Zebrawarmte

Karel Knip

Nederland is opnieuw op kierenjacht. Vijfentwintig jaar geleden gebeurde dat in reactie op de tweede oliecrisis die de brandstofprijzen opjoeg en de Nederlandse afhankelijkheid van Arabische olie aantoonde. Tegenwoordig gebeurt het met het oog op broeikaseffect en klimaatverandering. Er schort nog veel aan de isolatie van gebouwen, heeft een werkgroep van het IPCC vorig jaar opgemerkt. Daar valt nog veel te besparen aan brandstofverbruik.

Nu zijn overheden op zoek naar gebouwen die geholpen moeten worden. In Nijmegen heeft men zijn toevlucht gekozen tot thermografie, een soort fotografie waarbij niet zichtbaar licht maar warmtestraling wordt geregistreerd. Vanuit een vliegtuigje wordt gemeten uit welke daken onnodig veel warmte weglekt. Afgelopen woensdag publiceerde deze krant twee voorbeelden van het soort opnames dat daarbij wordt gebruikt en gezegd moet worden: zij spraken boekdelen.

Het waren opnames van het jonge bedrijfje Miramap dat in Houten en Culemborg is gevestigd. Vrolijke, veelkleurige opnames, van het soort dat ook is gebruikt is voor de paardjes hier rechtsonder. De kleurverschillen zijn indicatief voor temperatuurverschillen. Hier met de paardjes is wit het warmst en dan vervolgens rood, geel, groen tot blauw, dat het koudst is. Woensdag ontbrak het wit en was dus rood het warmst. Het kleurverloop van rood naar blauw beschrijft ruwweg een temperatuurtraject van 10 graden.

Voor de foto van woensdag waren twee identieke flatgebouwen van boven bekeken en het verschil was indrukwekkend. Je zag zó het dak waardoor veel warmte naar het heelal wegstraalde. Daar werd energie vermorst. Die lui kregen binnenkort de gemeente aan de deur. Wat je ook zag was dat de bomen en struiken rond de flats nog heter waren dan het dak dat zo slecht geïsoleerd was. Dat was een beetje vreemd, want er zit, zoals bekend, in februari niet veel blad aan de boom. Waren deze foto’s wel in februari gemaakt?

Zeker wel, spreekt de Miramapman door de mobiel. Ze zijn maandagavond om negen uur gemaakt. Vanuit een tweemotorig vliegtuigje dat op 400 meter hoogte vloog. Het was maandag nogal warm en kennelijk houden bomen de warmte goed vast. Wat je ziet is de nawarmte van de zon.

Het is waar: het was op 11 februari ongewoon warm. Vanuit een minimum van min 1 graad was ’s middags een maximum van 14 graden bereikt waarna het weer snel naar min 2 graad ging. Kristalheldere atmosfeer en geen wolk aan de hemel. Overdag had het zonnetje de kale bomen flink opgewarmd en drie uur na zonsondergang gloeiden zij nog van nawarmte.

Maar zouden de daken dan ook niet kunnen nagloeien? Dat zou de thermografische analyse flink verstoren want het is aannemelijk dat het best geïsoleerde dak overdag het warmst werd en het langst last had van nawarmte. Dan zou de thermografische opname net de verkeerde flat aanwijzen!

“Het zou kunnen”, erkent de Miramapman aarzelend, “je moet voorzichtig zijn met de interpretatie van de foto’s. Het naijleffect duurt tamelijk lang. Misschien kunnen we dit soort opnames beter ‘s ochtends vroeg maken, vlak voor zonsopgang.” Maar hij geeft toe dat er dan weer gedoe is met mensen die ‘s nachts de verwarming wel uitzetten en zij die het niet doen. Is het niet het beste de opname te maken aan het eind van een sombere zonloze dag? “Waarschijnlijk wel”, klinkt de mobiel, “maar ik zit met operationele beperkingen.”

We gaan naar de paardjes. Wat we van het Nijmeegse project geleerd hebben is dat infraroodopnamen overdag flink verstoord kunnen worden door reflectie van zonlicht en dat de kleuren weliswaar indicatief zijn voor temperatuurverschillen maar niet meer dan dat. In feite geven zij emissie-verschillen aan. En veel materialen verschillen nogal flink in hun emissiviteit, de mate waarin zij bij een gegeven temperatuur warmtestraling uitzenden. Oppervlakken van materialen die precies dezelfde temperatuur hebben kunnen daardoor toch verschillende hoeveelheden straling afgeven.

Nu naar de paardjes. Dat zijn zebra’s in de Londense Zoo die achter een afrastering staan. De foto verscheen op 5 februari op de website van de BBC en ook in de Daily Mail. Je ziet het warmteverschil tussen de strepen van de zebra, schrijft de BBC er wetenschappelijk bij, want de zwarte strepen hebben de warmte geabsorbeerd en de witte hebben het weerkaatst. We begrijpen: de rode strepen zijn in het echt zwart en de gele zijn wit.

Maar zou het waar zijn? Staan de zebra’s wel in de zon? Het gras dat zij kennelijk eten is verontrustend blauw en we hebben net in Nijmegen geleerd dat vegetatie in de zon snel opwarmt en warm blijft. Google eens met ‘thermalconsultancy’ naar de gelijknamige site en kijk onder ‘Applications’ bij ‘Veterinary’. Daar staan thermografische foto’s van een paard in de zon. Het gras is warmer dan de rug van het dier, behalve in zijn schaduw.

De Londense zebra’s zijn op een sombere, zonloze dag, of ’s nachts gefotografeerd. De oren en manen zijn koud. Des te interessanter is het verschil tussen de zwarte en witte strepen. Natuurlijk kunnen die ook door warmtestraling uit de directe omgeving (dus niet die van de zon) verschillend opwarmen maar de literatuur leert dat dit soort straling (dus van tamelijk koele bronnen) door witte of zwarte vachten in gelijke mate wordt geabsorbeerd.

Donders! Wàt zijn de zwarte en wàt de witte strepen? Aan het patroon is het niet te zien. Vaak (lang niet altijd) stopt het zwart onderop de buik, maar het beeld wordt net op die plaats verstoord door een horizontale draad.

De zebrakwestie komt expliciet aan de orde in het aantrekkelijk geïllustreerde artikel ‘The value of infrared thermography for research on mammals: previous applications and future directions’ van Dominic J. McCafferty (Mammal Review, 2007). In de zon zijn de zwarte strepen wel tien graden warmer dan de witte, schrijft deze. Maar als een zondoorstoofde zebra in de schaduw stapt is het verschil snel verdwenen. Binnen een paar minuten is het verschil zwart-wit nog maar een of twee graad. Wat er na een paar uur van overblijft schrijft hij er niet bij.

De BBC-foto toont dat er een meetbaar verschil blijft en dat dus de ene soort haren de lichaamswarmte van de zebra beter tegenhoudt dan de ander. Dit raakt aan een oeroud probleem: heeft de ijsbeer thermisch voordeel van zijn witte vacht? Later meer.