Stromend waterelement Roombeek © Amar Sjauw En Wa

Koelen met water

Printen

Als water direct verdampt van de huid (na een verfrissende duik of een rondje hardlopen door de mist), is de temperatuur voor ons gevoel lager dan de luchttemperatuur. Bij 30°C luchttemperatuur en 50% luchtvochtigheid, bijvoorbeeld, voelt de temperatuur met een vochtige huid slechts aan als 22°C. Daarom is mensen in contact brengen met water een zeer effectieve manier om hittestress te verminderen. Maar in tegenstelling tot wat meestal gedacht wordt koelt water alleen als het (op de huid) verdampt of door een vochtige luchtstroom die gekoeld is door verdamping van water en heeft stilstaand en zelfs bewegend oppervlaktewater nauwelijks effect wanneer je er niet mee in aanraking komt of als er geen wind is.

Er is gemeten dat oppervlaktewater (vijvers, grachten, rivieren) maar zeer beperkt verkoeling bieden (max 1°C). Waterelementen zijn effectiever als het water uit kleine druppels bestaat, zoals bij fonteinen of vernevelingsinstallatie. Deze kunnen de luchttemperatuur lokaal met gemiddeld 0,7 tot 3°C verlagen. Het uiteenspatten van druppels zorgt ervoor dat het oppervlak van waar het water kan verdampen vele malen groter wordt. Een fontein heeft zeer lokaal effect maar niet op pleinniveau en draagt niet bij aan verkoeling op stadsschaal.

Vaak wordt het verkoelend effect van stedelijk oppervlaktewater toegeschreven aan het proces van verdamping. Verdamping vanuit vijvers, grachten, singels en sloten zorgt in werkelijkheid niet voor een directe verlaging van de luchttemperatuur in de omgeving. De energie die nodig is voor verdamping wordt namelijk onttrokken uit het water, waardoor verdamping in eerste instantie zorgt voor een verlaging van de watertemperatuur, die vaak maar heel gering is. Of dit uiteindelijk tot een merkbare verkoeling van de lucht leidt, hangt vervolgens af van het temperatuurverschil en de grootte van het wateroppervlak.

Grote wateroppervlaktes in of bij de stad kunnen wel een merkbaar effect hebben op de luchttemperatuur, tot wel 4 °C Völker et al., 2013. Zo kan het koele water van het IJmeer tijdens een hete dag er bijvoorbeeld voor zorgen dat het tot enkele honderden meters landinwaarts in het oosten van Amsterdam een paar graden koeler is Ronda et al., 2017.

De gevoelstemperatuur nabij stedelijk oppervlaktewater vooral wordt bepaald door de stedelijke inrichting rond het water. Schaduw van bomen of andere groenstructuren langs grachten en rond vijvers zorgen er vaak in belangrijke mate voor dat de gevoelstemperatuur nabij het water lager is . De omgeving rond het water levert dus een belangrijke bijdrage aan een koele stedelijke omgeving. Ontwerpers zouden daar in hun ontwerp expliciet aandacht aan kunnen geven door het verkoelend effect van een stedelijke wateromgeving als geheel te bezien in plaats van alleen te focussen op het verkoelend effect van het water zelf Jacobs et al., 2020. Dit betekent dat stedelijk water ontworpen moet worden in combinatie met schaduw, groenelementen, fonteinen en ventilatiestrategieën rond stedelijk water. Daarnaast biedt water natuurlijk meer verkoeling wanneer je erin kunt zwemmen, spelen of onderdompelen, denk aan waterspeelplaatsen, zwemwater, fonteinen, bedriegertjes en vernevelingsinstallaties.

WAT IS HET VERKOELEND EFFECT VAN EEN FONTEIN?

Fonteinen zorgen voor verkoeling door verdamping. Omdat veel kleine waterdruppeltjes relatief gezien een veel groter contactoppervlak met de lucht hebben dan één vlak wateroppervlak, gebeurt de verdamping op veel grotere schaal en beter vermengd met de lucht. Hoe kleiner de druppeltjes, hoe meer verdamping en hoe efficiënter de afkoeling van de lucht.

Modelstudies voor het Nederlandse klimaat laten zien dat verdampende druppeltjes van niet al te grote fonteinen lokaal een verkoelend effect kunnen hebben op de luchttemperatuur op een hoogte van 1,5 m in de orde van 1 °C of minder Jacobs et al., 2020. Voor de gevoelstemperatuur kan dit lokale effect ongeveer 3 °C (PET) zijn. Voor warmere klimaten is gevonden dat fonteinen de luchttemperatuur en de gevoelstemperatuur tot 5 °C kunnen verlagen. De reikwijdte van het effect hangt af van windsnelheid en -richting. Het verkoelende effect van fonteinen is logischerwijs groter aan de lijzijde.

In de praktijk kunnen vooral heel grote fonteinen ook voor verkoeling zorgen door in hun buurt een verkoelende luchtstroom op gang te brengen, doordat het spuitende water de lucht eromheen als het ware mee trekt.

WAT IS HET VERKOELEND EFFECT VAN VERNEVELINGSINSTALLATIES?

Verneveling van water is een effectieve maatregel voor verkoeling. Vernevelingsinstallaties kunnen op twee manieren voor verkoeling zorgen. Ten eerste zorgen de vele kleine waterdruppeltjes ervoor dat het contactoppervlak met de lucht veel groter is dan één vlak wateroppervlak. Verdamping gebeurt hierdoor op veel grotere schaal en beter vermengd met de lucht. Daarnaast verkoelt de waternevel ook direct de huid doordat de waterdruppeltjes de huid van mensen bevochtigen en daaraan warmte onttrekken. Verneveling van water is vooral effectief in combinatie met een ventilator, omdat wind de warmte-uitwisseling tussen de natte huid en de omgeving, en dus de afkoeling versnelt. Een in Japan uitgevoerd experiment waarbij een vernevelingsinstallatie werd gecombineerd met een ventilator toonde aan dat hiermee de temperatuur van de huid binnen 10 seconden met 1 tot 3 °C kan dalen. Waternevel heeft het voordeel dat het zichtbaar is. Als zodanig is het gemakkelijk voor mensen om ervoor te kiezen of zij door nevel afgekoeld willen worden. Degenen die dat niet willen, kunnen de nevel eenvoudig vermijden.

HOE EFFECTIEF IS HET NAT MAKEN VAN STRATEN?

In Nederland uitgevoerde experimenten rapporteren een daling tot 2 °C van de luchttemperatuur op 2 m hoogte als gevolg van het besprenkelen van het straatoppervlak. De oppervlaktetemperatuur van een straat kan hiermee worden verlaagd tot 13 °C . Het bevochtigen van het wegdek verlaagt ook de albedo. Als gevolg hiervan wordt minder zonnestraling gereflecteerd op voetgangers, wat de gevoelstemperatuur verlaagt. De verdamping van het water kan de luchtvochtigheid verhogen en daarmee een negatief effect hebben op de gevoelstemperatuur, maar dit effect is verwaarloosbaar voor het Nederlandse klimaat.

Het effect van het nat maken van straten kan enkele uren aanhouden, maar vereist wel dat de straat regelmatig natgehouden wordt. Tijden hitteperiodes is er vaak ook een tekort aan water, het is dan ook de vraag of het nat maken van straten voor Nederland een zinvolle optie is.

HOE KAN WATER INGEZET WORDEN ALS INRICHTINGSMAATREGEL OM DE OMGEVING TE VERKOELEN?

Uit bovenstaande antwoorden blijkt dus dat kleine stedelijke waterpartijen, zoals grachten, singels en vijvers, over het algemeen geen effectieve maatregelen zijn voor het creëren van lokaal merkbare koelte in de stad. Tijdens hete dagen zorgt het water van deze waterpartijen niet voor een verlaging van de lucht- of gevoelstemperatuur die merkbaar is op straat, ook niet als het water stroomt. Water biedt meer verkoeling wanneer je erin kunt zwemmen, spelen of onderdompelen. Mede daardoor leveren waterspeelplaatsen, zwemwater, fonteinen, bedriegertjes, vernevelingsinstallaties wel verkoeling. Desondanks geven stedelijke waterelementen vaak wel de gelegenheid om groene, schaduwrijke of windrijke plekken te creëren waar de gevoelstemperatuur lager is en die dus wel degelijk verkoeling brengen Jacobs et al., 2020. Langs singels en vijvers kan bijvoorbeeld schaduw gecreëerd worden en kunnen bankjes worden plaatsen om daar het verkoelend effect te vergroten.

Ten slotte zorgt veel wateroppervlak in de stad net als veel vegetatie voor meer verdamping, waardoor er minder energie beschikbaar zal zijn om stedelijke materialen en bodem op te warmen. Op groter schaalniveau en langere termijn zorgt dit ervoor dat de luchttemperatuur in de stad enigszins gereduceerd wordt.

Overzicht van watermaatregelen

Hieronder volgt een overzicht van verkoelende blauwe inrichtingsmaatregelen die door hun verkoelingsprincipe effectief zijn op het schaalniveau van de stad of lokaal, en de lucht- of gevoelstemperatuur vooral overdag of ’s nachts verlagen. De opgenomen temperatuureffecten komen uit verschillende wetenschappelijke studies en presenteren waarden die op verschillende momenten op de dag, hoogtes, en afstanden tot de maatregel kunnen zijn gemeten of gemodelleerd (– betekent een te verwaarlozen effect, ?? betekent geen waarde gevonden in de literatuur).  Overgenomen uit Kluck et al, 2020, pagina 57; zie ook daar voor de referenties in de voetnoten.

Tabel verkoelende blauwe inrichtingsmaatregelen

Tabel verkoelende blauwe inrichtingsmaatregelen © onderzoek de hittebestendige stad

Bron: Kluck et al, 2020

Literatuur