Het begin van de zomer van 2021 was op het noordelijk halfrond extreem heet. In het zuiden van de Verenigde Staten en India liepen de temperaturen op tot vijftig graden Celsius. In de NRC van 25 juni zegt een Nieuw-Zeelandse deskundige: “Op het heetst van de dag, in het heetste seizoen, zal het in veel steden, met name in de tropen en de subtropen, zo heet worden dat het onmogelijk wordt om te werken en te leven.”
Elke mens produceert zelf warmte. Als het zo heet is kun je je overtollige warmte nog maar moeilijk kwijt. Je krijgt hittestress: misselijkheid, jeuk, spierkrampen en uiteindelijk laten organen het afweten en ga je dood.
a) Wanneer is die warmte geen overtollige warmte?
Het menselijk lichaam functioneert op zijn best bij een temperatuur van rond de 370C. Gewoonlijk is de buitentemperatuur lager dan 370C. Om je lichaamstemperatuur in stand te houden is dus voortdurende verbranding nodig. Er is dan geen overtollige warmte.
b) Wanneer wel?
Als je je inspant is er extra verbranding in je lichaam, waardoor de temperatuur dreigt op te lopen tot boven de 370C. Dan is er overtollige warmte.
c) Hoe voert je lichaam overtollige warmte af?
Voornamelijk via zweten, door de huid dus. Maar ook door plassen of ontlasten raak je warmte kwijt.
Wanneer je lichaamstemperatuur stijgt worden de bloedvaten wijder, zodat er meer bloed naar je huid stroomt. Daaraan kan het bloed warmte afgeven.
d) Welke drie manieren van warmtetransport zijn er?
Geleiding, stroming, straling.
e) Welke manier speelt geen rol als de huid warmte afgeeft? Waarom?
Geleiding. Het lichaam is meestal niet geleidend verbonden met de omgeving. (Straling kan wel, in de vorm van infraroodstraling. Wat stroming betreft: zie f.)
Bij grote hitte ga je extra zweten.
f) Wat is zweten?
Zweten (of transpireren) is dat er water uit het lichaam door de huid naar buiten gaat.
g) Hoe komt het dat je soms niet kunt zien dat je zweet?
Het water verdampt onmiddellijk.
h) Waardoor koel je af door zweten?
Voor verdamping is warmte nodig. Die warmte wordt onttrokken aan de huid. Die koelt dus af.
i) Waardoor kun je overtollige warmte moeilijk kwijt bij hoge luchtvochtigheid?
Hoge luchtvochtigheid betekent dat de lucht veel waterdamp bevat. Dan kan het zweet moeilijk verdampen. En dus kan je huid dan niet afkoelen. Er vormen zich zweetdruppels.
Natteboltemperatuur
Je kunt best overleven als de temperatuur een tijdje 40 °C is, als het maar niet te vochtig is. Maar waar ligt de grens waarbij het onleefbaar wordt?
In de NRC van 25 juni 2021 schrijft Marcel aan de Brugh dat de natteboltemperatuur gebruikt wordt als maatstaf daarvoor.
Een gewone thermometer (de droge bol) geeft de luchttemperatuur aan. Wanneer je bij zo’n thermometer het reservoir omwikkelt met een natte doek krijg je een nattebolthermometer (zie figuur 1). Als je deze in een luchtstroom plaatst, daalt de temperatuur van de natte bol totdat een evenwichtstoestand wordt bereikt. Dat is de natteboltemperatuur.
Hoever de temperatuur daalt, hangt af van de heersende temperatuur (die gemeten wordt met de droge bol), en van de relatieve luchtvochtigheid.
j) Zoek op wat we verstaan onder de relatieve luchtvochtigheid.
KNMI: De relatieve vochtigheid geeft aan hoeveel waterdamp de lucht bevat vergeleken met lucht die met waterdamp verzadigd is, bij de heersende temperatuur. Dan is de relatieve luchtvochtigheid 100%. Meer waterdamp kan de lucht dan niet bevatten. Bij een relatieve vochtigheid van 50% bevat de lucht bij de heersende temperatuur de helft van de maximaal mogelijke hoeveelheid waterdamp.
Lucht met lage relatieve luchtvochtigheid noemen we droge lucht, met hoge relatieve luchtvochtigheid vochtige lucht.
k) Leg uit dat in droge lucht de natteboltemperatuur lager is dan in vochtige lucht.
In droge lucht zal het verdampen langer doorgaan, omdat aan droge lucht meer waterdamp kan worden toegevoegd voor die verzadigd is. En als het verdampen langer doorgaat wordt meer warmte aan het reservoir onttrokken. De natte bol zal dus een lagere temperatuur bereiken.
l) Leg uit dat de natte bol afkoelt totdat hij de temperatuur heeft waarbij de relatieve luchtvochtigheid er omheen 100% is.
Het verdampen houdt op als de temperatuur van de natte bol zo laag is dat de lucht plaatselijk, rondom het reservoir verzadigd is. Bij die temperatuur van de nattebolthermometer is de luchtvochtigheid dus 100%.
Luchtvochtigheidskrommen
Hoeveel waterdamp in de lucht aanwezig is, is de absolute luchtvochtigheid. Het verband tussen absolute luchtvochtigheid en temperatuur, voor diverse waarden van de relatieve luchtvochtigheid, staat in figuur 2.
Je ziet krommen voor de absolute luchtvochtigheid (in g waterdamp per kg lucht) als functie van de temperatuur voor verschillende waarden van de relatieve vochtigheid (in %).
m) Bepaal de relatieve vochtigheid in lucht van 20°C bij een absolute luchtvochtigheid van 12 g/kg. En evenzo in lucht van 40°C
Ongeveer 82% resp. ongeveer 26%. Zie onderstaande figuur:
Extremen
Je kunt deze figuur gebruiken om de natteboltemperatuur te vinden wanneer de temperatuur en de relatieve luchtvochtigheid bekend zijn. Nooit eerder registreerde het KNMI in De Bilt een zo hoge temperatuur als op 25 juli 2019, namelijk 37,5°C, bij een luchtvochtigheid van 27%.
n) Bepaal de natteboltemperatuur die hierbij hoort.
Bij een temperatuur van 37,5°C en relatieve vochtigheid van 27% hoort een absolute luchtvochtigheid van 11 g/kg. Zie onderstaande figuur. De relatieve luchtvochtigheid is dan 100% bij een natteboltemperatuur van 15°C.
o) Waarom was het op die dag ondanks de hitte voor de meeste mensen wel uit te houden?
Een relatieve luchtvochtigheid van 27% betekent dat de lucht erg droog was. Door zweten kon je je warmte kwijt.
Algemeen wordt een natteboltemperatuur van 35°C beschouwd als grens voor leefbaarheid. Daarboven kun je niet meer via de huid afkoelen. Voor een individueel mens kan de grens al eerder worden bereikt. Dat hangt van de omstandigheden af, bijvoorbeeld van fysieke inspanning.
Als ergens de natteboltemperatuur langere tijd hoger is dan 35°C wordt het echt problematisch. Weinig kans dat we dat In Nederland ooit gaan meemaken, maar in Iran is dit in juli 2015 al geregistreerd.
Gevreesd wordt dat de opwarming van de aarde het leven voor miljoenen mensen in Zuid-Azië ondraaglijk zal maken. Aan de Brugh citeert een deskundige: “In het rijke Singapore heeft alles een airco. De huizen, de auto’s, de metro’s, de kantoren. Maar in andere landen leven mensen in krottenwijken met stalen golfplaten daken. Of denk aan gevangenissen in Amerika, die soms zo heet zijn dat mensen er sterven.”
