Technische Hogeschool
AfdeIing der W e g - en Waterbouwkunde
ID.kwatervoorziening
rIn
NEGENDE VAKANTIECURSUS
3 en 4 januari 1957
MOORMAN'S PERIODIEKE PERS N.V.
- DEN HAAG
Reeds zijn in onderstaande volgorde in boekvorm verschenen de
voordrachten der volgende cursussen:
1. Filtratie, 2. Vervaardiging van buizen voor transport- en
distributieleidingen, 3. Winning van grondwater, 4. Waterzuivering, 5. Hygiënische aspecten van de drinkwatervoorziening,
6. Het transport en de distributie vali leidingwater, 7. Keuze,
aantasting en bescherming van materialen voor koud- en warmwaterleidingen, 8. Enige wetenschappelijke grondslagen der
waterleidingtechniek I.
Technische
hogeschool^
(AfdeIing der Weg- en Waterbouwlunde)
Negende Vakantiecursus
in Drinkwatervoorziening
gehouden op 3 en 4 januari 1957
te DeIft
Enige wetenschappelijke groridslagen
der waterleidingtechniek
MOORMAN'S PERIODIEKE PERS N.V.
-
11
DEN HAAG
W O O R D VOORAF
I n de 9e vakantiecursus in drinkwatervoorziening zijn
wederom enige wetenschappelijke grondslagen behandeld, die voor de waterleidingtechniek van belang zijn.
Het is wel gebleken dat dit thema door de deelnemers
op prijs wordt gesteld.
De Commissie van Voorbereiding betuigt haar dank
aan de docenten, die hun beproefde medewerking hebben
willen verlenen.
Helaas is tijdens het ter perse gaan van deze bundel
prof. dr. J a n S m i t, die zulk een voorname plaats onder
de docenten innam, overleden.
Delft, najaar 1957.
De Commissie van Voorbereiding,
Ir. C. BIEMOND,
Prof. W. F. J. M. KRUL, voorzitter,
Ir. J. LEEUWENBERG,
Ir. A. F. MEYER,
JAC. BREUNESSE, secretaris.
door prof. W . F . J . M . Krul
Het feit dat ten tweede male zulk een grote belangstelling aan de dag treedt voor wetenschappelijke grondslagen van een speciaal onderdeel der techniek, is voor
mij aanleiding, uw aandacht te vragen voor het natuurwetenschappelijk onderzoek in het algemeen en zijn
plaats in het cultuurbeeld van onze tijd.
Een taak, hachelijk voor een niet-wijsgerig geschoolde,
doch die zich als een plicht opdringt, nu in de reeks van
vakantiecursussen zo vele speciale punten behandeld zijn
en aldus een geheel dreigt te ontstaan van wetenswaardigheden, zonder dat wij ons van de diepere zin van onze
technische functie rekenschap geven. Dit gevaar bedreigt
in zijn algemeenheid het leven van de technicus en de
wetenschapsman, ja onze hele samenleving. Het moet
zeker aan een Technische Hogeschool, centrum van technische en wetenschappelijke vorming, onder ogen worden
gezien.
Bij een verkenning van ons huidige westerse cultuurbeeld zien wij als in het oog springende kenmerken: de
ontzaglijke betekenis van de techniek voor de samenleving, de intense wederzijdse invloed van techniek en wetenschap en de vrijheid van de wetenschapsbeoefening.
De betekenis van deze trits wordt pas duidelijk, wanneer men voldoende afstand naar tijd en ruimte neemt
van zijn dagelijkse omgeving. Daartoe staan de moderne
mens twee wegen open: studie van de geschiedenis en het
bezoeken van andere landen, want vele, door de historie
onderscheiden, perioden der menselijke geschiedenis bestaan op onze zo klein geworden aarde nog naast elkaar
op ditzelfde ogenblik.
Al terstond wordt het dan duidelijk, dat die drie kentekenen van ,,onze1' cultuur niet algemeen geldend zijn.
Voor het grootste deel der wereldbevolking is de ontwikkeling der techniek nog niet van betekenis, in vele delen
der wereld ontbreekt nog de wisselwerking tussen wetenschap en techniek, wetenschapsbeoefening ligt in vele
plaatsen en onder tal van omstandigheden aan banden.
I n deze korte voordracht moet ik de boeiende ontwikkelingsgang der oostelijke landen geheel buiten beschou-
wing laten en mij beperken tot de cultuur van het avondland, die wij als Grieks-Christelijk kunnen omschrijven
en omstreeks 2500 jaar geleden zien aanvangen.
I n die beginperiode, een bekroning van eeuwenoude
ontwikkeling, leggen Plato en zijn leerling Aristoteles,
bevrucht door het genie van Socrates, de grondslagen van
twee denkrichtingen: de wijsgerige benadering van de
alles doordringende idee, waarvan de ons omringende
kenbare wereld slechts een afschaduwing is (Plato) en de
studie van de natuurwetten in de wereld der verschijningen (Aristoteles). Deze denkrichtingen kunnen in de hele
geschiedenis onzer cultuur tot de huidige dag worden
onderscheiden.
Typisch voor beide wijsgeren is, dat Plato verklaarde,
dat al het grondwater uit de aarde zich in de ondergrondse Tartaros verzamelt en daaruit weer opstijgt naar
de oppervlakte; Aristoteles daarentegen nam aan dat het
grondwater door condensatie van de neerslag ontstaat.
I n de 600-jarige periode van het Hellenisme, n a
Alexander de Groote, gaat de ontwikkeling der natuurwetenschappen op de door Aristoteles gelegde basis verder, vooral na de vestiging van het centrum in Alexandrië, het Museion: de wiskunde (Euclides), de sterrenkunde, de aardrijkskunde, de geneeskunde. Ook de techniek plukte daarvan de vruchten (de zeevaart, het wereldwonder ,,Pharos", de brandspuit van Hero van
Alexandrië).
Slechts terloops maak ik hier melding van de Romeinen, niet omdat hun prestaties op het gebied der staatkunde, het recht en de techniek niet van grote invloed
zijn geweest op onze beschaving, maar omdat in oorsprong en wezen toch ook de Romeinse cultuur Grieks
was.
Met het verval van het West-Romeinse Rijk valt de opbloei van het Christendom samen en hier ontstaat nu
de tweede pijler van onze Westerse cultuur, waarvan
Augustinus omstreeks 400 de grondslag legt. Zijn theologie, gebaseerd op de openbaring en op de wijsbegeerte
van Plato, het Neo-Platonisme, beheerst eeuwenlang het
menselijk denken. Daarin is enerzijds voor de natuurlijke
kennis volgens het systeem van Aristoteles geen plaats
meer, evenmin voor technische ontwikkeling. Anderzijds
opent Augystinus' leer de mogelijkheid van een harmonische opbouw voor individu en samenleving.
In de Middeleeuwen blijft zich - sterker dan velen gedacht hebben - altijd de Grieks-Romeinse invloed doen
gelden, alleen al door het Latijn, de taal der geleerden.
I n dit Delftse milieu, waar een studentensociëteit de
naam Alcuin draagt, mag niet onvermeld blijven, dat
Alcuinus, de geleerde secretaris van Karel de Groote, als
een der grondvesters der zg. Karolingische Renaissance
in de 9e eeuw mag worden beschouwd: zijn ideaal was,
,,in het westen een nieuw geestelijk Athene te stichten,
dat het oude met al diens menselijkheid zou overtreffen,
omdat het door Christus onderricht is". l )
Eerst in de 12e eeuw leert het westen weer Aristoteleskennen via een Arabische vertaling; zeer merkwaardig
is de grote invloed van de Arabische wetenschap, in het
bijzonder van de natuurwetenschappen, in haar oostelijk
centrum Alexandrië en haar westelijke centra in Spanje,
op de latere Middeleeuwen geweest.
In de 13e eeuw pas komt het Aristotelisme tot volle
gelding, vooral door de uitzonderlijke begaafdheid van
Albertus Magnus en zijn leerling Thomas van Aquine.
Dezen stellen de gedachte van een eigen werkelijkheid
der ervaarbare wereld volgens Aristoteles tegenover het
Neo-Platonisme van Augustinus. De Thomistische wijsbegeerte gaat dan een afzonderlijke plaats innemen naast
de theologie; zij erkent de mogelijkheid en toelaatbaarheid van een natuurlijke kennisleer, los van de openbaring; zij maakt aldus de weg vrij voor een zelfstandige
beoefening van de natuurwetenschap; maar tevens betekent zij in wezen een scheuring in de eenheid van geest.
Eerst drie eeuwen later werd de vrije natuurwetenschappelijke beschouwing geboren en niet zonder barensweeën. Giordano Bruno moest zijn leven offeren, Galilei
zijn leer herroepen, Descartes de ballingschap in de Nederlanden aanvaarden. Parallel aan de Hervorming in de
theologie, liep de Renaissance in de wijsbegeerte, de
kunst en de natuurwetenschap; het individualisme nam
stormenderhand de plaats in van het collectivisme der
Middeleeuwen; rationalistisch, mathematisch en empirisch werd de moderne werkwijze; de 17e eeuw bracht
in Descartes' ,,Discours de la méthode" de magna charta
van de moderne wijsbegeerte, in Newton's bespiegelingen
de grondslag der nieuwe physica. Zijn grafschrift luidde:
,,Nature and nature's laws lay hid in night.
God said: let Newton be and al1 was light."
Is het verwonderlijk, dat deze snelle ontwikkeling die
- bij vergelijking van het korte tijdsbestek van nauwein ,,Europese
Geest", 1948.
Prof. dr. W. Banning: ,,De moderne wereld" in ,,Europese Geest",
1948.
') Prof. dr. F. Sassen: :,,De geest der Middeleeuwen"
9
lijks drie eeuwen met de tientallen voorafgaande - de
indruk van een explosie geeft, tot het rationalisme der
18e eeuw voerde? Rationalisme in de wijsbegeerte, die
alle banden met de theologie verbrak, doch tevens elke
metafysische bespiegeling ging afwijzen; de politieke exponent was de Franse revolutie. Rationalisme in de natuurwetenschap, die zich op het experiment en de specialisatie richtte; zij leidde tot de ontwikkeling van de techniek in de 19e eeuw, tot de industriële revolutie.
Van dit alles is in de 2e helft der 19e eeuw de ontzaglijke groei van de produktie, de bevolking en de welstand
in ,,het Westen", waartoe nu ook de Verenigde Staten
zijn gaan behoren, het gevolg. Maar even verklaarbaar is
de groeiende geestelijke malaise als gevolg van het vooruithollen der techniek en de natuurwetenschap op de
stand der geesteswetenschappen die, los van vroegere
bindingen, in volslagen agnosticisme en pessimisme
dreigden te verzanden. De wereldoorlogen, de vlucht uit
het rationalisme naar irrationele levensbeschouwingen
als fascisme en existentialisme, zijn de vruchten in onze
eeuw.
In deze ontreddering vraagt de tijdgenoot zich af, wat
er van de westelijke cultuur geworden is. Hij zoekt naar
,,de schuldige" en meent de techniek als zodanig te moeten aanwijzen. In wanhoop voorspelt hij de ondergang
van ,,de cultuur van het Avondland".
Wie zich echter bewust is van de diepte en de rijkdom van ons gemeenschappelijk verworven bezit, zal het
misplaatste van een overhaaste conclusie inzien, die alleen op ongeduld en gebrek aan breedheid van visie gebaseerd kan zijn. Een nieuwe ontwikkeling heeft zich
reeds duidelijk merkbaar aangediend. In de natuurwetenschap geldt niet langer de ,,absolute causaliteit" uit
de klassieke periode der ,,moderne9'fysica, maar de relativistische causaliteit, op de waarschijnlijkheid gebaseerd,
die nimmer tot absolute voorspelbaarheid kan voeren
(relativiteitsbeginsel, quantenleer, atoomtheorie). In de
geesteswetenschap is de erkenning groeiende van het absolute als richtinggevend aan het menselijk bestaan en
Aldous Huxley waarschuwt, dat ,,science (d.i. de natuurwetenschap) is not able to put sult on the tail of the
Absolute".
Dit alles wijst op een mogelijkheid van synthese, vurig Verwacht door het steeds stijgend getal dergenen die
de symptomen en oomaken der culturele ontwrichting
zijn gaan inzien.
De specialisatie, grondslag van de vooruitgang van wetenschap en techniek, moest onvermijdelijk tot een splij-
ting in onze cultuur leiden: tot de massa enerzijds die
gedachtenloos, begriploos en als een verwend kind de
verworvenheden van het menselijk denken aanvaardt, gebruikt en misbruikt; anderzijds tot de onsamenhangende
groep der specialisten die door de begrensdheid van hun
ontwikkeling geen werkelijke leiding aan de samenleving
vermogen te geven. Ortega y Casset noemt dit de barbaarsheid van het specialisme.
Dit te constateren betekent geenszins het dadenloos
aanvaarden. Integendeel, de therapie ligt voor de hand.
Zij ligt in de synthese tussen de stoutmoedige beheersing der natuurkrachten en het nederig erkennen van
het Absolute, waaraan het menselijk verstand onderworpen is. Zij voert tot het besef, dat de geestelijke kracht
van onze cultuur groter is dan ooit tevoren, dat zich
nooit gedroomde mogelijkheden voor de toekomst openen.
Maar daartoe is het nodig, dat de specialisten in techniek
en wetenschap zich van de achtergrond van hun werk
bewust zijn en doordrongen van het onderling verband.
Zij moeten beseffen dat het van hen afhangt, of de moderne natuurkennis en natuurbeheersing een geïntegreerd deel van onze cultuur zal worden. Alleen dan kan
de Westerse beschaving aan haar wonderbaarlijke potentie en haar dienovereenkomstige roeping voldoen. Dit
besef moet de grondslag zijn van de opleiding en het we'enschappelijk onderzoek aan universiteit en hogeschool.
Ik meende dat het nuttig kon zijn, het hier ook als
grondslag van de wetenschappelijke grondslagen der waterleidingtechniek aan de orde te stellen.
Literatuur:
,,E u r o p e s e G e e s t" - Diverse auteurs onder red. van prof.
dr. W. Banning en dr. J. D. Bierens de Haan, Van Loghum &
Slaterus, Arnhem, 3e dr., 1948.
,,D e o p s t a n d d e r h o r d e n", door José Ortéga y Casset,
Vert. dr. J. Brouwer. H. P. Leopold's uitg. Mij, 's-Gravenhage, 9e
dr., 1950.
, , G e h e i m e n v a n r u i m t e e n tijd", door dr. H. Groot.
J. H. Meulenhoff, Amsterdam, 4e dr., 1946.
Meteorologie
door dr. L. J . L. Dey
1. Inleiding
Ik weet niet of u wel eens in de gelegenheid bent geweest een boek ter hand te nemen dat dezelfde titel droeg
of een soortverwante als die van mijn voordracht. Er bestaan verschillende van zulke boeken. Een zeer modern
werk is het ,,Compendium of Meteorology", dat enkele
jaren geleden door de ,,Arnerican Meteorological Society"
werd uitgegeven en een omvang bezit van ruim 1300 pagina's in kwartoformaat. Zo'n boek is op voortreffelijke
wijze in staat u een indruk te geven van het omvangrijke studieterrein van de meteoroloog. Het bevat bijdragen omtrent de samenstelling van de atmosfeer, de stralings- en warmtehuishouding van atmosfeer en aardoppervlak, optisch en elektrische verschijnselen, wolkenfysica, de opperatmosfeer, dynamica, algemene circulatie en locale circulaties, weervoorspelling op korte termijn en meerdaagse verwachtingen, klimatologie, atmosferische verontreiniging en nog verschillende andere om
bij de voornaamste onderwerpen te blijven, welke in het
brandpunt van de belangstelling staan. Het zal u echter
duidelijk zijn dat het niet in de bedoeling kan liggen u
zij het ook een slechts vluchtige schets daarvan te geven.
Gelukkig behoeft dat ook niet en mag ik, ja moet ik mij
de uiterste beperking opleggen. En wat ligt dan tegenover u, als exponenten van de kring der waterleidingdeskundigen in Nederland, meer voor de hand dan enkele
schakels te lichten uit de kringloop die het water ondergaat.
Anders gezegd ik zal in hoofdzaak uw aandacht vragen
voor neerslag- en verdampingsonderzoek dat in de afgelopen jaren in Nederland werd uitgevoerd.
Door toevoer van de stralingsenergie van de zon verdampt het water van zeeën en oceanen, en aan het aardoppervlak via het plantendek. Door turbulente menging
wordt de waterdamp in de atmosfeer omhoog gevoerd en
met de algemene luchtstroming verder getransporteerd.
Zg kan in de atmosfeer condenseren tot druppeltjes vloeibaar water of tot fijne ijskristalletjes en daarmee aanleiding geven tot wolkvorming, waarna onder gunstige om-
standigheden water in de vorm van regen of sneeuw weer
naar het aardappervlak kan terugkeren.
2. De luchtvochtigheid
Onze allereerste vraag luidt nu: hoe bepalen we de
vochtigheid van de lucht.
Deze wordt op verschillende wijzen gedefinieerd:
a. absolute vochtigheid of dichtheid (Q,,.),zijnde de
verhouding van de massa (m,) van de waterdamp tot
zijn volume (V)
b. relatieve vochtigheid (U), zijnde de verhouding
van de waterdampspanning (e,) bij gegeven temperatuur
tot de maximale spanning (E,) bij dezelfde temperatuur
u = - e,
(2)
E,
Zoals bekend is de maximale spanning die, welke heerst
aan het platte grensvlak van water, dat in evenwicht
verkeert met de daarboven aanwezige waterdamp.
c. specifieke vochtigheid (s), zijnde de verhouding
van de dichtheid van de waterdamp (Q,,.)tot die van de
vochtige lucht (Q,,,+
S
=
ew
(3)
Aannemende dat ook de waterdamp de ideale gaswet
volgt kunnen we schrijven
e
e
0.622
(3a)
p-0.378 e
waarin e = dampdruk, p = luchtdruk, RL = de gasconMI, met R = absolute gasconstante,
stante voor lucht = R
ML = equivalent moleculair gewicht van lucht = 28.8,
R, de gasconstante voor waterdamp, M,. = 18.0 hel; moleculair gewicht van water, T de absolute temperatuur.
d. mengverhouding, zijnde de verhouding van de
dichtheid van waterdamp (Q,,.)tot die van droge lucht
(&?L) :
e
X = & =
RL
e - 0.622 (4)
PL
R,, p-e
P-e
=
l a Pqych~ometervan Assmann (foto arch.ief Gezlon,dheidstechntek, Delft; reeh€s: Afb. Ib ElermsCne psychrometer
(foto archief Gezonaleddstech,niek, Delft)
~ i & s : &b.
Daar in atmosferische lucht de waterdampspanning ten
hoogste enkele procenten bedraagt van de luchtdruk kan
men ih de meest gevallen
r
stellen.
e. dauwpunt, zijnde de temperatuur tot welke voch-
tige lucht bij gelijkblijvende druk moet worden afgekoeld
om verzadigd te worden.
I n de meteorologie worden dampspanning en relatieve
vochtigheid bepaald door gebruikmaking van een psychrometer (afb. l ) ,zijnde een combinatie van een drogeen een nattebolthermometer. De laatste heeft om de
kwikbol een mousseline kousje, dat vóór de meting wordt
bevochtigd. Beide thermometers worden geventileerd en
afgelezen op het moment dat de natte thermometer zijn
laagste stand heeft bereikt. De psychrometer formule
geeft het verband aan tussen de droge- en natteboltemperatuur (t en t,.), de dampspanning bij de heersende
temperatuur (e,) en de maximale dampspanning bij de
nattebol-temperatuur (E,) :
w
e,
=
-
E,
m
P
RL
.-
(t-t,)
(6)
RW
Hierin is verder p = luchtdruk, c, = soortelijke warmte van lucht bij constante druk.
L, = verdampingswarmte van water bij de temperaR
tuur t,, en 2 = 0.622. Onder normale atmosferische
R\\,
omstandigheden bij het aardoppervlak kan men hier de
in
fluctuaties in p en L verwaarlozen en dus
P
-
Lt R ,
als
RW
een constante, ,,de psychrometerconstante", opvatten.
Bij temperaturen beneden O "C, wanneer we met een
bevroren bol thermometer te doen hebben, moeten we in
de psychrometerconstante niet de verdampingswarmte
van water doch de sublimatiewarmte van ijs gebruiken.
Daarbij dient opgemerkt te worden dat de relatieve vochtigheid ook bij temperaturen beneden O "C t.o.v. de
maximale dampspanning aan een plat wateroppervlak is
gedefinieerd.
De betrekkingen tussen dampspanning, temperatuur,
relatieve vochtigheid, nattebol-temperatuur en dauwpunt kunnen in een grafiek op eenvoudige wijze in beeld
worden gebracht (afb. 2).
De lijn van de maximale dampspanning als functie van
de temperatuur is experimenteel gegeven. Zij geeft tevens de lijn van 100% relatieve vochtigheid weer. Lijnen
met relatieve vochtigheid f X 100% vindt men door alle
ordinaten met de factor f te vermenigvuldigen.
Alle bij elkaar behorende waarden e, en t, die dezelfde
nattebol-temperatuur t, en dampspanning E, hebben,
liggen op een rechte waarvan de helling door de psychrometer constante bepaald wordt (zie formule (6) ) . Het
dauwpunt t , dat bij de waarde (e,, t) behoort is eveneens gemakkelijk te vinden.
Afb. 2
Grafische voorstelling v a n h e t verband tussen verschille~tde
vochtigheidsgrootheden
Droge- en nattebol-temperaturen worden regelmatig
op de hoofd- en termijnstations van het K.N.M.I. gemeten. Zij vormen een netwerk van ongeveer 40 plaatsen.
Op de hoofdstations vinden uurlijkse metingen plaats,
op de termijnstations driemaaldaagse metingen te 8 uur,
14 uur en 19 uur (afb. 3 en 4). Registratie van de relatieve vochtigheid met een haarhygrograaf vindt te De
Bilt plaats. Verder wordt op enkele stations de dauwpuntstemperatuw geregistreerd.
3. De meting van de neerslag
De volgende vraag die we ons stellen geldt de meting
van de neerslag. Hieronder verstaan we de equivalente
waterhoogte aan het aardoppervlak, die gemeten zou
worden indien geen afvloeiing, inzij ging of verdamping
plaats vond. Voor de meting maken we gebruik van een
regenmeter (afb. 5,6). Het normale type van het K.N.M.I.
bestaande uit een opvangtrechter met cirkelvormige opvangopening van 400 cm2 passende op een opvangreservoir met kegelvormige bodem, kan men op een 300-tal
plaatsen opgesteld vinden. De meting geschiedt op de
A f b . 3 Thermome
(Foto 1
dienst
reinen,
gewone regenstations eenmaal per dag te 8 uur en op de
overige 3 X per dag te 8 uur, 14 uur en 19 uur. De opgevangen hoeveelheid wordt uitgeschonken in een maatglas waarop de waterhoogte direct in mm is af te lezen.
De opstelling van de regenmeter moet aan bepaalde voor-
6 ##cm-+
b-
- - - - - - -- - - -,,cm- - - - - - - - -. . -
I
I
12 cm
a
a-
-- j
B
t
I
Afb. 5 Regenmeter
met Nipher-scherm
(Bleeker, Leerboek
der meteorologie I I )
I
I
8
I
I
waarden voldoen. Hij moet
enigszins beschut tegen de
wind worden geplaatst op een
afstand van tenminste 2 X de
hoogte van omringende obstakels. Misschien is een factor 4
zoals die internationaal wordt
aanbevolen nog beter. De bovenrand van de regenmeter bevindt zich 40 cm boven de
grond. Dit is eerst sedert 1947
het geval. Vóór die tijd bevond
zich de bovenrand op 1.50 m
boven de grond (afb.7). Het is
evenwel uit een onderzoek van
mijn voorganger dr. Braak ge-
I
,
l
l
l
l
I
,
I
E
S
I
I
I
I
l
I
I
l
I
t
I
I
I
l
I
I
I
I
--
I
I
Afb. 6 Regenmeter
met Nipherscherm (Water
1946, nr 19)
--
---
-
- --
:telling
regenn
P 1,
,40 m h
bleken dat de regenmeters op deze hoogte, vooral op winderige plaatsen, een tekort aanwezen vergeleken met de
zg. grondregenmeter (afb. 8). Wanneer een regenmeter
aan de wind is blootgesteld treedt een stuwwerking op en
wordt dientengevolge een gedeelte van de vallende druppels over de opvangtrechter heen gevoerd. Deze fout
wordt des te erger naarmate de meter hoger is opgesteld. Dok vorm en grootte van het opvangoppervlak
en druppelgrootten spelen een rol. Bij een goed, beschutte opstelling bedraagt de fout gemiddeld ongeveer
4%; deze kan bij enigszins gebrekkige beschutting in het
kustgebied tot 6 a 9% oplopen en bij geheel vrije opstelling tot bijna 20% stijgen. Het zou te'kostbaar zijn
Afb. 8 Grondregenmeter.
der Terreinen, Bakkum)
(Foto P.W.N.-dienst
alle regenmeters op 1.50 m te vervangen door grondregenmeters. Deze toch vereisen rondom de trechter een borstelmat om inspatten van water te voorkomen en een
rooster om de groei van gras en onkruid in de omgeving
te vermijden. In de bediening zijn ze minder handig dan
de bovengrondse opgestelde.
Als een compromis-oplossing heeft men toen de regenmeter van 150 tot 40 cm verlaagd. Ook in deze opstelling is de invloed van de wind nog merkbaar, doch minder dan bij de hoge opstelling. Bij de waardering van regencijfers zal men hiermede onder omstandigheden rekening moeten houden.
Een verbetering kan nog worden gevonden door de regenmeter in een zg. Engelse opstelling (afb. 9 ) te plaatsen, d.w.z. te omgeven door een cirkelvormige aarden
wal met een binnenstraal van 1.50 m, welke naar buiten
af loopt.
Afb. 9 De Engelse opstelling van de regenmeter (Bleeker, Leerboek der meteorologie I I )
Hoewel de regenmeting in het algemeen gesproken een
eenvoudige handeling is, die met voldoende betrouwbaarheid kan worden uitgevoerd, is een voortdurende controle op de waarnemingen en een regelmatige inspectie
van de opstelling een dwingende eis.
De sneeuwmeting levert vaak moeilijkheden op. Doordat ondanks beschutte opstelling sneeuw uit of in de
trechter kan waaien zijn de uitkomsten vaak onbetrouwbaar. Sneeuw wordt in gesmolten toestand gemeten.
Enige controle op de uitkomsten verkrijgt men door
meting van de dikte van de sneeuwlaag, hoewel deze op
zichzelf ook geen al te grote nauwkeurigheid bezit.
Alleen de hoofd- en termijnstations zijn met sneeuwwegers uitgerust. Met behulp van een cilinder kan uit de
sneeuwlaag, die op een cirkelvormige plaat is gevallen,
een schijf worden uitgestoken en aan een balans gewogen. De schaalverdeling geeft direct de equivalente waterhoogte aan. Deze weging kan vrij betrouwbaar zijn
als de plaat in een representatief gedeelte van het
sneeuwdek was opgesteld en geen regen- of dooiwater
het resultaat heeft bedorven.
Alle neerslagmetingen, zoals die op de gewone regenstations worden verricht, leveren alleen dagsommen van
de neerslag op. Voor verschillende doeleinden is het echter van belang het verloop van de regenval in de tijd
nauwkeuriger te kennen. Het hulpmiddel daartoe is de
registrerende regenmeter (afb. 10), waarvan verschillende typen bekend zijn. Te De Bilt heeft vele jaren een
registrerende regenmeter volgens het kantelbakjes principe gewerkt.
Deze is enkel jaren geleden vervangen door een
die volgens het hevelprincipe werkt. In het vorige jaar
zijn ook de 4 overige hoofdstations daarmede uitgerust.
De regenval wordt door een pen getekend op een strook,
Afb.10a Registrerende regenmeter
.(Foto P.W.N.-
Afb. lob Registre-
rende reaenmeter
(Foto P.W.N.dienst der Terreinen, Bakkum)
die van tijd-hoeveelheid-coördinaten is voorzien en op een
draaiende trommel is gespannen. Wanneer een hoeveelheid
van 10 mm is bereikt, wordt het
opvangreservoir automatisch
geledigd en begint de pen van
O mm af verder te schrijven
(afb. 11).Men kan uit deze diagrammen zowel duur als hoeveelheid van de regens aflezen
alsmede in welke gedeelte van
de dag zij vielen. Belangrijk is
verder dat uit de helling van de
lijn de regenintensiteit kan
worden bepaald. Normaal worden hoeveelheid en duur van de
regen per uurtijdvak afgelezen.
4. De bewerking
van de neerslaggegevens
A f b . l 1 Schema v a n een
registrerende reaenmeter
(~rijverpluviogrÜafv a n
Hellmann), (Bleeker, Leerboek der meteorologie II).
Wat doet het K.N.M.I. met de verzamelde neerslaggegevens? De behandeling daarvan valt uiteen in twee groepen nl. die van de resultaten met de gewone regenmeters
en in die van de pluviografen. Het is voor de klimatoloog
van betekenis de geografische verdeling van de neerslag
te leren kennen. Nu is de neerslag wel een van de elementen die zowel naar tijd als naar plaats de sterkste
variabiliteit vertonen. Om voor een bepaalde plaats enigszins betrouwbare gemiddelde waarden te kunnen bepalen moet men over vele jaren waarnemingen beschikken. Braak heeft in zijn publikatie over het, klimaat van
Nederland de gemiddelde maandelijkse en jaarlijkse hoeveelheden neerslag berekend over de 40-jarige periode
1891-1930, gebaseerd op de gegevens van ruim 140 stations.
Daar niet alle stations in deze periode over regelmatig
doorlopende reeksen beschikten, moesten voor deze stations de waarden door vergelijking met naburige stations worden herleid tot de gekozen standaardperiode. Op
grond van de uitkomsten zijn voor de maanden, de seizoenen en het jaar kaarten samengesteld van de gemiddelde neerslag-verdeling over ons land (afb. 12, 13, 14,
15, 16). Bezien we allereerst het jaarkaartje. Het gemiddelde over het gehele land bedraagt 705 mm. De streken
waar de meeste regen valt liggen in het Z.O.-deel van
Limburg, de strook achter de duinen van Noord- en ZuidHolland, in Utrecht en op de Veluwe. De streken met de
geringste regenval vindt men in het dal van de Maas in
Limburg, enkele gedeelten rond de Zuiderzee en in het
westelijke deel van Zeeland. De lente is in doorsnede het
droogste jaargetijde, in de zomer treft men de natste
streken overwegend in het midden en het oosten van het
land aan. In de herfst echter zijn het juist de kuststreken waar de regen het overvloedigst valt. De winter vertoont een verdeling die veel op de jaarlijkse gelijkt. De
tegenstelling tussen zomer en herfst is ongetwijfeld voor
een belangrijk deel te danken aan de ligging van ons
ons land bij de zee. I n de zomer wanneer de verwarming
van het land het sterkst is en de zee nog relatief koel,
treedt buienvorming voornamelijk boven het land op, in
de herfst daarentegen wanneer het land snel afkoelt en
het zeewater nog relatief warm blijft vormen zich de
buien boven zee die met de overheersende wind landin-
Afb. 13 Regenkaart over maart-mei
(dr. C. Braak, Het klimaat v a n
Nederland)
waarts worden gedreven. Het is ook wel zeker dat de orografie van de duinen daarbij een rol speelt. De relatieve
maxima over de Veluwe, Utrecht en het Z.O.-deelvan
Limburg hangen eveneens met het bodemreliëf samen.
Bij de beschouwing van de kaartjes dient bedacht te
worden dat zij gebaseerd zijn op de dagelijkse waarnemingen met regenmeters die op 1.50 m hoogte waren
opgesteld. Het jaarkaartje werd later gecorrigeerd voor
de invloed van de wind (afb. 17). De gemiddelde neerslag over het land bedraagt dan 745 mm (dus een gem.
correctie van +51/, % ) .
Het algemene karakter van de regenverdeling is bewaard gebleven; terwijl het algemene niveau iets is gerezen zijn de tegenstellingen iets verscherpt. Van een
correctie van de maand- en seizoengemiddelden werd destijds afgezien.
Afb. 14 R e g e n k a a r t o v e r junia u g u s t u s ( d r . C. B r a a k , H e t k l i m a a t
v a n Nederland)
'Gezien het feit dat neerslaghoeveelheden een grote
veranderlijkheid vertonen is het van belang de frekwentieverdeling van regenhoeveelheden te leren kennen. Het
initiatief daartoe werd enkele jaren geleden genomen
toen het K.N.M.I. het plan opvatte de waarnemingen der
klimatologische stations op ponskaarten te brengen. I n
1953 werd hiermede voor de oude waarnemingen der
hoofd- en termijnstations een begin gemaakt. Voorts werden van 24 regenstations met langjarige waarnemingsreeksen de dagelijkse neerslaggegevens geponst en hieruit werden geheel machinaal meerdaagse sommen samengesteld en gefrekwenteerd. 1n het afgelopen jaar zijn
de eerste regenfrekwentie boeken van Winterswijk en
Hoofddorp verschenen, en naar gehoopt wordt zullen de
volgende delen in de eerstkomende twee jaren gepubli-
Afb. 15 Regenkaart over september-november (dr. C . Braak, Het
klimaat van Nederland)
ceerd worden. Deze boeken bevatten de distributieve en
de procentuele distributieve en cumulatieve frekwentieverdelingen van k-daagse neerslagsommen voor k = 1,
2, 3, 4, 7, 10, 15, 30, 60, 90, 180, 360, 540, 720, 1080, 1800.
Tot de keuze daartoe heeft in het bijzonder de Werkgroep
Regenwaarnemingen T.N.O. bij gedragen. Voorts werd
een studie gemaakt van de wijze waardoor het K.N.M.I.
op deze frekwentieverdelingen grafisch kunnen worden
voorgesteld of in formule gebracht. Het is gebleken dat
de uitkomsten goed benaderd kunnen worden door Goodrich-verdelingen en de hogere meerdaagse sommen ook
door ~oisson-verdelingen.Van belang is te zien hoe de
constanten die in de formules optreden variëren met de
tijd van het jaar en met de waarde van k, teneinde langs
deze weg tot meer universele formules te komen. Verdere
24
Afb. 16 Gemiddelde jaarlijkse neerslag 1891-1930 (dr. C. Braak, Het
klimaat van Nederland)
studie zal moeten uitmaken of en hoe de parameters van
de frekwentieverdelingen van de ene plaats met die van
de andere plaats in relatie staan, opdat wellicht zou kunnen blijken dat met de kennis der frekwentieverdelingen
van de 24 gekozen stations kan worden volstaan en voor
een willekeurig ander station op eenvoudige wijze kan
worden geïnterpoleerd.
Een meer gedetailleerde studie van de afzonderlijke regens is alleen mogelijk door de bewerking van de pluviogrammen. Een eerste analyse werd door Braak uitgevoerd, die later door Levert werd aangevuld en uitgebreid. Het onderzoek geldt hier vooral de frekwenties van
regens van bepaalde vooraf gedefinieerde typen, wat betreft duur en intensiteit, waarbij dan in het bijzonder
de aanda.cht aan extreme waarden wordt geschonken.
A f b . 17 Gemiddelde jaarlijkse neeTslag 1891-1930,
gecorrigeerd voor
het w i n d e f f e c t (dr. C. Braak, Invloed
v a n de wind o p regennemingen)
Verwezen mag worden naar MV 34a van Braak (1930)
en MV 62 van Levert (1954). Het ligt in de bedoeling dat
binnenkort een studie zal worden gemaakt van 2 jaren
pluviograafmateriaal resp. uit een nat en uit een droog
jaar dat door de Afd. Bew. W.T.N.O. machinaal per 5minuten tijdsinterval werd uitgetrokken en op ponskaarten gebracht. Het ligt daarbij o.a. in de bedoeling iets
meer te weten te komen van de morphologie van de regenbui.
Hiermede hoop ik u, zij het ook zeer oppervlakkig, een
indruk gegeven te hebben van het vele werk dat door het
K.N.M.I. met betrekking tot de statistische bewerking
van neerslag-hoeveelheden is ondernomen. ,
5. De vorming van neerslag
Thans willen we onze aandacht richten op de fysische
omstandigheden waaronder de neerslagvorming tot stand
komt.
Wanneer waterdamphoudende lucht wordt afgekoeld
tot het dauwpunt treedt condensatie op van de waterdamp. Er vormt zich dan een zichtbare nevel of een zuolk,
bestaande uit een zeer grote verzameling van zeer fijne
druppeltjes, die een diameter van 10 à 40 micron bezitten. De valsnelheid van deze druppeltjes bedraagt niet
meer dan enkele m/sec, zodat ze nagenoeg in de atmosfeer blijven zweven. Men kan zich direct de vraag stellen
hoe het mogelijk is dat deze druppeltjes zoals de ervaring leert voor lange tijd kunnen blijven bestaan. Immers
een waterdruppeltje kan alleen in evenwicht verkeren
met de omringende waterdamp, indien de spanning van
deze waterdamp gelijk is aan de verzadigingsspanning
aan het oppervlak van het druppeltje. Nu leert de theorie
van Thomson dat de verzadigingsdruk afhankelijk is van
de kromming van het vloeistofoppervlak volgen de vergelijking
2U
1
-e- = l +
- c,
E
@,RTT ' r = + l T
waarin e de verzadigingsspanning voorstelt aan het gekromde oppervlak, E de verzadigingsspanning aan een
plat oppervlak bij de temperatuur T, o de oppervlaktespanning van water, p,,, de dichtheid van water, R, de
gasconstante voor waterdamp, T de absolute temperatuur en r de kromtestraal van de vloeistof (+ voor een
bol oppervlak, - voor een hol oppervlak). We zien dus
dat de relatieve vochtigheid van de lucht boven 100%
moet liggen
(G>
1) , de atmosfeer dus oververzadigd
moet zijn en Wel des meer naarmate de straal van een
druppeltje kleiner is, wil dit in evenwicht verkeren met
zijn omgeving. Is de omgevingdampdruk kleiner dan de
vereiste verzadigingsspanning dan zal een diffusie transport van waterdamp naar buiten plaats vinden en het
druppeltje dus verdampen.
De oplossing van de gestelde vraag wordt evenwel geleverd door de omstandigheid dat in de atmosfeer zeer
fijne stofjes, condensatie kernen genaamd, aanwezig zijn
waarop de initiaal-condensatie, kan plaats vinden. Deze
condensatiekernen zijn merendeels hygroscopische stoffen die in water oplossen. Hiermede gaat een verlaging
gepaard van de verzadigingsdruk, die de verhoging vanwege de kromming van het oppelvlak ten dele compen-
seert. Uit de fysische chemie kennen we de wet van
Raoult, die zegt dat de darnpspanningsverlaging evenredig is met de concentratie van de oplossing en zo kar,
men gemakkelijk beredeneren, dat voor een druppeltje
zal gelden:
e
- =
c
2
1- E
P
waarin C, o.m. afhangt van de massa der opgeloste stof.
Nemen we beide effecten in aanmerking dan zal dus
gelden:
uit welke betrekking men gemakkelijk kan voorspellen
wat met een druppeltje onder bepaalde omstandigheden
zal gebeuren.
De afb. (18) geldt voor een waterige NaCl-oplossing.
-eE A
8
I
I
\
\
\
\
\\
\
.'. .. oOc
..
/
-- --- __ _
,
/
/
1p=~ o - ~ m
' -ie
9 0 molair
I
I
I
I
Afb. 18 Druppelgrootte in afhankelijkheid van de oververzadigingsverhouding voor een gegeven NaCl-concentratie.
h- .
Blijkbaar zijn bij relatieve vochtigheden beneden 100%
alleen druppeltjes met de gegeven hoeveelheid opgelost
zout (10-Ismolair) bestaanbaar waarvan de straal < 0.5 p
blijft. Alleen in een oververzadigde atmosfeer met een relatieve vochtigheid die boven het maximum van de
kromme kan worden gehandhaafd is verdere aangroeiing
van het druppeltje mogelijk.
Men kan uit de theorie aantonen dat de aangroeiingssnelheid met toenemende druppelgrootte aanzienlijk afneemt zodat zij bij 40 FL ongeveer nihil wordt. Directe
metingen van druppeldiameters in wolken hebben inderdaad geleerd dat deze merendeels tussen 1 FL en 100 p
zijn gelegen met 10 à 20 p als de meest frekwente.
In de atmosfeer kan afkoeling met als gevolg condensatie van waterdamp op verschillende wijzen plaats vinden. De belangrijkste is de dynamische afkoeling door
stijgende luchtbewegingen. Daarbij voert de lucht een
adiabatische expansie uit en is een geringe oververzadiging voldoende om bij aanwezigheid van condensatiekern
tot wolkvorming te geraken. Dit brengt nog niet automatische regenvorming met zich mede; deze vereist namelijk de aanwezigheid van druppeldiameters van tenminste 200 !(. Deze kunnen verkregen worden door vereniging van kleinere druppeltjes bij botsing als gevolg van de
turbulente luchtbewegingen of doordat grotere druppeltjes kleinere invangen. Deze processen blijken in het algemeen zeer langzaam te werken en zij kunnen daarom
de regenvorming zoals die in snel opschietende stapelwolken plaats grijpt nauwelijks verklaren. Bergeron heeft
evenwel op de volgende mogelijkheid gewezen. De snel
rijzende cumuli komen vaak ver uit boven het niveau
waarop de temperatuur beneden het vriespunt is gedaald.
Het is nu gebleken dat druppeltjes boven dit O "C-niveau
zelfs tot temperaturen van -20" als onderkoelde druppeltjes kunnen blijven bestaan, ja, dat dit eerder regel
dan uitzondering is. IJskristalletjes komt men eerst op
hoogten tegen waar de temperatuur tot 5 à 10" beneden het vriespunt is gedaald (ijskiem niveau). Over de
vorming van ijskristalletjes is minder met zekerheid bekend dan over die van druppeltjes. Men neemt vrij algemeen aan dat de kristalletjes kunnen ontstaan door verdichting van waterdamp op bepaalde soorten van kernen,
de zg. sublimatiekernen. Men kent wolken die volledig
uit ijskristalletjes bestaan, bv. de cirruswolken die in de
hoogste niveaus voorkomen. Ook kent men wolken welke
alleen uit druppeltjes bestaan. Op de niveaus boven het
ijskiemniveau kunnen evenwel ook gemengde wolken
voorkomen en deze zijn voor de regenvorming van de
grootste betekenis. De evenwichtsdarnpspanning aan het
oppervlak der onderkoelde druppeltjes is bij dezelfde temperatuur nl. groter dan aan dat van ijskristalletjes. Bij
temperaturen van omstreeks -15" bereikt het verschil
een maximale waarde. Als gevolg van dit dampspanningsverschil kan een damptransport ontstaan, dat van
het druppeltje naar het ijskristalletje is gericht. Dit laatste groeite aan ten koste van het eerste. Dit proces nu,
dat naar Bergeron genoemd is, kan een onderkoelde waterwolk in ongeveer een kwartier tot half uur in een ijswolk omzetten. De ijskristalletjes groeien aan tot sneeuwvlokken die een voldoend grote valsnelheid krijgen om in
korte tijd naar beneden te zakken, daarbij onderweg nog
druppeltjes invangende. Wanneer deze agrega'ten beneden het O "C-niveau komen smelten ze en kunnen ze als
regendroppels het aardoppervlak bereiken. Deze theorie
vindt steun in de waarnemingen aan cumuluswolken
zoals die op onze breedten voorkomen. Zij is evenwel niet
in staat om onder alle omstandigheden de buienvorming
te verklaren. I n de tropen komen zware regens uit wolken voor, waarvan de toppen het O "C-niveau niet hebben
bereikt, laat staan het ijskiemniveau. Hier kunnen evenwel de invangprocessen van druppeltjes met verschillende grootten en de botsingen door turbulentie een redelijke verklaring geven omdat de verticale wolkenmassa
in de tropen doorgaans veel groter is dan op gematigde
breedten, de stijgende beweging krachtiger is en daarmede de verblijftijd van de druppeltjes in de wolk ook
groter zodat zij volop gelegenheid krijgen zodanig aan
te groeien dat zij de stijgwind kunnen overwinnen en
naar de aarde vallen.
6. Kunstmatige regenvorming
Onze kennis omtrent wolken- en regenvorming is sedert de laatste wereldoorlog 'vooral gestimuleerd door het
onderzoek naar de mogelijkheden om langs kunstmatige
weg regen te verwekken. Ongetwijfeld zult u zich herinneren hoe ongeveer 25 jaren geleden reeds in Nederland
door Veraart pogingen werden ondernomen, die evenwel
Afb. l9a Verciampifigsbak
(Foto P.W.N.-dienst der Terreinen, Bakkum)
geen overtuigend succes hebben gehad. In beginsel komt
het er op neer dat men tracht door toevoering van ijskernen het proces van Bergeron op gang te brengen. Deze
ijskernen worden bij temperaturen van -70" spontaan
gevormd in het baanspoor van korrels vast CO, die uit
een vliegtuig op het wolkendek worden gestrooid. Ook
injecteert men de wolk hetzij van boven, hetzij van de
grond af met AgJ-kernen. Deze hebben een kristal structuur die enigszins met die van ijs overeenstemt, waardoor
zij reeds bij -3 "C ijskristalletjes kunnen vormen die
zich ten koste van onderkoelde druppeltjes vergroten.
Een derde methode die werd toegepast is die waarbij
men in de wolk, die overwegend uit kleine druppeltjes
van eenzelfde grootte bestaat, druppels van voldoende
groote brengt welke een invangproces kunnen inleiden.
Hoewel het vaak zeer moeilijk is om met volledige zekerheid vast te stellen of een van de hier genoemde methoden inderdaad succes heeft gehad zijn er toch wel
zulke gevallen bekend. Aan de realiteit van kunstmatige
regenvorming behoeft daarom niet te worden getwijfeld.
7. Verdamping
Zo gemakkelijk als het is de hoeveelheid water te bepalen die op de aarde valt, zo moeilijk is het de hoeveeldamp te meten die daarvan verdwijnt. Er bestaat geen
instrument dat ons door een eenvoudige directe meting
in staat stelt de verdamping in een natuurlijk terrein
te bepalen.
Natuurlijk kent iedereen wel de verdampingsbak (afb.
19) die met water wordt gevuld en waarvan men de hoe-
Afb. 19b Verdarnpingsbak (detail meetbrug)
(Foto P.W.N.-dienst der Terreinen, Bakkum)
veelheid water bepaalt die in zekere tijd door verdamping daaruit verdwijnt. Het is echter een illusie te menen
dat hiermede ook de verdamping van een natuurlijke begroeiing is bepaald. Hoogstens geeft de verdampingsbak,
wanneer ze in een drijvend raam is opgesteld in een groter waterbassin, daarvan een benaderde waarde van de
verdamping. Voor natuurlijke terreinen kan onder gunstige omstandigheden de methode van de waterbalans
worden toegepast. De verdamping wordt dan bepaald als
sluitpost op de waterbalans van een grondblok. Deze waterbalans wordt uitgedrukt door de vergelijking:
N+AG=D+V
waarin N de neerslag, A G de vermeerdering van het bodemvocht, D de drain of afgevoerde hoeveelheid water en
V de verdamping voorstelt, alle grootheden genomen over
eenzelfde tijdvak. De moeilijkheid bij de toepassing van
deze methode schuilt vaak in een betrouwbare bepaling
van de verandering in het bodemvocht. De eenvoudige
monstertrekking is misschien nog de meest directe, maar
in de praktijk blijkt dat zij, waar enige nauwkeurigheid
van het resultaat wordt vereist omslachtig is door de
veelheid der nodige monsters. Vaak omzeilt men de moeilijkheden door een zo grote belansperiode te kiezen, dat
men A G ten opzichte van de overige gemeten grootheden kan verwaarlozen. Fysische methoden ter bepaling
van grondvocht zoals het elektrisch geleidingsvermogen
van. gipsblokjes of nylonplaatjes, het warmtegeleidingsvermogen van de grond en andere zijn nog niet algemeen
in gebruik, hetzij doordat de resultaten weinig betrouwbaar blijken, hetzij de methode buiten het laboratorium
op moeilijkheden stuit.
Van meteorologische zijde is een methode ontwildceld
die de verdamping afleidt uit het verticale waterdamptransport dat door turbulente uitwisseling aan het aardoppervlak optreedt. Langs theoretische weg kan men afleiden dat voor een oneindig groot homogeen terrein het
turbulente waterdamptransport en dus de verdamping
onder stationaire omstandigheden wordt bepaald door de
uitdrukking
waarin Q de dichtheid van lucht, k = 0,40, de constante
van von Kármán, u de gemiddelde windsnelheid, e de gemiddelde dampspanning, Z de hoogte boven het aardoppervlak en Zo de ruwheidsparameter van het terrein
voorstellen. Door meting van de dampspanning en de
windsnelheid op tenminste 2 hoogten boven elkaar kan
men hun verticale gradienten bepalen, zomede de ruwheidsparameter en daarmede tenslotte de verdamping
uitrekenen. Deze methode wordt reeds gedurende een
reeks van jaren in de Rottegatspolder naast de methode
van de waterbalans gevolgd. Daar de verdamping uur
voor uur wordt uitgerekend is het rekenwerk omvangrijk. Voor grasland werden redelijk betrouwbare resultaten verkregen. In hoogopschietende gewassen (granen
bv.) leidt de toepassing tot moeilijkheden, die alleen door
modificatie van de formules zullen kunnen worden opgelost.
Scheikunde
door drs. F. W . J . v a n Haaren
Scheikundige verschijnselen zijn bij de waterzuivering
van fundamentele betekenis. Misschien waren de pioniers
op dit gebied zich daarvan niet direct bewust; latere
generaties echter kostte het minder moeite om zich te
verzoenen met de gedachte dat die geheimzinnige scheikunde bij de op het oog zo simpele wijzen van waterzuivering een rol ZOU kunnen spelen. Nog later werd de situatie zelfs zodanig dat er systemen van waterzuivering
ontstonden die geheel op chemische en fysisch chemische
processen zijn gebaseerd. Men behoeft zich slechts te
herinneren dat het silhouet van vele grote waterbedrijven
in de V.S. zijn markante lijnen dankt aan het ,,chemica1
building" om in te zien dat hier de zuivere chemie een
allesbeheersende rol is gaan spelen.
Over deze actieve deelneming van de scheikunde aan
het proces van de drinkwaterbereiding zal echter thans
niet worden gesproken. Zij is reeds door meer bevoegde
inleiders in vroegere vakantiecursussen behandeld. Het is
veeleer de bedoeling een andere kant te belichten van de
dienende taak die de scheikunde heeft bij de bereiding
van drinkwater en wel die van de controle op de kwaliteit van het water in de ruimste zin van het woord.
Onder de tegenwoordige omstandigheden behoort de
leiding van een waterbedrijf niet alleen op de hoogte te
zijn van de kwaliteit van het afgeleverde water, al is deze
kennis uitermate belangrijk omdat daar haar eerste verantwoordelijkheid ligt ten opzichte van de gemeenschap
die door het bedrijf van een der eerste levensbenoeften
wordt voorzien. Daarnaast moet zij ook inzicht hebben
in het effect van de in het bedrijf gebruikte methoden
van waterzuivering, hetgeen een controle vereist op de
kwaliteit van de grondstof en op die van het water in de
verschillende stadia van zuivering. Tenslotte - en dat is
zeker niet de gemakkelijkst te verkrijgen informatie behoort zij op de hoogte te zijn van de kwaliteit van de
bronnen voor de grondstof die in de overzienbare toekomst in aanmerking komen om als zodanig te worden
gebruikt. Het verkrijgen van deze laatste soort van informatie is een werk van lange adem. Waar immers de ont-
wikkeling gaat in de richting van het gebruik van steeds
meer oppervlaktewater met zijn variabele samenstelling
moet het onderzoek zich over jaren uitstrekken willen
de ermede verkregen gegevens voldoende zijn om in dit
verband ook op langere termijn de geschiktheid van een
watervang te kunnen beoordelen.
Alle hierboven bedoelde informatie wordt op een daartoe ingericht laboratorium verkregen; zij wordt doorgegeven door middel van een analysestaat. Een dergelijke
staat bevat doorgaans de mogelijkheid tot vermelding
van de resultaten van wat de waterleidingchemici met
kinderlijke eenvoud een volledige analyse noemen. Dat
is een wel wat weidse omschrijving voor de geleverde
prestatie, want van de op aarde voorkomende elementen
worden er slechts enkele op aangetroffen, terwijl er ongetwijfeld een veel groter aantal in het onderzochte water
aanwezig was. Zo zal bijvoorbeeld op een analysestaat
nooit titaan worden vermeld ofschoon het vrijwel zeker in
het water voorkomt. Dit weglaten mag niet worden beschouwd als een slordigheid van de chemici. Het vindt
zijn oorzaak hierin, dat het water alleen onderzocht wordt
op die eigenschappen en op de aanwezigheid van die stoffen welke voor de kwaliteit van betekenis worden geacht.
De ervaring heeft geleerd hier de juiste selectie toe te
passen. De ervaring heeft echter tevens uitgewezen dat
er soms mede tengevolge van het chemisch onderzoek, in
dit gebied steeds nieuwe vraagstukken opduiken die om
een oplossing vragen. Het zijn onder andere deze vraagstukken waarover thans zal worden gesproken, al moet
worden toegegeven dat er ook een paar belegen problemen zullen worden behandeld, die er echter door het liggen niet beter op zijn geworden.
Achtereenvolgens zullen worden besproken het onderzoek naar: .
reuk en smaak;
kaliumpermanganaatverbruik (KMn0,-verbruik) ;
gehalte aan zuurstof;
gehalte aan radio-actieve stoffen;
gehalte aan detergente stoffen.
Reuk en Smaak
Vooropgesteld zij dat een volmaakt objectieve meting
van reuk en smaak niet mogelijk is omdat de waarneming ervan rechtstreeks met de betrokken zintuigen
moet geschieden en omdat de reacties van een mens op
de aanbieding van bepaalde reuk- en smaakstoffen, althans zeker in grote verdunning, van individu tot indi-
vidu verschillen. Dan is er nog de moeilijkheid, dat de
door een bepaalde stof veroorzaakte smaak afhankelijk
is van de concentratie van andere in de te proeven vloeistof aanwezige stoffen (1).
Vervolgens moet worden opgemerkt dat althans bij de
smaak een eigenlijk nulpunt ontbreekt. Want water dat
wij ,,smaakloos" noemen heeft nog wel degelijk een
smaak, maar die definiëren wij als fris en opwekkend en
die vinden wij goed. Zou als objectief kriterium worden
gebruikt de smaak van chemisch zuiver water dan schieten wij ons doel voorbij, want chemisch zuiver water
smaakt laf en flauw. Nadere analyse van de in de praktijk toegepaste smaakkriteria zou leren, dat deze eigenlijk
neerkomen op een oordeel, dat het best kan worden omschreven als: ,,bedrogen worden in zijn verwachting".
Men verwacht van drinkwater, dat het fris en opwekkend
smaakt; er mogen dan nuances zijn in de frisheid en de
opvekkendheid, zolang deze eigenschappen er zijn is de
totale indruk goed. Als wij zeggen dat een bepaald water
smaak heeft bedoelen wij dat er een ,,smaakjeu aan is;
het gemakkelijkst zouden wij ons er van af kunnen maken met te zeggen dat dit afwezigheid van de goede
smaak betekent. Hoe kan een chemicus nu aan de hand
vam deze wirwar van begrippen ooit tot een meting komen? Hij begint met abstractie te maken van kwalitatieve verschillen. Hij zal deze, indien mogelijk, in zijn
eindvoordeel met woorden omschrijven, maar zij onttrekken zich door hun aard aan het vastleggen in een
kwantiteit. Vervolgens zal hij de in een bepaald geval gegeven smaak trachten te elimineren door zoveel smaakloos water toe te voegen dat de oorspronkelijke smaak
juist niet meer kan worden waargenomen. De hierbij gebruikte hoeveelheid is een maat voor de intensiteit van
de gegeven smaak. Toch kan ook deze omschrijving weer
niet strikt worden genomen, want bij het verdunnen zal
het meer dan eens voorkomen dat juist tengevolge van
de verdunning de smaak van karakter verandert; aanvankelijk kan de smaak laf-grondig zijn, om na enkele
verdunningen in een bittere over te gaan. Afgesproken
is nu dat als smaakgetal zal worden aangeduid het aantal volumina smaakloos water, dat aan één volume van
het oorspronkelijke water moet worden toegevoegd om
een smaakloos eindprodukt te verkrijgen. Heeft het water
een smaakgetal van 31, dan betekent dit dat er bij de zo
juist beschreven verdunningsproef, uitgaande van bijvoorbeeld l liter te onderzoeken water, 31 liter smaakloos water zijn gebruikt. Men kan het ook zo uitdrukken
dat na vijfmaal verdunnen met een telkens gelijk volume
een smaakloos eindprodukt is verkregen (2= = 32).
Voor de reukmeting geldt een analoge redenering als
hierboven is gegeven, maar hier is de invloed van persoonlijke faktoren nog sterker. Ieder die wel eens met de
olfaktometer van Zwaardemaker heeft gewerkt zal dit
bevestigen.
Welke stoffen zijn nu verantwoordelijk voor de in water optredende smaken? In de meeste gevallen is dat niet
bekend. Een gevreesd type smaakbezwaar is de klacht
over een muffe of grondige smaak. Er is in dit verband
wel gewezen op door actinomyceten geproduceerde stoffen, maar het is geenszins zeker dat deze in het algemeen
als oorzaak mogen worden aangewezen (2) (3). Proeven
die wij hebben uitgevoerd met vloeistoffen waarin actinomyceten waren gegroeid (deze waren ons welwillend
ter beschikking gesteld door de Nederlandse Gist- en Spiritusfabriek te Delft, waarvoor wij ook hier onze dank
willen uitspreken), wezen uit dat deze vloeistoffen weliswaar een intense grondige geur hadden, maar dat reeds
na betrekkelijk geringe verdunning de typische muffe
smaak verdween. Een poging om deze stoffen te isoleren
bracht aan het licht, dat een dergelijke vloeistof een rijk
gevarieerd mengsel bevat van reuk- en smaakstoffen die,
eenmaal uit hun normaal milieu geïsoleerd, snel van
eigenschappen veranderen.
Ook chloorphenolen hebben in het opzicht *ran smaakvorming een slechte naam; hun smaak is inderdaad in
concentraties van de orde van een microgram per liter
nog duidelijk offensief (4) (4a). Daarom is een waterverontreiniging met phenol zo gevreesd, omdat na chloring hieruit de zojuist genoemde smaakstoffen ontstaan.
Over de ernstige smaakbezwaren die veroorzaakt kunnen worden door aardolieprodukten bestaat een uitgebreide literatuur (5) (6) (7) (8) en ook van detergenten
wordt wel vermeld dat zij in dit opzicht moeilijkheden
hebben veroorzaakt. Wij komen hierop straks nog terug.
Voor het onderzoek naar de identiteit van smaakstoffen zou het ideaal zijn wanneer er een universele methode bestond om smaakstoffen snel te isoleren en te
herkennen, zodat adekwate preventieve en repressieve
maatregelen zouden kunnen worden voorgesteld c.q. genomen. Een eerste benadering van dit ideaal werd gevonden in de chromatografie.Dit is een methode van onderzoek waarbij wordt gebruik gemaakt van ,adsorptie aan
een grensvlak van $en vaste phase, van een verschil in
verdeling over twee vloeistofphasen of het optreden van
meer of minder gemakkelijke ionenwisseling (9).
Om deze methode op in water aanwezige smaakstoffen
te kunnen toepassen is echter wel steeds eerst een concentratie nodig, omdat de te onderzoeken stoffen slechts
in uiterst geringe hoeveelheden in het water voorkomen.
Daartoe kan worden gebruik gemaakt van dezelfde principes als bij de chromatografie: verschil in oplosbaarheid
en adsorptie. Men zal dus trachten het te onderzoeken
water uit te schudden met organische oplosmiddelen of
wel het water te filtreren over bijvoorbeeld aktieve kool
die de smaakstoffen adsorbeert. Beide werkwijzen hebben hun bezwaren: uitschudden kost veel tijd en veel
chemicaliën. Actieve kool werkt niet alleen adsorberend
maar aan het kooloppervlak vinden ook chemische reacties plaats, onder andere oxydaties; de geadsorbeerde
stoffen moeten uit de kool geëlueerd worden en het is de
vraag of men daarbij de oorspronkelijke stoffen alle onverminderd en onveranderd terug krijgt.
Na deze concentratie zal men op het verkregen mengsel de in de organische chemie gebruikelijke analysemethodes toepassen, waarbij een eerste scheiding wordt
verkregen in groepen van zure, basische en neutrale stoffen. Deze groepen worden dan chromatografisch verder
onderzocht. Als voorbeeld van de methode zullen wij nemen de papierchromatografie, één van de vormen waarin deze analysemethode kan worden beoefend.
Dicht bij de rand van een strook speciaal filtreerpapier
brengt men een kleine hoeveelheid van de te onderzoeken stof, die dan als een klein cirkelvormig vlekje is te
zien. Dan laat men een voor de proef geschikte vloeistof
meestal een organisch oplosmiddel, gelijkmatig in de
smalle zijde van het papier trekken, beginnend aan de
zijde waar zich het genoemde vlekje bevindt. De door de
capillaire krachten in het papier voortschrijdende vloei-stof neemt de opgebrachte stoffen uit de vlek mede. De
stoffen verplaatsen zich hierbij meer of minder gemakkelijk. Wanneer n a enige tijd het papier wordt gedroogd
is de oorspronkelijke vlek in een aantal van elkaar gescheiden vlekjes uiteengevallen. Zijn de betrokken stoffen
gekleurd dan kunnen zij direct worden waargenomen;
kleurloze stoffen kunnen zichtbaar worden gemaakt bijvoorbeeld door bestraling met ultraviolet licht. Na deze
scheiding is nog een nadere identificatie noodzakelijk;
dit kan bijvoorbeeld geschieden door besproeiing met geschikte chemicaliën die met de te onderzoeken stoffen bekende kleurreacties geven. Een ander hulpmiddel ter herkenning is de bepaling van de Rf-waarde (Rf: retention
factor) ; deze is het quotiënt van de door een stof op de
papierstrook afgelegde afstand en de afstand, die het
vloeistoffront in dezelfde tijd heeft afgelegd. Hiermede
moet men echter voorzichtig zijn, want de waarde van
Rf hangt af van velerlei omstandigheden, zodat het moeilijk is reproduceerbare waarden te krijgen.
I n eerste aanleg is de chromatografie een kwalitatieve
methode, maar in principe kan zij tot een kwantitatieve
worden uitgewerkt.
Met deze methode zijn reeds interessante resultaten bereikt, bijvoorbeeld bij het onderzoek -van Rijnwater. De
laboratoria van de gemeentelijke waterbedrijven van
Amsterdam en Rotterdam houden zich met dit onderzoek
bezig, terwijl een publicatie van H o l l u t a in :,Vom Wasser" van 1955 een goede indruk geeft van wat er op dit
gebied in Duitsland is bereikt (10).
Wat de resultaten betreft valt het op dat het grootste
gedeelte van de organische stoffen werd teruggevonden
in de neutrale fractie; dit werd ook door H o l l u t a bevestigd. Voor nadere bijzonderheden zij naar de reeds
vermelde publicatie van H o l l u t a verwezen.
Tenslotte is er nog een groep van onderzoekingsmethoden waarbij gebruik wordt gemaakt van de eigenschap
dat de te onderzoeken stof licht van een bepaalde golflengte absorbeert. Wanneer het gaat om het herkennen
van moleculestructuren dan kunnen de interessantste
resultaten worden verwacht in het infrarode deel van
het spectrum. Daar liggen de frekwenties van de trillingen die de tamelijk logge gevaarten van de grote organische moleculen en atoomgroeperingen kunnen uitvoeren.
Gaan deze vibraties gepaard met een verandering in het
dipoolmoment, dan zal een elektromagnetische trilling,
die dezelfde frekwentie heeft als de vibratie van het molecule, energie aan het molecule kunnen overdragen (11).
Hiervan wordt gebruik gemaakt in de infraroodspectrografie. Deze levert twee soorten informatie, een algemene
en een bijzondere. De algemene informatie betreft de
aanwezigheid van bepaalde kenmerkende groepen. Zo
kunnen bijvoorbeeld herkend worden OH, NH, NH,, CH,
CH, en CH,. De absorptiebanden hiervoor liggen in de
omgeving van een golflengte van 3 Er (meestal aangegeven met behulp van het golfgetal: 3300 cm-'). De COgroep heeft een typische band bij 1750 cm-'. De bijzondere informatie, i.c. het eigen absorptiepatroon- van de
onderzochte moleculesoort, wordt gevonden in het zogenaamde ,,fingerprintM-gebied; het molecule zet als het
ware zijn vingerafdruk op de band van het registratieapparaat. Dit gebied ligt tussen 1350 en 650 cm-'; er
wordt ook wel een kleinere omvang opgegeven, afhankelijk van de gebruikte apparatuur.
Op het eerste gezicht lijkt dit een ideale methode, mits
, ,,l
eir
5
er maar gezorgd wordt dat de betrokken stof in zo zuiver
mogelijke toestand wordt onderzocht. Dit laatste zal bij
het onderzoek op het gebied van de waterverontreiniging
slechts bij uitzondering mogelijk zijn. Bij het werken met
mengsels moet men zeer voorzichtig zijn met de interpretatie van het spectrogram (12). Ondanks de hiergenoemde beperkingen houdt de infraroodspectroscopie nog
vele beloften in voor de toekomst.
Kaliumpermanganaatverbruik
De methode voor het bepalen van het gehalte aan organische stoffen volgens Kubel-Tiemann, waarbij gemeten wordt hoeveel KMnO, er verbruikt wordt voor de oxydatie van het organisch materiaal in een bepaald volume
water, is wel oud maar nog geenszins der dagen zat. Zij
is onmisbaar voor een snelle oriëntatie aangaande genoemd gehalte, ook al moet worden toegegeven dat zij
zeer onvolmaakt is. Er bestaan dan ook een groot aantal
variaties op deze methode. Een bekend voorschrift voor
de uitvoering van de bepaling luidt kort geformuleerd
als volgt:
Bij 100 m l water worden gevoegd 5 m l xwavelxuur 8 n
e n 10 m l KMn0,-oplossing 0,01 n. Kook gedurende 10
minuten, voeg 10 ml oxaalxuur 0,01 n toe e n titreer de
dan nog overgebleven hoeveelheid oxaalxuur m e t
KMn0,-oplossing 0,01 n.
Op vrijwel alle onderdelen van dit voorschrift zijn variaties bedacht, die alle hun voor en tegen hebben, maar
die geen van alle een definitieve verbetering hebben gegeven. Zelfs in de boezem van de betrokken normalisatiecommissie is hierover geen eenstemmigheid bereikt (13).
Het is dan ook noodzakelijk dat de gevolgde wijze van
onderzoek wordt aangegeven. Strikt genomen zijn alleen
die uitkomsten vergelijkbaar die volgens nauwkeurig gelijke werkwijzen zijn verkregen.
Enkele belangrijke factoren, die het resultaat van de
bepaling beïnvloeden, mogen hier kort worden vermeld.
Het spreekt vanzelf dat men een hogere uitkomst krijgt
naarmate men de kooktijd verlengt, al is hier geen sprake
van evenredigheid. De afgesproken tijd van 10 minuten is
een compromis. Langer koken geeft een hogere uitkomst,
maar bij weinig verontreinigd water is het verschil niet
groot.
Zeer zuiver gedestilleerd water heeft ook een zeker
KMn0,-verbruik; ook hier krijgt men bij langer koken
een hogere uitkomst. Hierbij is een autokatalytische reactie in het spel: de bij de reactie gevormde mangano-
ionen en het eveneens gevormde hydraat van MnO, versnellen de ontleding van het KMnO,. Reeds uiterst kleine
hoeveelheden organische stof zullen deze reactie in gang
zetten. Om van dit verschijnsel bij de bepaling zo weinig
mogelijk last te hebben wordt in het desbetreffende normvoorschrift vermeld dat gedestilleerd water voor deze
proef eerst moet worden bevrijd van reducerende stoffen
door het n a aanzuren met zwavelzuur en toevoegen van
een kleine overmaat KMnO, opnieuw te destilleren.
Bij matig verontreinigd water treedt dit verschijnsel
eveneens op, maar in sterkere mate. Duidelijk wordt dan
dat er twee tegengesteld werkende factoren zijn: snellere
ontleding van het K m , door meer gevormde manganoionen en MnO,.n H,O; minder snelle oxydatie van organische stof door de gedurende de reactie sterker verlaagde concentratie van het KMnO,.
Bij sterk verontreinigd water wordt het KMnO, snel gereduceerd, zodat in het grootste deel van de reactietijd
slechts een zeer geringe hoeveelheid KMnO, oxyderend
zou kunnen werken. Vandaar dat is afgesproken om zulk
water zover met gedestilleerd water te verdunnen dat aan
het einde van de kooktijd nog minstens de helft van het
toegevoegde KMnO, is overgebleven. Maar zelfs deze afspraak geeft geen garantie voor een vergelijkbare oxydatiepotentiaal, want sommige wateren reduceren het
KMnO, snel en voor een aanmerkelijk deel tot een hydraat van MnO,. ,Dit MnO, wordt bij de eindtitratie op
een ekwivalente hoeveelheid KMnO, omgerekend. Dit is
toelaatbaar om de hoeveelheid verbruikte ,,zuurstof" te
berekenen, maar niet om oxydatiepotentialen te vergelijken: het neergeslagen hydraat van MnO, is een veel minder krachtig oxydatiemiddel dan een KMn0,-oplossing.
In het licht van het bovenstaande is het begrijpelijk dat
men hogere uitkomsten krijgt naarmate men het te onderzoeken water meer met gedestilleerd water verdunt;
er moet immers worden teruggerekend op ,,permanganaatverbruik per liter". Het alternatief: toevoegen van
meer KMnO, vóór het koken geeft vanzelfsprekend ook
hogere uitkomsten; bij overmaat KMnO, krijgt men
zelfs zeer hoge waarden, want ook hier wordt de zelfontleding van het KMnO., met een hoge omrekeningsfactor
vermenigvuldigd.
Het bovenstaande is vermeld om te waarschuwen tegen een te simplistische interpretatie van uitkomsten
voor het KMn0,-verbruik, vooral bij sterk verontreinigd
water. Daar komt nog bij dat bij de oxydatie in zure
omgeving een van de produkten van de oxydatie van organische stof, mierenzuur, niet snel wordt omgezet in
,
CO, en H,O. Dit heeft men trachten te ondervangen door
de oxydatie in basisch milieu uit te voeren, maar dan
wordt een ander afbruakprodukt, oxaalzuur, niet snel
geoxydeerd.
Zou met alle bekende factoren rekening worden gehouden dan zou er wel een combinatie van optimale
proefomstandigheden kunnen worden gevonden, maar
dan zou de proef zo gecompliceerd en langdurig worden
dat zij niet meer voor routinewerk in aanmerking komt.
Vandaar de gemaakte simpele afspraak. Deze moet nog
worden aangevuld met een aanwijzing over de wijze van
verwarming: bunsenvlam, kookplaat of waterbad, want
ook deze bepaalt mede het eindresultaat. De in het buitenland wel gebruikte methode waarbij het reactiemengsel niet wordt gekookt, maar gedurende enkele uren bij
27 "C wordt bewaard of enige tijd in een kokend waterbad wordt geplaatst, laten wij hier, samen met de daarbij
optredende complicaties buiten beschouwing.
Een voor de praktijk belangrijke gevolgtrekking is deze,
dat vergelijking van uitkomsten voor het KMn0,-verbruik voor watermonsters wier herkomst naar plaats en/
of tijd verschillen, niet altijd tot een juiste conclusie
voert, zeker als het gaat om wateren met een sterk verschillende of variabele organische verontreiniging. Als
ander uiterste zou men kunnen nemen een grondwater
van constante samenstelling dat in de loop der tijden een
nauwelijks veranderend KMn0,-verbruik heeft. In een
dergelijk geval zullen zelfs kleine veranderingen in de
uitkomsten aanwijzingen kunnen geven over een wijziging van de samenstelling van het betrokken water.
Zuurstofgehalte
De bepaling van het zuurstofgehalte levert weinig
moeilijkheden op zolang het mogelijk is om een representatief monster te nemen; dan is de methode van Winkler
zeer geschikt. Zij berust op de in basische omgeving snel
verlopende reactie tussen zuurstof en een manganozout,
waarbij onoplosbare hydraten van hogere mangaanoxyden, gemakshalve voorgesteld als MnO, . n H,O, worden
gevormd. Bij deze omzetting wordt de zuurstof kwantitatief gebonden. Na aanzuren met fosforzuur wordt kaliumjodide toegevoegd en het gevormde vrije jodium met
natriumthiosulfaat 0,01 n getitreerd.
Levert de monsteimeming om een of andere reden
moeilijkheden op of wil men continu meten dan zou een
meting langs elektrische weg een goede oplossing zijn.
Het is in principe mogelijk deze uit te voeren omdat een
zuurstofatoom een elektronenvanger is; in de L-sc.hi1 van
dit atoom bevinden zich 6 elektronen, terwijl er plaats
is voor 8. Is deze L-schil geheel gevuld dan is dus de situatie in dit opzicht energetisch gunstiger; zij zal zich
dus vanzelf instellen als er maar een geschikte elektronenleverancier bij de hand is. Hiervoor wordt dan een
metaal genomen dat gemakkelijk elektronen afstaat, dat
wil dus zeggen een onedel metaal zoals zink. Wordt een
zinkelektrode in water geplaatst dan gaan zinkionen in
oplossing, waarbij telkens per geïoniseerd atoom 2 elektronen vrijkomen. Dit proces houdt spoedig op als de
elektronen niet ergens heen kunnen, want zij scheppen
door hun aanwezigheid een tegenwerkende potentiaal.
Wordt de zinkelektrode echter door een geleidende draad
met een eveneens in het te onderzoeken water geplaatste
elektrode van een edel metaal, bijvoorbeeld goud, verbonden, dan zullen de elektronen zich ook daarheen kunnen
begeven. Daar worden zij door niets verhinderd om met
een elektronenvanger, i.c. zuurstof, te reageren. De reacties die zich hierbij afspelen kunnen als volgt worden
geschreven:
1/2
+
Zn + Zn++
2e
O2 + H20 2 e -. 2 OH-
+
Zorgt men nu voor verversing van de vloeistof aan de
elektroden dan kunnen er opnieuw elektronen doorschuiven van het zink naar het goud en zo kan het spel zich
blijven herhalen zolang er maar elektronen en zuurstof
ter beschikking zijn. Maar dit betekent dat er een elektronenstroom gaat lopen van het zink naar het goud; de
sterkte van die elektrische stroom kan met een gevoelige
ampèremeter worden gemeten. Er bestaat, zoals kan worden verwacht, een zeker verband tussen het zuurstofgehalte van het water en de optredende stroomsterkte. Door
ijking kan dit verband voor een bepaald elektrodenpaar
worden vastgelegd. Door de elektroden ten opzichte van
het water te bewegen wordt een voldoende verversing
bereikt. Ook dan blijven er nog remmen bestaan op de
reactie, onder andere door de diffusie die de zuurstof
naar de goudelektrode moet voeren.
Het resultaat van de meting is afhankelijk van een
groot aantal factoren, wier invloed op het resultaat van
de meting geenszins altijd theoretisch kan worden verklaard. Voor de door verschillende auteurs toegepaste
kunstgrepen om de methode voor de praktijk bruikbaar
te maken zij naar de betreffende literatuur verwezen (14)
(15) (16) (17). Op het ogenblik worden door dr. G. v a n
H e u s d e n (Amsterdam) voor de Gemeentewaterleidingen op dit gebied onderzoekingen verricht die ook in biologisch opzicht van grote betekenis zijn.
Verontreiniging van oppervlaktewater, c.q. van grondwater met radio-actieve stoffen is een gevaar waarmede
in de naaste toekomst, maar voor sommige wateren ook
reeds nu, rekening moet worden gehouden. Hierover bestaat reeds een zeer uitgebreide literatuur. In de 5e Vakantiecursus is hierover reeds gesproken; sindsdien hebft
de atoomconferentie van Genève 1955 onze kennis op dit
gebied verrijkt (18).
De bepalingsmethode voor het gehalte van water aan
radio-actieve stoffen die hier te lande is ontwikkeld Bal
ter anderer plaatse uitvoeriger worden behandeld. Hier
kan worden volstaan met mededeling van de principes
die aan deze bepaling ten grondslag liggen.
Een radio-actieve stof zendt straling uit. Met betrekkelijk eenvoudige middelen kan met een vrij groot nuttig
effect de p-straling worden gemeten; dit geschiedt met
een Geiger-Muller-telbuis. Deze werkwijze levert ook bij
metingen aan water in principe geen moeilijkheden; in
de praktijk echter zijn er vele. Zij doen zich voor bij de
monsterneming, bij de voorbehandeling van het monster
en bij de meting op de in het gebied van wateronderzoek
wel steeds voorkomende lage stralingsniveaus.
Bij de monsterneming moet er rekening mede worden
gehouden dat de radio-actieve isotopen meestal in uiterst
kleine concentraties zullen voorkomen. Het nemen van
een watermonster in een schone glazen fles schijnt een
onaanvechtbaar juiste procedure te zijn, maar zij is het
niet. Het glas heeft namelijk adsorberende eigenschappen. De actieve plekken in dit glas zullen ook de radioactieve isotopen aantrekken en ten dele vastleggen. Om
dit effect te niet te doen kan men twee wegen volgen:
ofwel bij de monsterneming een overmaat van de te verwachten of althans daaraan verwante atoomsoorten in
niet-actieve vorm aan het water toevoegen, ofwel de fles
vullen met het te onderzoeken water, het adsorptie-evenwicht zich laten instellen, de fles leeggieten en in àezelfde fles een nieuw monster nemen. Deze laatste mèthode is bruikbaar wanneer de concentraties niet te laag
liggen, zoals bijvoorbeeld in een effluent van een atoomcentrum; zij wordt dan ook te Harwell (Engeland) toegepast bij de controle van het afvalwater. Heeft men te
maken met een rivier waarin reeds een grote verdunning
van eventueel radio-actief afvalwater heeft plaats gehad,
dan verdient de eerste methode wel de voorkeur.
De behandeling van het watermonster vóór de eigenlijke meting omvat in hoofdzaak het droogdampen. Dit
moet snel verlopen, omdat in geval van nood zo spoedig
mogelijk bekend moet zijn of de activiteit de gevaarlijkheidsgrens heeft overschreden. Terwille van de vergelijkbaarheid der resultaten wordt ook onder normale omstandigheden een zo snel mogelijke werkwijze gevolgd.
Wetenschappelijke precisie moet hier aan de snelheid
worden opgeofferd. Aanvankelijk werden moeilijkheden
ondervonden doordat het residu hygroscopisch was; deze
bezwaren konden redelijk worden ondervangen door het
af te roken met zwavelzuur, waarbij een sulfaatas werd
verkregen.
De meting bij de zeer lage stralingsniveaus waarom
het bij het wateronderzoek gaat, staat of valt met het
nauwkeurig bekend zijn van de natuurlijke achtergrondstraling en de variatie daarin. Door gebruik van een loodmantel om de G.M.-buis kan men trachten deze achtergrond zo laag mogelijk te houden, maar ook dan nog
krijgt men een waarde van rond 20 tikken per minuut.
Een aanmerkelijke verbetering kan worden verkregen
door een anti-coïncidentieteller, maar deze is zeer kostbaar en voor zover ons bekend niet kant en klaar verkrijgbaar. Zeer waarschijnlijk kan ook reeds een 'beter
resultaat worden verkregen door een tweede G.M.-buis in
de nabijheid van de eigenlijke meetbuis te plaatsen en
hieqede afzonderlijk de achtergrond te meten. Dit is
vooral van belang als er snelle variaties in de achtergrond optreden, zoals dit in het najaar van 1956 werd
geconstateerd. Deze variatie vertoonde een duidelijk dageffect: de achtergrond was normaal in de morgenuren,
maar hoger in de namiddag. Volgens persoonlijke mededelingen werd dit verschijnsel ook in België en Duitsland
geconstateerd. Wat ook de oorzaak van deze storing geweest moge zijn (waarschijnlijk hing zij samen met de
aanwezigheid in de atmosfeer van radio-actieve deeltjes
afkomstig van explosies van kernwapens), voor het wateronderzoek was zij zeer hinderlijk.
Tenslotte nog een opmerking betreffende de meest urgente vraagstukken die op dit gebied om een oplossing
vragen. Tot de gevaarlijkste radioactieve isotopen behoren Srs0en PuPa9,de eerste een B-, de tweede een astraler. Om allerlei redenen, die hier niet nader zullen
worden uiteengezet, zal het op de duurmodig zijn de concentratie van deze beide isotopen afzonderlijk te kunnen
bepalen. In verschillende centra wordt hieraan gewerkt.
In dit verband moet ook de wens worden uitgesproken
dat er binnen afzienbare tijd een voor dit doel geschikte
en niet te dure U-tellerop de markt verschijnt.
Wij moeten het bij deze korte beschouwingen laten;
de wetenschappelijke grondslagen van de radio-activiteitsmetingen worden ontleend aan zulk een uitgebreid
gebied van natuurwetenschappelijk onderzoek, dat het
ver boven ons vermogen ligt om er, zeker in kort bestek,
verder op in te gaan.
Detergente stoffen
Het waterbedrijf van Wheeling (W.va), V.S.,was in
het najaar van 1953 in een verre van benijdenswaardige
positie (19) (20). Het aan de rivier Ohio onttrokken ruwe
water bevatte 1 tot 8 mg/l aan detergente stoffen; de
. rivier was benedenstrooms van een stuw met een 50 cm
dikke laag schuim bedekt. Dit was een extreem geval, dat
aanleiding gaf tot enorme smaakbezwaren, gestoorde
coagulatie en ,,zwart water" in het leidingnet. Maar ook
in kleinere concentraties kunnen detergenten moeilijkheden opleveren. In Groot-Brittannië is kort geleden hierover een rapport verschenen, uitgebracht door een commissie die door het Ministry of Housing and Local Government met een onderzoek naar deze bezwaren was
belast (21). In hetgeen volgt zijn enkele gegevens uit dit
rapport verwerkt.
In fysisch opzicht behoren de detergenten tot de oppervlakte-actieve stoffen; zij verlagen de oppervlaktespanning van het water waarin zij worden opgelost, waardoor dit mengsel een beter bevochtigende en daardoor
beter wassende werking verkrijgt.
In chemisch opzicht kunnen zij in drie groepen worden
onderverdeeld, en wel in:
a. anionactieve detergenten;
b. kationactieve detergenten;
c. niet-ioniserende detergenten.
Van deze drie groepen is de eerste verreweg het belangrijkst; deze omvat in Groot-Brittannië 95 % van het totale verbruik. Wij zullen ons bij de bespreking tot deze
beperken.
Tot het type a. behoren ook de zepen; de bekendste
synthetische detergenten in deze groep zijn de alkylarylsulfonaten en de alkylsulfaten. Van deze laatste twee
wordt hiernaast een schematische structuurformule gegeven.
alkylarylsulfonaat
alkylsulfaat
Hierin stelt R een lange, eventueel vertakte koolwaterstofketen voor, met 9 tot 15 koolstofatomen. Modellen van de anionen van enkele detergenten zijn mij welwillend ter beschikking gesteld door prof. dr. E. H av i ng a te Leiden; wij willen ook te dezer plaatse hiervoor
onze dank uitspreken. Foto's van deze modellen zijn weergegeven in de afb. 1, 2 en 3.
Deze stoffen zijn in hun moleculebouw gekenmerkt
door een uitgesproken tweeslachtig karakter. Aan de ene
kant van het molecule bevindt zich een grote hydrofobe
(,,watervrezende") groep die koolwaterstofachtig gebouwd is; aan de andere kant zit een uitgesproken hy-
Afb. 1 Anion van een normale zeep
Afb. 2 Anion van nlleylsulfan+
Af b. 3 Anion van alkylarylsulfonaat
47
drofiele (,,waterminnende") groep die een ionogeen karakter heeft. Deze chemische bouw bepaalt mede hun
fysische eigenschappen. Dank zij hun peripheer geplaatste hydrofiele groep zullen zij in grensvlakken, waar water een van de begrenzende fasen vormt, zich zo oriënteren dat de hydrofiele groep naar het water is gekeerd,
terwijl de hydrofobe groep naar de andere fase is gericht. Hierop berust hun bevochtigende werking. Vetdeeltjes bijvoorbeeld zullen door detergenten worden geemulgeerd omdat de reeds genoemde hydrofobe groep
aan het vet gaat zitten; de hydrofiele groep steekt naar
buiten, waardoor het deeltje door een elektrische dubbellaag tegen uitvlokking wordt beschermd. Dit verschijnsel
heeft een ongunstig effect zowel op coagulatie als op filtratie, maar het begint pas duidelijk op te treden bij grotere concentraties. Volgens eerder genoemd rapport zou
deze grens liggen bij een concentratie van rond 1 mg/l,
maar hierbij moet worden bedacht dat bedoeld effect nog
van vele andere factoren afhankelijk is, o.a. van de pH.
De hierboven genoemde moeilijkheden zouden niet of
in veel mindere mate optreden wanneer sommige detergenten niet bepaalde chemische eigenschappen hadden
die er de oorzaak van zijn dat zij in betrekkelijk grote
hoeveelheden in rivierwater kunnen voorkomen. Het is
namelijk gebleken dat althans sommige detergenten niet
of slechts zeer langzaam biologisch kunnen worden afgebroken en dat zij zelf storend werken bij de biologische
oxydatie die in rioolwaterzuiveringsinrichtingen wordt
toegepast (22) t/m (27). Dit verklaart waarom bij de
zuiveringsprocessen slechts rond 50 'j%van de in het ruwe
rioolwater aanwezige detergenten wordt verwijderd, in
hoofdzaak nog door adsorptie, en waarom het effect van
de bij de waterzuivering toegepaste processen niet veel
beter is. Het meeste effect heeft in dit opzicht nog de
langzame zandfiltratie, waarbij een verlaging van maximaal 50% optreedt. Wordt uitgegaan van ruw water dat
0,2 tot 0,4 mg/l aan detergenten bevat, dan heeft na
snelle en langzame zandfiltratie het reine water een gehalte van 0,l tot 0,2 mg/l (Metropolitan Water Board,
jaargemiddelden voor 1954).
Er is geen sprake van dat detergenten in deze concentratie op zichzelf genomen smaakbezwaren opleveren; dit
geschiedt eerst bij 4 mg/l en hoger. Maar wel moet men
zich afvragen of het regelmatig gebruik van drinkwater
met enkele tiende milligrammen per liter aan detergente
stoffen op de duur niet schadelijk is voor de gezondheid.
Om hiervoor een uitspraak te kunnen doen moest in
ieder geval beschikt worden over een analysemethode die
ook in deze lage concentraties betrouwbare resultaten
geeft (25). Op verzoek van de reeds genoemde commissie is toen door het Department of the Government Chemist de in 1953 door De g e n s e.a. gepubliceerde methode aan een revisie onderworpen (28). De verbeterde
methode is gepubliceerd door L o n g w e l l en M a n i e c e
(29) (30). Wij hebben beide methoden gebruikt voor het
onderzoek van Lekwater op detergenten. Het is gebleken
dat ook de verbeterde methode nog gevoelig is voor persoonlijke fouten; toch kon wel worden vastgesteld dat
in het Lekwater de concentratie aan detergenten van
dezelfde orde van grootte was als iki de Thames. Het onderzoek; dat ook door andere laboratoria van de in de
Rijncommissie samenwerkende waterbedrijven wordt verricht, zal worden voortgezet in het bijzonder om na te
gaan hoe de persoonlijke fouten kunnen worden geëlimineerd.
Blijft nog de vraag waarom sommige detergenten wel
gemakkelijk biologisch worden verwerkt en andere riiet.
Dit verschil hangt samen met de moleculestructuur. De
eerste onderzoekingen dienaangaande brachten aan het
licht, dat alkylsulfaten gemakkelijk worden afgebroken,
alkylarylsulfonaten niet; omdat laatstgenoemde het
meest worden gebruikt was het totale effect van de rioolwaterzuivering in dit opzicht dus slechts gering (26).
Nader onderzoek leerde echter dat het niet juist was de
alkylarylsulfonaten in het algemeen te veroordelen, maar
dat het veeleer zo was dat iedere moleculesoort afzonderlijk op zijn verwerkbaarheid moest worden beoordeeld.
Dit onderzoek is, zover ons bekend, nog niet afgesloten.
Er is echter geen reden om aan te nemen dat niet binnen
een redelijke termijn een of meer stoffen zouden kunnen
worden gevonden die voldoen aan alle te stellen voorwaarden: economisch aantrekkelijk voor de producent,
acceptabel voor de huisvrouw en gemakkelijk verwerkbaar in een rioolwaterzuiveringsinrichting van normale
capaciteit. Dit is een kwestie van vertrouwen in het
speurwerk der chemici. In ons land wordt hun dit vertrouwen door vele instanties, ook op het gebied van onderzoek dat ons thans bezig houdt, in ruime mate geschonken. Speurwerk, mits met fantasie, hoop en volharding uitgevoerd, heeft vroeg of laat resultaat. Geld
aan speurwerk besteed is ongetwijfeld een risicodragende
investering, maar deze kunnen wij ook op het gebied van
het wateronderzoek niet missen.
Literatuur.
1. F. R o e l s, Handboek der Psychologie. Utrecht-Nijmegen
1934, Deel, 218, 226.
'
2. Metropolitan Water Board, 36 t h Report on the results of the
bacteriological, chemica1 and biologica1 examination of London waters for the years 1953-1954. London, z.j.
3. J. K. G. S i l v e y, Water and Water Eng. 58, 376 (1954).
4. K. V i e h l , G.W.F. 96, 105 (1955).
4a.F. M e i n c k en A. S p a l t e n s t e i n , Ges. Ing. 68, 7 (1947).
5. F. W u r t z, G.W.F. 96, 461 (1955).
6 W. Z i m m e r m a n n, Stadtehygiëne 10, 216 (1955).
7. C. C. R u c h h o f t, Ind. Eng. Chem. 46, 284 (1954).
8. K. F r i c k e, Ges. Ing. 74, 395 (1953).
9. H. H. S t r a i n, Chromatographic Adsorption Analysis, New
York, N.Y. 1945.
10. J. H o l l u t a en J. T a l s k y, Vom Wasser XXII, 212 (1955).
Zie ook G.W.F. 96, 449 (1955).
11. B. B a k , Elementary introduction to molecular spectra. Amsterdam 1954.
12. F. N. H o o g e, Chem. Weekblad 52, 850 (1956).
13. H.C.N.N., Ontwerp Methodes voor het Physisch en Chemisch
Onderzoek van Drinkwater, V 1056. Delft 1951.
14. F. T ö d t en H. G. T o d t, Vom Wasser XX,72 (1953).
15. F. T ö d t e.a., Ges. Ing. 75, 225 (1954).
16. W. O h l e, Vom Wasser XIX, 99 (1952).
17. F. T ö d t en G. P e s c h, Ges. Ing. 76, 104 (1955).
18. International Conference on the Peaceful Uses of Atomic
Energy, Genève 1955.
Waterverontreiniging: o.a. Papers nr 12, 86, 278, 280, 283, 310,
311, 312, 398, 415, 418, 419, 420, 552, 553, 554, 564, 565, 569, 848.
Volksgezondheid: o.a. Papers n r 79, 234, 235, 238, 245, 247, 449,
451, 478, 778, 939.
19. A. R. T o d d, The American City, March 1954, p. 88.
20. A. R. T o d d , J.A.W.W.A. 47; 218 (1955).
21. Report of the Committee on Synthetic Detergents, London,
H.M.S.O. 1956.
22. B. D i e t e r i c h , G.W.F. 96, 391 (1955).
23. Task Group Report. Characteristics and Effects of Synthetic
Detergents. J.A.W.W.A. 46, 751 (1954).
24. J. C. V a u g h n e.a., J.A.W.W.A. 48, 30 (1956).
25. F. J. C o u g h l i n , J.A.W.W.A. 48, 70 (1956).
26. R. H. B o g a n en C. N. S a w y e r , Sew. Ind. Wastes 26, 1069
(1954); 27, 917 (1955).
27. F. S i e r p en H. T h i e l e, Vom Wasser XXI, 197 (1954).
28. P. N. D e g e n s e.a., J. Appl. Chem. 3, 54 (1953).
29. J. L o n g w e l 1 en W. D. M a n i e c e, Analyst 80, 167 (1955).
30. A. A. R o s e n e.a., J.A.W.W.A. 48, 1321 (1956).
door prof. dr. Jan Smit
De waterleidingtechnicus heeft vaak de neiging om
van de methodiek der bacteriologie meer te vragen dan
zij geven kan. Hij wehst de bacteriologische deugdelijkheid van zijn produkt te schatten zonder daarbij de al
of niet-gevaarlijkheid van de aanwezige bacteriën in het
geding te brengen; hij wenst hun aantal zo nauwkeurig
mogelijk te kennen door gebruik van één enkele voor alle
soorten drinkwater geldende standaardvoedingsbodem,
die liefst alle ongewenste bacteriën binnen een zo kort
mogelijke tijd tot kolonievorming moet brengen (immers
dit aantal moet de grondslag vormen voor zijn oordeel),
terwijl de volledig onschadelijke soorten liefst maar niet
moeten groeien, omdat hij hun geen hygiënische betekenis wil toekennen. Hij verlangt van de bacterioloog
een snelle en onfeilbare kwantitatieve methode om die
vertegenwoordigers van de coligroep te tellen, die de indicatie vormen ener faecale besmetting, waaraan het begrip van gevaar voor de verbruiker verbonden is. Hij wil
ook weten wat andere ,,coliachtigen" (zg. ,,coliforms")
in het waterbeduiden en hoe hij hun aanwezigheid in
zijn beoordeling moet plaatsen. Verder beseft hij, dat niet
alle streptococcen gelijk zijn en wil dus weten ,,which
is which" en op welke voedingsbodem de hygiënisch belangrijke soort (en), liefst met uitsluiting van andere te
kweken is (zijn).
Dit zijn nog niet alle vragen die hij stelt, maar de genoemde zullen voldoende zijn om te beseffen, dat ze de
bacterioloog danig in moeilijkheden kunnen brengen en
dat een afdoende antwoord niet altijd te geven zal zijn.
Ook de in 1949 door de N.V. Keuringsinstituut voor
Waterleidingartikelen (KIWA) ingestelde Commissie, die
de opdracht kreeg, het onderzoek in de verschillende waterleidingen en onderzoekslaboratoria te coördineren
(hier aangeduid als Normencommissie) heeft deze moeilijkheden begrepen en heeft daarom afgezien van het
stellen van minimum-eisen, maar heeft zich beperkt tot
het stellen van Normen, waaraan goed drinkwater in het
algemeen moet voldoen en die ook bereikbaar zijn. Een
belangrijke afwijking ten ongunste behoeft nog niet
dadelijk tot het afkeuren van het water te leiden, maar
suggereert toch een fout, die zo spoedig mogelijk moet
worden verholpen. Anderzijds staat het ieder vrij, voor
de eigen waterleiding strengere eisen te stellen.
Vooral het coli-onderzoek geeft aanleiding tot moeilijkheden en meningsverschillen. Schrijver dezes heeft reeds
verscheidene malen geconstateei-d dat velen in binnenen buitenland de neiging hebben, ook aan met moeite opgekweekte en in enkele eigenschappen van het standaardtype afwijkende colibacteriën een indicatie voor gevaar toe te kennen, vergetende dat deze bacteriën door
hun verblijf in zuiver water sommige eigensqhappen plegen te verliezen, maar daarmede ophouden indicatoren
voor de aanwezigheid van gevaarlijke bacteriën te zijn,
omdat de laatste alreeds vóór die tijd afgestorven zijn.
De Normencommissie huldigt dit standpunt eveneens,
door de proef van Eijkman in haar oorspronkelijke betekenis als gistingsproef te herstellen en dus bij een positieve uitslag geen bevestigende proef op B. coli voor te
schrijven. Eijkman heeft immers uitdrukkelijk het verschil tussen ondeugdelijk en deugdelijk water verbonden
met een al of niet optredende gisting in glucose-peptonoplossing bij 45 "C, zonder te vragen naar de aard der
gistingverwekkende microben. Er is aan deze proef in
de loop der jaren veel gedokterd en veel kritiek besteed.
De Amerikaanse onderzoekers hebben haar in grote meerderheid verworpen; in Engeland heeft men de neiging,
de temperatuur te hoog te beschouwen en haar te verlagen tot 44", onder het motto, dat kennelijk vervuild
water bij deze temperatuur wel een gisting vertoont, die
bij 45" uitblijft. Zelfs wordt de mening vernomen dat
verlaging tot 42" voordeel zou geven, omdat dan nog
meer positieve uitslagen verkregen zouden worden. Het
zal echter duidelijk zijn dat men daarmee Eijkman's
denkbeeld geweld aandoet. Zijn doel was immers niet, zoveel mogelijk colibacteriën aan te tonen, maar uit hun
veelheid die kleine groep naar voren te brengen, die hij
als aanwijzers ener recente faecale infectie had leren kennen en die zich van vele anderen onderscheidt door een
vergisting van glucose bij 45 "C.
Men moet hierbij beseffen dat deze temperatuur ongeveer aan de bovenste grens van het uithoudingsvermogen dezer bacterie ligt. Wel heeft Eijkman in zijn eerpublikatie 46" als broedtemperatuur aangewezen, maar
later heeft ook hij ingezien dat dit te hoog was. De onvermijdelijke fluctuatie in de temperatuur der broedstoven maakt het nl. waarschijnlijk dat bij een gemid-
delde temperatuur van 46" er ook periodes zullen voorkomen waarin ze nog een fractie van een graad hoger
is en dat geeft tot teveel negatieve resultaten aanleiding.
De Norrnencommissie heeft zich nu verenigd met de
zienswijze, dat de temperatuur tussen 44-45 "C maet worden gehouden, waarbij een, ook tijdelijke, stijging boven
45 " als ,,ongeoorloofd" wordt bestempeld.
Men heeft zich verder de vraag gesteld of het aanbeveling zou verdienen,. het te onderzoeken monster en de
toegevoegde voedingsvloeistof snel tot 45" te verwarmen
en dan in de lucht- of waterstoof te plaatsen. Recent onderzoek heeft echter uitgewezen, dat daarmee te hoge
eisen aan de bacteriën worden gesteld: de plotselinge
overgang naar de hoge temperatuur verdragen zij slecht,
maar zij eisen een korte tijd van aanpassing, waaraari
redelijk goed voldaan wordt als men de gevulde flesjes
zonder voorverwarming in de stoof zet. De inhoud passeert dan de temperatuur-reeks tot 45" snel genoeg om
geen last te hebben van gisting, die men eigenlijk aan
een verblijf bij lagere temperatuur zou moeten toeschrijven: de gisting zet door of begint ook na het ogenblik
waarop de 45" is bereikt.
Op deze gronden ziet de Commissie in de proef van
Eijkman een scherp reagens op de aanwezigheid van een
ongewenste en mogelijk gevaarlijke besmetting. Is de
proef, ook met relatief grote hoeveelheden water negatief, dan mag men acuut gevaar voor de verbruiker afwezig achten, ook al zou men erin slagen, uit een dergelijk monster bij lagere temperatuur en een betere voedingsvloeistof toch nog colibacteriën te kweken. In het
bijzonder verwerpelijk lijkt mij de vaak toegepaste werkwijze, volgens welke bij lage temperatuur colibacteriën
uit het water worden geïsoleerd en de zo verkregen reinculturen aan een proef bij 44 of 45O worden onderworpen. Men vergeet daarbij geheel dat door deze ,,sanatorium-behandeling" (het reinkweken bij lage temperatuur
en in de meest gunstige voedingsbodem) een ,,hersteln
van de in het water aanwezige verzwakte bacteriën kan
worden verkregen, zodat ze hun vermogen tot suikervergisting bij de hoge temperatuur kunnen terugkrijgen.
Zou men op grond hiervan het water veroordelen dan
zou men de grote fout maken, de ,,opgekweekte9' colibacteriën als indicatoren van gevaarlijkheid aan te zien,
wat ze zonder twijfel niet zijn.
Nog een ander inzicht is door de Commissie aanvaard
en wel, dat het wenselijk is, de eventuele aanwezigheid
van vertegenwoordigers der coligroep door de gistings-
proef bij 37 "C vast te stellen. Niet dat deze, naast een
negatieve proef van Eijkman, veel betekenis zouden hebben als indicatoren voor gevaarlijkheid, maar men mag
er wel een aanwijzing in zien van een bedrijfsfout, die
moet worden verholpen. De term ,,vertegenwoordigers der
colig-roep" sluit zich min of meer aan bij wat hier en
elders als ,,coli-achtigen" of ,,coliforms" wordt aangeduid: facultatief anaerobe, Gram-negatieve, staafbacteriën zonder sporen, die lactose onder zuur- en gasvorming
vergisten. Dat dan glucose op dezelfde wijze wordt aangetast neemt men daarbij stilzwijgend aan. De Normencommissie heeft daarbij alleen willen uitspreken dat
zulke bacteriën in goed drinkwater niet thuisbehoren. De
waterleidingstechnicus moet zelf maar zijn gevolgtrekking maken. Het is bekend dat uit het zoeken naar ,,coliforms" vóoral in het buitenland een ware coli-jacht is
ontstaan, waarbij men naar steeds betere kweekvloeistoffen zoekt, maar geen rekening houdt met de toestand waarin zich de bacteriën in het water bevinden.
Een poging om de zo geïsoleerde culturen op grond van
hun eigenschappen het stempel: faecale of niet-faecale
coli te geven, mag men nauwelijks geslaagd rekenen en
ook de Amerikaanse Standard Methods (ge druk 1947,
p. 207) stelt vast, dat de beoordeling van een drinkwatermonster op grond van deze onderscheiding der colibacteriën onverantwoord is.
Dikwijls heeft zich de vraag voorgedaan of ook nog
enige betekenis moet worden gehecht aan de aanwezigheid van coli-achtige bacteriën, die de lactose niet meer
kunnen vergisten. Men weet dat ze in kleine hoeveelheid in de zoogdierdarm voorkomen en de vraag is dus
niet zinloos. Maar hun aanwezigheid in hygiënisch verdacht water is toch niet denkbaar zonder de tegelijktijdige tegenwoordigheid van vollediger toegeruste colisoorten, die dan de lactose wel zouden hebben vergist.
Mochten de lactose-negatieve soorten inderdaad de enig
overgeblevenen zijn dan mag men hun aanwezigheid niet
meer als een indicatie van enig gevaar zien: het mag
wel uitgesloten geacht worden dat men in dat geval met
een of andere ongewenste Salmonella-soort te maken zou
hebben.
Ook aan de kwantitatieve zijde van het onderzoek kleven nog moeilijkheden. In wezen is de keuze van een
kwantitatieve norm, bv. die van het aantal bij 20-22"
kweekbare bacteriën in gelatine, volkomen willekeurig:
niemand kan met zekerheid bewijzen dat en waarom een
water met 150 kiemen wel verdacht moet worden be-
schouwd en met 50 kiemen niet. Hetzelfde geldt natuurlijk voor de hoeveelheid water waarin men bij voorkeur B.coli afwezig wil zien. Maar de gegeven getallen zijn eer-Z
te lande door dr. W. Kauffmann beproefd en veelbe-
*
- :-.asgenomen, vervalt weliswaar in de glutaminezuurvloeistof,
maar dat is in zekere zin een voordeel omdat de gevallen
-ez&van gisting zonder kleuromslag of kleuromslag zonder
"
gisting, tot twijfel en verschillende opvattingen aanlei-.e ding geven, die hier vermeden worden.
, p 2 L ~ - ~De membraanfilter-methode is in principe een ideale
+:%werkwijze: men kan voor de praktijk zeer grote volumina
_-;?&i
water (mits de hoeveelheid zwevende stof zo klein is dat
= y h e t filter niet verstopt) onder een geringe onderdruk
door het geprepareerde membraan zuigen, waarna de
' K.-:achtergebleven-kiemen gelegenheid krijgen zich tot kolo-'niën te ontwikkelen, waarvan het aantal geteld kan worIzden. Deze ontwikkeling wordt mogelijk als het filter op
=
.-
=
L
:
l
-
-':'g
,c
e .
.
-
2
.
:
c -2
e!=
1 =
- -
4-
r&: G
3
-M
--F * =.'a-
55
e
=
'-
-
een vaste voedingsbodem van geschikte samenstelling
wordt gelegd en daarna, beschut tegen uitdroging, enige
tijd wordt bebroed. De methode, toepassing van de vanouds bekende ultrafilter op de bepaling van bacteriën in
water, dateert van ongeveer 1943 (Schutz en Kruse, 1943)
maar is later voornamelijk in Duitsland (Membranfilter
Gesellsch. in Göttingen) en Amerika (dr. Goetz aan het
Califorina Institute of Technology te Pasadena) verder
ontwikkeld tot een zeer bruikbare en dan ook in tosnemende mate toegepaste methode. Vooral het coli-onderzoek en in veel mindere mate dat naar pathogenen heeft
er voordeel van. Voor het tellen'van het aantal colibacteriën in een watermonster lag het min of meer voor de
hand, het filter, n a doorzuigen van het water, op een
Endoplaat over te brengen, in de Verwachting, dat de
in het filter diffunderende bestanddelen een ontwikkeling van de bekende rode colikoloniën zouden veroorzaken. In grote trekken is aan die verwachting wel voldaan, maar toch bleven enige wensen onvervuld, omdat
vaak de ontwikkeling der koloniën onvoldoende is, of
de kleur niet sprekend genoeg. Om deze te bevorderen
willen sommigen een dubbele behandeling toepassen,
waarbij het filter eerst 1of 2 uur op een rijkere voedingsbodem te land komt, waardoor de aanwezige bacteriën
in hun logarithmische groeifase komen, zodat n a verplaatsing van het filter naar de Endoplaat de kolonievorming beter en sneller geschiedt. Later (Gwtz 1952)
heeft men de beide voedingsmedia in één, dubbel filter
verenigd, zodat de verplaatsing niet meer nodig is.
Mep zal van mij de opmerking verwachten, dat deze
werkwijze weer geen rekening houdt met de toestand
waarin de colibacteriën zich in het te onderzoeken water
bevinden: zij die een extra voeding nodig hebben vóór ze
zich op de Endoplaat behoorlijk ontwikkelen, zijn weer
de verzwakte bacteriën, in welke men niet meer de indicatoren van een gevaarlijke vervuiling kan zien. Het gebruik van eosinemethyleenblauw platen in plaats van
Endoplaten verandert daaraan weinig: mocht de meerderheid der koloniën het type van Aerob. aerogenes hebben, dan betekent dit iets anders dan wanneer B.coli de
meerderheid uitmaakt, maar men wint maar weinig voor
een oordeel over het water zelf. Het heeft ook in de literatuur niet aan kritiek ontbroken. Een van de bezwaren
is, dat op de Endoplaat oolr nog andere bacteriën kunnen
groeien (,,background growth") , die de ontwikkeling en
het 'tellen der colikoloniën kunnen bemoeilijken. Dit is
vooral het geval indien een voorcultuur op een andere
men desgewenst nog eens Str. faecalis door enige andere
eigenschappen, bv. de telluriet-resistentie, die tegen 6,5%
NaCl en een pH van 9,6 benevens de groei van 45 "C, nader definiëren kan. Voor het routine onderzoek heeft de
Normen-commissie de zwarte kleur der koloniën op tellunet-agar voldoende geoordeeld.
Wat de hygiënische betekenis dezer streptococcen betreft bedenke men, dat zij tot de in de meeste watersoor57
%
ten vrij snel afstervende bacteriën behoren, zoals reeds in
1930 door dr. L. H. Louwe Kooymans gevonden werd.
Vindt men dus ontwijfelbare Str. faecalis in een waterbron, dan valt daarop de verdenking, dat de natuurlijke
reinigingsprocessen nog niet zijn afgelopen en dat men
dus het water niet als volledig betrouwbaar mag aanzien. Meestal zal het daarnaast uitgevoerde coli-onderzoek deze mening wel bevestigen, maar het schijnt een
enkele maal voor te komen, dat colivrij water toch streptococcen bevat. Of dit werkelijk Str. faecalis was is mij
niet bekend. Afwezigheid van deze bacterie, hoewel in
het algemeen een gunstig teken, kan, gezien hun korte
overlevingsduur, zonder nadere bevestiging door het colionderzoek, niet als afdoende voor de goedkeuring van
het water gelden.
Zolang nog geen internationaal aanvaarde n o m e n gelden is het niet verwonderlijk dat in verschillende landen
de klemtoon verschillend wordt gelegd. Ik noemde reeds
de Engelse opvatting, die aan de proef op Cl. welchii
grote waarde hecht, terwijl de Amerikaanse het onderzoek op streptococcen volkomen negeert en in Nederland
aan de proef van Eijkman groter gewicht gehecht wordt
dan elders. Maar overigens vindt men de nationale verschillen hoofdzakelijk terug in de samenstelling van de
gebruikte voedingsbodems. Terwijl in de angelsaksische
landen en in Nederland de vloeistof volgens MacConkey
grote voorkeur geniet en de glutarninezuurvoedingsbodem nog nergens behalve hier wortel geschoten heeft,
gaat Franse voorkeur voor het coli-onderzoek meer uit
naar phenolhoudende vloeistoffen, waarin de vorming
van indo1 de uitkomst van de proef bepaalt. In Duitsland
zoekt men de remming van andere dan colibacteriën te
verkrijgen door toevoeging van bacteriostatische kleurstoffen. In Amerika heeft de zg. Tergitol-7-agar enige
voorstanders verworven (Chapman 1947), omdat daarop
remming van grampositieve bacteriën en gramnegatieve
sporevormers wordt verkregen. Voorlopige proeven te Rotterdam genomen, ook onder toevoeging van triphenyltetrazoliurnchloride (T.T.C.) waren niet zeer overtuigend.
Een overzicht over de eisen of normen waaraan in verschillende landen goed drinkwater moet voldoen toont
een verschillend beeld al naar men te maken heeft met
een centrale voorziening van enige omvang, waar in vele
gevallen desinfectie met chloor plaats heeft, of dat men
een oordeel moet vellen over de voorziening van een
kleine gemeenschap (boerderij), waar men van centrale
voorziening is verstoken. Terwijl men in het eerste geval
geneigd is, de strengste eis nauwelijks voldoende te vinden, laat men zich in het tweede voornamelijk leiden
door het hygiënische onderzoek der omgeving en bij het
bacteriologische onderzoek gelden zeker niet de normen,
waarvan men in het eerste niet wil afwijken. Maar hoever men gaan wil en welke eigenschappen van het water
men nog aanvaarden kan laat zich niet voor alle gevallen
vastleggen en de gekozen standaard draagt dus alle
eigenschappen van willekeur.
Zo stellen de Engelse voorschriften (1939) de wenselijkheid vast dat niet meer dan 10-25 colibacteriën per
100 ml aanwezig zullen zijn. De Nederlandse Normen
voorzien hierin niet en stellen slechts de verschillende
waarden vast van wat men onder ,,betrouwbaar drinkwater" heeft te verstaan, zonder daarmee te zeggen dat
elk water met lagere waarden als gevaarlijk behoeft te
worden bestempeld. Ze laten dus aan de beoordelaar een
grote vrijheid, die door hen niet zelden weinig wordt gewaardeerd.
Onlangs is een rapport verschenen van een Europese
Studiegroep uit de World Health Organisation, bevattende Standards of Drinking Water Quality (Palais des
Nations te Genève), waarin o.m. bacteriologische onderzoekmethoden worden beschreven en voor ,,Public Supplies of Drinkingswater" aanbevelingen worden gegeven
aangaande de gewenste bacteriologische toestand. Voor
het coli-onderzoek geldt maar één eis: in niet meer dan
5% van de gedurende een jaar onderzochte monsters van
100 ml mogen een of enkele ,,coliform organisms" voorkomen. De methodiek sluit zich vrijwel geheel aan bij
die van de Amerikaanse Standard Methods en de voorschriften van het Engelse Ministry of Health. Van de
beide andere als indicatoren gebruikte bacteriën, Str.
faecalis en Cl. Welchii, wordt niet anders gezegd dan dat
hun vondst een belangrijke bevestiging kan zijn voor de
uitkomst van het coli-onderzoek.
Vóór de vaststelling van dit rapport zijn wel enige bedenkingen teberde gebracht door het Nederlandse lid,
drs. J. H. Boorsma, maar men vindt daarvan maar weinig terug in het rapport, dat ik dan ook niet zeer bevredigend kan vinden.
Intussen is een nieuwe uitgave verschenen van de EngeBe voorschriften (London. Her Majesty's Stationery
Office, 1956), waarin met veel verkregen ervaring is rekening gehouden. Men vindt o.a. een korte vermelding
.van de glutaminezuur-methode en het gebruik van membraanfilters maar in principe zijn methodiek en be-
oordeling niet veranderd. Ofschoon het aantonen
van Str. faecalis vrij uitvoerig wordt beschreven
vindt men daarnaast een zinnetje als (blz. 34) ,,het
zoeken naar faecale streptococcen in water wordt niet
aanbevolen als een routine-bepaling", dat de Nederlandse
o~derzoekerzonderling aandoet.
Ook in Frankrijk zijn ,,Instructions générales relatives
aux eaux d'alimentation" opgesteld (Journ. Off. de la
Républ. francaise, des. 1954)) waarin men i.z. het colionderzoek slechts vermeld vindt dat elk drinkwater dat
1 i$.coU of meer pek 50 ml bevat als ,,impropreHmoet
worden beschouwd. Het zoeken naar streptococcen en
Cl. Welchii wordt ,,peu sensible" geacht, maar dit boekje
doet een nieuw geluid horen in zover als het rekening
houdt met het mogelijk voorkomen en aantonen van bacteriophagen, waarvan men weet dat ze vaak met faecaal
materiaal worden uitgescheiden. Het zal nuttig zijn deze
kwestie nader te overwegen.
In België en Duitsland bestaan geen vaste voorschriften voor de bacteriologische kwaliteit van drinkwater,
maar in het laatstgenoemde land heeft men in de zg.
Einheitsverfahren zur Wasseruntersuchung de voornaamste voorschriften samengevat.
Alles samenvattende wil het mij voorkomen dat, ondanks de overweldigende hoeveelheid literatuur, steunend
op een machtige hoeveelheid onderzoek, op vele punten
het klare inzicht nog ontbreekt in wat het bacteriologische wateronderzoek ons over de hoedanigheid van het
water leren kan.
-
Bouwfysica (akoestiek)
2
door prof. dr. ir. C . W . Kosten
m
;,
a. dat de hoteikamers in de onmiddellijke omgeving
van toiletten of badkamers feitelijk meestal onbewoon- ,
toon (680 Hz) heeft een golflengte van slechts 50 cm,
enz. Men bedenke, dat de orkeststemtoon 440 Hz bedraagt. Voor de beschrijving van de ,,sterkte" van een
geluidgolf kunnen we bv. gebruik maken van de grootheden geluiddruk en intensiteit. De geluiddruk p, of
kortweg de druk p, is de wisselende kleine afwijking van,
of de rimpel op de barometrische druk tengevolge van het
geluid. Onder de intensiteit I verstaat men de geluidenergie, die per seconde door 1 m2 oppervlak stroomt, d.i.
het geluidvermogen per m; eenheid watt/m2 (afgekort
W/m2). De numerieke waarden van p en I zijn vrij klein,
doch lopen zeer sterk uiteen.
Zo varieert p van 2 X 10-s newton/m2 (d.i. 2 X 10-l0
atm) bij de gehoordrempel tot 200 newton/m2 (d.i.
2 X 10-3atm) bij de pijngrens. De bijbehorende waarden
van I zijn 1 0 - 1 ~ / m 9 e s p100
. W/m2. Deze omstandigheden maken het werken met druk en intensiteit zelf soms
uitermate onpraktisch. Men werkt dan met het zg. drukniveau L of het intensiteitsniveau L. Door eenvoudige
afspraken heeft men bewerkstelligd, dat beide niveaus
dezelfde waarde hebben (zodat men kortweg van het niveau van een golf kan spreken), en dat het niveau nul
overeenkomt met de gehoordrempel (zie Tabel I).
TABEL I. Bij elkaar behorende waarden van druk, intensiteit en
niveau, met enkele typerende geluiden ter illustratie
geluiddruk p
2 X
2 X
2 X
2 X
2 X
2
20
200
intensiteit I
10-5 N/m210-l2W/m2
I O - ~ ,, 10-l0 ,,
103 ,, 10-~ ,,
10-2 ,, 10-G ,,
10-1 ,, 1 0 - ~ ,,
niveau L
,, m-"
,,
7,
O dB
20 ,,
40 ,,
60 ,,
80 ,,
100 ,,
120 ,,
7,
t,
140
1
100
,,
voorbeeld
gehoordrempel
ritselen van bladeren
fluisteren l m
gesprek l m
luide radio
claxon nabij
mitrailleur
pijngrens
Uit Tabel I ziet men, dat de definitie van niveau blijkI
P
decibel (afbaar is: L = 10 log-_
= 20 log
2 x 10-s
10-l2
korting dB). Voor elke factor 10 in I neemt L 10 dB toe,
dus 20 dB voor een factor 100, 30 dB voor een factor 1000
in I, enz. Echter voor elke factor 10 in p neemt L 20 dB
toe, dus 20 dB voor een factor 10, 40 dB voor een factor
100 in p, enz.
Het begrip intensiteitsniveau is dus vergelijkbaar met
de pH-waarde der scheikunde. De acusticus zou, konsekwent doorredenerend, ertoe kunnen komen, te beweren,
dat de pH van water -70 decibel of -7 bel is. Hij zou
de scheikundige echter vragen waarom deze de decibelpeilstok ondersteboven houdt.
Dat voor de beschrijving van de sterkte van een golf
wel liefst vier verschillende grootheden worden gebruikt,
druk, drukniveau, intensiteit en intensiteitsniveau, heeft
zijn goede redenen. Vele microfoons reageren op druk,
echter geen enkele op intensiteit, waardoor druk en drukniveau in de meettechniek een belangrijke rol spelen,
Daarentegen is de intensiteit in sommige energetische
akoestische problemen een eenvoudiger grootheid dan de
druk, bv. bij nagalmbeschouwingen, lawaaireductie.
Zelfs zijn onze behoeften aan grootheden nog lang niet
opgesomd. Zo is het totale akoestische vermogen van een
of andere geluidbron, bv. een ventilator, een onmisbare
hulpgrootheid. Hetzelfde geldt voor het totale akoestische
vermogensniveau L,, dat O genoemd wordt bij een vermogen van 10-l2watt en 10 dB toeneemt voor iedere factor
10 vermogensaanwas, evenals het intensiteitsniveau dus.
Hierdoor gaan L, en L gelijk op en neer. Een ventilator
met een 10 dB hoger vermogensniveau L, veroorzaakt
overal een 10 dB hoger intensiteitsniveau L.
3. Het nut van niveauspectra
Tot nu toe is gemakshalve gedacht aan een golf van een
enkele toonhoogte, een zuivere toon. Bij de lawaaibestrijding heeft men steeds te doen met een complex geluid,
geluid met vele componenten, geluid dat men kan denken een samenstel van oneindig vele zuivere tonen te
zijn, elk met een passende sterkte. Het is duidelijk, dat
men de sterkte van zo'n geluid ondoelmatig karakteriseert door slechts op te geven de totale intensiteit I of
het totale niveau L. Een bepaald gebrom kan eenzelfde
niveau hebben als een gefluit of gesis. De mens zal ondanks de gelijke niveaus beide geluiden in het algemeen
niet even luid vinden, zal door beide geluiden ook in verschillende mate worden gestoord en hoort natuurlijk het
klankverschil, terwijl de geluiden tenslotte op verschillende wijzen zullen moeten worden bestreden.
Om deze redenen beschrijft men complexe geluiden
niet met één getal, bv. het totale niveau, doch met niveau
en niveauspectrum, m.a.w. met sterkte en sterkteverdeling over de verschillende toonhoogten. Een niveauspectrum van een geluid verkrijgt men als volgt. Met een geschikte meetapparatuur meten we het niveau van die
tonen uit het gehele complexe geluid, waarvan de frekwenties liggen in een bepaalde frekwentieband, zeg van
100 tot 200 Hz, vervolgens van de band 200.. .400 Hz,
400 . . .800 Hz, enz. De reeks getallen, weergevende het
niveau in de verschillende banden (in het gegeven geval
banden ter breedte van één octaaf), vormen tezamen het
zg. spectrum. Grafisch stelt men zo'n spectrum voor in
een niveau-frekwentie diagram met behulp van een vloeiende lijn door de gevonden punten. Men kan uiteraard
het spectrum met meer punten vastleggen door te meten
in nauwere frekwentiebanden, bv. 1/3 octaaf breed, en
krijgt dan een spectrum waaruit meer details van het
complexe geluid naar voren komen.
Het voordeel van deze spectrale beschrijving van het
geluid is, dat men hierdoor de problemen grotendeels terug heeft gebracht tot die van zuivere tonen. Zo kan men
de tonen tussen 400 en 800 Hz bestrijden als geluiden
van 600 Hz, zonder al te grote fouten te maken. Voorts
leert het spectrum in welk frekwentiegebied de hinderlijkste componenten voorkomen, op welk front de strijd
dus in eerste instantie moet worden gevoerd.
sola at ie contra absorptie; luchtgeluid contra contactgeluid
Isoleren van het geluid is het voorkomen, in de mate
waarin dit mogelijk is, van voortplanting van het geluid,
bv. van het ene vertrek naar het naburige (luchtgeluidisolatie) of van een betonnen kolom naar een erop steunende betonnen vloer (contactgeluidisolatie). Constructies die goed isoleren, dus weinig doorlaten, ontlenen hun
kwaliteit doorgaans hieraan, dat zij het invallende geluid
in hoge mate reflecteren (zie afb. 1).
Absorberen van geluid is het omzetten van geluidenergie in warmte, waardoor het als zodanig verdwijnt. Doorgaans grijpt men naar absorptiematerialen als men de
reflectie van invallend geluid op een wand wil verzwakken.
Bij isoleren is steeds sprake van de geluidoverdracht
4.
Afb. 1 Een muur met een luchtgeluidisolatie van 40 dB (links) en
een muur met een bekleding waarvan de absorptie-coëfficiënt
7fi0/o bedraagt (rechts).
van één ruimte naar een tweede. Bij absorptie hebben
wij slechts belangstelling voor de ruimte waarin we ons
zelf bevinden. Enigszins schematiserend zou men de tegenstelling nog kunnen verscherpen door te beweren dat
isoleren ongeveer hetzelfde is als doelmatig reflecteren,
absorberen juist het tegenovergestelde.
Isoleren en absorberen doet men met verschillende
middelen. Het is derhalve zaak deze begrippen scherp te
scheiden, de problemen waarvoor men staat scherp te
stellen. Doet men dit niet, dan loopt men gevaar de verkeerde middelen toe te passen met alle nadelige, soms
grote financiële gevolgen van dien. Het door elkaar halen van de begrippen isolatie en absorptie komt helaas
al te veel voor, zelfs in reclamefolders van bouwmaterialenfabrikanten. Men zij op zijn hoede.
5.
Geluidabsorptie
Bij reflectie van geluid tegen een wand gaat steeds een
zekere energiefractie als geluid verloren. Deze fractie
(soms in procenten opgegeven) noemt men de geluidabsorptiecoëfficiënt a van de wand. Men kan a verhogen,
de wand dus beter absorberend maken, door een geschikte absorberende laag op de wand aan te brengen; a hangt
o.a. af van de toonhoogte. Men kan de absorberende lagen
als volgt classificeren naar hun absorptiegedrag:
a. Maximum absorptie b.ij de lage frekwenties (zie
afb. 2, kromme 1)
Hiervoor komen vooral in aanmerking panelen van enkele millimeters dikte, bv. 3 mm multiplex, op regels aangebracht, op een afstand van enkele centimeters voor de
harde wand. De luchtlaag is soms gevuld met lichte, poreuze, veerkrachtige vulmaterialen. Deze constructies absorberen zg. door resonantie. Zij hebben een zg. eigenfrekwentie, een toonhoogte waarin de massa van het paneel kan resoneren op de vering van de luchtlaag erach:
l
-
Frequentie
Afb. 2 Typerende absorptiekrommen voor absorberende constructies van verschillende klassen: 1. niet geperforeerde panelen o p
luchtlaag; 2. geperforeerde panelen op luchtlaag; 3. poreuze lagen.
w
w
'
ter. Heeft het invallende geluid een niet teveel hiervan
afwijkende toonhoogte, dan trilt het paneel behoorlijk
mee, hetgeen gepaard gaat met geluidvernietiging, geluidabsorptie. Zeer effectief absorberen deze constructies
doorgaans niet. a is niet zeer hoog, zelfs niet in de absorptietop; het frekwentiegebied van redelijke absorptie
is niet zeer breed.
b. Maximum absorptie bij midden-frekwenties (zie afb.
2, kromme 2)
Hiertoe behoren de geperforeerde panelen, waarachter
een luchtlaag gevuld met vezelmateriaal. De perforatie
behoeft slechts vrij klein te zijn, zeg 10%, en kan bestaan
uit gaatjes of spleten. De panelen zijn bij voorkeur enkele millimeters dik; hun grondstof doet er niet toe
(hout, hardboard, metaal, gips, enz.). Perforatie met spleten kan men gemakkelijk verwezenlijken door latjes of
planken op enige onderlinge afstand naast elkaar te
groeperen, het geheel weer op een luchtlaag met passende vulling. I n deze klasse vallen ook de vezelplaten met
ingeboorde gaten of ingezaagde spleten.
c. Maximum absorptie bij hoge frekwentie (zie afb. 2,
kromme 3)
Deze klasse bevat alle poreuze lagen in uiteenlopende
dikte en dichtheid. De grondstof kan zijn een vezelmateriaal van organische of minerale oorsprong, doch ook
korrelig, poreus, keramisch materiaal kan goed voldoen.
Bovenstaande klassificatie is uiteraard zeer schematisch. Zo kan men bv. ook de midden- en zelfs de lage
frekwenties goed absorberen met ,,klasse c-materialen",
indien de laagdikte groot is en de luchtweerstand goed.
Ook geperforeerde constructies (b) kunnen bij verstandige uitvoering de lage frekwenties absorberen (a). Het
doen van de goede greep in een bepaald geval is het werk
van de expert.
'
Voorbeeld geluidabsorptie en niveauberekening
Stel het totale geluidvermogen der geluidbronnen in
een ruimte P (watt). Er zal zich nu een zodanige geluidintensiteit I instellen, dat er evenwicht is tussen geproduceerd en geabsorbeerd vermogen, dus
P = I X a X wandoppervlak S.
a X S noemt men de totale absorptie A van het vertrek,
dus
P=IA.
Nooit zullen alle wanden evenveel absorberen. Dan zal
P = Ia,S,
Ia,S, + Ia$, + - - 6.
+
waarin a, a, a3-- - de absorptiecoëfficiënten zijn van
de wanddelen met oppervlakte S , S, S, - - -.
P
=I
(alSI
+ a,S, + a3S, + ---1
= IA.
A heeft de m2 als eenheid, genoemd de m2 open raam,
daar de absorptie A van een open raam gelijk is aan zijn
oppervlak S ( A = 1S = S ) . Vertienvoudigt men het aantal m2 open raam in een ruimte, dan zal I 10 X kleiner
worden, daar P constant is. Het intensiteitsniveau neemt
dus 10 dB af. De mens zal deze niveaudaling ongeveer
waarderen als een halvering der luidheid. Dit gunstige
resultaat is slechts in extreme gevallen mogelijk; er is nl.
altijd vóór de behandeling al een zekere absorptie A,
waardoor vertienvoudiging of onmogelijk of te kostbaar
wordt.
7. Luchtgeluidisolatie
Onder de isolatie van een wand, plafond of vloer verstaat men ruw gesproken de niveauverlaging van het
doorgelaten geluid t.o.v. het invallende geluid. Is het
doorgelaten geluid 50 dB zwakker dan het invallende geluid, dan noemt men de isolatie 50 dB. Men merke op,
dat de absorptiecoëfficiënt als fractie gedefinieerd is, en
dat a = 50% reeds een behoorlijke absorptie is. 50 dB
isolatie komt overeen met een doorgelaten fractie 0,000 01
(0,001%) , waaruit men ziet dat voor isolatiebeschouwingen de decibeltaal onontkoombaar is.
Goede luchtgeluidisolatie krijgt men met zware, vrijwel luchtdichte constructies. De isolatie wordt beter met
stijgende frekwentie (zie voorbeeld in afb. 3), doch, ook
met stijgende massa van de constructie per m2 (zie afb.
4)
Het is mogelijk goed te isoleren met luchtdichte, vrij
Afb. 3 Enkele typerende isolatiekrommen; de isolatie neemt toe
a. één-steensmuur,
met het aantal kglm2 en met de toonhoogte (Hz).
385 kglmg; b. 100 kglmz metselwerk; c. 15 m m hout.
dB
50
' ti
25
i
-
100
200
windmassa in kg/m2
Afb. 4
400
600
isolatie gemiddeld tussen 100 en 3200 Hz, in afhankelakheid van de wandmassa.
lichte, speciale constructies. Het zou te ver voeren hierop
verder in te gaan.
8. Contactgeluidisolatie
Van de contactgeluidisolatie willen we één speciaal
voorbeeld bespreken. Een motor, star verbonden aan bv.
een betonnen vloer, zal motorgegons (of erger) afgeven
aan de vloer. Dit kan soms tot op grote afstand worden
voortgeplant en bij afstraling in een rustig vertrek in
hoge mate irriteren. Hiertegen is het middel het vrijmaken van de motor van de vloer. Men stelle de motor
verend op, op stalen veren of op rubber, vilt, kurk, e.d.
Men moet iedere starre verbinding tussen motor (de contactgeluidbron) en de vloer vermijden, dus flexibele leidingen gebruiken. Ook make men niet de veelvoorkomende fout de motor verend op te stellen, doch daarna wederom met de vloer te verbinden via bouten door de verende laag heen.
Het ontwerpen van een verende ondersteuning voor
snellopers is eenvoudig: een vrij stugge vering is reeds
afdoende. Naarmate de motoren langzamer lopen, moet
doorgaans een slappere vering worden toegepast. Voor
toerentallen beneden 500 omw/min leidt dit vaak tot
dusdanig slappe ondersteuningen, dat de opstelling te
weinig stabiel wordt.
De berekening geschiedt als volgt. Stel de laagste frekwentie vast, welke men isoleren wil. Vaak is dit het motortoerental (aantal omw/seconde) . Ontwerp vervolgens
een vering die zo slap is, dat de resonantiefrekwentie van
de motor op de verende onderlaag minstens twee keer
lager is dan eerstgenoemde stoorfrekwentie. De resonantiefrekwentie berekent men uit
waarin g = 9,81m/sed en f de sttitische (dus zichtbare)
invering van de laag onder het machinegewicht. 1 cm
invering leidt tot n,,, = 5 Hz, enz. Dit verband is zo eenvoudig, dat men vaak met een duimstok de kwaliteit van
een verende ondersteuning kan meten.
'
11. DE TECHNIEK VAN DE LAWAAIBESTRIJDING
9. ,,Planning9'
Veel onheil kan worden voorkomen door een weinig gezond verstand. Bij nieuwbouwplannen scheidde men
,,stilleHen ,,lawaaiigepy
ruimten zover mogelijk. Men legge
een vergaderzaal niet naast een machinehal met compressoren, een directeurskamer niet onder een vloer waarop hollerith-machines staan, enz. Voorts bedenke men,
dat deuren en ramen slechte constructies zijn wat luchtgeluidisolatie betreft. Zij zijn dan ook ontoelaatbaar in
scheidingsmuren met hoge isolatie.
10. Bestrijding bij de broig
Na de planning komt de aankoop en opstelling van
machines. Bij de aankoop is het gewenst, te bedenken
dat elk werktuig lawaai kan maken en men zal zo mogelijk een rustig type bestellen. Vervolgens kan door verstanaige opstelling nog veel worden bereikt (afb. 5). Men
vrage zich af of het werktuig luchtgeluid afgeeft of contactgeluid of beide. Geeft de bron contactgeluid af, wat
doorgaans het geval is, dan houde men de bron zo los
mogelijk van vloer of wand om te voorkomen, dat het
geluid zich door de vaste materie van het gebouw overal
heen verspreidt. Motoren, pompen, compressoren stelle
men zo mogelijk elastisch op; alle toe- en afvoerleidingen
make men dan elastisch en gedempt (zie 8).
Afb. 5 Lawaaibestrdding b@ de bron. a. luchtdichte ombouwing
fluchtaeluidisolatieì: b. absorberende binnenbekledino (niveauverlaging binnen);.c. contactgeluidisolatie naar vloer; d. jlexibele
aanzuigleiding (contactgeluidisolatie van trillingen langs de leiding)
uitlaat dito; e. absorptiedemper (luchtgeluidisolatie, zie 12).
69
Het middel tegen afgifte van luchtgeluid is uiteraard
(zie 7) het ombouwen van de lawaaibron met een luchtdichte zware constructie. De binnenzijde van de ombouwing voorzie men van voldoende geluidabsorptie, omdat
anders het geluidniveau binnen de ombouwing zich zeer
hoog zou kunnen opschommelen (zie 6), en het doorgelaten geluid nog vrij sterk zou zijn, zelfs als de ombouwing goed zou isoleren. Ramen en deuren in de ombouwing vermijde men zo mogelijk, of men make ze van
goede kwaliteit (geen naden en kieren! ) . Men make niet
de fout te willen isoleren met absorptiematerialen. Een
ombouwing van een licht, poreus, absorberend materiaal
isoleert zeer slecht, slechter dan een eenvoudige goedkope ombouwing van hardboard. Het ombouwen zal
slechts zelden tot de mogelijkheden behoren. Men overwege dan of men het machinepark niet kan splitsen in
,,stillep' en ,,lawaaiige2*machines ondergebracht in gescheiden ruimten. Gedeeltelijke inkapseling
- is soms ook
mogelijk.
11. Lawaaibestrijding
Is het middel van
heeft men een grote ruimte met een aantal geluidbronnen zoals een pompstation, een compressor~uimte,een
kantoorruimte, dan kan men door toepassing van absorptiemateriaal, bv. tegen het plafond of tegen de zijwanden
boven handbereik, trachten het geluidniveau laag te houden. Men hoort nog wel alles, maar iets zwakker en alleen maar uit de richting waar men de bron ziet. Hoewel
het aantal decibels soms slechts weinig daalt, zeg van
68 naar 65 dB, is het werken en telefoneren in zo'n ruimte veel minder vermoeiend. Combineert men in een kantoorruimte een sterk absorberend plafond met een gedeeltelijke, gebrekkige scheiding tussen de individuele
employé's (bv. 4 mm glas, 2 meter hoog), dan heeft men
voor kantoren reeds een volkomen afdoende onderlinge
isolatie (zie afb. 6).
Als een direct criterium voor de mate van geluid-
Afb. 6 Een kantoorlokaal k e t sterk absorberend plafond (zeg 5
cm dikke, goed absorberende laag) en gedeeltelgke scheidingswanden met matige luchtgeluidisolatie (zeg 20 dB).
de eigenlijke hal, sterk absorberend aan de binnenzijde
waar men staat te telefoneren (afb. 7).
12. In- en uitlaatpijpen
Compressoren voor filterspoeling zijn machtige lawaaibronnen. Essentieel zijn leidingen voor toe- en afvoer van
lucht. Als deze luchtstroom zonder schokken, volkomen
gelijkmatig, constant in de tijd zou plaatshebben, zou de
lawaaiproduktie minimaal zijn. Compressoren werken
doorgaans echter stootsgewijs, d.w.z. zij wekken luchttrillingen, dus lawaai op. Men kan het hierbij slecht treffen.
Resoneert de inlaatpijp op de opname-frekwentie van de
compressor (het aantal keren per seconde dat de compressor lucht opneemt uit de inlaatleiding) dan zal de
inlaatleiding als een machtige orgelpijp tot in verre omtrek hindefen. Een voor de hand liggend middel om dit
te voorkomen, een rrfiddel dat in Bergambacht met succes is toegepast, is nabij de compressor een doodlopende
A f b . 8 Isolatievoorzieningen op advies v a n d e Technisch Physische
Dienst v a n T.N.O. e n T.H. t e D e l f t
aangebracht in de aanzuig- e n a f voerleidingen v a n e e n luchtcompressor voor filterspoeling in h e t filtraatpompgebouw v a n h e t waterleidingpompstation t e Bergambacht. a. zijspruit afgestemd o p 100 trillingen
per seconde; b. flexibele koppeling;
c. absorptiedemper.
t
filterbakken
aangezogen
lucht
dB
2:
.bn '"
eo$70-
,
j 60 -
L
wrspronkelijk
L------.
met voorzieningen
ais boven
:
k.
--.\
..
'-.'.
C 11
oS
a L
B&'="
I:
l0 50
-
100 200
400
e i 0 1600 3180 6;OOHz
Frequentie
zijspruit op de leiding te zetten die men afstemt op de
grondtoon van de compressor (afb. 8). Men voert deze
uit als schuiftrompet en ,,schuiftp'het meeste lawaai weg.
Absolute stilte bereikt men zo nooit, ware het slechts omdat een compressor niet alleen de grondtoon levert, doch
ook boventonen. De grondtoon kan men met de zijspruit
wegnemen, het overige lawaai verspert men de weg naar
buiten door een absorptiedemper in de leiding op te nemen tussen compressor en inlaat. Zo'n absorptiedemper
in de eenvoudigste vorm is een cilindrisch vat met poreus
absorberend materiaal waarin een geperforeerde buis
loopt voor het luchttransport. Aan de uitlaatzijde (drukzijde) voert men zonodig dezelfde voorzieningen uit.
Soortgelijke maatregelen kan men uiteraard toepassen
in alle gevallen waarin men gasstromen moet doorlaten
doch het lawaai de weg wil versperren, bv. aanzuigen van
koellucht.
13. Waterleidinginstallaties in gebouwen, bv. woningen
De veelheid van problemen met hun oplossingen en
mogelijke fouten maakt het vrijwel ondoenlijk ze alle te
bespreken. Bovendien accepteert men doorgaans waterleidinglawaai met zo'n onbegrijpelijke gelatenheid, dat
de voor de hand liggende maatregelen in vele gevallen
nog nauwelijks in de praktijk geprobeerd zijn. Wij zullen
ons dan ook beperken tot het signaleren van enkele problemen en het aangeven van mogelijke oplossingen.
a. Elke kraan is een lawaaibron. Er bestaan echter
kranen met gestroomlijnde onderdelen die minder lawaai
maken. De kraan is een contactgeluidbron, hij geeft zijn
lawaai af aan de wand waarop hij zit, en aan de toevoerleiding, die op haar beurt verderafgelegen constructiedelen doet trillen en deze tot geluidafstraling brengt.
Een middel hiertegen is de kraan niet star aan de wand
te bevestigen, doch flexibel. Verder kan, indien de toevoerleiding zelf de geluidtrillingen niet voldoende dempt
(zie punt b), een speciale geluiddemper (elastische koppeling) aangeFacht worden, hetzij ergens in de leiding
(afb. 9) of direct achter de kraan (afb. 10).
b. Geluid, dat zich voortplant langs waterleidingbuizen, wordt gaandeweg verzwakt, d.w.z. omgezet in warmte, vnl. in het buismateriaal. Het heeft zeker zin te zoeken naar buismateriaal met grote inwendige verliezen,
teneinde de demping per meter zo groot mogelijk te maken. De moderne plastic buizen dempen veel meer dan
loden en koperen buizen.
c. Sanitaire installaties in aangrenzende ruimten
Afb. 9 a. Elastische koppeling voor waterleidingbuizen (rechts
compleet, links met afgenomen mantel), bestaande uit rubberslang,
met klemmen bevestigd op canules. Flenzen en mantel verend
bevestigd doordat rubberslang tot onder de flenzen doorloopt. Oliekous om slang aangebracht ter beveiliging bij extra hoge druk
(geinstalleerd in de Proefwoningen T.N.O. te Rotterdam). b. Demping door deze elastische koppeling (uit nog t e verschijnen rapport
van de Afd. Gezondheidstechniek T.N.O.).
hoort wen overwegend door contactgeluid-overdracht.
Door planning, bouwkundige voorzieningen en details bij
de aanleg is dit probleem oplosbaar. Men brenge geen
onderdelen der watervoorziening aan tegen of in de scheidingsmuur. Zelfs houde men ze los van andere wanden,
c.q. zorge men voor flexibele bevestiging, bv. een rubberring tussen bevestigingsbeugel en waterleidingbuis geeft
een redelijke geluidisolatie.
-
d. Het plaatsen van een aanrecht rekent men normaliter tot de normale bouwkundige bezigheden. Toch wake
er veel voor te zeggen de aanrecht te rekenen tot de waterleidinginstallatie. Langs deze weg lijkt het mij mogelijk het geluidprobleem, dat hiermee samenhangt, op te
lossen. Veel hinder wordt ondervonden van het vatenwassen van buren. Het betreft hier een complex van geluiden, gebruik van spoelwater, neerzetten van pannen,
e.d. Waterleidinginstallatie plus aanrecht zou men los
moeten houden van de scheidingsmuur met de buren.
Zou men deze gehele ,,unit2', ook wat de aanleg ervan
Afb. 10 a. ,,Gedempteu kraan, bestaande uit flexibel aan de muur
bevestigde kraan m e t ingebouwde elastische koppeling als in afb. 9
(verouderde constructie). Bij nieuwe constructie i s oliekous i.p.v.
een spiraalveer o m de slang aangebracht (geinstalleerd in de
Proefwoningen T.N.O. t e Rotterdam).
b. Niveauverschil tussen kraan e n leiding: 0 0 0 bij normale kraan
(verwaarloosbaar), x x x bij gedempte kraan. (Uit nog t e verschijn e n rapport v a n de A f d . Gezondheidstechniek T.N.O.).
betreft, tot de waterleidinginstallatie kunnen rekenen,
en hieraan, ook wat de aanleg betreft, eisen stellen, dan
zou een veelvuldige bron van hinder zijn verdwenen. Het
ligt dan ook voor de hand de oplossing te zoeken in de
fabrikage van een aanrecht met kraan, die in zijn geheel
op het werk wordt geplaatst.
14. Het opsporen van waterlekken
I n principe bestaat de mogelijkheid lekken te localiseren door meting van het geluid, dat het ontsnappende
water maakt. Met een zg. contactgeluidmicrofoon beluistert men het geluid in het wegdek en zo mogelijk in
de waterleidingbuis. Naarmate men de lekplaats nadert
neemt het geluid in sterkte toe, terwijl ook het timbre
verandert met de afstand tot de bron. De laatste jaren
heeft men op dit gebied vrij aanzienlijke vorderingen gemaakt.
15. Het inschakelen van experts en de beperkingen van
onze kennis
Veel van het besprokene zal slechts tot een bevredigend
resultaat leiden langs de weg van overleg tussen waterleiding- en geluidsdeskundigen. Als de noodzaak hiervan
wordt ingezien stelle men dit overleg niet te lang uit. De
ervaring leert, dat - speciaal waar het bouwkundige
problemen betreft - de geluidkundige veelal eerst wordt
geraadpleegd na voltooide en akoestisch mislukte arbeid.
Niet steeds zal de geluidkundige de oplossing onmiddellijk kunnen opleveren. Daarvoor zijn de problemen soms
te ingewikkeld. Vele problemen zullen eerst na grondige
studie bevredigend kunnen worden opgelost. Als voorbeeld noem ik de gei uisloze woninginstallatie. Alle grondbeginselen om tot een oplossing te komen zijn het geestelijk eigendom van de geluidkundige. Het probleem is hier
het vinden van de beste en goedkoopste praktische oplossing. Mijns inziens is de tijd gekomen dit probleem aan
te vatten en op te lossen.
door ir. E. van Gunst
1. Inleiding
Bezoekt men 's zomers gebouwen van pompstations of
zuiveringsbedrijven en laat men na het binnentreden de
buitendeur, waardoor men toegang heeft verkregen open,
dan kan het gebeuren dat - al naar de status die men
voert - de deur beleefd behoedzaam achter u wordt
dichtgedaan, dan wel dat men meer of minder positief
zelf wordt uitgenodigd dit te doen. ,,Er mag niet te veel
buitenlucht naar binnen, omdat er al zoveel nattigheid in
de buizenkelder is".
Valt uw bezoek in de winter, dan zijn er gevallen waar
men u er zorgzaam op attent maakt, het hoofd gedekt te
houden, want.. . ,,hier en daar lekt nog al wat water van
het plafond". Langs andere plaatsen tracht men u argeloos heen te lokken en opgewekt koutend wijst men u
vele interessante zaken in andere richting: ,,een dergelijke muur is toch geen gezicht".
Dit alle zijn in dit soort ruimten facetten van het zg.
,,binnenklimaat". Schrijver heeft het voor hem vererende
verzoek gekregen over deze ,,niet-geleide waterproblematiek" enige opmerkingen te maken in deze cursus, en
welk onderwerp laat zich beter denken onder het opschrift ,,Enige wetenschappelijke grondslagen der waterleidingtechniek", dan juist dit?
Uit het afwezig zijn van de bovengeschetste omstandigheden in een aantal bedrijven zou men de niet geheel
juiste conclusie kunnen trekken, dat daar geen binnenklimaten zouden worden aangetroffen. In dergelijke gevallen spreekt men echter wel van regeling van het binnenklimaat. Het is niet noodzakelijk hierbij direct aan
grote machines te denken.
Is aldus verantwoording afgelegd over de aanwezigheid
van dit onderwerp in dit verband, dan kan hier in het
kort volgen de opzet van het te ontwikkelen betoog.
Omdat de factor ,,vochtigheid9'voor de hier aan de
orde zijnde bedrijven uitermate belangrijk is, zal worden
begonnen met een uiteenzetting van een methodiek om
een mengsel van lucht en vocht te kunnen beschrijven
aan de hand van haar eigenschappen. Kort zal daarna
worden ingegaan op de manieren waarop de component
,,vocht9'zich in het mengsel kan verplaatsen resp. op de
manieren waarop het gehele mengsel verplaatst kan worden.
De kern van het betoog zal gelegen zijn in de beschouwing hoe een ,,natuurlijk" binnenklimaat in de onderhavige gebouwen kan worden opgebouwd gedacht, hetgeen zal resulteren in een bespreking van de typisch winterse omstandigheden en de typisch zomerse omstandigheden. Als belangrijkste factoren komen aan de orde, de
vochtigheid, de lucht- en oppervlaktemperaturen en de
mate van ventilatie.
Uiteraard zal één en ander behandeld worden langs
de grote lijnen, en moeten in de gedachtengang enkele
vereenvoudigingen worden gebruikt.
2. Het mengsel lucht-waterdamp
Het Mollierdiagram.
Neemt men een bepaalde gewichtshoeveelheid van een
g a , dan zal daarvoor gelden de wet van Boyle-Gay Lussac :
P.V. = A.t.
(1)
of in woorden: het produkt van druk en volume, gedeeld
door de temperatuur zal voor die hoeveelheid constant
zijn.
Voor eenzelfde gewichtshoeveelheid van een ander gas
zal dezelfde betrekking gelden, alleen met een andere
waarde van de evenredigheidsconstante:
p.v. = B.t.
(2)
Het zou prettig zijn, indien deze wet m een vorm te
brengen zou zijn, die voor alle gassen hetzelfde uiterlijk
had: dezelfde waarde van de evenredigheidsconstante.
Dit is mogelijk, maar dan dient men niet uit te gaan voor
de verschillende gassen van hoeveelheden, die naar menselijke maatstaven gelijk zijn, zoals 2 maal 1kg of 2 maal
1 ons, maar van hoeveelheden die voor de Natuur gelijk
zijn. Men dient dan per gas uit te gaan van een hoeveelheid genoemd grammolecuul (kgmolecuul), een hoeveelheid in g (kg) gelijk aan het moleculair gewicht M.
In een dergelijke hoeveelheid gas bevinden zich nl. voor
ieder gas evenveel moleculen (6.1023: getal van Lohschmidt) volgens de Wet van Avogadro.
Een dergelijke hoeveelheid van ieder gas heeft eenzelfde volume bij dezelfde druk en temperatuur.
Voor een kilogrammolecuul van eik gas geldt:
P.V., = R.T.
(3)
Drukt men uit: p in kg/m2
v, in m3
T in
(273+t "C)
dan is: R =
848 kg m/" C
Voor mengsels van lucht en waterdamp, welke wij
beide als een ideaal gas zullen beschouwen, is het gebruikelijk uit te gaan van x kg waterdamp op 1 kg lucht.
Beschouwen we eerst beide componenten apart.
Voor 1 kg lucht zal gelden, als Ml het moleculair gewicht (= 28) is
R
p1.vl =
.T.
(4)
1
Voor de x kg waterdamp zal gelden, op overeenkomstige wijze (M, = 18)
OK
Bij menging ontstaat (1 + x) k;, die één volume heeft,
één totaaldruk, benevens één temperatuur.
Valt over de gemeenschappelijke temperatuur en het
gemeenschappelijk volume verder niet veel op te merken,
over de totaaldruk van het mengsel kan naar voren worden gebracht, dat deze is opgebouwd als som van de
drukken, die elk der gassen aanneemt als ze apart gebracht zouden worden in het volume, dat bij menging als
gemeenschappelijk volilme fungeert (wet van Dalton).
Deze partieeldrukken p, en p, zijn bij een bepaald volume v en temperatuur T dus met behulp van de wet van
Boyle-Gay Lussac als volgt te berekenen
Voor de totaaldrue geldt:
(8)
P f Pm Pi
Voor de mengsels die in het binnenklimaat van belang
zijn (de binnenlucht) is deze totaaldruk doorgaans 1 atmosfeer. Uit ( 6 ) , (7) en (8) zijn de partieeldrukken op
te lossen in de gedaanten
+
Kent men dus het gewicht aan waterdamp x, dat gemengd is met 1 kg lucht, dan geeft (10) de spanning
aan van deze waterdamp in het mengsel.
Bij toenemende waarde van x zal p,,, ook toenemen.
Het is evenwel niet mogelijk om - werkende bij een
bepaalde temperatuur T - een onbeperkte hoeveelheid
waterdamp met 1kg lucht te mengen. Boven een bepaalde waarde van x. overeenkomen met een bepaalde partieeldruk - de verzadigingsspanning of max~mumd~mpspanning bij de temperatuur T - zal de waterdamp, die
nog wordt toegevoerd gaan condenseren en zich als vloeibaar water manifesteren.
Proefondervindelijk kan men voor de verschillende
temperaturen vaststellen hoe groot deze spanning is, en
afb. l -geeft van het verloop daarvan een beeld.
Afb. 1
Omgekeerd kan nu aan de hand van dit verloop uit
(9) worden vastgesteld hoeveel waterdamp in een mengsel bij de temperatuur T kan worden opgenomen vóór het
is verzadigd.
Heeft men een mengsel dat niet is verzadigd, dat
dus bv. x kg damp bevat bij een partiële waterdampspanning p,, terwijl maximaal bij dezelfde temperatuur x kg
zou kunnen worden opgenomen bij een verzadigingsspanning P',,,, dan definieert men:
- de verhouding als de relatieve vochtigheid y
X
- de verhouding -als
de verzadigingsgraad y
x'
Beide grootheden kunnen waarden bezitten van
o-1,oo.
,
Worden van een mengsel gegeven de mengverhouding
x, naast temperatuur, totaaldruk en volume, dan zijn
twee belangrijke grootheden af te leiden.
1. Voor het mengsel als geheel is eveneens de wet van
Boyle-Gay Lussac geldig, in de vorm
1
p.v = R.T.
(11)
Als soortel~kgewicht van het mengsel is hieruit af te
leiden, via het soortel$jk volume d.i. het volume van 1kg
menasel.
(- + $)
waaruit blijkt, dat door toevoeging van de waterdamp
het mengsel soortelijk lichter wordt.
Wellicht overbodig is de opmerking, dat uit (6) en
(7) overeenkomstig de soortelijke gewichten voor waterdamp en lucht afzonderlijk zijn af te leiden.
2. De warmte-inhoud van de ( 1 + x) kg mengsel bij
t OC (T OK) wordt gegeven door:
i = Cpl.t + r.x + C,,.t.x.
(13)
uitgaande van O O C als nulbasis van de warmte-inhoud
en
C,, : soortelijke warmte van lucht, 0,24 kgcal/kg OC
C,,: soorteiijke warmte van waterdamp, 0,44 kgcalpg "C
x : verdampingswarmte van water, 597 kgcal/kg,
alles bij atmosferische druk.
Om nu snel en overzichtelijk de toestand van een
mengsel van lucht en waterdamp te kunnen beschrijven,
alsmede de verschillende toestandsveranderingen, zijn
speciale diagrammen ontworpen. Het oudste hiervan
stamt van Mollier en dit diagram is in West-Europa tot
op heden nog steeds het meest gebruikt. In Amerika heeft
men een soortgelijk diagram in een iets andere uitvoering en d i t is bekend onder de naam ,,Psychometrie
Chaxt".
De opbouw van het Mollier-diagram geeft afb. 2 te
zien.
Stelt men zich een mengsel van x,kg damp op 1 kg
lucht voor bij tlOC,dan kan men in een rechthoekig assenkruis uitzetten: horizontaal q,verticaal de warmteinhoud i,.
Het gearceerde gedeelte van het diagramkwadrant, het
gebied waar de verdampingswarmte is uitgezet, zal dan
evenwel nooit gebruikt worden.
Om deze reden draait men daarom de lijn, die deze verdampingswarmte aangeeft zodanig, dat hij samenvalt
met de horizontale as. De nullijn van de warmte-inhoud
Afb. 2
Opbouw
Mollìer-diagram
komt dan in het 4de kwadrant, onder de horizontale as.
Lijnen van een constante warmte-inhoud (i) komen zodoende onder een helling in het diagram evenwijdig aan
de gedraaide nul-as te lopen.
Om na te gaan hoe de lijnen van constante temperatuur lopen gaan we uit van twee mengsels, met x, resp.
x, kg damp en gaan van beide na, waar de warmte-in-houden i, en i, komen bij eenzelfde temperatuur t,. De
afbeelding geef t duidelijk aan, hoe hierbij boven de horizontale as sprake is van een evenredige toename van de
term C,, .x.t, met x. De term C,,.t, blijft constant.
Op overeenkomstige wijze als de lijn t, komen lijnen
t, etc. tot stand.
Bij iedere temperatuur bestaat een maximale waarde
van x, bv. t, -x,, t?.- x, enz. Op de lijnen van constante
temperatuur zijn bij de betreffende x-waarden deze punten aan te geven. Verbindt men achtereenvolgens deze
punten, dan ontstaat een kromme die als betekenis heeft,
dat ze alle punten verbindt, die een verzadigingstoestand
weergeven m.a.w. 97 = 100%.
Op overeenkomstige wijze kan men krommen construëren die resp. verzamelingen zijn van alie andere
vochtigheidstoestanden: men noemt deze lijnen, krommen van constante relatieve vochtigheid.
Het verband tussen deze lijnen wordt voor een bepaalde waarde
van t bijv. ti gegeven via de definitie van g, en de verg. (10)
Afb. 3 tenslotte toont het volledige diagram.
Twee processen willen wij nu aan de hand van her;
Mollies diag-sam nader toe lichten (zie afb. 4).
DAUWPUNT
KOELGRENS
Afb. 4
1. Men heeft een mengsel met een hoeveelheid waterdamp x, en een temperatuur t,, gekarakteriseerd door
het punt A en gaat dit mengsel afkoelen. De punten die
in het diagram dan de achtereenvolgende toestanden beschrijven zullen gelegen zijn op een verticale rechte: een
lijn van constante vochthoeveelheid. Op een gegeven
ogenblik wordt zodoende de verzadigingskromme
=
= 100% bereikt: B. Nog verdere afkoeling zal van n u af
condensatie te weeg brengen en het proces zal zich verder
langs de lijn BC gaan bewegen: vocht in de vorm van
water afscheiden en minder snel afkoelen aangezien bij
de condensatie warinte vrijkomt.
Het punt B wordt het dauwpunt van het mengsel A
genoemd.
2. Men gaat wederom uit van hetzelfde mengsel A en
brengt daarbij vrzj vocht in het mengsel van een bepaalde
temperatuur, waarover straks iets meer.
Omdat het mengsel onverzadigd is, zal het vocht kunnen opnemen. Indien dit gebeurt, zal het gepaard gaan
met het opnemen van een hoeveelheid ,,niet-voelbare"
(latente) warmte: de verdampingswarmte. Voert men
met het vrije vocht niet tegelijk de hiervoor nodige calorieën toe, dan zullen deze onttrokken worden aan het
luchtmengsel en het vrije vocht, die dus beiden in temperatuur zullen dalen indien ze dezelfde begintemperatuur hebben. Indien het vocht een lagere begintemperatuur heeft dan de lucht, zullen ze naar een gelijke eindtemperatuur toe streven, onder gelijktijdige verdamping.
Heeft het vocht een hogere temperatuur, dan zal eerst
door warmte uitwisseling een temperatuurgelijkheid worden nagestreefd en daarna zullen beide onder gelijktijdige verdamping af koelen.
Een proces dat verloopt, zonder dat van buiten warmte
wordt toe- of afgevoerd, noemt men adiabatisch en verloopt dus met een constante warmte-inhoud i. Nemen
we aan, dat het toegevoerde vrije vocht een temperatuur
heeft, die weinig verschilt van de luchttemperatuur dan
zal dus verdamping optreden, onder afkoeling van het
mengsel. Dit (adiabatisch) proces verloopt in het Mollierdiagram volgens AB. In het punt B gekomen zal geen
damp meer worden opgenomen en ook de afkoeling tengevolge van deze dampopname stopt. Het punt B noemt
men koelgrens.
Geheel volgens AB zal dit proces niet verlopen, zelfs niet als men
het ingebrachte vrije vocht een temperatuur zou geven overeenkomende met de temperatuur t, van B, zoals dat theoretisch nodig
zou zijn. Altijd wordt nog de voelbare warmte (vloeistofwarmte)
van het vrije vocht toegevoerd!
De lijnen van ,,gelijke koelgrens" (of ,,gelijke natte temperatuur")
vallen dan ook niet samen met de lijnen van constante i, maar
b
snijden deze in de p, = 100%-kromme.
Geheel juist kan men deze processen slechts volgen aan de hand
van energie- en stof-balans vergelijkingen (Zie literatuurlijst).
Beide processen zijn mede aangesneden, omdat er
meetmethoden aan te ontlenen zijn om de vochtigheidstoestand van een mengsel mede te bepalen. Speciaal op
de meting m.b.v. een natte en droge thermometer willen
wij nog even nader ingaan.
Neemt men twee kwikthermometers en omwikkelt men
één daarvan met een katoenen sokje (ook sigarettenvloei
leent zich hiervoor), dat met gedistilleerd water bevochtigd wordt, dan kan men na enige'tijd, als de aanwijzingen van beide thermometers niet meer verlopen, twee
aflezingen doen.
De ,,drogep' temperatuur en de ,,nattep' temperatuur.
Deze laatste komt overeen met de temperatuur t, van
het bovengeschetste proces in B en hiermede kan dus
punt B gevonden worden.
De droge luchttemperatuur t, geeft in verbinding met
B via een lijn van constante warmte-inhoud, punt A. Dit
punt stelt de luchttoestand voor van het mengsel waarin
de meting is verricht.
Special gelet moet worden op het juiste aanwijzen van
de luchttemperatuur. Stralingseffecten op de thermometers moeten vermeden worden. Het verdient aanbeveling om daarom zeer dunne kwikthermometers te nemen
(Bargeboerthermometers) of ze anders van stralingsschermen te voorzien. De dunne reservoirs hebben als nevenvoordeel, dat de natuurlijke convectie voor voldoende
afvoer van de verzadigde lucht om het sokje zorgt. Bij
grotere reservoirs wordt meestal kunstmatige afzuiging
toegepast: psychrometer van Assman.
Naast deze psychrometrische meting kan men de vochtigheid ook hygrometrisch meten bv. met behulp van een
haarhygrometer. Deze verdient echter regelmatige ijking,
aangezien aanzienlijke miswijzingen kunnen optreden.
3. Verplaatsing van waterdamp, resp. van een luchtwaterdampmengsel
1. Waterdamp zal zich kunnen verplaatsen op zichzelf,
als bestanddeel van een mengsel:
- van plaatsen met een hoge partieeldruk p , naar
plaatsen met een lage partieeldruk.
2. Het zal zich kunnen verplaatsen met het gehele
lucht-waterdampmengsel:
- van plaatsen met een hoge totaaldruk p naar
plaatsen met een @gere totaaldruk.
ad. 1. Zal ergens in een mengsel meer waterdamp zijn
dan op een andere plaats, dan zullen de waterdampmoleculen zich zodanig verplaatsen, dat naar een homogeniteit zal worden toegewerkt: men noemt dit diffusie.
Dit geval kan zich voordoen in gebouwen tussen diverse ruimten waar open verbindingen aanwezig zijn en
waar in bepaalde ruimten meer waterdamp in de lucht
komt dan in andere.
Ook als geen open verbindingen tussen deze ruimten
aanwezig zijn in de gebruikelijke zin, maar wanden, zal
door deze wanden (als ze tenminste niet voorzien zijn
van damp-afsluitende lagen) dampdiffusie kunnen
plaatsvinden van de hoge waterdampspanning naar de
lage spanning.
De mate van dit transport zal bepaald worden door het
dampdrukverschil en de aard van het wandmateriaal
resp. de wandconstructie. Bij de diverse bouwmaterialen
kunnen de weerstanden tegen dit diffusietransport nogal
uiteenlopend zijn.
Het in de lucht komen van waterdamp door verdamping is eveneens een proces dat op diffusie berust. Boven
een wateroppervlak of om een waterdruppel bevindt zich
een dun grenslaagje van volledig met waterdamp verzadigde lucht, dat door diffusie zijn dampmoleculen op weg
stuurt naar de verder gelegen luchthoeveelheden, die een
mindere mate van verzadiging vertonen, d.w.z. waar
lagere partiële waterdampspanningen heersen.
Het heeft in dit bestek weinig zin verder in te gaan op
de theoretische verhandelingen over diffusie. Volstaan
kan worden met verwijzing naar de betreffende literatuur.
ad 2. Mengsels van lucht en waterdamp als geheel zullen kunnen worden verplaatst als uitwendige krachten,
verschillen in de totaaldruk gaan bewerkstelligen. Dit zal
kunnen plaatsvinden als door thermische oorzaken dichtheidsverschillen ontstaan of als door de wind drukververschillen om gebouwen ontstaan.
Dit laatste is voor het binnenklimaat in Nederland een
belangrijke omstandigheid, speciaal ten aanzien van vrijstaande gebouwen. Door deze drukverschillen t.g.v. de
wind kan nl. voor een belangrijk gedeelte de ventilatie
bepaald worden, d.w.z. de aanvoer van verse buitenlucht
en afvoer van lucht uit de gebouwen.
-
I
-
I
I
Afb. 5 Drukverdeling om een
gebouw, ten gevolge van de wind. .
Schema-onderzoek aan modellen.
Als de wind een gebouw aanblaast ontstaat een drukverdeling die in principe door afb. 5 wordt gegeven. Aan
de aangeblazen zijde - de loefzijde - zal een overdruk
ontstaat t.o.v. de lijzijde en de zijkanten. De onderlinge
verhoudingen in deze drukverdeling hangen af van vorm
en afmetingen van het betreffende gebouw en blijhen
onafhankelijk te zijq van de windsterkte, m.a.w. als bet
harder waait worden de drukverschillen wel groter, maar
alle in gelijke mate tot de windsnelheid.
Neemt men bijv het drukverschil tussen vóór en achterzijde Ap bij een bepaalde windsnelheid v en maakt
men
de verhouding P'
dan blijkt deze verhouU.D.V~
'
ding nagenoeg constant t6 zijn voor alle windsnelheden.
Draait de windrichting t.o.v. het gebouw, dan zullen
de drukverschillen tussen voor- en achterzijde aanzienlijk mee variëren, en zo de drukverschillen tussen elke
twee vaste punten van de buitenzijde van het gebouw.
C
Afb. 6 Drukverdeling
o m een gebouw, t e n gevolge v a n de wind.
Meetresultaten prof. v.
d . Held, Phys. Lab.,
Utrecht.
Uitgebreide metingen aan dit verschijnsel zijn uitgevoerd door Van der Held en Businger en enkele van de
resultaten geeft afb. 6. Tussen de punten 1 en 3 van
twee tegenover elkaar liggende buitenwanden van het
Phys. Lab. in Utrecht zijn de drukverschillen gemeten
bij diverse richtingen en snelheden van de wind. Gezien
het juist geschetste verband tussen drukverschillen en
windsnelheid,. zijn
de resultaten samengevat
in de waarde
"
-
[email protected] polair is uitgezet bij de behorende windrichting.
Het grootste drukverschil treedt op bij windrichtingen
die loodrecht staan op één der beide gevels en is in orde
van grootte ongeveer gelijk aan de waarde van de snelheidsdruk van de wind: 1/2ev2.
Ten gevolge van deze drukverschillen tussen de diverse
plaatsen van de buitenzijde van een gebouw zullen luchttransporten gaan optreden dóór het gebouw en wel van
plaatsen met overdruk naar plaatsen met onderdruk.
Deze luchttransporten vinden plaats door openingen als
ramen, deuren - ook in gesloten toestand door kieren
en naden - en openingen speciaal voor ventilatieve doeleinden aangebracht zoals ventilatiekanalen en -openingen.
De grootte van de optredende luchttransporten zal afhangen uiteraard van de grootte van de drukverschillen
maar daarnaast van de weerstanden die moeten worden
overwonnen door de doorstromende hoeveelheden lucht.
Inwendige planning van een gebouw en uitvoering van
de bouwkundige uitvoering zullen hiervoor maatgevend
zijn.
Een voorbeeld welke invloed bijv. de mate van dichtheid der ramen uitoefent geeft afb. 7.
Afb. 7
46
In de eerste plaats zijn voor het tweede geval de doorstromende hoeveelheden veel kleiner, daarnaast verandert zelfs één doorstroming geheel van richting.
4. Het natuurlijke klimaat in gebouwen van pompstations en zuiveringsinrichtingen
Wat in deze gebouwen dient te worden nagestreefd is
het creëren van een toestand, waarin het optreden van
condensatie tot een minimum beperkt wordt.
We zullen daartoe nagaan welke situaties alzo verwacht kunnen worden onder ,,natuurlijke" omstandigheden, d.w.z. zonder luchtconditioneringsinstallaties.
Het criterium voor het optreden van condensatie is het
aanwezig zijn van koude oppervlakken waartegen de
lucht uit de ruimte afkoelt en wel beneden het dauwpunt
zodat vocht in vloeibare vorm zich op deze oppervlakken
afzet.
Of zich deze situatie zal voordoen, zal afhangen
1. van temperatuur en vochtigheid van de binnenlucht,
2. van de oppervlaktemperaturen in de ruimte, van
wanden, pijpen, machines.
Onderwerpen wij het temperatuurbeeld van het binnenklimaat in de bedoelde gebouwen aan een nader onderzoek.
Verwarming van deze ruimten is niet gebruikelijk. Men
vindt er vaak wel enige apparatuur, maar dan hoofdzakelijk met het doel tijdens de ergste vorst enige veiligheid
te hebben voor een aantal kwetsbare plaatsen. Soms ook
wordt verwarming van enkele plaatsen van het bedrijf
toegepast uit representatiemotieven.
De luchttemperatuur binnen zal beheerst worden door
twee factoren, nl.:
- de buitentemperatuur en de mate waarin deze zijn
invloed kan laten gelden (isolatie- en ventilatie-eigenschappen van de gebouw-constructie) ;
- de temperatuur van het water.
Het is een bekend feit, dat de temperatuur van grondwater weinig variaties vertoont. Meestentijds is ze in de
buurt van 10 "C. Oppervlakte-water zal grotere temperatuurfluctuaties vertonen; steller dezes heeft evenwel geen
cijfers ter beschikking. Voor beide soorten water zal gelden, dat ze in de zomer voor koeling van de gebouwen
zullen zorgen, in de winter voor verwarming. In verhouding tot de warmte-uitwisseling van het gebouw zullen
de behandelde resp. verpompte hoeveelheden drinkwater
enorme warmte-inhouden bezitten. De temperatuurniveau's van de ruimten zullen dus dichter bij de watertemperaturen liggen, dan bij de buitentemperaturen.
'
I n afb. 8 zijn uitgezet voor Den Helder per maand, de r
gemiddelde temperaturen van de buitenlucht over een
redelijk lange periode, de gemiddelden van de dagmaxima en'dagminima en tenslotte de absolute maxima
en minima. Eén en ander om een eerste indruk te geven
over het verloop van de buitentemperatuur. Zeer volledig
kan een indruk op deze basis uiteraard niet zijn. Bijvoorbeeld wordt zodoende geen informatie over de langdurigheid van de diverse temperatuurperiode gegeven.
-
Afb. 8
W DAGNINIMA
Deze kan verkregen worden uit een diagram zoals dat
gegeven is in het tweede gedeelte van deze afbeelding,
althans voor de winter. Hierin zijn nl. uitgezet het aantal
malen dat over een periode van ca 10 jaar gemiddelde
etmaaltemperaturen zijn voorgekomen lager dan een
zekere waarde.
Gegevens over het eindresultaat dat aan luchttemperatuur binnen wordt bereikt als gevolg van samenwerking
tussen drinkwatertemperatuur, buitentemperatuur, en
gebouwconstructie staan steller dezes niet ter beschikking.
Omdat het in de bedoeling ligt aan het einde van deze
par. in principe een vergelijking te maken tussen de
typische zomer- en de typische winter-omstandigheden,
zou hij de volgende waarden willen nemen:
Water
buitentemperatuur
binnentemperatuur
Zomer
11-12 OC
+23 "C
l d 1 5 OC
Winter
9 OC
-7
"C
+7 OC
Er kan direct aan toe worden gevoegd, dat enigszins
andere waarden niets aan het principe veranderen. Hoe
deze buitentemperaturen zich verhouden tot het geheel
van gegevens is in de afbeelding aangeduid.
Wat betreft de opperv2aktetemperatuur kan nu het
volgende gezegd worden. De oppervlaktetemperatuur van
buizen en pompen zal nagenoeg niet verschillen van de
watertemperatuur, aangezien isolatie doorgaans niet toegepast wordt.
Afb. 9 Relatieve vochtigheid v a n d e lucht v a n 7 OC waarbij
condensatie op het wandoppervlak optreedt bij een buitentemperatuur v a n -7 OC, O OC.
De oppervlaktemperatuur aan de binnenzijde van de
wanden kan worden afgeleid uit de luchttemperauren
buiten en binnen. Afb. 9 vormt hierbij de illustratie,
waar een bepaalde constructie is blootgesteld aan een
buitentemperatuur van -7 "C en een binnentemperatuur van +'i
"C: de voor de winterse omstandigheden
gekozen temperaturen.
Zoals bekend, zal de warmtestroom door een constructie bij een temperatuurverschil tussende lucht aan beide
zijden van (t2-t,) gegeven worden door
Q = k (t2--ti)
(15)
waarin k het geleidingsvermogen van de wand karakteriseert: de zg. transmissiecoëfficiënt.
Het warmtegeleidingsvermogen van een constructie is
opgebouwd uit een aantal onderdelen: m.n.
- het vermogen van de warmte om van de lucht op de
wand te komen: ai
- het geleidend vermogen van de diverse in serie geschadn
kelde lagen: r, 1,
- het vermogen van de warmte om tenslotte aan de buitenzijde van de wand weer op de lucht over te gaan: U,,
De transmissiecoëfficiënt is hiermede op de volgende
wijze opgebouwd:
Het omgekeerde van geleidingsvermogen noemt men
weerstand. I n feite stelt de verg. (15) voor, de bekende
stelling, dat de vervangingsweerstand van een aantal in
serie geschakelde weerstanden gelijk is aan de som van
die weerstanden. Het totale temperatuurverschil (t,-t,)
verdeelt zich nu over de diverse onderdelen in evenredigheid met de weerstanden van deze onderdelen - verondersteld dat de gehele beschouwing is gebaseerd op een
stationaire toestand.
Dit is in genoemde afbeelding uitgebeeld voor een dragende betonconstructie voorzien van een isolatielaag boven of onder, waarvan de k-waarde 1,45 kcal/m2 h°C bedraagt. (1, beton = 1,6 kcal/m.h.OC; l, houtwolcement =
d
0,144 kcal/m.h."C; ui = 7 en a,, = 20 kcal/m2.h."C; -
A
voor dakbedekking 0,08 m2 h. "C/kcal).
De binnenoppervlaktemperatuur is voor beide gevallen
dezelfde en wordt bepaald door t, en t, alsmede de verhouding van ai tot k.
Wordt de constructie beter isolerend (meer weerstand,
kleiner geleidingsvermogen) m.a.w. heeft ze een lagere
k-waarde, dan zal de binnenoppervlaktemperatuur hoger
worden. Dit is uitgebeeld in de onderste helft van afb. 9.
Het gevolg hiervan is, dat minder snel condensatie op
deze wanden zal optreden. Daarvoor zijn hogere waarden
van de relatieve vochtigheid in de binnenlucht noodzakelijk. Ook dit is in de figuur aangegeven:
Aandacht verdienen hier nog de volgende opmerkingen
1. Een enkele glazen ruit heeft een k-waarde van 5 kcal/
m2.h."C, deze krijgt in het hier geschetste beeld een opp.
temp. aan de binnenzijde van -3 "C.
K-waarden van enkele constructies volgen hieronder:
Gemetselde muur 1% steen,
k = 1,45 kcalm2 h."C
hardgrauw
Gemetselde muur 1 steen, hardgrauw- met klamp van 9 cm
k = 1,30 kcal/m2 h.OC
lichte beton
Gemets. spouwmuur, 2 X l/z steen,
buiten hardgrauw, binnen rood k = 1,30 kcal/m2 h."C
Gemetselde spouwmuur, l/, buiten
l binnen, buiten hardk = 1,00 kcal/m2 h. "C
grauw, binnen rood
Gewapend betonplaat, 10 cm, als
platdak gedekt met mastiek
k = 2,85 kcal/m2 h."C
en grind
Idem, doch onder de beton een
k = 1,45 kcal/m2 h."C
houtwolcementplaat 5 cm
Idem, doch onder de beton een
k = 0,95 kcal/m"."C
houtwolcementplaat 10 cm
2. Isolatie onder en boven de beton zijn naast elkaar
afgebeeld omdat in praktijk dikwijls de vraag rijst: ,,moet
de isolatie boven of onder?"
Van de diverse aspecten willen wij alleen hier dat aanhalen van de dampdiffusie door de materialen. Is de
situatie zodanig, dat binnen een hoge waterdampspanning heerst t.o.v. buiten en bevinden zich in de wand geen
dampafsluitende lagen, dan betekenen de poriën in het
materiaal een open verbinding en daardoorheen zullen
dampmoleculen willen diffunderen. Er komt zodoende
waterdamp in het materiaal en dit zal op zijn tocht naar
buiten worden geconfronteerd met een steeds lager wordende temperatuur. Een en ander kan tot gevolg hebben,
dat inwendige condensatie kan gaan optreden. Dit zal
afhangen van de verhouding diffusie - weerstand temperatuurgradiënt in het materiaal. Er dient opgemerkt te worden, dat voor vele isolatiematerialen de diffusieweerstand laag is (de moleculen dringen er gemakkelijk doorheen) terwijl het temperatuurverval in isolatielagen sterk is. Samenvattend gesteld: met de isolatie
aan de binnenzijde kan het zijn, dat een groot aantal
dampmoleculen vrij snel op een zeer lage temperatuur
komen.
In zulke gevallen is overleg vooraf gewenst, of het wellicht noodzakelijk is aan het binnenoppervlak met dampafsluitende lagen te werken.
Onderwerpen wij tenslotte het vochtbeeld van het binnenklimaat aan enige nadere beschouwing.
In gebouwen van pompstations en zuiveringsinrichting
is water het ,,produktM.Het komt voor, blootgesteld aan
de binnenlucht, dikwijls van de meest fijn verdeelde toestand via grote wateroppervlakken tot afgesloten systemen. Tijdens de behandeling van dit produkt zal - als
de omstandigheden daartoe gunstig zijn - een deel door
verdamping in de lucht kunnen geraken en zich in, resp.
+
met, de lucht verplaatsen naar naastgelegen ruimten alweer als de omstandigheden daartoe gunstig zijn.
Het waterbehandelingsproces kan een belangrijke invloed uitoefenen op het binnenklimaat, waarover later
meer.
Door ventilatie - natuurlijke of door middel van ventilatoren - zal verse buitenlucht naar binnen komen en
moeten komen: ook voor de behandeling van het water
is verse lucht nodig.
Met deze lucht komt de hoeveelheid vocht mee, die
daar door atmosferische omstandigheden in aanwezig is.
Afb. 10 geeft een beeld van het verloop per maand voor
bv. Den Helder van de gemiddelde dampspanning, als
mede van de absolute maxima en minima.
ABSOLUTE MINIMA
Afb.
Ook bij deze meteorologische gegevens in het zeer moeilijk een juiste indruk te verkrijgen van wat zich afspeelt.
Een belangrijke vraag t.a.z. van de vochtigheid van de
buitenlucht is uiteraard of ze ,,ergn vochtig is dan wel
relatief. Daartoe zijn voor de dampspanningen gezet de
bijbehorende dauwpunten en samengevat in het onderste.
deel van de afbeelding. Deze dauwpuntstemperaturen
kunnen geconfronteerd worden met de buitenlucht-temperaturen, hetgeen is geschied.
Dan blijkt:
- dat de absolute minimumwaarden van het dauwpunt
weinig verschillen van de absolute minimumtemperaturen;
-dat de gemiddelde dauwpuntstemperaturen tamelijk
weinig boven de dagelijkse minimumtemperaturen liggen;
Men kan hieruit wel concluderen, dat het dauwpunt
vrijwel dagelijks zeer dicht benaderd wordt, hetgeen in
ons waterrijke land ook niet verwonderlijk is.
Om een indruk te verkrijgen in welke mate door natuurlijke ventilatie door de wind buitenluchtmensels van
een zekere samenstelling komen, is een combinatie van
meteorologische gegevens met betrekking tot windsterkte-richting en vochtgehalte nodig.
JAN.
,N
OEN HELDER
(OVER 01. J5 JAAR)
'
i
/
JUL I
Afb. 11 geeft in principe een samenvoeging van deze
gegevens. Van de wind is opgenomen: de frekwentie over
de 4 kwadranten, benevens de gemiddelde windsnelheid
per maand resp. maximum windsnelheden over 1 etmaal
voor Den Helder. Voor het vocht is opgenomen: de gemiddelde dampspanning per maand, resp. de bijbehorende
dauwpuntstemperatuur.
Ook hier staan schrijver geen gegevens ter beschikking
over wat actueel voor waarden van de vochtigheid in de
diverse ruimten gaan heersen. Maar, uitgaande van vochtigheden in de buitenlucht voor
75 0/0 of 16 mm Hg bij 23 "C
Zomer
Winter
85-90% of 2,3 mm Hg bij -7 "C
(die in de betreffende afb. 10 zijn aangegeven), kan
aan de hand van het Mollies-diagram worden aangegeven
hoe men voor zomer en winter het binnenklimaat opgebouwd kan denken.
Samenvattend hadden we gemaakt de volgende onderstellingen ten aanzien van de klimaten:
Zomer
Winter
Buitenlucht
Temperatuur
Vochtigheid
Vochtigheid
"C
%
mmHg
23
75
16
-7
85-90
2,3
Binnenlucht
Temperatuur
Verzadigingsspanning
"C
mmHg
14-15
12,4
7
7,5
11-12
10,2
9
8,6
Water
Temperatuur
Verzadigingsspanning
"C
mmHg
Binnenklimaat in de winter
Zoals aangegeven in afb. 12 zal de buitenlucht, die
door ventilatie binnenkomt in de eerste plaats worden
opgewarmd en wel van -7 naar +7 "C. Dit opwarmen
aleen kunnen we in het Moliierdiagram door een verticale rechte - constante x - voorstellen. Omdat deze
lucht t.o.v. het binnenklimaat een lage waterdampspanning heeft en deze behoudt, zal ze aanleiding zijn tot
verdamping van vrij water als ze daarmede in contact
wordt gebracht, of aantrekking uitoefenen op diffunderende moleculen uit andere ruimten.
Zelfs als ze opgewarmd tot 7 "C eventueel verzadigd
geraakt zou zijn zou haar verzadigingsspanning nog lager liggen dan die van het water en dus zal de verdalliping blijven doorgaan!
Binnentredende buitenlucht in de winter, op zichzelf
droog, geeft aanleiding tot hevige verdamping. Daardoor
zal haar vochtgehalte toenemen. Komt dit boven bepaalde hoeveelheden dan zal condensatie op de koude wandvlakken plaats vinden. I n de afbeelding is aangegeven bij
welke k-waarde condensatie zal gaan optreden op de resp.
wandonderdelen. Door het (laten) condenseren wordt de
Afb.
WINTER
85- 9 0 Ok
2.3 mm Hg
WATER
8.6 mmHg
ri
,k;g/kg LUCHT
ZOHER
75 %
f 6 mm Hg
BINNENLUCHT f 4 - f 5 %
WATER
fi-fZDC
f0.2mm Hg
x -kg/hg
LUCHT
verdamping niet geremd, deze gaat dóór tengevolge van
de verhoudingen van de (verzadigings) dampspanningen.
Wenst men geen condensatie op wandonderdelen, dan
moet een evenwichtstoestand voor de lucht gecreëerd
worden, die ligt onder de voor de condensatie kritische
vochtigheid. D.W.Z.men moet zoveel lucht met een zodanig laag vochtgehalte doorsturen, dat de verdamping
niet zo snel kan ,,bijvullenm.Ook de verdarnpingssnelheid
neemt echter met verhoogde luchtcirculatie toe. Treedt
condensatie op de wanden op, dan zal een deel hiervan
in het materiaal opgezogen. worden. Door isolatie kan
men de grens waarbij condensatie optreedt verhogen.
Men dient zich evenwel af te vragen - gezien de dampspanningsverhoudingen - hoever men hiermede dient
te gaan. Isolatie betekent een grote investering.
Binnenklimaat in de xÓmer
Zoals in afb. 12 eveneens is aangegeven, zal in de zomer het temperatuurbeeld juist andersom liggen als in
de winter. I n volgorde van toenemende temperatuur:
winter. . . buitenlucht, binnenoppervlakken van de buitenwanden, binnenlucht, water.
zomer . . . water, binnenlucht, binnenoppervlakken van
de buitenwanden, buitenlucht.
Hieruit komt ook naar voren, dat de min of meer op
de gis genomen temperaturen in de voorbeelden niet zo
kritisch zijn: het komt veeleer aan op het principe van
de onderlinge verhoudingen.
In de zomer zal de buitenlucht, die vrij vochtig is t.o.v.
het binnenklimaat, zodra het is binnengekomen gaan
afkoelen. Al vrij spoedig is het dauwpunt bereikt en
de condensatie begint. Waterafzetting treedt op, op de
,,koudere9' vlakken; nu zijn dit de wateroppervlakken
(! ) en buizen, niet meer de binnenwandoppervlakken.
Het inwendige van het gebouw gaat optreden als condensor voor de buitenlucht!
Het vermijden van deze condensatie zonder conditionering is een vrijwel onbegonnen taak: het zou betekenen
dat geen verse lucht aan het gebouw zou mogen worden
toegevoerd.
Aangezien de verzadigingsspanning aan het binnenoppervlak der wanden hoger ligt dan van de binnenlucht,
zal vocht dat 's winters in het materiaal is getrokken in
de zomer daaruit verdampen.
5.
Conclusies
Ontwikkeld is een beschouwing met welke men kan
komen tot een beoordeling van het binnenklimaat zoals
dat langs natuurlijke weg tot stand komt in de gebouwen
van pompstations en zuiveringsbedrijven.
Wenst men condensatie te voorkomen, dan is uit deze
beschouwing af te leiden, welke bouwkundige mogelijk
heden aanwezig zijn:
ligging van de gebouwen;
indeling van de gebouwen;
uitvoering bouwkundige details voor ventilatie, raam- en
deursluitingen;
uitvoering van wanden t.a.z. van isolatie.
Het principe van de verschijnselen laat zien, dat een
gerede twijfel moet bestaan of men er met bouwkundige
voorzieningen alleen komt !
De economische factor zal kunnen uitmaken hoeveel
men in de constructie moet investeren en hoeveel in
maatregelen ter conditionering van de lucht.
publikatie 80
- Afd.
Gezondheidstechniek T.N.O.)
Literatuur:
Mollier-diagram.
A.S.H.A.E.-Guide - (American Society of Heating and Air conditioning Engineers).
Mollier-diagram, diffusie.
Die ~issenschaftlichenGrundlagen der Trocknungstechnik, Prof.
O. K r i s c h e r. - Springer Verlag, 1956.
Vochtigheidsmetingen.
Methods of measuring humidity and testing hygrometers, National
Bureau of Standards, Circular 512, Washington. U.S.A.
INHOUD
Blz.
Voorwoord . . . . . . . . . . . . . . . 3
Algemene inleiding, door prof. W. F . J . M. Krul . . 5
Meteorologie, door dr. L. J . L. Dey . . . . . . . 10
Scheikunde, door drs. F. W . J. van Haaren .
34
Bacteriologie door prof. dr. Jan Smit .
51
Bouwfysica (akoestiek), door prof. dr. ir. C . W .
Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Bouwfysica (klimaatregeling), door ir. E. van Gunst 77

APS 0066_medivere-nl_Stuhldiagnostik_Histamin im Stuhl_mit

De actieve-zuurstof- behandeling

NeBo straatkolk beton/gietijzer 2-delig 20……. / OB

2 Molecuulmodellen

SP 400 SHU

Installatie-instructie VentiLine

03591220

ZWP164 - Studiegroep ZWP

1953 P.J.M. Boel

Nr. 11 november/december 2013 (ed.6)| jaar 2 Aandacht voor: in de

WANDTAPIJT —De legende van Onze-Lieve

Bedienungsanleitung Funk-Präsenzmelder

SX - Routebeschrijving - P1 & P2