INITIATIE BOUWFYSICA
1) BASISBEGRIPPEN WARMTETRANSPORT
inleiding warmtetransport
Warmte = een vorm van energie
- streeft naar een evenwichtssituatie => Warmtestroom: van warm naar koud
- Warmte (Q) = een hoeveelheid energie in joule (J)
- Warmtestroom/wamteflud (Q’ of 𝜑) = hoeveelheid energie per tijdseenheid (J/s of W)
- warmtestroomdichtheid (q) = warmtestroom door een oppervlak ((J/s)/m² of W/m²)
Temperatuur= maat voor hoe warm of koud iets is = maat voor de gemiddelde bewegingsenergie van
atomen en moleculen (trillingen)
- Temperatuur θ in °C
- Thermodynamische Temperatuur T in Kelvin K
- 273,15 K = 0°C
Transportmechanismen
1) Geleiding/Conductie= Doorgeven van bewegingsenergie aan aangrenzende deeltjes (vaste stoffen)
- deeltjes trillen ter plaatse, trilling wordt doorgegeven aan deeltje er naast
𝑄 △𝑇
- q = - k . ∇T Opgelet, K=λ → 𝑡
=λA 𝑑
∇T = temperature gradient
2) Convectie= Meevoeren van warmte door een stromend fluïdum (in gassen/ vloeistoffen)
- deeltjes kunnen zich verplaatsen tussen andere deeltjes een geven zo de warmte door
- q = h . ∆T h = overgangscoëfficiënt ∆𝑇 = temperatuurverschil
- Bv; in een convector (in radiator): anzuigen van koude lucht en dan via convectie naar boven
- Natuurlijke convectie: bv. aan binnen wanden
- Ei vb: warmte stijgt en stroomt rond het ei naar het
koudere gedeelte
- geforceerde convectie: bv.aan buitenwanden door wind
- Ei vb: ventilator blaast lucht tegen het ei aan
verschil tussen convectie en conductie: bij convectie verplaatst de massa zich
3) straling= Uitstraling van warmte in de vorm van elektromagnetische golven. De hoeveelheid
‘warmte’ die uitgestraald wordt, is afhankelijk van de temperatuur van het voorwerp.
(Geen medium nodig => kan ook in het luchtledige)
4
- q = ε σ 𝑇 ε = emissitijd van het oppervlak
- gaat altijd in 2 richtingen
- wij hebben het koud omdat het buiten koud is en wij onze warmte dan afstralen naar buiten
- warmteverlies aan raam oplossen => radiator onder het raam plaatsen => warmtegordijn
want radiator geeft stralingswarmte
, 4
Zwarte straler= perfecte straler => absorbeert alles (absorptie en emissie) q=σ𝑇 want ε = 1
- De meeste niet metaalachtige bouwmaterialen zijn bijna zwarte stralers
grijze straler= echte straler => absorbeert minder door reflectie (absorptie, emissie, reflectie) ε < 1
- de gepolijste niet edele metalen geven geven het meeste stralingsuitwisseling
Warmtegeleidingscoëfficiënt λ
Warmtegeleidingscoëfficiënt λ(lambda)= hoeveel energie die per seconde door een vlak
van 1 m² gaat bij een eenheidsdikte van 1 m, per graad temperatuurverschil.
(W/(m.k))
- een materiaaleigenschap
Warmteweerstand R
Warmteweerstand R= hoe groter R, hoe groter de weerstand die de warmtestroom
ondervindt om door de constructie te stromen = betere isolatie (m².K/W)
- constructie eigenschap
𝑑
- R= λ
- Meerdere materiaal lagen: 𝑅𝐶= 𝑅1+ 𝑅2 + … + 𝑅𝑛
overgangsweerstanden:
1
- 𝑅𝑆𝑖 binnen: 𝑅𝑠𝑖= ℎ𝑖
met ℎ𝑖 overgangscoëfficiënt binnen
1
- 𝑅𝑠𝑒 buiten: 𝑅𝑠𝑒= ℎ𝑒
met ℎ𝑒 overgangscoëfficiënt buiten
- meerdere materialen lagen en overgangsweerstanden: 𝑅𝑡𝑜𝑡= 𝑅𝑠𝑖+ 𝑅𝑐 + 𝑅𝑠𝑒
, warmteweerstand van een luchtspouw: luchtspouw = geen vaste stof => convectie
- Niet geventileerd => hoge R waarde want stilstaande lucht
- matig geventileerd (correctiefactor gebruiken)
- Wel geventileerd => lage R waarde want bewegende lucht
(𝑅𝑠𝑒verplaatsen naar de luchtspouw) ->
- niet/gedeeltelijk homogeen wand: gemiddelde van alle R nemen
- alles met een kader: gemiddelde van alle U waarden nemen
Warmtedoorgangscoëfficiënt U
Warmtedoorgangscoëfficiënt U= de hoeveelheid warmte die door een constructie gaat per
2
seconde (s) per vierkante meter (𝑚 ) per graad temperatuurverschil (K)
(W/(m².K))
- constructie eigenschap
Raamkader: lijn koudebrug lokale plaats met meer warmteverlies
- in de spacer wordt vochtabsorberende vloeistof gedaan om condens te voorkomen
behandeld enkel glas gecoat glas: reflecterende coating die warmte binnen hout
- hangt in de binnenkant van het raam => kan niet kapot met poetsen
Rekenvoorbeelden warmtestroomdichtheid
1) BASISBEGRIPPEN WARMTETRANSPORT
inleiding warmtetransport
Warmte = een vorm van energie
- streeft naar een evenwichtssituatie => Warmtestroom: van warm naar koud
- Warmte (Q) = een hoeveelheid energie in joule (J)
- Warmtestroom/wamteflud (Q’ of 𝜑) = hoeveelheid energie per tijdseenheid (J/s of W)
- warmtestroomdichtheid (q) = warmtestroom door een oppervlak ((J/s)/m² of W/m²)
Temperatuur= maat voor hoe warm of koud iets is = maat voor de gemiddelde bewegingsenergie van
atomen en moleculen (trillingen)
- Temperatuur θ in °C
- Thermodynamische Temperatuur T in Kelvin K
- 273,15 K = 0°C
Transportmechanismen
1) Geleiding/Conductie= Doorgeven van bewegingsenergie aan aangrenzende deeltjes (vaste stoffen)
- deeltjes trillen ter plaatse, trilling wordt doorgegeven aan deeltje er naast
𝑄 △𝑇
- q = - k . ∇T Opgelet, K=λ → 𝑡
=λA 𝑑
∇T = temperature gradient
2) Convectie= Meevoeren van warmte door een stromend fluïdum (in gassen/ vloeistoffen)
- deeltjes kunnen zich verplaatsen tussen andere deeltjes een geven zo de warmte door
- q = h . ∆T h = overgangscoëfficiënt ∆𝑇 = temperatuurverschil
- Bv; in een convector (in radiator): anzuigen van koude lucht en dan via convectie naar boven
- Natuurlijke convectie: bv. aan binnen wanden
- Ei vb: warmte stijgt en stroomt rond het ei naar het
koudere gedeelte
- geforceerde convectie: bv.aan buitenwanden door wind
- Ei vb: ventilator blaast lucht tegen het ei aan
verschil tussen convectie en conductie: bij convectie verplaatst de massa zich
3) straling= Uitstraling van warmte in de vorm van elektromagnetische golven. De hoeveelheid
‘warmte’ die uitgestraald wordt, is afhankelijk van de temperatuur van het voorwerp.
(Geen medium nodig => kan ook in het luchtledige)
4
- q = ε σ 𝑇 ε = emissitijd van het oppervlak
- gaat altijd in 2 richtingen
- wij hebben het koud omdat het buiten koud is en wij onze warmte dan afstralen naar buiten
- warmteverlies aan raam oplossen => radiator onder het raam plaatsen => warmtegordijn
want radiator geeft stralingswarmte
, 4
Zwarte straler= perfecte straler => absorbeert alles (absorptie en emissie) q=σ𝑇 want ε = 1
- De meeste niet metaalachtige bouwmaterialen zijn bijna zwarte stralers
grijze straler= echte straler => absorbeert minder door reflectie (absorptie, emissie, reflectie) ε < 1
- de gepolijste niet edele metalen geven geven het meeste stralingsuitwisseling
Warmtegeleidingscoëfficiënt λ
Warmtegeleidingscoëfficiënt λ(lambda)= hoeveel energie die per seconde door een vlak
van 1 m² gaat bij een eenheidsdikte van 1 m, per graad temperatuurverschil.
(W/(m.k))
- een materiaaleigenschap
Warmteweerstand R
Warmteweerstand R= hoe groter R, hoe groter de weerstand die de warmtestroom
ondervindt om door de constructie te stromen = betere isolatie (m².K/W)
- constructie eigenschap
𝑑
- R= λ
- Meerdere materiaal lagen: 𝑅𝐶= 𝑅1+ 𝑅2 + … + 𝑅𝑛
overgangsweerstanden:
1
- 𝑅𝑆𝑖 binnen: 𝑅𝑠𝑖= ℎ𝑖
met ℎ𝑖 overgangscoëfficiënt binnen
1
- 𝑅𝑠𝑒 buiten: 𝑅𝑠𝑒= ℎ𝑒
met ℎ𝑒 overgangscoëfficiënt buiten
- meerdere materialen lagen en overgangsweerstanden: 𝑅𝑡𝑜𝑡= 𝑅𝑠𝑖+ 𝑅𝑐 + 𝑅𝑠𝑒
, warmteweerstand van een luchtspouw: luchtspouw = geen vaste stof => convectie
- Niet geventileerd => hoge R waarde want stilstaande lucht
- matig geventileerd (correctiefactor gebruiken)
- Wel geventileerd => lage R waarde want bewegende lucht
(𝑅𝑠𝑒verplaatsen naar de luchtspouw) ->
- niet/gedeeltelijk homogeen wand: gemiddelde van alle R nemen
- alles met een kader: gemiddelde van alle U waarden nemen
Warmtedoorgangscoëfficiënt U
Warmtedoorgangscoëfficiënt U= de hoeveelheid warmte die door een constructie gaat per
2
seconde (s) per vierkante meter (𝑚 ) per graad temperatuurverschil (K)
(W/(m².K))
- constructie eigenschap
Raamkader: lijn koudebrug lokale plaats met meer warmteverlies
- in de spacer wordt vochtabsorberende vloeistof gedaan om condens te voorkomen
behandeld enkel glas gecoat glas: reflecterende coating die warmte binnen hout
- hangt in de binnenkant van het raam => kan niet kapot met poetsen
Rekenvoorbeelden warmtestroomdichtheid
