Kompakte tak med utvendig nedløp

Abstract

I denne oppgaven er det sett på utfordringer og muligheter for kompakte tak med utvendig nedløp. Problemstillingen dukker opp i et grensesnitt mellom bygningsfysikk og urbane vannsystemer, der krav til overvannshåndtering gjør det nødvendig å lede takvann bort fra bygningskroppen. Den konvensjonelle løsningen for bortleding av takvann fra kompakte tak benytter innvendige taknedløp koblet på overvannsnettet. Innvendig nedløp er en frostsikker løsning, men bidrar til overbelastning av overvannsnettet ved kraftige regnskyll, noe som blir stadig vanligere som følge av klimaendringer. Snø og is vil i hovedsak være årsaken til bygningstekniske utfordringer for utvendig nedløp. I dag er det ikke klart definert i regelverk eller veiledninger hvor løsningen med utvendige nedløp fra kompakte tak kan benyttes uten altfor stor risiko for isdannelse, men det åpnes for at løsningen kan brukes i “kystklima”, uten videre presisering.

Med utgangspunkt i empiriske beregningsmodeller for snøsmelting og gjenfrysning, sammen med historiske værdata fra Norge, er det utviklet en modell for å beregne hvor i Norge klimaet åpner for bruk av utvendig nedløp. Oppgaven bygger videre på tidligere studier av problemstillingen, og fortsetter arbeidet påbegynt i masteroppgaven til Vegard Skagseth (2021) med å utvikle en modell for risikovurdering. Første del av oppgaven gjør en kvalitativ vurdering og en sensitivitetsanalyse av modellen til Skagseth. Videre blir Skagseths modell videreutviklet gjennom flere trinn, og utfordringer avdekket med modellen forsøkt løst. Det blir gjort vurderinger parameterne som velges, ulike modeller for værdata og sett på klimautvikling. Den endelige modellen, tar utgangspunkt i serier med værdata fra geografiske plasseringen, som sammen med valgte parameterverdier og risikomatrise tilegner risikoverdi for isdannelse og dermed om det er ugunstige eller gunstige forhold for utvendig nedløp på den valgte plasseringen.

For å teste modellen ble det hentet ned værdata fra Rogaland med omegn, fra 1980 til 2020. Gjennom å kjøre modellen med ulike parametre ble det funnet enkelte områder som kan regnes som relativt “sikre”. Det ble også sett på hvordan endrede forutsetninger påvirker hvilke områder som vil være “sikre”. For vurdering av trender og variasjoner ble det sett på værdata fra en rekke byer og tettsteder omkring i landet. Her ble det sett hvordan været spriker enkelte år til tross for synkende trender og færre dager med snø.

Fra de visuelle resultatene og det undersøkte området, ble det sett at grenser mellom områdene med ulik risikoverdi kunne samsvare med grensene Köppen-Geigers klimaklassifiseringsmodell. Områder som betegnes som temperert klima, tilsvarer områder modellen kategoriserer som "akseptabelt lav risiko" for isdannelse, mens kontinentalt klima og arktisk klima gir høyere risiko. Det kan derfor se ut til at Köppen-Geiger-klassifiseringen kan benyttes til forenklede vurderinger av egnetheten av utvendige nedløp fra kompakte tak. Videre undersøkelser av større områder er nødvendig for å se om likheten stemmer for hele landet og for å vurdere risikoen ved parameterne som er brukt.

This thesis presents an assessment of compact roofs with external drainage systems. Challenges arise at the interface between building physics and urban water systems, where requirements for stormwater management mandate to lead roof water away from the building body. The conventional drainage solution for compact roofs uses internal drains connected to an underground stormwater drainage network. Internal drains are a frost-proof solution, but contribute to overloading the local stormwater drainage network during heavy downpours - something that is becoming increasingly common as a result of climate change. However, for external drainage systems, snow and ice will be a cause of structural challenges and icicle formation. It is currently not clearly defined in regulations or guidelines where the solution with external drainage systems from compact roofs can be used without too great a risk of ice formation, but they are open to the possibility that the solution can be used in a coastal climate, without further clarification.

Based on empirical calculation models for snow melting and refreezing, together with historical weather data from Norway, a model has been developed to calculate which locations in Norway the climate allows use of external drainage systems. The thesis builds on previous studies of the issue, and continues the work begun in Vegard Skagseth's master's thesis (2021) of developing a model for risk assessment. The first part of the thesis makes a qualitative assessment and a sensitivity analysis of the model developed by Skagseth. Furthermore, developement of the model has been made through several steps. The final model is based on series of weather data from geographical location, which along selected parameter and a risk matrix acquires a risk value for ice formation and thus whether there are unfavorable or favorable conditions for external runoff at the selected location.

To test the model, weather data was downloaded from Rogaland and its surroundings, from 1980 to 2020. By running the model with various parameters, certain areas were found that can be considered relatively “safe”. It was also looked at how changed assumptions affect which areas will be “safe”. To assess trends and variations, weather data from a number of cities and towns around the country was looked at. Here it was seen how the weather varies in some years despite declining trends and fewer days with snow.

From the visual results and the investigated area, it was seen that boundaries between the areas with different risk values could correspond to the Köppen-Geiger climate classification model boundaries. Areas designated as temperate climate correspond to areas the model categorizes as having an "acceptably low risk" of ice formation, while continental climate and arctic climate present a higher risk. It may therefore appear that the Köppen-Geiger classification can be used for simplified assessments of the suitability of external downspouts from compact roofs. Further investigations of larger areas are necessary to see if the similarity is true for the whole country and to assess the risk of the parameters used.