Iedereen kent het oude adagium wel: “Repareer je dak in de zomer.” Problemen los je bij voorkeur op voordat regen, vorst en sneeuw zich aandienen. En hetzelfde geldt eigenlijk voor meten: als je in de winter zekerheid wilt hebben over wat er op een dak gebeurt, moet je de oplossing installeren wanneer het nog droog en rustig is.
De afgelopen winter liet opnieuw zien waarom dat relevant is. Op verschillende momenten lag er veel sneeuw op Nederlandse daken. Zodra sneeuw zich begint op te hopen, ontstaan vrijwel automatisch dezelfde vragen. Hoe zwaar is die sneeuw eigenlijk? Hoeveel belasting staat er op het dak? Is het nog veilig? Moeten we ingrijpen? En wanneer wordt sneeuw door dooi en regen ineens veel zwaarder?
Met alleen naar buiten kijken krijg je daar nauwelijks antwoord op. Tien centimeter verse, droge sneeuw is iets heel anders dan tien centimeter natte, ingeklonken sneeuw. De hoogte zegt dus maar een deel van het verhaal.
Een vraag die steeds terugkomt
Sinds we met sensoren in en op daken werken, krijgen we regelmatig de vraag of we ook druk of gewicht ín het dak kunnen meten.
Na veel testen en onderzoek blijkt dat geen betrouwbare oplossing. Er zijn simpelweg te veel factoren die invloed hebben op de meetwaarde, zoals de dakopbouw, isolatie, materiaalstijfheid, dakbedekking en constructie. Daardoor is een objectieve meting van de werkelijke belasting niet mogelijk. En juist die objectieve waarde is waar het om gaat.
Daarom zijn we het anders gaan benaderen.
“Meten in het dak klinkt logisch, maar voor gewicht zijn er simpelweg te veel factoren die de uitkomst beïnvloeden.”
Niet ín het dak, maar óp het dak
De afgelopen zomer zijn we bezig geweest met de ontwikkeling van een nieuw meetconcept. Het uitgangspunt was bewust eenvoudig: Als we willen weten wat er op een dak ligt, moeten we daar meten.
Niet de vervorming die de laag ergens dieper in het dak veroorzaakt. Niet een afgeleide kracht in de isolatie. Maar rechtstreeks de twee eigenschappen die er echt toe doen:
Hoe hoog is de laag en hoeveel weegt hij?
Het concept is inmiddels uitgewerkt, uitgebreid getest en wordt geproduceerd om te installeren vóór de winter.
De opstelling combineert daarvoor twee verschillende meetprincipes.
1. Ultrasoon: hoeveel ligt er?
Boven de meetplaat bevindt zich een ultrasone afstandssensor. Die meet continu de afstand tussen de sensor en het oppervlak eronder. Bij een leeg dak kennen we de referentieafstand. Stel dat de sensor exact 50 centimeter boven de plaat hangt. Zodra er sneeuw op de plaat valt, wordt die afstand kleiner.
Meet de sensor bijvoorbeeld nog 38 centimeter, dan ligt er: 50 − 38 = 12 centimeter sneeuw.
Hetzelfde principe kan worden gebruikt voor water of andere ophoping op het dak. Het grote voordeel van ultrasoon meten is dat er geen mechanisch contact nodig is. De sensor hangt boven het meetvlak en kijkt als het ware continu naar beneden.
Maar alleen hoogte meten is niet voldoende.
2. Een load cell: hoeveel weegt het?
Onder dezelfde meetplaat bevindt zich daarom een load cell. Een load cell is in feite een zeer nauwkeurige krachtsensor. Onder belasting vervormt een metalen meetelement microscopisch. In het element bevinden zich rekstrookjes die deze vervorming elektrisch registreren.
De vervorming is extreem klein, maar zeer nauwkeurig meetbaar.
Zo kunnen we bepalen hoeveel extra massa zich op de plaat bevindt. Onze meetplaat heeft een oppervlakte van 35 × 35 centimeter: 0,35×0,35=0,1225 m2
Wanneer de load cell vervolgens bijvoorbeeld 6,125 kg extra gewicht meet, kunnen we dat direct omrekenen naar belasting per vierkante meter: 6,125/0,1225=50 kg/m2
Dat is wezenlijk anders dan een druksensor ín het dak. We meten hier het daadwerkelijke gewicht van de laag die op een bekend oppervlak ligt. Daardoor ontstaat een reproduceerbare en goed uitlegbare meetwaarde: kg/m².
“Sneeuwhoogte is zichtbaar. Sneeuwbelasting niet.”
Hoogte en gewicht samen vertellen het echte verhaal
De combinatie van beide sensoren maakt het concept vooral interessant. Stel dat de ultrasone sensor 25 centimeter sneeuw meet en de load cell een belasting van 50 kg/m². Dan kunnen we naast hoogte en belasting ook de gemiddelde dichtheid van de sneeuw bepalen:
50/0,25=200 kg/m3
Een dag later kan er nog steeds ongeveer 25 centimeter sneeuw liggen, terwijl de belasting inmiddels is opgelopen naar bijvoorbeeld 80 kg/m². Door regen, dooi, opnieuw bevriezen en inklinken is de sneeuw dan aanzienlijk zwaarder geworden. Met alleen een sneeuwhoogtemeter zou dat verschil vrijwel onzichtbaar blijven.
En juist daar zit voor ons de toegevoegde waarde. Hoogte vertelt hoeveel er ligt. Gewicht vertelt wat die laag werkelijk voor het dak betekent.
Een zelfstandig meetsysteem op het dak
De opstelling wordt als zelfstandig systeem boven op het dak geplaatst. De constructie bestaat uit een compacte RVS voet en staander, met bovenaan de ultrasone sensor en onderaan de weegplaat met load cell.
De weegplaat rust op het meetsysteem van de load cell. Dat is belangrijk: wanneer de plaat ergens anders contact zou maken met de constructie, zou een deel van de kracht buiten de sensor om worden afgevoerd en ontstaat een foutieve meting.
De elektronica bevindt zich aan de buitenzijde van de staander en stuurt de meetwaarden via LoRaWAN naar het platform. De sensoren worden autonoom gevoed, met een geïntegreerd zonnepaneel. Daarmee hoeft er geen bekabeling door het dak te worden aangebracht en hoeft de dakbedekking voor de installatie niet te worden geopend.
De meetketen wordt daarmee heel overzichtelijk:
Laag op het dak → hoogte + gewicht → LoRaWAN → data → analyse en signalering.
“Als je wilt weten wat er op een dak ligt, moet je niet in het dak meten, maar óp het dak.”
Waar plaats je zo’n sensor?
De kwaliteit van de meting hangt niet alleen af van de sensor zelf, maar ook van de plek waar je hem neerzet. Sneeuw verdeelt zich namelijk lang niet altijd gelijkmatig over een dak. Wind, hoogteverschillen, dakopstanden en andere details kunnen ervoor zorgen dat sneeuw op sommige plekken veel sterker ophoopt dan op andere.
Daarom ligt het voor de hand om juist te meten op locaties waar de belasting kritisch kan worden. Denk aan windhoeken en zones waar sneeuw kan opwaaien of ophopen, maar ook aan plekken nabij opstanden, hogere bouwdelen of andere dakdetails waar zich lokaal meer sneeuw kan verzamelen.
Daarnaast kan ook de constructieve draagkracht bepalend zijn. Niet ieder deel van een dak kan altijd dezelfde extra belasting opnemen. Op plekken waar de constructie minder reserve heeft, kan het extra waardevol zijn om de werkelijke belasting continu te volgen.
De plaatsing wordt daarom bij voorkeur afgestemd op drie zaken:
- de geometrie van het dak;
- de zones waar sneeuw, blad of water zich waarschijnlijk ophoopt;
- de delen van het dak waar de constructieve belasting het meest kritisch is.
Bij grotere of complexere daken kan het logisch zijn om meerdere meetpunten toe te passen. Bijvoorbeeld één sensor in een representatief deel van het dak en één of meer extra sensoren in kritische zones.
Zo meten we niet alleen wat er op het dak ligt, maar vooral wat er ligt op de plek waar dat er het meest toe doet.
Niet alleen voor sneeuw
Hoewel sneeuwbelasting een belangrijke aanleiding voor de ontwikkeling is, is het principe breder toepasbaar.
Op platte daken kan ook water of blad zich lokaal ophopen. Denk aan onvoldoende afschot, een gedeeltelijk verstopte hemelwaterafvoer of tijdelijke waterberging. Daarnaast kunnen vervuiling, grind, bladeren en andere materialen op specifieke plekken extra belasting veroorzaken.
Door hoogte en gewicht tegelijkertijd te volgen, ontstaat ook daar veel meer informatie dan met één afzonderlijke sensor. Het gaat dus uiteindelijk niet alleen om de vraag of er iets op het dak ligt, maar ook: hoeveel, hoe zwaar en hoe verandert dat in de tijd?
“We willen niet alleen zien dát de belasting verandert, maar weten hoe groot die werkelijk is.”
Getest, in productie en klaar voor de winter
Bij veel dakvraagstukken werken we met modellen, ontwerpwaarden en aannames. Die blijven noodzakelijk. Maar zodra de omstandigheden buiten veranderen, is actuele en vooral feitelijke meetdata een noodzakelijke aanvulling. Dat geldt zeker voor sneeuw.
Weersinformatie kan vertellen hoeveel neerslag er in een gebied is gevallen. De ultrasone sensor meet hoe hoog de sneeuw op het dak ligt. De load cell voegt daar de cruciale informatie aan toe: wat die laag op dat moment daadwerkelijk weegt.
Daar hebben we de afgelopen zomer aan gewerkt. Inmiddels is het concept klaar, zijn de testen afgerond en zijn de sensoren in productie. Zodat we komende winter niet alleen kunnen zien dát er sneeuw op een dak ligt, maar ook objectief kunnen meten hoe zwaar die sneeuw werkelijk is.
