Was genau erwärmt an einem sonnigen Tag ein Wasserbecken?

An einem sonnigen Tag heizt sich ein Außenpool ziemlich schnell auf. Meine Frage ist, was ist der genaue Mechanismus dafür und können wir es mit Zahlen beziffern?

Da Wasser klar und farblos ist, scheint es sehr wenig direkte Sonnenstrahlung zu absorbieren. Die Seiten und der Boden des Beckens können es jedoch durch Wärmeleitung erwärmen.

Ist es möglich, den Einfluss von Strahlung gegenüber Leitung in diesem Prozess abzuschätzen oder allgemein eine vollständige Erklärung zu geben?

Ein großer Teil des Spektrums des Sonnenlichts liegt bei einer Wellenlänge von 1 μ m (Infrarot). Bei dieser Wellenlänge wird nach 10 cm Wassertiefe mehr als die Hälfte der Energie absorbiert. Dies könnte sehr wohl der Hauptgrund für die Beheizung des Pools sein. Sie müssen lediglich die spektrale Intensität der Sonnenstrahlung, das Absorptionsspektrum des Wassers und die Wärmekapazität des Wassers kennen.
In der Tat, wenn das Wasser selbst nicht viel Energie aufnehmen würde, würden die Ozeane nicht annähernd die Temperaturen halten können, die sie haben.

Antworten (1)

Es gibt eine verwandte Frage. Erwärmt sich braunes, aber transparentes Schwimmbadwasser wesentlich schneller als hochchlorhaltige Pools im westlichen Stil? . Die Frage ist kein Duplikat, obwohl die Antworten dort relevant sind.

Am Äquator beträgt die Intensität des Sonnenlichts am Boden etwa 1 kW/m 2 , von denen etwa die Hälfte sichtbar und die Hälfte IR ist (plus einige Prozent im UV). Wie fffred im Kommentar sagt, absorbiert Wasser IR-Strahlung, sodass etwa die Hälfte der Energie direkt vom Wasser absorbiert wird. Das sichtbare Licht dringt unabsorbiert durch das Wasser und erwärmt die Wände des Schwimmbeckens. Da Wasser IR absorbiert, entsteht ein Treibhauseffekt, der die Wände warm hält, und die Wände erwärmen dann das Wasser durch Leitung und Konvektion.

Es wird schwierig sein, genau abzuschätzen, wie schnell sich das Wasser erwärmt, da die Wände des Schwimmbeckens in der Regel in einer hellen Farbe gestrichen sind, die einen Großteil des Lichts reflektiert. Wir müssten den Reflexionsgrad kennen, um zu berechnen, wie viel Licht die Wände absorbieren und wie schnell sie sich erwärmen. Vermutlich werden die Wände etwas Wärme an den Boden abgeben, obwohl ich vermute, dass dies langsam sein wird. Schließlich muss berücksichtigt werden, dass die Intensität des Sonnenlichts mit dem Breitengrad abnimmt und natürlich von den atmosphärischen Bedingungen abhängt. Unter der Annahme maximaler Absorption und eines Pools am Äquator erwärmt das Sonnenlicht einen 2 m tiefen Pool mit etwas weniger als einem halben Grad pro Stunde.

Danke schön. Ich kann aus den Online-Spektrographen nicht direkt erkennen, warum die Hälfte der Energie des Tageslichts IR ist. Tatsächlich sieht es so aus, als ob sehr wenig über 700 nm liegt. Woher wissen Sie, dass das stimmt und welche Wellenlängen absorbiert Wasser?
Um ehrlich zu sein, habe ich diese Zahl nur von der Wikipedia-Seite genommen. Ein schnelles Google hat commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_Spectrum.png gefunden und dies zeigt, dass ein Großteil der Energie in Wellenlängen von mehr als 700 nm liegt.
Ein weiteres schnelles Google fand ein Spektrum von flüssigem Wasser unter backreaction.blogspot.co.uk/2009/01/…
Danke. Vielleicht sollte ich eine andere Frage stellen, wie Sie diese Zahl von einer Hälfte erhalten. Ich dachte, dass die längeren Wellenlängen viel weniger Energie tragen.
Das von John angegebene Absorptionsspektrum zeigt, dass die Opazität von Wasser etwa 0,1 cm beträgt − 1 für eine Infrarotwellenlänge von 1 Mikron. Sie multiplizieren mit dem Abstand, sagen wir 5 cm, um den Absorptionskoeffizienten zu erhalten 5 × 0,1 = 0,5 . Der übertragene Bruch ist gegeben durch exp ⁡ ( − 0,5 ) ∼ 0,6 . Das bedeutet, dass etwa 60 % übertragen werden.
Es sieht so aus, als ob etwa 40% der Energie im Sonnenlicht (ohne Berücksichtigung der Atmosphäre) bei Wellenlängen über 700 nm liegen. home.znet.com/schester/facts/solar_energy.html
Was genau erwärmt an einem sonnigen Tag ein Wasserbecken?
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