Isdannelse i nedløpssystemer fra kompakte tak

Abstract

Takflater kan utgjøre flere titalls prosent av arealet i byer og tettsteder. Regnvann fra flate tak blir i dag i stor grad ledet i innvendige taknedløp koblet rett på overvannsnettet. Med klimaendringer som gir mer regn i Norge er det forventet at overvannsnettet kan bli overbelastet ved store nedbørshendelser. En løsning som foreslås er å bygge takene med utvendig nedløp som leder takvannet til terreng og ikke til overvannsnettet. Oppsamling og fordrøying av takvannet vil føre til redusert belastning på overvannsnettet og kan samtidig benyttes som en livgivende ressurs til området rundt. Avkobling av takvannet fra overvannsnettet vil være en utfordring fra kompakte tak hvis nedløpene blir trukket ut av bygningskroppen. Smeltevann fra snøen kan fryse til igjen ved lave uteluftstemperaturer og forårsake problemer som tette rør, farlige istapper og lekkasjer inn i bygningskroppen. Dette er utfordringer som primært oppstår i kaldt klima, men på enkelte steder i Norge antas det at løsningen kan fungere godt. Det er behov for mer kunnskap om utfordringer og muligheter ved bruk av utvendige taknedløp fra kompakte tak.

Oppgaven presenterer en enkel modell for å beregne risiko for isdannelse på kompakte tak ved å undersøke forhold som gir snøsmelting nedenfra og samtidig gjenfrysing av smeltevann. Modellen viser hvilke kombinasjoner av snødybde og utetemperatur som kan være farlige. For å undersøke om utvendige nedløp kan være mulig i enkelte områder, er det satt opp en beregningsmodell som tar inn timesmålinger av klimadataene uteluftstemperatur og snødybde. Værdataene er hentet fra databasen til Meteorologisk Institutt, Frost API, og omfatter målinger fra 135 målestasjoner. Disse dataene er analysert gjennom et program skrevet i C++. Programmet returnerer et vektet risikotall basert på antall prosent av målingene hvor kombinasjonen av snødybde og utetemperatur gir risiko for snøsmelting og isdannelse. For å ta høyde for mengden tilgjengelige data fra hver værstasjon er det også utarbeidet et vekktall for datakvalitet. Dataene strekker seg fra 1996 til slutten av første kvartal 2021.

De innhentede dataene er dessverre ikke tilstekkelig til å konkludere entydig hvor utvendige nedløp fra kompakte tak er mulig. Det mangler også grunnlag for å sammenligne modellens risikotall med empiriske data. Dermed kan det ikke settes grenser for hvor løsningen kan og ikke kan brukes. Steder der det antas at løsningen fungerer godt, mangler værstasjoner som måler snødybden hver time. Flere empiriske data fra områdene som har timesmåling på snødybde kunne vært til hjelp for å sette grensene.

For å kunne lage anbefalinger for hvor det er mulig å bygge utvendige nedløp fra kompakte tak, er det et behov for å analysere mer værdata. Dette omfatter også plasser hvor snødybden er lav eller ligger i kortere perioder. Disse plassene har ofte værstasjoner som måler døgndata på snødybde, så en metodikk som kan analysere disse dataene bør utvikles. Det bør også arbeides mer med å bestemme snøens oppførsel på kompakte tak gjennom praktiske målinger.

Roof surfaces can make up tens of percent of the surface area of cities and towns. Currently, runoff from flat roofs is commonly led in internal roof drains connected directly to the stormwater network. With climate change causing an increased amount of rain in Norway, it is expected that the stormwater network may be overloaded during major rainfall events. A proposed solution is to build the roofs with external drainage that leads the roof runoff to the terrain instead of the stormwater network. Collection and detention of roof runoff will reduce the load on the stormwater network. The water can also be used as a landscaping resource for the surrounding area. Routing the downpipes outside of the building envelope may pose a challenge to compact roofs. Snowmelt can re-freeze at low outdoor air temperatures and cause problems such as pipe blockage, dangerous icicles, and leaks into the building envelope. These challenges primarily arise in cold climates. Some places in Norway it is assumed that the solution can work well. There is a need for more knowledge about challenges and opportunities when using external drainage from compact roofs.

The thesis presents a simple model for calculating the risk of ice formation on compact roofs by examining conditions that cause snow to melt from below at the same time as runoff water can re-freeze. The model shows which combinations of snow depth and outdoor temperature that may pose a risk. To investigate whether external drainage may be possible in certain areas, a calculation model has been set up. The model includes hourly measurements of outdoor air temperature and snow depth. The weather data is taken from the database of the Norwegian Meteorological Institute, Frost API, and includes measurements from 135 weather stations. This data is analysed through a program written in C++. The program returns a weighted risk figure based on the percentage of the measurements where the combination of snow depth and outdoor temperature yields a risk of snow melting and ice formation. To account for the availability of data from each weather station, a data quality index has also been prepared. The data ranges from 1996 to the end of the first quarter of 2021.

Unfortunately, the data obtained is not sufficient to conclude unambiguously where external drainage from compact roofs is feasible. There is also no basis for comparing the model's risk figures with empirical data. Thus, no limits can be set for where the solution can and cannot be used. Locations where it is assumed that the solution works well, lack weather stations that measure the snow depth hourly. More empirical data from the areas that have hourly measurements of snow depth could have been helpful in determining such boundaries.

To create recommendations for where it is feasible to build compact roofs with external drainage, there is a need to analyse more weather data. This also includes locations where the snow depth is low or only exists in shorter periods. These sites often have weather stations that measure snow depth daily, so a methodology for analysing this data should be developed. More work should also be done to determine the behaviour of the snow on compact roofs through practical measurements.