Verwarmt de kleur van je zwembad het water? De wetenschap erachter uitgelegd.
door Samuele Petrini - RENOLIT ALKORPLAN Technical Manager
Er is een vraag die ik vaak krijg van zwembadontwerpers en klanten, meestal ergens tussen nieuwsgierigheid en scepsis in: "Klopt het dat een donkere bekleding het water warmer maakt?" Ja, dat klopt. Maar het mechanisme erachter is interessanter dan het lijkt en het is de moeite waard om het goed te begrijpen.
Wat gebeurt er als zonlicht het wateroppervlak van het zwembad raakt?
Het begint allemaal met zonlicht en hoe materialen daarop reageren. Wanneer zonnestraling het wateroppervlak van een zwembad raakt, gebeuren er drie dingen tegelijk: een deel wordt weerkaatst, een deel wordt geabsorbeerd en een deel – vooral in het geval van water – dringt dieper door in het zwembad.
Albedo: waarom donkere kleuren meer energie absorberen
Een lichtgekleurde bekleding – meestal wit, zandkleurig of lichtblauw – heeft een hoge reflectiviteit: het kaatst het grootste deel van de binnenkomende straling direct terug. Het werkt een beetje zoals een witte zomeroutfit: het absorbeert niet, het reflecteert. Een donkere bekleding – antracietgrijs of zwart – heeft daarentegen een zeer lage reflectiviteit: het absorbeert het grootste deel van de energie die erop valt en zet deze om in warmte, die vervolgens door directe geleiding aan het water wordt overgedragen.
Het verschil is niet gering. Wat betreft albedo (het percentage gereflecteerd licht) variëren de waarden van 0,6-0,7 voor lichte kleuren tot onder de 0,1 voor zeer donkere kleuren. In de praktijk: een donkere bekleding kan tot 6-7 keer meer zonne-energie absorberen dan een lichte bekleding onder dezelfde bestralingsomstandigheden. In de dakbedekkingsindustrie is dit al jaren een bekend onderwerp, zozeer zelfs dat verschillende regelgevingen al de voorkeur geven aan oppervlakken met een hoge zonne-reflectie-index.
De rol van water: waarom transparantie geen neutraliteit is
In een zwembadomgeving is er echter een element dat vaak over het hoofd wordt gezien: water is geen ondoorzichtige spiegel. Het is een optisch semi-transparant medium met een brekingsindex van ongeveer 1,33. Dit betekent dat het licht dat het oppervlak bereikt daar niet stopt: een deel ervan wordt gereflecteerd (ongeveer 2-5% bij loodrechte inval), en een deel dringt door en wordt geleidelijk geabsorbeerd door het water zelf.
Water absorbeert bij voorkeur nabij-infrarood en rood licht, waardoor het voor ons blauw lijkt. Maar in het zichtbare spectrum is het redelijk transparant en bereikt licht ook de bekleding – en dit is precies waar de kleur van de bekleding het verschil maakt, omdat dit het werkelijke absorberende oppervlak van het systeem is.
Een donkere zwembadbekleding absorbeert de lichtcomponent die door de hele waterkolom is gereisd, zet deze om in warmte en geeft deze van onderaf terug aan het water. Een lichte bekleding reflecteert het licht in plaats daarvan naar boven, waar een deel ervan terug de atmosfeer in ontsnapt.
Emissiviteit: PVC-P en warmteverlies 's nachts
Er is nog een aspect dat het overwegen waard is: de nachtelijke kant van het verhaal: emissiviteit. Elk warm lichaam zendt warmtestraling uit, en de hoeveelheid die wordt uitgezonden hangt af van de temperatuur en de emissiviteit (ε) van het materiaal, een waarde tussen 0 en 1. PVC-P heeft, net als de meeste polymeren, een zeer hoge thermische infraroodemissiviteit, typisch 0,90-0,95, praktisch onafhankelijk van de zichtbare kleur.
Dit is een belangrijk punt: de kleur die we met onze ogen zien, is niet de kleur in het thermische infrarood. Een zwarte en een witte PVC-voering hebben praktisch dezelfde infraroodemissiviteit. Dus 's nachts, wanneer er geen zonnestraling meer is om te absorberen, verliezen beide evenveel warmte aan de omgeving. Het thermische voordeel van een donkere kleur is daarom uitsluitend overdag van toepassing en gekoppeld aan zonne-absorptie.
Wat betekent dit in de praktijk: +2/4°C in mediterrane omstandigheden?
Hoeveel verschil maakt dit in de praktijk? Dat hangt af van de breedtegraad, het aantal zonuren, de oppervlakte van het zwembad en of er een nachtafdekking wordt gebruikt. Maar om een idee te geven: in mediterrane omstandigheden, bij een zwembad van 50 m² gericht op het zuiden, met een donkere bekleding – op dezelfde diepte – naar schatting voor een temperatuurstijging van 2-4°C ten opzichte van een lichte bekleding, bij stabiele zomerse omstandigheden zonder actieve verwarming.
Een donkere voering is prima, maar een afdekking is nog belangrijker.
Om de warmte optimaal vast te houden, is een afdekking essentieel: rolluiken of isolerende hoezen werken goed en helpen de warmte die overdag is opgebouwd vast te houden.
Samenvattend: donkere tinten verwarmen het water omdat ze meer zonnestraling absorberen aan het oppervlak, waar het licht aankomt na door de waterkolom te zijn gegaan. Lichte kleuren reflecteren datzelfde licht naar boven, waardoor het verloren gaat. De emissiviteit van PVC is hoog en vrijwel gelijk voor alle kleuren, dus het warmteverlies 's nachts verandert niet. De netto balans is dus in het voordeel van donkere kleuren overdag – en nog meer in combinatie met een nachtafdekking.
Een keuze die puur esthetisch lijkt, is, correct gelezen, ook een thermodynamische keuze.
Samuele Petrini, Technisch Manager RENOLIT ALKORPLAN Italië