetemperaturen dak.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Temperatuur(◦C)
Tijd (uren)
Gemeten waarden (◦C) Gesimuleerde waarden (◦C)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Temperatuur(◦C)
Tijd (uren)
Gemeten waarden (◦C) Gesimuleerde waarden (◦C)

| 28
3.2 Beslismodel methode
Voor de invloed van PV-paneel dakontwerpen in de stedelijk omgeving is het doel om te kunnen
evalueren wat de invloed per stadswijk is. De methode wordt uitgewerkt aan de hand van vier stappen:
1. Selectie stadswijken
2. Oppervlakte analyses stadswijken
3. Oppervlakte vergelijking stadswijken
4. Opstellen stedebouwkundig plan
Selectie stadswijken
Een vertegenwoordiging van de meest voorkomende Nederlandse stadswijken wordt gevalideerd door
te gebruik te maken van de wijktypologieën opgesteld door Kleerekoper (2016). Kleerekoper (2016) legt
in haar onderzoek een verband tussen wijktypologieën uit de literatuur en drie onderscheidende
microklimaat eigenschappen (gebouwhoogte, footprint en groen/water oppervlak). Waardoor met
heldere en onderbouwde argumenten de verschillende stadwijken geselecteerd kunnen worden. Meer
informatie over deze koppeling is samengevat in appendix A7. Met behulp van deze microklimaat
eigenschappen kan een selectie gemaakt worden van de stadswijken in de stad Amsterdam.
De microklimaat eigenschappen per stadswijk worden grotendeels geanalyseerd met behulp van de
TOP10NL-kaarten(Middel, 2002). Waar nodig kunnen de stedebouwkundige analyses aangevuld
worden met informatie uit Google Earth, Google Street view en beschikbare data van de gemeente. De
gemiddelde gebouwhoogte wordt inschat met behulp van Google earth en/of streetview. De vorm van
de footprint is gevisualiseerd in de TOP10NL-kaarten. De publieke vegetatie- en wateroppervlakken
worden ingeschat door een combinatie van Google earth en TOP10NL-kaarten informatie. In Google
earth wordt gecontroleerd of de TOP10NL-kaarten nog actueel genoeg zijn en of het relevant is om een
inschatting te maken van particuliere vegetatieoppervlakte die niet gevisualiseerd is in TOP10NL-
kaarten. Mocht er nog enige twijfel ontstaan over de geselecteerde stadswijken, dan kunnen ze
vergeleken worden met de geselecteerde stadswijken uit het onderzoek van Kleerekoper (2016).
Oppervlakte analyses stadswijken
De oppervlaktes worden nauwkeurig berekend met behulp van GIS-data in het programma Arcmap. De
data is afkomstig van de TOP10NL-kaarten (Middel, 2002). Eerder is al genoemd dat deze kaarten vaak
niet helemaal overheen komen met de huidige situatie. Daarom worden de labels toegekend aan de
stedelijke massa indien nodig gecorrigeerd met behulp van satellietbeelden en foto’s uit Google Maps.
Vervolgens worden de oppervlakken van de verschillende massa berekend. Het geveloppervlak wordt
afzonderlijk berekend door de omtrek van de footprint van de aanwezige bebouwing te
vermenigvuldigen met de gebouwhoogte. Uiteindelijk worden alle oppervlaktes verwerkt in
taartdiagrammen. Hierdoor wordt het aandeel per type oppervlakte als percentage van het totaal
aanwezige stedelijke oppervlakte zichtbaar.
Oppervlakte vergelijking stadswijken
Door het vergelijken van de stadswijk oppervlaktes kan de potentie voor het gebruik van PV-panelen
ingeschat worden. De oppervlakte percentages van de geselecteerde stadswijken worden vergeleken
door een positief- of negatief gewicht toe te kennen. De gewichten zijn onderverdeeld in vijf categorieën:
sterke toename (+2), toename (+1), neutraal (0), afname (-1) en sterke afname (-2).
De oppervlakte percentages van de geselecteerde stadswijken worden getoetst in drie categorieën:
stedelijke massa, beschikbaar dakoppervlak en windsnelheid. De samenstelling van de stedelijk massa
is een indicatie voor de intensiteit van het Urban Heat Island effect. Binnen dit onderzoek ligt de
interesse op de stadswijken met een relatief hoge intensiteit. Een beoordeling over het beschikbaar
dakoppervlak geeft aan hoeveel potentiële vierkante meters aan PV-panelen gebruikt kunnen worden
voor een reductie van het Urban Heat Island. Tot slot geeft de indicatie van de oppervlakte ruwheid de
mate aan waarin de windsnelheid in het gebied kan afnemen, waardoor het aantal potentiële vierkante
meters weer kan afnemen.
De keuze voor het toekennen van een gewicht aan een oppervlakte percentage in de categorie stedelijk
massa is gebaseerd op het onderzoek ‘Amsterwarm’ (Van der Hoeven & Wandl, 2013), waarin een
verband wordt gelegd tussen oppervlaktetemperatuur en type stedelijke massa.
De keuze voor het toekennen van een gewicht aan een oppervlakte percentage in de categorie
windsnelheid is gebaseerd op het onderzoek ‘improving comfort in dutch neigbourhoods’ (Kleerekoper,

| 29
2016) en het boek ‘het weer in de stad’ (Lenzholzer & Lahr, 2013), waarin een verband wordt
beschreven tussen stedelijke obstakels en de windsnelheid.
Uiteindelijk wordt een rangschikking toegekend aan de potentie van de stadswijken voor het gebruik
van PV-panelen, door een optelsom van de resultaten uit de drie categorieën.
Opstellen stedebouwkundig plan
Uit de totale rangschikking van de stadswijken wordt het meest geschikte bedrijventerrein en de meest
geschikte woonwijk gekozen voor de uitwerking van het stedebouwkundig plan.
Voor de uitwerking van het stedebouwkundig plan wordt eerst de geschiktheid van het beschikbaar
dakoppervlak voor het gebruik van PV-panelen getoetst met behulp van het platform Zonatlas. Het
platform stelt GIS-data beschikbaar voor Arcmap. De GIS-data is ontwikkeld met behulp van de analyse
van de zonnestraling en schaduw op het beschikbaar dakoppervlak in de Nederland.
Vervolgens zal gekeken worden naar de oppervlakte ruwheid van het gebied, waarmee de windsnelheid
op daken beoordeelt kan worden. Hiervoor wordt gebruikt gemaakt van de vuistregel voor windsnelheid
rondom gebouwen (zie appendix A9). De rekenresultaten zullen meebepalen welke windzone meer
geschikt is voor het gebruik van PV-panelen.
De analyseresultaten van de geschiktheid van het dakoppervlak en de oppervlakte ruwheid worden
samengevoegd om de potentie van de beschikbare daken in de stadswijk te selecteren. De
rekenresultaten zullen meebepalen welk type PV-paneel opstelling geschikt is om toe te passen op het
geselecteerd dakoppervlak.

| 31
4
Resultaten
De resultaten zijn net zoals in de methoden opgesplitst in twee onderdelen. Eerst zullen de
rekenresultaten besproken worden, waar de resultaten van de totale- en piekwarmtestromen
geanalyseerd zijn. Tussenresultaten van de rekenmodellen (warmteoverdracht coëfficiënten,
oppervlaktetemperaturen, energieomzetting etc.) zijn te vinden in appendix B, C en D.
In het tweede deel worden de resultaten van het beslismodel besproken. Waarin de selectie,
gebundelde oppervlakte analyses, oppervlakte vergelijking en het stedebouwkundig plan van
stadswijken in Amsterdam gepresenteerd wordt. De oppervlakte analyse per stadswijk kan gevonden
worden in appendix F. De toetsing van de drie categorieën (stedelijke massa, windsnelheid en
beschikbaar dak) voor de vergelijking van de stadwijken kan gevonden worden in appendix G.
4.1 Rekenresultaten
Figuur 4.1a laat het temperatuurverloop van een dak met en zonder PV-paneel over 24 uur zien.
Resultaten worden weergeven van een gemodelleerde tropische zomerdag in Amsterdam. De
oppervlaktetemperaturen zijn voor en na zonsondergang gelijk. Op het midden van de dag is de
luchttemperatuur 35 °C. Het niet beschaduwde bitumen dak is dan ongeveer 68 °C, terwijl het
beschaduwde bitumen dak en het PV-paneel dan piektemperaturen bereiken van 36 °C en 58 °C.
Figuur 4.1b laat het warmtestroom verloop gedurende deze dag zien. Een reductie van de totale en
piekwarmtestroom is waarneembaar na het gebruik van een PV-paneel. De verandering in
warmtestroom is een gevolg van lagere oppervlaktetemperaturen en windsnelheden langs de
oppervlakten.
Figuur 4.1. Oppervlaktetemperaturen (a) en warmtestroom (b) verloop van een bitumen dak met en zonder plat PV-
paneel op een tropische zomerdag in Amsterdam.
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 4 8 12 16 20 24
Warmtestroom(W/m2)
Tijd (uren)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 4 8 12 16 20 24
Temperatuur(C)
Tijd (uren)(a) (b)

| 32
In de volgende vergelijkingen zijn de resultaten gepresenteerd met behulp van de totale en
piekwarmtestromen, waarmee getoetst kan worden hoe groot de invloed van een bepaald scenario is
op de stedelijke atmosfeer en daarmee het Urban Heat Island.
PV-paneel opstellingen
Figuur 4.2a en Figuur 4.2b laten de totale en piekwarmtestroom van een bitumen dak met en zonder
verschillende PV-paneel opstellingen zien. Bij alle drie de opstellingen zorgt het gebruik van PV-panelen
voor een reductie van de totale warmtestromen van ongeveer 4850 naar 4000 W-u/m2. De
piekwarmtestromen laten een vergelijkbare reductie zien van ongeveer 470 naar 390
W/m2.Daarentegen zorgt de zuid PV-paneel opstelling voor een stijging naar 600 W/m2. De stijging is
het gevolg van de ochtendzon die bij deze opstelling onder en op het PV-paneel straalt.
Om een helder onderscheid te maken is in figuur 4.2c en figuur 4.2b de reductie in percentages uitgezet
ten opzichte van de waarden van een bitumen dak. De platte PV-paneel opstelling zorgt voor de laagste
reductie van 13% op de totale en piekwarmtestroom. De oost en west PV-paneel opstelling zorgt voor
een reductie van 18% op de totale en 23% op de piekwarmtestroom. De zuid PV-paneel opstelling zorgt
voor een reductie van 22% op de totale warmtestroom. De hogere piekwarmtestroom zorgt voor een
verhoging van 29%. Hierdoor versterkt deze opstelling het Urban Heat Island voor een korte periode in
de ochtend.
Figuur 4.2. Zomerse totale- (a) en piek (b) warmtestromen van verschillende PV-paneel opstellingen op een
bitumen dak. Reductie totale- (c) en piek (d) warmtestromen van verschillende PV-paneel opstellingen ten opzichte
van een bitumen dak. Totale warmtestroom is uitgedrukt in W-u/m2 en de piekwarmtestroom is uitgedrukt in W/m2.
Windsnelheden
Figuur 4.3a en figuur 4.3b laten de totale en piekwarmtestromen van het bitumen dak met en zonder
een plat PV-paneel zien. De laagste snelheid (0,2 m/s) zorgt voor een beperkte toename van de totale
warmtestroom van 3310 naar 3390 W-u/m2. Bij de normale- (2,5 m/s) en hoge (5 m/s) windsnelheid
vindt een reductie plaats van ongeveer 4850 naar 4200 W-u/m2 en van 5570 naar 5240 W-u/m2. Bij
een lage windsnelheid wordt minder energie omgezet door de hoge temperatuur van een PV-paneel,
waardoor de energieomzetting niet kan compenseren voor een extra toevoeging van een los element
-30%
-20%
-10%
0%
10%
20%
Plat Oost & West Zuid
Reductiepiek
warmtestroom(%)
Paneelopstelling
0
100
200
300
400
500
600
700
Plat Oost &
West
Zuid
Piekwarmtestroom
(W/m2)
Paneelopstelling
Dak
PV dak
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Plat Oost &
West
Zuid
Totalewarmtestroom
(W-u/m2)
Paneelopstelling
Dak
PV dak
0%
5%
10%
15%
20%
25%
Plat Oost & West Zuid
Reductietotale
warmtestroom(%)
Paneelopstelling
(a)
(b)
(c)
(d)

| 33
op het dak. Aan de andere kant zorgen de hogere windsnelheden voor een kleinere verandering van de
oppervlaktetemperaturen, waardoor de verandering in reductie niet heel sterk afneemt. De
piekwarmtestromen laten evenredige resultaten zien.
Figuur 4.3c en d laten de reductie bij de verschillende windsnelheden ten opzichte van een bitumen dak
zien. Bij normale windsnelheden kan de hoogste reductie van 13% gehaald worden. Bij de hoogste
windsnelheden wordt de reductie verlaagd naar 4%. Bij de laagste windsnelheden neemt de totale en
piekwarmtestroom toe met 2% en 4%.
Figuur 4.3 Zomerse totale- (a) en piek (b) warmtestromen van verschillende windsnelheden op een bitumen dak
met en zonder een plat PV-paneel. Reductie totale- (c) en piek (d) warmtestromen van verschillende windsnelheden
met een plat PV-paneel ten opzichte van een bitumen dak. Totale warmtestroom is uitgedrukt in W-u/m2 en de
piekwarmtestroom is uitgedrukt in W/m2.
Dakbedekking
Figuur 4.4a, figuur 4.4b, figuur 4.4c en figuur 4.4d laten de totale en piekwarmtestromen zien van een
bitumen, betonnen of dakpannen dakbedekking met en zonder plat PV-paneel. Bij alle drie de
dakbedekkingen zorgt het gebruik van PV-panelen voor een reductie van de warmtestroom. De
bitumendakbedekking is al besproken bij de normale windsnelheid (2,5 m/s). De betonnen
dakbedekking heeft een reductie van 5000 naar 2540 W-u/m2. Voor schuine op het zuiden
georiënteerde dakpannen geldt een reductie van 4240 naar 3930 W-u/m2. De reductie in de
piekwarmtestroom van een betonnen dakbedekking gaat van 366 naar 275 W/m2 en bij een dakpannen
dakbedekking van 467 naar 465 W/m2.
Figuur 4.4e en figuur 4.4f laten de reductie van een totale en piekwarmtestroom van dakbedekkingen
met PV-panelen ten opzichte van dakbedekkingen zonder PV-panelen zien. De reductie van een totale
warmtestroom bij een betonnen dakbedekking is bijna 50%. De reductie van een totale warmtestroom
bij een dakpannen dakbedekking is 7%. De piekwarmtestroom reductie is 25% bij een betonnen
dakbedekking en 0% bij een dakpannen dakbedekking.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0,2 2,5 5,0
Totalewarmtestroom
(W-u/m2)
Windsnelheid (m/s)
Dak
PV dak
0
100
200
300
400
500
600
0,2 2,5 5,0
Piekwarmtestroom
(W/m2)
Windsnelheid (m/s)
Dak
PV dak
-4%
-2%
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
0,2 2,5 5,0
Reductietotale
warmtestroom(%) Windsnelheid (m/s)
-4%
-2%
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
0,2 2,5 5,0
Reductiepiek
warmtestroom(%)
Windsnelheid (m/s)
(a)
(b)
(c)
(d)

| 34
Figuur 4.4. Zomerse totale- (a, b) en piek (c, d) warmtestromen van verschillende dakbedekkingen met en zonder
een plat PV-paneel. Reductie totale- (f) en piek (e) warmtestromen van verschillende windsnelheden met een plat
PV-paneel ten opzichte van een bitumen dak. Totale warmtestroom is uitgedrukt in W-u/m2 en de
piekwarmtestroom is uitgedrukt in W/m2.
0
1000
2000
3000
4000
5000
Bitumen Beton
Totalewarmtestroom
(W-u/m2)
Dakbedekking
Dak
PV dak
0
100
200
300
400
500
Bitumen Beton
Piekwarmtestroom
(W/m2)
Dakbedekking
Dak
PV dak
0%
10%
20%
30%
40%
50%
Bitumen Beton Dakpannen
Reductietotale
warmtestroom(%)
Dakbedekking
0%
10%
20%
30%
40%
50%
Bitumen Beton Dakpannen
Reductiepiek
warmtestroom(%)
Dakbedekking
0
1000
2000
3000
4000
5000
Dakpannen
Totalewarmtestroom
(W-u/m2)
Dakbedekking
Dak
PV dak
0
100
200
300
400
500
Dakpannen
Piekwarmtestroom
(W/m2)
Dakbedekking
Dak
PV dak
(a)
(b)
(c)
(d)
(e) (f)

| 35
Ter verheldering van de enorme reductie bij betonnen dakbedekking, wordt in figuur 4.5a het
temperatuurverloop van een betonnen dakbedekking vergeleken met een bitumendakbedekking (waar
een laag isolatie onder zit) en de luchttemperatuur op een tropische zomerdag. In figuur 4.5b is een PV-
paneel toegevoegd boven de dakbedekking. De massatraagheid van een betonnen dakbedekking zorgt
voor een beperkte stijging en daling van de oppervlaktetemperatuur. Na gebruik van een plat PV-paneel
zorgt de schaduw van het paneel voor een constante lage temperatuur bij de betonnen dakbedekking,
waardoor overdag een negatieve warmtestroom afgegeven wordt. De negatieve warmtestroom
stimuleert de reductie van een PV-paneel in totale en piekwarmtestroom naar de stedelijke atmosfeer.
Figuur 4.5. (a) Lucht- en oppervlaktetemperaturen van twee dakbedekkingen zonder PV-panelen. (b) Lucht- en
oppervlaktetemperaturen van twee dakbedekkingen met PV-panelen.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Temperatuur(℃)
Tijd (uren)
Luchttemperatuur Betonnen daktemperatuur Bitumen daktemperatuur
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Temperatuur(℃)
Tijd (uren)
Luchttemperatuur Betonnen daktemperatuur Bitumen daktemperatuur
(a)
(b)
Stijging door
zonnestraling
onder en op
PV-paneel

| 36
4.2 Beslismodel resultaten
4.2.1 Selectie stadswijken
Tabel 4.1 laat de geselecteerde stadswijken in Amsterdam met behulp van de drie microklimaat
eigenschappen zien. Voor iedere wijktypologie is een representatieve stadswijk geselecteerd.
Tabel 4.1: Selectie stadswijken Amsterdam.
Stedelijke
Typologieën
Microklimaat categorie Amsterdam
Wijktypen Periode Gebouw-
hoogte
Footprint Groen/
wateroppervlak
Wijken
Historische
binnenstad &
vooroorlogs
bouwblok
Voor
1910
1910 -
1930
Midden
hoog
Gesloten
bouwblok
Weinig
(0-10%)
Da costabuurt
Tuindorp 1910 -
1930
Laag Gesloten/ open
bouwblok
Gematigd
(10-30%)
Nieuwendam
Volkswijk 1930 -
1940
Laag Gesloten
bouwblok
Weinig - gematigd
(5-30%)
Hoofdorpplein
buurt
Naoorlogse
tuinstad
laagbouw
1945 -
1955
Laag Open
bouwblok
Veel
(30-50%)
Slotermeer
Couperusbuurt
Naoorlogse
tuinstad
hoogbouw
1950 -
1960
Midden
hoog-
hoog
Open
bouwblok
Gematigd
(10-30%)
Bijlmer
Naoorlogs
Bedrijven-
terrein*
1960 -
huidig
Laag Lintbebouwing/
Gesloten
stedelijk blok
Weinig
(0-10%)
Sloterdijk |
Bloemkoolwijk –
Woonerf
1975 -
1980
Laag Lintbebouwing/
Open stedelijk
blok
Gematigd – veel
(10-50%)
Geuzenveld
Hoogbouw
stadscentra
1960 -
huidig
Hoog Verspreide
bebouwing
Weinig
(0-10%)
Zuid-as
Sub-urbane
uitbreiding Vinex
1990 -
2005
Laag Lintbebouwing/
Gesloten
stedelijk blok
Gematigd
(10-30%)
De Aker
*Het wijktype Naoorlogse bedrijventerrein is toegevoegd, omdat dit soort wijken niet vertegenwoordigd zijn in de
stedelijke typologieën, maar wel extra gevoelig zijn voor het Urban Heat Island effect.

| 37
Figuur 4.6 geeft een indicatie van de locatie van verschillende stadswijken. Amsterdam is meer naar
het westen toe uitgebreid, waardoor een grotere diversiteit aan stadswijken te vinden is in dit deel van
Amsterdam.
Figuur 4.6 locatie indicatie geselecteerde stadswijken Amsterdam.
4.2.2 Oppervlakteanalyse stadswijken
Met de oppervlakteresultaten kan ingeschat worden hoe groot de intensiteit van het Urban Heat Island
is in de diverse stadswijken van Amsterdam en waar de potentie voor het gebruik van PV-panelen het
grootst is. De stadswijken met weinig groen en wateroppervlak, veel verhard en bebouwd oppervlak zijn
het meest kwetsbaar voor het Urban Heat Island effect. De beperkte openbare ruimte zorgt voor een
hogere noodzaak van het gebruik van PV-panelen. De stadswijken met de hoogste potentie voor het
gebruik van PV-panelen staan bovenaan in de figuren.
De stedelijke materiaaleigenschappen per stadswijk zijn gebundeld in drie groepen: het verkoelende
groen en wateroppervlak, het verwarmende verhard en bebouwd oppervlak Een uitgebreidere analyse
van de oppervlakten per stadswijk kan gevonden worden in appendix F.
Groen en (verkoelend)wateroppervlak
In figuur 4.7 zijn de groen en wateroppervlaktes van de geselecteerde wijken als percentage van de
totale stedelijke massa samengevat. De stadswijken bestaan voor minimaal 10% tot maximaal 45% uit
groen en/ of wateroppervlak.
De stadswijken (op Hoofddorpplein buurt na) met lage tot gemiddelde percentages bevatten
voornamelijk openbaar groenen wateroppervlak. De gemiddelde en hoge percentages aan groen en
wateroppervlak liggen dicht bij elkaar, waardoor het onderscheid tussen deze stadswijken niet groot is.
De stadswijken met lage percentages onderscheiden zich wel van de andere wijken. Voornamelijk in de
stadswijken met een hoog percentage aan groen en wateroppervlak bestaat een groot deel uit private
groen tuinoppervlak. Het toekomst percentage van deze stadswijken is daardoor mogelijk lastig in te
schatten. Tot slot bevat de stadswijk Geuzenveld een extreem hoog percentage aan Loofbos oppervlak
van 24% in vergelijking met de andere wijken.

| 38
Figuur 4.7. Groen/ water oppervlak geselecteerde stadswijken als percentage van de totale stedelijke massa.
Verhard oppervlak
In Figuur 4.8 zijn de verharde oppervlakken van de geselecteerde stadswijken als percentage van de
totale stedelijke massa gepresenteerd. De stadswijken bestaan voor minimaal 13% tot maximaal 41%
uit verharde materialen. Het grootste gedeelte van het verharde oppervlak bestaat uit autowegen,
fietspaden en voetpaden. De stadswijken Geuzenveld en Couperusbuurt bevatten private verharde
tuinen, waardoor het percentage mogelijk in de toekomst kan veranderen. Het verhard oppervlak is de
grootste veroorzaker van het Urban Heat Island, door de zware materiaal massa en relatief kleine sky
view factor.
Figuur 4.8. Verhard oppervlak geselecteerde stadswijken als percentage van de totale stedelijke massa.
Bebouwd oppervlak
In figuur 4.9 is het bebouwde oppervlak van de geselecteerde wijken als percentage van de totale
stedelijke massa beschreven. De stadswijken bestaan voor minimaal 32% tot maximaal 54% uit
bebouwd oppervlak. Daardoor is het onderscheid tussen het totale percentage aan bebouwd oppervlak
in de stadswijken relatief klein. Een groot deel van het bebouwde oppervlak zorgt voor een versterking
van het Urban Heat Island effect, maar de noordkant daarentegen zorgt voor een vermindering. De
noordkant ligt in de schaduw, waardoor de oppervlaktetemperatuur van het dak en/ of de gevel in de
zomer onder de luchttemperatuur ligt. De stadswijken onderscheiden zich wel in dichtheid en type
bebouwing. Voornamelijk het tuindorp en de tuinsteden bestaan uit relatief minder bebouwing. Tot slot
komt hoge bebouwing niet veel voor in de stadswijken.
0% 10% 20% 30% 40% 50%
Nieuwendam
De aker
Da costabuurt
Geuzenveld
Couperusbuurt
Bijlmer centrum
Hoofddorpplein buurt
Sloterdijk 1
Zuidas
Percentage van de totale stedelijke massa (%)
Geselecteerdestadswijken
Loofbos oppervlak
Gras oppervlak
Water oppervlak
Tuin oppervlak
0% 10% 20% 30% 40% 50%
De aker
Nieuwendam
Bijlmer centrum
Da costabuurt
Couperusbuurt
Geuzenveld
Sloterdijk 1
Zuidas
Tuin oppervlak
Verhard oppervlak
Infra oppervlak

| 39
Figuur 4.9. Bebouwd oppervlak geselecteerde stadswijken als percentage van de totale stedelijke massa.
4.2.3 Oppervlakte vergelijking stadswijken
Figuur 4.10 laat de rangschikking van de gebundelde oppervlakte vergelijking van de drie
geanalyseerde categorieën zien.
Figuur 4.10. Gebundelde oppervlakte vergelijking van de drie geanalyseerde categorieën.
Met behulp van de rangschikking wordt een totale onderverdeling gemaakt voor het gebruik van PV-
panelen tussen de drie stadswijken met de hoogste potentie, de drie stadswijken met een redelijke
potentie en de drie stadswijken met de laagste potentie.
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
Couperusbuurt
Geuzenveld
Nieuwendam
Bijlmer centrum
De aker
Da costabuurt
Sloterdijk 1
Zuidas
Noordkant dak oppervlak laagbouw
Footprint laagbouw
Noordkant gevel oppervlak laagbouw
Gevel oppervlak laagbouw
Footprint hoogbouw
Noordkant gevel oppervlak hoogbouw
Gevel oppervlak hoogbouw

| 40
De eerste drie stadswijken hebben de hoogste prioriteit voor het gebruik van PV-panelen:
- De hoogste prioriteit ligt bij het bedrijventerrein Sloterdijk 1. Dit is voornamelijk te wijten aan de
hoeveelheid bruikbaar dakoppervlak, maar ook door de verharde stedelijke massa. Echter,
zorgt de hoogbouw aan de westkant voor een paar grote windstille gebieden.
- Da Costabuurt heeft een hoge prioriteit, door de hoge dichtheid en platte daken is er veel
bruikbaar dakoppervlak. Er zijn veel oppervlaktes die zorgen voor kleine windstille gebieden.
Dit zijn voornamelijk bomen in de tuinen en de schuine daken dwars op de windrichting. Als
laatste is er redelijk wat verharde stedelijke massa aanwezig
- De stadswijk Hoofdorppleinbuurt heeft een hoge prioriteit, door veel verharde stedelijke
bebouwing, veel bruikbaar dakoppervlak en lage obstakels die voor windstille gebieden zorgen.
De groene private tuinen compenseren een deel van de verharde stedelijke materialen.
De volgende drie stadswijken hebben een redelijke prioriteit voor het gebruik van PV-panelen:
- De VINEX-wijk de Akker heeft veel privaat groen tuinoppervlak, waardoor het gebied relatief
minder stedelijk massa heeft. De bomen en schuine daken belasten de windsnelheid in minder
mate, waardoor de windsnelheid in het gebied vaak normaal is. Echter, bestaat de wijk uit
schuine dakpannen daken. Hierdoor valt de bruikbare hoeveelheid dakoppervlak tegen.
- Het zakendistrict de Zuidas heeft relatief veel verhard oppervlak en bebouwd oppervlak. Het
bebouwd oppervlak bestaat voor groot deel uit gevel oppervlak, waardoor er relatief minder
dakoppervlak bruikbaar is. De windsnelheid in het gebied wordt versterkt en vertraagd door de
hoge bebouwing, waardoor het beschikbaar dakoppervlak belemmerd kan worden.
- De arbeiderswijk Couperustbuurt heeft nog redelijk wat verharde stedelijke massa. De schuine
daken zorgen echter voor een redelijke beperking van het beschikbare dakoppervlak. Er zijn
nauwelijks windstille gebieden, doordat de schuine daken niet loodrecht op de westelijke
windrichting staan en de open opzet van de wijk een lage ruwheid tot gevolg heeft.
De laatste drie stadswijken hebben de laagste prioriteit voor het gebruik van PV-panelen:
- De arbeiderswijk het Geuzenveld wordt voornamelijk gekenmerkt door de vele bomen, die
zorgen voor veel windstille gebieden. Er is relatief weinig verharde stedelijk massa, door de
grasvelden. Doordat veel schuine daken op het zuiden georiënteerd zijn is er relatief weinig
dakoppervlakte bruikbaar voor PV-panelen.
- De woonwijk Bijlmercentrum heeft redelijk wat verharde stedelijke massa, door de hoeveelheid
geveloppervlak van de woonflats. De platte daken zijn redelijk geschikt om PV-panelen te
gebruiken, doordat de laagbouw veel schaduw van de hoogbouw ontvangt. Het aantal windstille
gebieden is beperkt door de open opzet van de wijk. Daarbij staan de flats parallel aan de
westelijk windrichting.
- De woonwijk Nieuwendam is omgeven door groen en water. Veel groen bevindt zich in de ruim
opgezette private voor- en achtertuinen, waardoor er relatief weinig verharde stedelijke massa
aanwezig is. Het aantal windstille gebieden door de tuinen is redelijk, maar door de open opzet
is dit effect beperkt. Het beschikbare dakoppervlak is relatief aan de lage kant, omdat het gebied
volledig bestaat uit schuinen daken. De zuidgeoriënteerde daken kunnen maar aan één kant
van het dak gebruikt worden voor PV-panelen.
4.2.4 Stedebouwkundig plan
De rekenresultaten (dak massa, windsnelheid en PV-opstelling) en de stedebouwkundige analyses
ondersteunen de vergelijking van de stadswijken. Uit de vergelijking zijn het meest geschikte
bedrijventerrein en de woonwijk uitgewerkt in het stedebouwkundig plan.
De geschiktheid van de daken wordt geanalyseerd met behulp van Zonatlas data. Voor ieder dak toont
Zonatlas de geschiktheid voor energieomzetting. Door de combinatie van weerdata, invallende
zonnestraling, hellingshoek van de daken (schuine daken) en de schaduwsituatie kan een en zeer
nauwkeurige indicatie gegeven worden. Zo wordt ook een onderscheid in dak massa meegenomen
tussen platte bitumen daken en schuine dakpannen daken, want schuine daken ontvangen minder
zonnestraling.
Daarnaast wordt er ook gekeken naar daken met een lagere windsnelheid. Dit wordt gedaan door de
ruwheid op dak hoogte te analyseren, zoals hoger gelegen daken (platte of schuine daken) en bomen.
De recirculatie gebieden zijn geselecteerd met behulp van de vuistregel voor wind rondom een gebouw,
die gevonden kan worden in appendix A9.

| 41
Uiteindelijk zijn de oppervlakte analyses met elkaar vergeleken, waarmee geschikte gebieden zijn
gerangschikt op basis van potentie. Bij de hoogste en redelijke potentie wordt een keuze gemaakt voor
het gebruik van een type PV-paneel opstelling.
Het bedrijventerrein Sloterdijk 1
Het bedrijventerrein Sloterdijk 1 bestaat voornamelijk uit platte laagbouw daken, waarvan sommige
bestaan uit ‘shed’ daken. Aan de westkant van het gebied staat hoogbouw en in het midden ligt een
weg met vier bomenrijen.
De analyse van het beschikbare dakoppervlak laat zien dat voor een aantal daken onvoldoende data
beschikbaar was om een betrouwbare indicatie te geven (zie figuur 4.11). Daarnaast liggen een aantal
daken voor het grootste deel van de dag in de schaduw door de nabij gelegen hoogbouw. Deze daken
zijn gemarkeerd als ongeschikt voor het gebruik van PV-panelen. Door de beperkte directe
zonnestraling zal de oppervlaktetemperatuur van de ongeschikte daken ook niet ver boven de
luchttemperatuur komen. De ongeschikte daken bevinden zich voornamelijk aan de westkant van de
stadswijk, omdat die uit een combinatie van hoog- en laagbouw bestaat. De daken gemarkeerd als
geschikt liggen verspreid over het gebied en ontvangen iets minder directe zonnestraling door obstructie
van bomen en/ of nabijgelegen hoogbouw. De ‘shed’ daken zijn ook gemarkeerd als geschikt, doordat
minder bruikbaar dakoppervlak beschikbaar is. Het grootst deel van de daken valt in de categorie zeer
geschikt. Het merendeel van de zeer geschikte daken ligt in het midden en aan de oostkant van het
gebied. Dit zijn platte daken, die niet of nauwelijks beïnvloed worden door omliggende bebouwing en/
of bomen.
Figuur 4.11: Analyse beschikbare dakoppervlak op het bedrijventerrein Sloterdijk 1, Amsterdam.
De analyse van de oppervlakte ruwheid (zie figuur 4.12) in het gebied laat zien dat de wind (richting
westzuidwest) voornamelijk schuin over de stedelijke massa heen gaat. Verder wordt de windsnelheid
het meest beïnvloed door de hogere bebouwing aan de westkant. De wind wordt verder nog
geblokkeerd door een aantal uitstekende lage gebouwen en de bomen rijen in het midden van het
gebied. Echter kan verwacht worden dat de windsnelheid over het algemeen niet heel erg af zal nemen
door de laagbouw en de bomen. De recirculatie windzones zijn met rood gemarkeerd. Uit de
rekenresultaten kan afgeleid worden, dat lage windsnelheiden leiden tot een toename van de
warmtestroom. Daarom is het gebruik van PV-panelen binnen de recirculatie windzones niet wenselijk.
Zoals verwacht bevinden de recirculatie (windstille) gebieden zich voornamelijk aan de westkant van
het gebied.

| 42
Figuur 4.12: Analyse oppervlakte ruwheid in wijk Sloterdijk 1, Amsterdam.
Na het samenvoegen van de zonnestraling en de oppervlakte ruwheid analyses is de selectie van de
daken uitgewerkt waar het gebruik van PV-panelen gewenst is (zie figuur 4.13). De groene daken
hebben veel potentie. Ze worden gekenmerkt door veel zonnestraling, weinig schaduw en een normale
windsnelheid. De gele daken hebben voldoende potentie, ondanks dat sommige eigenschappen iets
minder voordelig zijn. De rode daken hebben weinig tot geen potentie, doordat de meeste
eigenschappen niet voordelig zijn. Tot slot is voor de grijze daken onvoldoende data beschikbaar om
een juiste indicatie te geven.
Figuur 4.13: Analyse potentie dakoppervlakte in wijk Sloterdijk 1, Amsterdam.

| 43
In het stedebouwkundig plan worden de daken met voldoende- en veel potentie gebruikt voor PV-
panelen (zie figuur 4.14). Verder is er gekozen voor de oost en west PV-paneel opstelling. Uit de
rekenresultaten is af te leiden, dat deze opstelling een lagere totale warmtestroom reductie heeft dan
de zuid PV-paneel opstelling. Echter, zou de piekwarmtestroom belasting van de zuid PV-paneel
opstelling zorgen voor een belemmering van de werkzaamheden overdag. De geschikte daken zijn
gemarkeerd in het zwart en de ongeschikte daken in het grijs.
Figuur 4.14: Gebruik type PV-paneel opstelling in wijk Sloterdijk 1, Amsterdam.
De woonwijk Da Costabuurt
De woonwijk Da Costabuurt bestaat voornamelijk uit platte daken. Aan de zuidkant van het gebied zijn
de meeste schuine daken te vinden. De bomen zijn verspreid over het gebied en staan in de private
tuinen en aan de noordkant van het gebied.
Figuur 4.15: Analyse beschikbare dakoppervlak in wijk Da Costabuurt, Amsterdam.

| 44
De analyse van het beschikbare dakoppervlak (zie figuur 4.15) laat zien dat bij deze wijk ook voor een
aantal daken onvoldoende data beschikbaar was om een betrouwbare indicatie te geven. Daarnaast
liggen de meeste woonbootdaken voor het grootste deel van de dag in de schaduw door de nabij
gelegen bebouwing. Deze daken zijn gemarkeerd als ongeschikt voor het gebruik van PV-panelen. De
daken gemarkeerd als geschikt bevinden zich voornamelijk aan de zuidkant van het gebied, doordat
schuine daken minder directe zonnestraling ontvangen en bestaan uit dakpannen (de rekenresultaten
modelleren een lagere reductie van de warmtestromen bij dakpannen). De overige geschikte platte
daken krijgen iets minder directe zonnestraling door schaduw van omliggende bebouwing en/of bomen.
Het grootst deel van de daken valt in de categorie zeer geschikt en ligt verspreid over het gebied.
De analyse van de oppervlakte ruwheid (zie figuur 4.16) in het gebied laat zien dat de wind (richting
westzuidwest) voornamelijk loodrecht over de stedelijke massa heen gaat. De meeste ruwheid bevindt
zich aan de zuidkant van het gebied, waar de schuine daken loodrecht op de windrichting zijn
georiënteerd. Verder zorgen de bomen in de tuinen verspreid over het gebied voor een ruwheid van het
oppervlak. De bootdaken in het midden van het gebied liggen volledig in een recirculatie windzone, door
de omliggende bebouwing. Het gebied bevat geen extreem grote obstakels, zoals bij het bedrijventerrein
Sloterdijk 1 wel het geval is. De recirculatie windzones (windstil) zijn met rood gemarkeerd.
Figuur 4.16: Analyse oppervlakte ruwheid in wijk Da Costabuurt, Amsterdam.
Na het samen voegen van de zonnestraling en de oppervlakte ruwheid analyses is de selectie van de
daken uitgewerkt waar het gebruik van PV-panelen gewenst is (zie figuur 4.17). De groene daken
hebben veel potentie. Ze worden gekenmerkt door veel zonnestraling, weinig schaduw en een normale
windsnelheid. De gele daken hebben voldoende potentie, ondanks dat sommige eigenschappen iets
minder voordelig zijn. De rode daken hebben weinig tot geen potentie, doordat de meeste
eigenschappen niet voordelig zijn. Voor de grijze daken is onvoldoende data beschikbaar om een juiste
indicatie te geven. Tot slot worden door de vertraging van de windsnelheid, minder zonnestraling en
dakpannen dakbedekking de schuine daken als ongeschikt beoordeeld.

| 45
Figuur 4.17: Analyse potentie dakoppervlakte in wijk Da Costabuurt, Amsterdam.
In het stedebouwkundig plan (zie figuur 4.18) is gekozen voor de zuid PV-paneel opstelling, deze
opstelling heeft de hoogste totale warmtestroom reductie (zie rekenresultaten). Echter, zorgt de
piekwarmtestroom voor een tijdelijke verhoging in de ochtend. De belemmering van deze
piekwarmtestroom wordt op minimaal geschat, omdat het om een woonwijk gaat waar de meest
bewoners vroeg in de ochtend en in de avond aanwezig zijn. De geschikte daken zijn gemarkeerd met
zwarte strepen in zuidelijke richting en de ongeschikte daken in het grijs.
Figuur 4.18: Gebruik type PV-paneel opstelling in wijk Da Costabuurt, Amsterdam.

| 47
5
Evaluatie
5.1 Conclusie
In deze alinea wordt antwoord geven op de geformuleerde onderzoek vraag uit de inleiding:
Hoe kunnen PV-panelen gebruikt worden voor het reduceren van het Urban Heat Island effect in
Nederland?
De onderzoeksvraag is gericht op het gebruik van PV-panelen om het verminderen van het Urban Heat
Island effect zo optimaal mogelijk te verkleinen en of het mogelijk is dit met PV-panelen te realiseren.
De ontwikkelde rekenmethode heeft als doel het modeleren van PV-paneel opstelling op het dak voor
een tropische zomerdag op de langste dag van het jaar (21 juni). Met de rekenmethode zijn zes
verschillende scenario’s gemodelleerd. Wanneer een PV-paneel toegevoegd wordt aan een niet
beschaduwde bitumendakbedekking. Treed een verlaging van de warmteoverdrachtcoëfficiënten en
oppervlaktetemperaturen op. Dit leidt tot een reductie van de totale en piek (gevoelige) warmtestroom
naar de stedelijke atmosfeer en daarmee ook het Urban Heat Island. De verandering bij de
warmtestromen is toe te wijzen aan de hogere reflectiewaarde (lagere 𝛼-waarde kortgolvige straling),
de energie omzetting en de schaduwwerking op de onderliggende dakbedekking na het gebruik van
een PV-paneel in vergelijking met bitumen.
Wanneer de niet beschaduwde dakbedekking als vergelijking wordt gebruik, wordt de hoogste totale
warmtestroom reductie (49%) gehaald bij het gebruik van een plat PV-paneel boven een betonnen
dakbedekking. Daarbij wordt een piekwarmtestroom reductie van 25% gehaald. Bij een
bitumendakbedekking is de reductie voor beide warmtestromen 13% en voor een schuine dakpannen
bedekking is de reductie 7% en 0% (zie figuur 4.4).
Verder zorgt een minimale windsnelheid van 0,2 m/s bij het gebruik van een plat PV-paneel voor een
totale wamtestroomverhoging van 2% en een piekwarmestroomverhoging van 4%. De normale
windsnelheid van 2,5 m/s zorgt voor een reductie van 13% op beide warmtestroomtypen. De maximale
windsnelheid zorgt voor een reductie van 4% op beide warmtestroomtypen (zie figuur 4.3).
Tot slot geeft een oost en west PV-paneel opstelling boven een bitumen dak voor een totale
warmtestroom reductie van 18% en piekwarmtestroom van 22%. Een zuid PV-paneel opstelling levert
een reductie van 22% op de totale warmtestroom. Echter, heeft de piekwarmtestroom een verhoging
van 29% in de ochtend (zie figuur 4.2).
Vervolgens zijn met het ontwikkelde beslismodel negen stadswijken geanalyseerd, waarvan een
bedrijventerrein en woonwijk met de hoogste potentie voor het gebruik van PV-panelen gedetailleerder
zijn uitgewerkt. De voorwaarden voor deze potentie bestaan uit de intensiteit van het Urban Heat Island,
de oppervlakte ruwheid en de hoeveelheid bruikbaar dakoppervlak.
Alle stadswijken bestaan voor meer dan de helft uit verwarmende stedelijke massa, waardoor ze een
bijdrage leveren aan het Urban Heat Island effect. Meer dan de helft van de stadswijken bestaat
helemaal of voor een deel uit schuine dakpannen daken, wat het gebruik van PV-panelen een stuk
minder aantrekkelijk maakt. Bij de meeste stadwijken zorgen bomen en schuine daken voor de een
beperkte oppervlakte ruwheid op dak hoogte, maar bij sommigen stadswijken heeft hoogbouw een grote
invloed op de geschiktheid van het dakoppervlak.
De stadswijken Sloterdijk 1, Da Costabuurt en Hoofddorpplein buurt hebben de hoogste potentie voor
het gebruik van PV-panelen, omdat een groot percentage aan platte daken beschikbaar is en er relatief
weinig groen en wateroppervlak aanwezig is. Daarnaast hebben de stadswijken de Aker, Zuidas en
Couperusbuurt een redelijke potentie voor het gebruik van PV-panelen. Voor deze wijken is minder
bruikbaar dakoppervlak beschikbaar en meer groen en wateroppervlak aanwezig. De stadswijken

| 48
Geuzenveld, Bijlmercentrum en Nieuwendam hebben de laagste potentie voor het gebruik van PV-
panelen. Ze bestaan voor een groot deel uit groen en wateroppervlak en hebben een beperkte
hoeveelheid aan bruikbaar dakoppervlak.
Tot slot laten de uitgewerkte stadswijken met behulp van het beslismodel positieve resultaten zien voor
een reductie van het Urban Heat Island met PV-panelen. Doordat na een evaluatie van de zonnestraling,
schaduw en oppervlakte ruwheid het merendeel van de daken in de uitgewerkte stadswijken gebruikt
kunnen worden voor reducerende PV-panelen.
5.2 Discussie
De thesis sluit af met een discussie en aanbevelingen voor toekomstig onderzoek.
5.2.1 Validatie
Het validatie model berekent een overeenkomstig temperatuurverloop als de referentie metingen (zie
figuur 3.1 en 3.2). De waarneembare verschillen zijn:
- Hogere PV-paneel oppervlaktetemperatuurverloop
- Lagere dak oppervlaktetemperatuurverloop
- Lagere piek oppervlaktetemperatuur dak
De hogere oppervlaktetemperaturen van het PV-paneel kan het gevolg zijn van de te lage
warmteoverdracht coëfficiënten. Daarbij gaat het gemodelleerde model uit van een gemiddelde
constante windsnelheid uit het westen. Bij de metingen is de windsnelheid variabel en komt uit
verschillende windrichtingen.
De lagere oppervlaktetemperaturen van het dak en de vertraging van de piektemperatuur aan het einde
van de dag kan veroorzaakt worden door beperkte informatie over de precieze dakopbouw van de
gemeten locatie. De massa opbouw van het gemodelleerde dak zorgt voor een grotere massatraagheid
dan de bij de gemeten situatie.
In het onderzoek van Scherba et al. (2011) levert het gebruik van schuine op het zuiden georiënteerde
PV-panelen op een bitumen dak een totale warmtestroom reductie van 11% op gedurende een warme
zomerdag. De gemodelleerde resultaten uit dit onderzoek hebben hogere reductie percentages. Een
plat PV-paneel resulteert in een reductie van 13% wat wel in de buurt ligt van het percentage uit het
onderzoek van Scherba et al. (2011). Echter, resulteren een schuin zuid georiënteerd PV-paneel (22%)
en schuine op het oosten en westen georiënteerde PV-panelen (18%) in hogere percentages. Los van
het verschil in zonnestraling tussen de locatie van dit onderzoek en de onderzochte locatie van Scherba
et al. (2011)is dit hoogstwaarschijnlijk ook een gevolg van de opbouw van een schuine geometrie in het
simulatieprogramma VOLTRA. Door versimpeling van een schuine geometrie opgesplitst in blokken
ontvangt de geometrie mogelijk minder straling, waardoor de oppervlaktetemperaturen (en daarmee
ook de warmtestromen) lager uitvallen. Deze observatie wordt versterkt, doordat het model van een plat
PV-paneel dichter bij de resultaten uit het andere onderzoek komt.
De groen en wateroppervlak percentages van de geselecteerde stadswijken liggen gemiddeld gezien
hoger dan de gegeneraliseerde eigenschappen van de wijktypologieën, dit komt waarschijnlijk doordat
het oppervlak van private tuinen ook meegenomen is in de beoordeling van de geselecteerde
stadswijken. Verder hebben de stadswijken in Amsterdam waarschijnlijk een hoger percentage aan
wateroppervlak in vergelijking met andere Nederlandse steden.
5.2.2 Beperkingen
Het onderzoek focust zich op het berekenen van gevoelige warmtestromen van zes verschillende dak
scenario’s naar de atmosfeerwaarbij gekeken is naar de invloed op een tropische zomerdag in juni. De
rekenmethode is ontwikkeld voor vergelijkingen tussen de zes verschillende dak scenario’s, waarbij het
niet mogelijk is om de directe invloed op de stedelijk luchttemperatuur te voorspellen. Daarvoor moeten
de warmstromen meegenomen worden in een atmosferisch rekenmodel op meso schaal, die vervolgens
de invloed op de luchttemperatuur in de UBL modelleert. Een nauwkeurige analyse van de invloed op
het Urban Heat Island effect was een doel van het onderzoek, maar het is niet realistisch gebleken om
het doel binnen dit onderzoek te realiseren. Het paste niet binnen het tijdsframe en de beschikbare
kennis tijdens het onderzoek.

| 49
Het onderzoek focust zich op het gebruik van PV-panelen voor een reductie van het Urban Heat Island
effect en vergelijkt de oplossing niet met andere oplossingen (groene/ witte daken). Uit het onderzoek
van Scherba et al. (2011) blijkt dat PV-panelen niet het meest effectieve bestrijdingsmiddel tegen het
Urban Heat Island effect zijn. Echter, geeft het onderzoek van Salamanca et al. (2016) juist een voorkeur
aan PV-panelen in vergelijking met de reductie van witte daken. PV-panelen zouden het Urban Heat
Island sterker reduceren gedurende de nacht, wanneer de gevolgen het extreemst zijn.
Binnen het onderzoek is gekeken naar PV-panelen op de daken, omdat ze in de huidige situatie het
meest gebruikt worden op daken. Wanneer de PV-panelen boven stedelijke materialen met zwaarder
massa’s komen te hangen kan mogelijk een veel grotere reductie bereikt worden.
De geraadpleegde GIS-data (top10NL, Zonatlas) komt vaak niet helemaal overheen met de werkelijk
situatie in de geanalyseerde wijken. Bomen op de stoep worden daarnaast in de GIS-data niet
meegenomen, waardoor de invloed hiervan niet meegenomen is bij de stedebouwkundige analyses.
Door het multidisciplinaire onderzoek (stedebouw en bouwfysica) is de keuze gemaakt om alleen de
stad Amsterdam te analyseren. Het analyseren van meer steden zou een tijd intensieve taak zijn,
waardoor afronden van het onderzoek binnen het afstudeertraject in gevaar zou komen. Voor een
nauwkeurigere generalisatie van de ontwerprichtlijnen zou het goed zijn om het beslismodel toe te
passen op andere wijken in Nederlandse steden.
Bij de analyse van de oppervlakte ruwheid van het gebied is gebruik gemaakt van een vuistregel voor
de windsnelheid (Bottema, 1993), waardoor het recirculatie (windstille) gebied een grove schatting is
van de werkelijkheid.
5.2.3 Aanbevelingen
Een gewenste vervolg stap voor de rekenmethode is het koppelen van het gebouwenergiemodel aan
een meso meteorologisch model, waarmee de directe invloeden op het Urban Heat Island kunnen
worden onderzocht. Succesvolle koppelingen kunnen gevonden worden in het onderzoek van Masson
et al. (2014) en Salamanca et al. (2016).
Het gebruik van drie rekenprogramma’s (VOLTRA, PHOENICS en EXCEL) vertraagt de simulatie
snelheid van de rekenmethode. Bij toekomstig onderzoek kan gekeken worden naar alternatieve
rekenprogramma’s. Een mogelijke uitkomst is het programma COMSOL en/ of volledige modellering in
het programma PHOENICS.
Binnen het geraadpleegde energiebalans programma (VOLTRA) is het niet mogelijk om schuine
geometrie te modelleren, waardoor gebruik is gemaakt van een vereenvoudigd oppervlak bestaande uit
blokken.
Figuur 5.9: Illustratie nauwkeurigheid schuine geometrie PV-paneel opstellingen.
De rekenresultaten, worden waarschijnlijk nauwkeuriger wanneer het grid van de schuine panelen nog
verder verdeeld wordt in kleinere blokken (zie figuur 5.9). Binnen dit onderzoek is hier niet voor gekozen,
omdat het een erg tijd intensieve methode is.
Het is aan te raden om bij toekomstig onderzoek na te gaan of er nauwkeurigere GIS-data beschikbaar
is.

| 50
Voor een generalisatie van de ontwerprichtlijnen is het aan te raden om het onderzoeksgebied uit te
breiden naar andere Nederlandse steden.
Voor een nauwkeurigere benadering van de oppervlakte ruwheid is het aan te raden om de wijken te
simuleren in een CFD-simulatie programma, mits daar voldoende tijd voor beschikbaar is.
Tot slot is binnen het onderzoek is gekeken naar PV-panelen op de daken, omdat ze in de huidige
situatie het meest gebruikt worden op daken. Er zijn echter nog veel meer mogelijkheden waar panelen
toegepast kunnen worden. Door de grote massa opslageigenschappen van bestrating en bakstenen
gevels heeft het gebruik van PV-panelen boven andere stedelijke oppervlakte veel potentie.

| 51
Referenties
Bibliografie
Abraham-Reynolds, S. K. O., & Shadmanfar, D. (2014). Green roof integrated photovoltaic system
versus conventional photovoltaic system. . (BSc.), Hogeschool Rotterdam, Rotterdam.
Bjrake Ingels Group, B. (2015). Hot to cold. Denmark: Taschen.
Bottema, M. (1993). Wind climate and urban geometry. s.n.], [S.l. :. WorldCat.org database.
Döpp, S. (2011). Kennismontage: Hitte en Klimaat in de Stad. Retrieved from TNO-publicatie:
Erell, E., Pearlmutter, D., & Williamson, T. J. (2011). Urban microclimate : designing the spaces between
buildings Retrieved from WorldCat.org database Retrieved from Ebook Library
http://public.eblib.com/choice/publicfullrecord.aspx?p=624253 Retrieved from Ebook Library
http://public.eblib.com/choice/publicfullrecord.aspx?p=624253
Heusinkveld, B. G., Steeneveld, G. J., Hove, L. W. A., Jacobs, C. M. J., & Holtslag, A. A. M. (2014).
Spatial variability of the Rotterdam urban heat island as influenced by urban land use. Journal
of Geophysical Research: Atmospheres, 119(2), 677-692.
Hoyois, P., Scheuren, J.M., Below R., Guha-Sapir, D. (2007). Annual disaster statistical review: numbers
and trends 2006. Retrieved from
Kim, Y. H., & Baik, J. J. (2004). Daily maximum urban heat island intensity in large cities of Korea.
Theoretical and Applied Climatology, 79(3-4), 151-164.
Kleerekoper, L. (2016). Urban Climate Design: Improving thermal comfort in Dutch neighbourhoods.
Lenzholzer, S., & Lahr, M. (2013). Het weer in de stad : hoe ontwerp het stadsklimaat bepaalt. Rotterdam
:: nai010 uitgevers.
Masson, V. r., Bonhomme, M., Salagnac, J.-L., Briottet, X., & Lemonsu, A. (2014). Solar panels reduce
both global warming and urban heat island. Frontiers in Environmental Science, 2.
Metz, B., & Intergovernmental Panel on Climate, C. (2007). Climate change 2007 mitigation of climate
change : contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the
Intergovernmental Panel on Climate Change Retrieved from WorldCat.org database
Middel, G. (2002). TOP 10 data set P1661. Topografische-Dienstafische-Dienst, Data Archiving and
Networked Services.
Nijs, T. d., & Rijksinstituut voor Volksgezondheid en, M. (2002). Vier scenario's van het landgebruik in
2030 : achtergronddocument bij de nationale natuurverkenning 2, 2000-2030. Bilthoven ::
RIVM.
Oke, T. R. (1982). The energetic basis of the urban heat island. Quarterly Journal of the Royal
Meteorological Society, 108(455), 1-24.
Oke, T. R. (1987). Boundary layer climates (2nd ed. ed.). London ;: Methuen.
Palmer, T., & Hagedorn, R. (2006). Predictability of weather and climate Retrieved from WorldCat.org
database
Pijpers-van Esch, M. M. E. (2015). Designing the Urban Microclimate: A framework for a design-decision
tool for the dissemination of knowledge on the urban microclimate to the urban design process.
Retrieved from Item Resolution URL http://resolver.tudelft.nl/uuid:db37f8c4-c32d-42d7-8462-
b2208a342184 WorldCat.org database.
Salamanca, F., Mahalov, A., Moustaoui, M., Georgescu, M., & Martilli, A. (2016). Citywide Impacts of
Cool Roof and Rooftop Solar Photovoltaic Deployment on Near-Surface Air Temperature and
Cooling Energy Demand. Boundary-Layer Meteorology, 1-19.

| 52
Scherba, A., Sailor, D. J., Rosenstiel, T. N., & Wamser, C. C. (2011). Modeling impacts of roof
reflectivity, integrated photovoltaic panels and green roof systems on sensible heat flux into the
urban environment. Building and Environment, 46(12), 2542-2551.
Taha, H. (2013). The potential for air-temperature impact from large-scale deployment of solar
photovoltaic arrays in urban areas. Solar Energy, 91, 358-367.
Tan, J., Zheng, Y., Tang, X., Guo, C., Li, L., Song, G., . . . Li, F. (2010). The urban heat island and its
impact on heat waves and human health in Shanghai. International journal of biometeorology,
54(1), 75-84.
Van der Hoeven, F. D., & Wandl, A. (2013). Amsterwarm: Gebiedstypologie warmte-eiland Amsterdam.
Retrieved from WorldCat.org database. Delft University of Technology, Faculty of Architecture.

Research: The impact of solar panels on the Urban Heat Island effect (Dutch)

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (6)

Similar to Research: The impact of solar panels on the Urban Heat Island effect (Dutch)

Similar to Research: The impact of solar panels on the Urban Heat Island effect (Dutch) (20)

Research: The impact of solar panels on the Urban Heat Island effect (Dutch)