Water: een koelelement in de warme stad?

Van waterpartijen wordt vaak verondersteld dat ze een verkoelend effect hebben op de omgeving. Uit verschillende studies blijkt echter dat dit effect tegenvalt. Toch zijn er manieren om water voor verkoeling in te zetten. Een voorbeeld is ‘Uchimizu’, een Japanse traditie waarin de straten met water worden besprenkeld. HvA Onderzoekers Lisette Klok en Anna Solcerova lichten hun bevindingen toe: Anna op basis van haar promotieonderzoek aan de TU Delft en Lisette op basis van onder andere het REALCOOL-onderzoek met HvA collega’s.

Waarom hebben jullie het verkoelende effect van water in de stad onderzocht?

Lisette: “Ons onderzoek naar het verkoelend effect van water in de stad kwam voort uit het feit dat stadsontwerpers graag meer water toevoegen in de stad om problemen met hitte te verminderen. Zij kiezen vaak voor vijvers, grachten en fonteinen in de overtuiging dat water verkoelt, maar zo simpel is dat niet. Daarom hebben we onderzocht hoeveel verkoeling deze relatief kleine watervormen opleveren tijdens hete zomerdagen.”

Anna: “Bovendien is het verkoelend effect van water een heel interessant onderwerp! Wanneer we kijken naar de ‘nature-based solutions’ voor hitte, dan zie ik water als hèt koelmiddel voor steden; zelfs planten hebben water nodig om verkoeling te geven. Toch geeft water in sommige vormen en op sommige momenten op de dag helemaal geen verkoelend effect. Integendeel, water kan de stad opwarmen. Hoe dit werkt moeten we goed begrijpen en communiceren, zodat we de beste oplossing kunnen kiezen voor elk probleem.”

Waarom wordt er vaak gedacht dat water een verkoelend effect heeft?

Lisette: “Er zijn twee argumenten die ik vaak hoor. Het eerste argument gaat over verdamping. Voor verdamping van water is energie nodig. Deze energie wordt onttrokken uit de omgeving waardoor er minder energie beschikbaar is voor de opwarming van de bodem en lucht. Hiermee beïnvloedt verdamping dus de luchttemperatuur, maar het effect hiervan op de luchttemperatuur op ‘leefhoogte’ nabij water in de stad is vaak niet merkbaar – of heel gering. Bij het tweede argument speelt perceptie een rol. Mensen associëren water met koelte. Aan het water, zoals het strand, zwembad en plas of meer, kun je tijdens een hete dag verkoeling vinden. Op deze locaties vind je vaak een verkoelend windje en kun je een frisse duik nemen. Hierdoor is de associatie met verkoeling al snel gelegd. En nabij grote wateroppervlakken zoals meren en zeeën wordt de luchttemperatuur wel degelijk merkbaar beïnvloed door het koelere wateroppervlak, maar voor kleine wateroppervlakken in de stad geldt dit veel minder.”

Anna: “Daarnaast is water in veel verschillende vormen in de stad aanwezig. Het uiteindelijke effect van water op de luchttemperatuur hangt af van de watervorm. Het effect is bijvoorbeeld anders voor ‘open’ water, zoals een vijver of een gracht, dan voor ‘gebroken’ water zoals in fonteinen of vernevelingssystemen die de straat nat maken. Ook moeten we niet vergeten dat voldoende water essentieel is voor planten om te kunnen verdampen en daarmee bij te dragen aan de verkoeling. Het verkoelend effect van water is bovendien afhankelijk van de variabele die je bekijkt. Het effect van een vijver is bijvoorbeeld anders wanneer je kijkt naar de luchttemperatuur, de gevoelstemperatuur of het temperatuurverschil tussen stad en land: het hitte-eiland effect. Er is zelfs een verschil tussen het effect overdag en ’s nachts. Het is dus behoorlijk complex en dit maakt ook dat mensen verschillende beelden hebben bij het verkoelend effect van water.”

Bij hitte in de stad wordt er vaak gesproken over luchttemperatuur en gevoelstemperatuur, wat is het verschil?

Anna: “Luchttemperatuur is simpelweg de temperatuur van de lucht, deze wordt meestal gemeten op twee meter hoogte. De gevoelstemperatuur is wat complexer. Het beschrijft de temperatuur die het menselijk lichaam ervaart. Er zijn verschillende methodes om de gevoelstemperatuur te berekenen. De luchttemperatuur wordt in deze berekeningen altijd meegenomen. Daarbij kunnen variabelen als vochtigheid, wind en zonnestraling worden meegenomen. Over het algemeen kun je stellen dat meer luchtvochtigheid leidt tot minder comfort, en dat meer wind en minder zonnestraling door schaduw, meer comfort geeft in de zomer. Sommige berekeningen maken de gevoelstemperatuur nog specifieker doordat bijvoorbeeld leeftijd, activiteit en gezondheid worden meegenomen. Veel gebruikte indicatoren voor de gevoelstemperatuur zijn de ‘wind chill’ en de ‘PET’: physiological equivalent temperature.”

Hoe hebben jullie het verkoelend effect van water onderzocht?

Anna: “Ik heb het verkoelend effect van twee waterpartijen onderzocht: het effect van een emmer water die geleegd wordt boven een versteend oppervlak – het effect van uchimizu – en het effect van een stadsvijver in Delft. De luchttemperatuur boven het water en de watertemperatuur van de stadsvijver zijn gedurende een aantal dagen en nachten gemeten. Met deze data konden we berekenen hoeveel het water overdag opwarmt, hoeveel het water ’s nachts afkoelt en hoeveel water er verdampt.”

Lisette: “In het REALCOOL-project, maar ook in eerdere onderzoeken hebben wij aan de hand van metingen en modelberekeningen onderzocht hoeveel verkoeling kleine watervormen in de stad kunnen bieden. Hierin onderzochten we met name het effect van water op de luchttemperatuur en op de gevoelstemperatuur op straat tijdens een hete zomermiddag.”

Wat blijkt er uit jullie studies over het verkoelend effect van waterpartijen in de stad?

Anna: “Een emmer water kan de luchttemperatuur tot 2°C verlagen. En voor de gevallen waarin de koeling van de lucht niet zo sterk is, zorgt uchimizu er in ieder geval voor dat de oppervlaktetemperatuur afneemt, waardoor de gevoelstemperatuur daalt. Water in grachten en vijvers verdampt en warmt op. Bij verdamping wordt energie verbruikt en bij opwarming wordt energie opgeslagen. De opgeslagen energie wordt ’s nachts weer afgegeven. Hierdoor kan water de stad ‘s nachts opwarmen. Overdag kan water helpen om het hitte-eiland effect te beperken door middel van verdamping en warmteopslag – maar als inwoner van een stad zul je hier weinig van merken. De luchttemperatuur tussen de stad en het omliggend gebied verschilt overdag gemiddeld 1,5 tot 2 °C. Water kan dat terugbrengen met maximaal 1 °C. Dit is een groot verschil in het hitte-eiland effect, maar nauwelijks merkbaar voor mensen. De invloed op ons comfort is dus verwaarloosbaar.”

Lisette: “Dus wanneer je niet óp of ín het water bent, maar vlakbij, is er nauwelijks een temperatuureffect merkbaar. Uit de modelresultaten van het REALCOOL-project bleek dat het verkoelend effect van grachten, singels, sloten en vijvers gemiddeld 0,5 °C is in luchttemperatuur en 1 °C in de gevoelstemperatuur. Het gaat dan steeds over de temperatuur op straatniveau op enkele meters afstand van het water. Deze resultaten komen overeen met metingen uit eerder onderzoek uitgevoerd in Amsterdam. Hieruit bleek dat de luchttemperatuur vlakbij water in gracht, rivier of vijver, overdag over het algemeen 1 °C lager was dan in een vergelijkbare stedelijke omgeving zonder water.”

Wat kunnen partijen die zich bezighouden met stedelijke inrichting met deze resultaten?

Lisette: “Bij de inrichting moet je goed beseffen welk doel je voor ogen hebt. Als je de luchttemperatuur op grote schaal, zoals in de gehele stad, wilt verlagen, dan doe je er goed aan zoveel mogelijk verdampende oppervlakken aan te leggen. Dus zoveel mogelijk groen en blauw in de stad is heel verstandig! Maar kleine watervormen zoals grachten en vijvers kunnen de lokale lucht- of gevoelstemperatuur niet met enkele graden verminderen. We adviseren stedenbouwkundigen en planners daarom voorzichtig te zijn met het gebruik van dergelijke kleine watervormen voor het creëren van koelte in winkelstraten, woonwijken of op pleinen.”

Anna: “Water biedt meer verkoeling wanneer je je erin kunt onderdompelen. Daardoor hebben waterspeelplaatsen en fonteinen altijd een beter verkoelend effect dan een vijver. Wanneer er al vijvers aanwezig zijn, kun je schaduw creëren langs de vijverkant en bankjes plaatsen om daar het verkoelend effect te vergroten. Op die manier kun je het beste resultaat halen door middel van zowel verdamping als schaduwwerking. Bovendien: mensen houden ervan om dichtbij de natuur te zijn.”

Lisette: “Waterelementen bieden vaak de gelegenheid om een groene, schaduwrijke of windrijke omgeving te creëren dat samen met het water een verkoelend effect geeft. Voor concrete handvatten verwijs ik graag door naar de ontwerpprototypes voor verschillende watervormen in de stad ontwikkeld binnen REALCOOL.”

Wat zijn alternatieve oplossingen om hittestress in de stad tegen te gaan?

Anna: “Voor het comfort van inwoners is schaduw altijd goed! Denk aan bomen, zonneschermen en pergola’s.”

Lisette: “Daarnaast kun je ook denken aan maatregelen om gebouwen koel te houden, hitteplannen, zorgplannen en gedragsaanpassingen.”