‘Je gaat het pas zien als je het doorhebt’
Johan Cruijff
Elk lichaam zendt langgolvige warmtestraling uit naar de omgeving. Langgolvig wil zeggen in het golflengte bereik van 4500-100.000 nanometer. De intensiteit van deze warmtestraling is afhankelijk van de temperatuur van het lichaam en wordt weergegeven in de wet van Stefan Bolzmann (zie ook bijlage 9.4):
E = Cb x 5,67 10 -8 x Tb 4 W/m2
Hierin is:
• E de uitgezonden energie
• Tb de temperatuur van het lichaam in graden Kelvin. Dit is dezelfde schaal als Celsius, met dat verschil dat het nulpunt bij -273°C ligt. Zo komt 15°C dus overeen met 273 + 15 = 288 graden K. • Cb de emissiefactor die wordt bepaald door het materiaal en de oppervlakte-eigenschappen van
het lichaam en ligt tussen 0 en 1. Voor een zogenaamde ‘ideale zwarte straler’ is Cb gelijk aan 1. • Voor planten en andere waterige lichamen ligt Cb tussen 0,95 en 0,98. Voor glas geldt een Cb
waarde rond 0,85. Kunststof heeft een gemiddelde Cb waarde van circa 0,8 en voor aluminium geldt een waarde van rond 0,4.
3.5.1 Meten van uitstraling van de kas met pyrgeometer
Uitstraling is een belangrijk onderdeel van het energieverlies van de kas. Dit komt doordat de kas een relatief warm object vormt tegenover een ‘hemel’ die zeer koud kan zijn. We kunnen deze uitstraling meten met een zogenaamde pyrgeometer. De meting wordt volgens de Internationale norm voor meteorologische gegevens uitgedrukt als een negatief getal en heeft een bereik van 0 tot ongeveer
-150 W/m2. Als de lucht is bedekt met bewolking is de uitstraling laag, omdat de wolken dan ongeveer
dezelfde temperatuur hebben als het aardoppervlak. Er wordt dan weliswaar langgolvige straling uitgezonden, maar er komt ongeveer net zo veel weer terug.
Het mag duidelijk zijn dat een uitstraling van -150 W/m2 een aanzienlijke afkoeling van de kas kan
veroorzaken. Deze waarde komt immers overeen met de capaciteit van een gangbare verwarmings- Een Pyrgeometer waarmee langgolvige uit- straling kan worden gemeten. Uitstraling wordt weergegeven als een negatief getal en kan waarden bereiken tussen 0 en circa -150 W/m2.
installatie. Uitstraling kan er ook voor zorgen dat de ruiten van een auto bevroren zijn terwijl de luchttemperatuur nog ruim boven het vriespunt is.
3.5.2 Effecten van uitstraling in de kas
Welk effect heeft de uitstraling buiten nu op het kasklimaat en op het gewas? Het is niet zo dat de langgolvige uitstraling dwars door het kasdek gaat. Met andere woorden, een heldere hemel zorgt niet direct voor afkoeling van de kaslucht en het gewas maar indirect. Eerst koelt het kasdek af door uitstraling en daardoor neemt ook de uitstraling van het gewas toe. Door het koudere kasdek zal ook de kaslucht afkoelen door convectie.
Om een indruk te krijgen van de grootte van de energiestroom door uitstraling in een kas het vol- gende getallenvoorbeeld:
Stel dat een bloemknop een temperatuur heeft van 15°C. Voor de eenvoud nemen we voor Cb de waarde 1 aan. Hieruit volgt dat het oppervlakte van de bloem uitstraalt:
Ebloem = 1 x 5,67 10 -8 x (273 + 15) 4 = 390 W/m2.
Stel dat zich boven de bloem een glazen kasdek bevindt met een temperatuur van 10°C. Dan zou dit kasdek ook langgolvige straling uitzenden volgens:
Ekasdek = 0,85 x 5,67 10 -8 x (273 + 10) 4 = 309 W/m2.
Omdat het kasdek een Cb waarde heeft lager dan 1 wordt er ook een deel van de ‘inkomende’ warmtestraling gereflecteerd, dat is 1-0,85 = 15%
De Cb waarde van de bloem ligt dicht bij 1 en daarom nemen we voor de eenvoud aan dat de bloem geen reflectie geeft.
Gekeken vanuit de bloemknop en aangenomen dat het verder donker is in de kas (geen andere vorm van instraling) dan resulteert dat in:
Netto uitstraling = - 390 + (15% reflectie door kasdek) + 309 (van kasdek) = - 22,5 W/m2.
Deze -22,5 W/m2 zorgt dus voor afkoeling van de bloem. Doordat de bloemtemperatuur dan lager
wordt dan de kasluchttemperatuur wordt er door convectie-overdracht weer energie toegevoerd. Afhankelijk van de luchtbeweging ontstaat er dan een evenwicht bij een bepaalde bloemtempera- tuur. Meer luchtbeweging heeft dus een compenserend effect op de afkoeling door uitstraling. Stel dat nu een energiescherm wordt gesloten en dat dit energiescherm enige aluminiumband- jes bevat zodat de Cb waarde circa 0,6 bedraagt. De temperatuur van het schermdoek neemt de gemiddelde waarde van de kaslucht en het kasdek aan dus ongeveer 12,5°C.
We rekenen nu de bovenstaande formules nogmaals uit met de aangepaste waarden:
Ebloem = 1 x 5,67 10 -8 x (273 + 15) 4 = 390 W/m2.
Escherm = 0,6 x 5,67 10 -8 x (273 + 12,5) 4 = 226 W/m2. Het scherm reflecteert 40%.
Resultaat voor de bloem = -390 + (40% reflectie door scherm) + 226 = -8 W/m2.
Door het gesloten scherm is de uitstraling dus sterk verminderd en de bloem zal dan ook minder afkoelen.
Voor het gemak hanteren we in de praktijk als ruwe schatting voor uitstraling van het gewas naar een koudere omgeving een waarde van circa -5 W/m2 per graad temperatuurverschil.
Een speciale sensor die bestaat uit een tweezijdig uitgevoerde combinatie van een pyranometer en een pyrgeometer. Hiermee kan de netto instraling en uitstraling in de kas boven het gewas nauwkeurig worden gemeten. Dit instrument is mede gezien de prijs overigens vooral bedoeld voor onderzoeks- doeleinden.
Deze grafiek laat zien dat er ook overdag sprake is van langgolvige uitstraling buiten (blauwe lijn) en dat deze juist op zonnige dagen (gele lijn) het grootst is (meest negatief). Op bewolkte dagen (lagere instraling) is ook de uitstraling minder sterk. De roze lijn geeft de netto instraling op het gewas aan. Te zien is dat deze ’s nachts, ook bij gesloten schermdoek, iets negatief kan worden als gevolg van langgolvige uitstraling. Voor het geheel wegnemen van deze uitstraling is een dubbel scherm nodig.