Hogeschool van Amsterdam

Kenniscentrum Techniek

Bomen

Hoe verkoelen bomen de omgeving?

Bomen kunnen op twee manieren voor verkoeling zorgen: door schaduw te bieden en door verdamping. Door schaduw kunnen bomen plaatselijk verkoeling geven aan mensen en gebouwen. Verdamping van bomen zorgt vooral op grotere schaal voor een verlaging in de luchttemperatuur en kan ervoor zorgen dat het temperatuurverschil tussen stad en omliggend platteland vermindert (Rahman en Ennos, 2016).

Schaduw: Door schaduw warmen stedelijke oppervlakken zoals gevels en bestrating minder op waardoor deze oppervlakken vervolgens minder warmte afgeven aan de omgeving. Dit geldt vooral in de zomer wanneer loofbomen in blad zijn. Schaduw zorgt daardoor vooral lokaal voor een koel effect. Bomen geven niet alleen schaduw aan stedelijke oppervlakken, maar ook aan mensen en aan gebouwen. Mensen die in de schaduw staan ervaren een lagere gevoelstemperatuur doordat de instraling van de zon minder is. Door het beschaduwen van gebouwen zal ook de binnentemperatuur lager blijven (Rahman en Ennos, 2016).

Verdamping: Verdamping van bomen zorgt voor verkoeling doordat bomen namelijk een deel van de inkomende zonnestraling gebruiken om water te verdampen. Door verdamping koelt het bladoppervlak af waardoor langsstromende lucht wordt afgekoeld. Daarnaast vermindert verdamping de totale hoeveelheid beschikbare energie van de zon die gebruikt wordt om lucht, bodem of stedelijke materialen op te warmen. De energie die dus gebruikt wordt voor verdamping zal niet worden gebruikt voor opwarming van lucht, bodem of stedelijke materialen. Het verkoelend effect van verdamping is echter als gevolg van vermenging van lucht niet direct lokaal voelbaar. De luchttemperatuur onder een enkele straatboom zal door mening van lucht nagenoeg hetzelfde zijn als in de omgeving. Het verkoelend effect van verdamping is daardoor vooral van belang op grotere (stads)schaal (Oke et al., 2017; Rahman en Ennos, 2016).

Bieden bomen vooral verkoeling door schaduw of door verdamping?

Bomen bieden voornamelijk verkoeling door hun schaduwwerking (Takács et al., 2016). De invloed van schaduw op de gevoelstemperatuur is veel groter dan de invloed van verdamping, omdat de schaduw van bomen de directe stralingsbelasting op het lichaam vermindert en de warmteuitstraling van de uitstralende beschaduwde oppervlaktes (gevels en bodem) verlaagt.

Lowry (1988) schatte in dat door verdamping bomen in een stadsstraat een verkoeling van 30 °C per uur kunnen geven als de lucht in de straat stil staat (uitgaande van een verdampingssnelheid van 70 Wm-2). Echter, al bij een gering windje wordt het luchtpakket in de straat gemengd met die uit de omgeving en daalt het verkoelend effect naar ongeveer 0,5 °C per uur. Verdamping door bomen beïnvloedt de lucht- en gevoelstemperatuur daardoor maar heel gering. Dit wordt ook aangetoond in een recente studie naar de relatie tussen het percentage bomen en luchttemperatuur in de stad (Ziter et al., 2019). De resultaten van deze studie laten zien dat pas wanneer bomen meer dan 40% van het oppervlak van een stedelijk bouwblok bedekken, er een effect op de luchttemperatuur waarneembaar is.

Hoe groot is het verkoelend effect van bomen?

Zoals al eerder aangegeven zorgt schaduw van bomen voor verkoeling en is schaduwvorming een efficiënte manier om de warmtebelasting van mensen te verminderen (Brown et al., 2015). Schaduw kan de gevoelstemperatuur verlagen met 7 tot 15 °C (Rahman en Ennos, 2016). Ook metingen aan het verkoelend effect van bomen in Amsterdam laten zien dat schaduw door bomen de gevoelstemperatuur (PET) tijdens hete dagen met 12 tot 19 °C kan verlagen op het heetste moment van de dag (Klok et al., 2019). In onderzoek uitgevoerd tijdens zomerdagen in Freiburg werd gevonden dat schaduw van bomen de gevoelstemperatuur tot 16 °C kan verlagen (Lee et al., 2013).

Bomen hebben dus een grote invloed op de gevoelstemperatuur, maar beïnvloeden ook de oppervlaktetemperatuur. De oppervlaktemperatuur van betonnen bestrating onder een boom is volgens metingen tijdens warme zomerdagen in Manchester maximaal 19 °C lager dan in de zon (Armson et al., 2012). Dit betekent dat schaduw van bomen ook de warmteuitstraling van bestrating kan verminderen.

Het effect van bomen op de luchttemperatuur is zoals gezegd relatief klein, meestal rond 2 °C (Lin en Lin, 2010, Cheung en Jim, 2018, Lee et al., 2013) of zelfs onder 1 °C (Armson et al., 2013, Takács et al., 2016). Dit houdt verband met het feit dat de lucht niet perfect stil staat. Op een warme zonnige dag wordt warme lucht gemakkelijk naar het schaduwgedeelte onder de boom geleid, waardoor een aanzienlijke temperatuurreductie wordt voorkomen (Armson et al., 2013).

Het aantal bomen beïnvloedt ook het effect op de luchttemperatuur; clusters van bomen hebben een groter effect op de luchttemperatuur dan een aantal enkele bomen (Streiling & Matzarakis, 2003). Voor parken is het temperatuurverschil overdag gemiddeld 0,9°C, waarbij zowel de grootte van de boomkruinen als de grootte van het park bepalende factoren zijn (Bowler et al., 2010). Om de luchttemperatuur op voetgangersniveau op stadsniveau met 1 °C te verlagen, moet echter ongeveer 33% van het stedelijk gebied bedekt zijn met bomen (Ng et al., 2012).

Wat zijn de beste bomen als het gaat om hittestress tegen te gaan?

Het onderscheppen van zonnestraling is de meest effectieve manier om de warmtebelasting van mensen te verminderen (Brown et al., 2015). In die zin zijn grote bomen met dichte boomkruinen de beste optie om de gevoelstemperatuur in stedelijke gebieden te verbeteren, omdat ze de meeste schaduw creëren. Hittegolven kunnen echter gepaard gaan met langere droogteperioden. Daarom is de droogtetolerantie van de boomsoort een belangrijke factor om rekening mee te houden. Als algemene regel zullen de meer droogtetolerante soorten meer verkoeling bieden door verdamping dan de minder droogtetolerante soorten. Bomen die aangedaan zijn door droogte kunnen hun bladeren verliezen, waardoor hun vermogen om schaduw te bieden vermindert (Hirons en Sjörman, 2018). Daarom zijn de meest geschikte bomen die hittestress tegen moeten gaan ook bestand tegen droogte. Hieronder staan ​​de 10 geschikte boomsoorten gebaseerd op de lijst van Green Cities.

Top 10 bomen tegen hittestress en droogte:

  1. Honingboom (Sophora japonica ‘Regent’)
  2. Valse christusdoorn (Gleditsia triacanthos ‘Skyline’)
  3. Perzisch ijzerhout (Parrotia persica)
  4. Chinese vernisboom (Koelreuteria paniculata)
  5. Amberboom (Liquidambar styraciflua)

Meer inheems gelijkende

  1. Veldesdoorn of Spaanse aak (Acer campestre ‘Elsrijk’)
  2. Winterlinde (Tila cordata ‘Greenspire’ of ‘Rancho’)
  3. Europese netelboom (Celtis australis)
  4. Japanse Kaukasische els (Alnus spaethii)

Wat zijn nadelen van bomen?

Bomen hebben ruimte nodig, ook ondergronds. Een ontoereikende selectie van soorten, met name met betrekking tot de volwassen grootte van de boom, kan conflicten met de omliggende infrastructuur veroorzaken (Hirons en Sjöman, 2018). Ook hebben bomen water nodig. De dagelijkse waterbehoefte van een boom is afhankelijk van de boomsoort, het bladoppervlak en hoeveel water de boom verliest door evapotranspiratie (Hirons en Thomas, 2017). Een onderzoek gebaseerd op 52 studies naar het waterverbruik van bomen toont aan dat de dagelijkse waterbehoefte van bomen varieert van 10 tot 1180 l/dag, waarbij bijna 90% van de onderzochte bomen een waterverbruik heeft tussen 10 en 200 l/dag (Wullschleger et al., 1998) .

Bomen in straten met aaneengesloten dek van boomkruinen kunnen de luchtcirculatie en aanvoer van verse lucht op straatniveau verstoren. Als gevolg hiervan kunnen bomen de warmteuitstraling van stedelijke oppervlakken 's nachts blokkeren, zodat de warmte op straatniveau wordt opgevangen en het gebied minder snel afkoelt. Bovendien kan door verminderde ventilatie de luchtkwaliteit op straatniveau slechter worden (Oke et al., 2017). Door bomen komen ook meer pollen vrij, wat afhankelijk van de boomsoort allergieën kan veroorzaken (Hirons en Sjöman, 2018).

Bomen kunnen ook andere soorten overlast veroorzaken, zoals het vrijkomen van een grote hoeveelheid bladeren en/of vruchten die zich op de grond kunnen ophopen in openbare ruimtes en woonwijken. Daarnaast kunnen bomen ook ongewenste diersoorten herbergen, zoals de eikenprocessierups, wat extra overlast voor voetgangers veroorzaakt.

Wat zijn de effecten van bomen ‘s nachts?

Enerzijds kunnen bomen nachtelijke afkoeling voorkomen. De uitstraling van stedelijke oppervlakken kan door bomen worden tegenhouden, waardoor de hitte op straatniveau ingevangen wordt (Heusinkveld et al., 2014). Hierdoor kan tot 3 °C afkoeling worden voorkomen (Wang en Akbari, 2016). Anderzijds verminderen bomen overdag door schaduw de warmteopslag in stedelijke materialen (verlaging van 1 °C door 110 bomen, Rafiee et al., 2016). Dit leidt ondanks de verminderde nachtelijke uitstraling tot lagere nachttemperaturen.

Literatuur

  • Armson, D., Stringer, P., & Ennos, A.R. (2012). The effect of tree shade and grass on surface and globe temperatures in an urban area. Urban Forestry & Urban Greening, 11(3): 245-255.
  • Armson, D., Rahman, M.A., & Ennos, A.R. (2013). A comparison of the shading effectiveness of five different street tree species in Manchester, UK. Arboriculture & Urban Forestry, 39(4):157-164.
  • Brown, R.D., Vanos, J., Kenny, N., & Lenzholzer, S. (2015). Designing urban parks that ameliorate the effects of climate change. Landscape and Urban Planning, 138, 118-131.
  • Cheung, P.K., & Jim, C.Y. (2018). Comparing the cooling effects of a tree and a concrete shelter using PET and UTCI. Building and Environment, 130:49-61.
  • Heusinkveld, B.G., Steeneveld, G.J., van 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.
  • Hirons, A., & Sjöman, H. (2018). Tree species selection for green infrastructure – A guide for specifiers.
  • Hirons, A.D., & Thomas, P.A. (2017).Tree Roots in Applied tree biology (pp. 141-185). Oxford, UK: John Wiley & Sons.
  • Klok, L., Rood, N., Kluck, J., & Kleerekoper, L. (2019). Assessment of thermally comfortable urban spaces in Amsterdam during hot summer days. International Journal of Biometeorology, 63:129-141.
  • Lee, H., Holst, J., & Mayer, H. (2013). Modification of human-biometeorologically significant radiant flux densities by shading as local method to mitigate heat stress in summer within urban street canyons. Advances in Meteorology. Hindawi Publishing Corporation. Volume 13, Article ID 312572.
  • Lin, B., & Lin, Y. (2010). Cooling effect of shade trees with different characteristics in a subtropical urban park. HortScience, 45(1):83-86.
  • Lowry, W.P. (1988). Atmospheric Ecology for Designers and Planners. Van Nostrand Reinhold, New York.
  • Ng, E., Chen, L., Wang, Y., & Yuan, C. (2012). A study on the cooling effects of greening in a high-density city: An experience from Hong Kong. Building and Environment, 47:256-271.
  • Oke, T., Mills, G., Christen, A., & Voogt, J. (2017). Urban Climates. Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/9781139016476
  • Rafiee, A., Dias, E., & Koomen, E. (2016). Local impact of tree volume on nocturnal urban heat island: A case study in Amsterdam. Urban forestry & urban greening, 16:50-61.
  • Rahman, M. & Ennos, R. (2016). What we know and don’t know about the cooling benefits of urban trees. doi: 10.13140/RG.2.1.5122.2645
  • Streiling, S., & Matzarakis, A. (2003). Influence of single and small clusters of trees on the bioclimate of a city: a case study. Journal of Arboriculture, 29(6):309-316.
  • Takács, Á., Kiss, M., Hof, A., Tanács, E., Gulyás, Á., & Kántor, N. (2016). Microclimate modification by urban shade trees – an integrated approach to aid ecosystem service based decision-making. Procedia Environmental Sciences, 32:97-109.
  • Wang, Y., & Akbari, H. (2016). The effects of street tree planting on Urban Heat Island mitigation in Montreal. Sustainable Cities and Society, 27:122-128.
  • Wullschleger, S.D., Meinzer, F.C., & Vertessy, R.A. (1998). A review of whole-plant water use studies in trees. Tree Physiology, 18:499-512.
  • Ziter, C.D., Pedersen, E.J., Kucharik, C.J., & Turner, M.G. (2019). Scale-dependent interactions between tree canopy cover and impervious surfaces reduce daytime urban heat during summer. Proc Natl Acad Sci. 116(15):7575-7580.
Gepubliceerd door  Urban Technology 26 november 2019