Materiaal- & Energiestromen 2 - Bert Belmans
LES 1: GEANNULEERD
LES 2: BASISBEGRIPPEN WARMTETRANSPORT
INLEIDING BOUWFYSICA
Bouwfysica gaat over mensen en hun behoeften…
• Gezonde gebouwen
• Energie-e ciënte gebouwen
• Comfortabele gebouwen
• Zorg dragen voor planeet
Ventileren
• Ramen openen en sluiten is iets dat we van nature doen
• Om mu e lucht te verversen
• Om geuren te verwijderen
• Om warmte af te voeren
• …
• We doen het op een intuïtieve manier
• Gebaseerd op ons gevoel van comfort
• Gebaseerd op onze perceptie van binnenluchtkwaliteit
• …
Huizen zijn beter geïsoleerd dan vroeger en ventilatieverliezen zijn belangrijker
geworden.
Bouwfysica is balanceren van stromen
• Balansen van vocht en damp (massa)
• Balansen van CO2 (en andere polluenten)
• Balansen van licht en geluid
• Balansen van warmte
• Energiebalans
1 Costermans Isabo
ff ffi
, Afwezigheid van luchtverversing door in ltratie vergroot het belang van ventilatie voor
de binnenluchtkwaliteit.
• Nadeel: ex ltratie en in ltratie zorgden er ook voor dat de luchtkwaliteit beter wordt. Je
gooit warmte weg, maar het zorgt ook voor een verversing van de lucht.
• De combinatie van het isoleren en het luchtdichten heeft ervoor gezorgd dat de ventilatie
belangrijker is geworden. Zowel thermisch als op vlak van binnenluchtkwaliteit. Want alle
lekken zijn gedicht, dus gewoon de ramen open zetten is niet meer genoeg, dus er
moeten ventilatiesystemen worden ingezet.
De manier waarop we ventileren heeft zich moeten aanpassen aan onze ‘nieuwe’
manier van bouwen. Het openen van ramen was vroeger de norm. Maar nieuwe gebouwen
worden steeds vaker uitgerust met mechanische ventilatiesystemen.
• Bij ons is alles vervangen door systemen C (geel) en D (oranje)
• Systeem C: natuurlijk toevoeren en mechanisch afvoeren
• Wordt bij ons het meest gebruikt omdat dit economiser is. Want bij D heb je
mechanische afvoer en toevoer, dus 2x zoveel kanalen, dus ook duurder.
• Systeem D: mechanisch toevoeren en mechanisch afvoeren
Natuurlijke ventilatie
• Maakt gebruik van natuurlijke drijvende krachten
• Weinig controle
• Comfort problemen
• Vrij beschikbaar
Mechanische ventilatie
• Elektrische ventilatoren
• Verbeterde regelbaarheid: meer controle
• Filtering van de inlaatlucht
• Warmteterugwinning
• Gebruik van hulpenergie
In een afgeschermde omgeving gebruiken mensen niet langer hun
aanpassingsvermogen.
• Als alles mechanisch gecontroleerd wordt, dan voel je niet meer de nood om u aan te
passen en dat zorgt ervoor dat je kleinere comfortgrenzen hebt. Je gaat dus strengere
eisen hebben voor je omgeving.
2 Costermans Isabo
fi fi fi
, INLEIDING WARMTETRANSPORT
Wat is warmte?
• Een vorm van energie
• Eenheid: Joule (J)
• Zal streven naar een evenwichtssituatie
• Dus er komt een warmtestroom van gebieden met hoge temperatuur naar gebieden
met een lagere temperatuur.
Wat is temperatuur?
• maat voor hoe warm of koud iets is
• maat voor de gemiddelde bewegingsenergie van atomen en moleculen (trillingen)
• Temperatuur θ => graden Celsius °C
• Thermodynamische Temperatuur T => Kelvin K
• 273,15 K = 0°C
Transportmechanismen voor warmtestroom
1) Geleiding/conductie
• Doorgeven van bewegingsenergie aan aangrenzende deeltjes
• in vaste sto en
2) Convectie
• Meevoeren van warmte door een stromend uïdum
• in gassen/vloeisto en
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
3 Costermans Isabo
ff ff fl
, GELEIDING
• Bepaalde deeltjes trillen niet hard, andere wel. En ze botsen tegen elkaar en botsen tegen
het naastliggende deeltje en ze geven dit constant door.
• De kinetische energie wordt doorgegeven door de deeltjes, maar het speciale is dat de
deeltjes steeds op hun plaats blijven.
• Er is geen stroom van deeltjes! En geen beweging dus in de richting van de
warmtestroom.
• Formule: q = -kΔT
• Opgelet, k = λ ! => Q /t = λ A ΔT/d
• q = warmtegeleidingscoe ciënt (λ) * temperatuurgradiënt
• Warmtegeleidingscoe ciënt van het materiaal is zeer belangrijk!
• Zo kan je verbranding voorkomen
CONVECTIE
• Er is wel een beweging van deeltjes!
• Formule: q = hΔT
• Er is convectie in de pan in het water, want het water aan de bodem wordt warm door
conductie (bodem geeft via conductie warmte aan de vloeistof) en die deeltjes krijgen dus
de kinetische energie over van de pan en beginnen te trillen. Doordat ze harder trillen,
gaan ze verder uit elkaar zitten, daardoor neemt de densiteit af (alles heeft meer plaats,
dus wordt lichter) en omdat het lichter is gaat het naar boven drijven. Omdat de warme
deeltjes naar boven gaan, moeten de koudere deeltjes de plaats innemen beneden. En
dat zorgt ervoor dat er een circulatie is en dat de convectiestroom op gang komt.
• Rond de pan is er ook een warmtestroom. De wand van de pan warmt ook de lucht op,
de lucht aan de zijkant van de pan warmt op, die gaat stijgen en zuigt lucht aan van er
rond. Dus in de lucht krijg je ook een convectieve warmtestroom.
• Bij gebouwen kan je convectoren gebruiken om de lucht in ruimtes op te warmen.
• In een convector heb je een uïdum (meestal water), dat door een buizensysteem
gaat met ‘vinnen’ op, daardoor gaat de lucht langs de vinnen opwarmen en het
convectieproces wordt nog versterkt door er een schouw op te bouwen.
• Dus de warme lucht gaat naar boven afgevoerd worden, je gaat gradiënt maken in
temperatuur door de schouw te bouwen en er wordt koele lucht aangezogen.
• Convectoren zijn zeer e ciënt om snel lucht warm te maken in een ruimte omdat
je lucht aanvoert, de lucht zelf verwarmt en die warme lucht gaat via de bovenkant
van de convector terug in de ruimte.
• Convectie: gedwongen of natuurlijk
• Ventiloconvectoren: er staat een ventilator op die de snelheid van de convector
verhoogt. Zo kan je nog sneller een ruimte opwarmen, omdat je natuurlijke convectie
aan de ene kant heb en gedwongen aan de andere kant.
• Bij natuurlijke convectie is de drijvende kracht enkel het temperatuurverschil tussen 2
plaatsen. Dit gaat minder snel.
• Hierbij is de h 2 - 25.
• Bij gedwongen convectie heb je nog extern iets dat een druk uitoefent. Zoals een
ventilator of de wind buiten of pompsystemen of …
• Hierbij is de h 10x zo groot als bij natuurlijke convectie. Namelijk 25 - 250. Dus je
kan hierbij op een kortere termijn meer warmte overdragen.
• Stroom kan ook laminair of turbulent zijn.
• Laminair: al de vectoren van de warmtestroom lopen parallel.
• Turbulent: al de pijlen lopen door elkaar en er is meer wrijvingsverlies.
4 Costermans Isabo
ffiffiffi fl
LES 1: GEANNULEERD
LES 2: BASISBEGRIPPEN WARMTETRANSPORT
INLEIDING BOUWFYSICA
Bouwfysica gaat over mensen en hun behoeften…
• Gezonde gebouwen
• Energie-e ciënte gebouwen
• Comfortabele gebouwen
• Zorg dragen voor planeet
Ventileren
• Ramen openen en sluiten is iets dat we van nature doen
• Om mu e lucht te verversen
• Om geuren te verwijderen
• Om warmte af te voeren
• …
• We doen het op een intuïtieve manier
• Gebaseerd op ons gevoel van comfort
• Gebaseerd op onze perceptie van binnenluchtkwaliteit
• …
Huizen zijn beter geïsoleerd dan vroeger en ventilatieverliezen zijn belangrijker
geworden.
Bouwfysica is balanceren van stromen
• Balansen van vocht en damp (massa)
• Balansen van CO2 (en andere polluenten)
• Balansen van licht en geluid
• Balansen van warmte
• Energiebalans
1 Costermans Isabo
ff ffi
, Afwezigheid van luchtverversing door in ltratie vergroot het belang van ventilatie voor
de binnenluchtkwaliteit.
• Nadeel: ex ltratie en in ltratie zorgden er ook voor dat de luchtkwaliteit beter wordt. Je
gooit warmte weg, maar het zorgt ook voor een verversing van de lucht.
• De combinatie van het isoleren en het luchtdichten heeft ervoor gezorgd dat de ventilatie
belangrijker is geworden. Zowel thermisch als op vlak van binnenluchtkwaliteit. Want alle
lekken zijn gedicht, dus gewoon de ramen open zetten is niet meer genoeg, dus er
moeten ventilatiesystemen worden ingezet.
De manier waarop we ventileren heeft zich moeten aanpassen aan onze ‘nieuwe’
manier van bouwen. Het openen van ramen was vroeger de norm. Maar nieuwe gebouwen
worden steeds vaker uitgerust met mechanische ventilatiesystemen.
• Bij ons is alles vervangen door systemen C (geel) en D (oranje)
• Systeem C: natuurlijk toevoeren en mechanisch afvoeren
• Wordt bij ons het meest gebruikt omdat dit economiser is. Want bij D heb je
mechanische afvoer en toevoer, dus 2x zoveel kanalen, dus ook duurder.
• Systeem D: mechanisch toevoeren en mechanisch afvoeren
Natuurlijke ventilatie
• Maakt gebruik van natuurlijke drijvende krachten
• Weinig controle
• Comfort problemen
• Vrij beschikbaar
Mechanische ventilatie
• Elektrische ventilatoren
• Verbeterde regelbaarheid: meer controle
• Filtering van de inlaatlucht
• Warmteterugwinning
• Gebruik van hulpenergie
In een afgeschermde omgeving gebruiken mensen niet langer hun
aanpassingsvermogen.
• Als alles mechanisch gecontroleerd wordt, dan voel je niet meer de nood om u aan te
passen en dat zorgt ervoor dat je kleinere comfortgrenzen hebt. Je gaat dus strengere
eisen hebben voor je omgeving.
2 Costermans Isabo
fi fi fi
, INLEIDING WARMTETRANSPORT
Wat is warmte?
• Een vorm van energie
• Eenheid: Joule (J)
• Zal streven naar een evenwichtssituatie
• Dus er komt een warmtestroom van gebieden met hoge temperatuur naar gebieden
met een lagere temperatuur.
Wat is temperatuur?
• maat voor hoe warm of koud iets is
• maat voor de gemiddelde bewegingsenergie van atomen en moleculen (trillingen)
• Temperatuur θ => graden Celsius °C
• Thermodynamische Temperatuur T => Kelvin K
• 273,15 K = 0°C
Transportmechanismen voor warmtestroom
1) Geleiding/conductie
• Doorgeven van bewegingsenergie aan aangrenzende deeltjes
• in vaste sto en
2) Convectie
• Meevoeren van warmte door een stromend uïdum
• in gassen/vloeisto en
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
3 Costermans Isabo
ff ff fl
, GELEIDING
• Bepaalde deeltjes trillen niet hard, andere wel. En ze botsen tegen elkaar en botsen tegen
het naastliggende deeltje en ze geven dit constant door.
• De kinetische energie wordt doorgegeven door de deeltjes, maar het speciale is dat de
deeltjes steeds op hun plaats blijven.
• Er is geen stroom van deeltjes! En geen beweging dus in de richting van de
warmtestroom.
• Formule: q = -kΔT
• Opgelet, k = λ ! => Q /t = λ A ΔT/d
• q = warmtegeleidingscoe ciënt (λ) * temperatuurgradiënt
• Warmtegeleidingscoe ciënt van het materiaal is zeer belangrijk!
• Zo kan je verbranding voorkomen
CONVECTIE
• Er is wel een beweging van deeltjes!
• Formule: q = hΔT
• Er is convectie in de pan in het water, want het water aan de bodem wordt warm door
conductie (bodem geeft via conductie warmte aan de vloeistof) en die deeltjes krijgen dus
de kinetische energie over van de pan en beginnen te trillen. Doordat ze harder trillen,
gaan ze verder uit elkaar zitten, daardoor neemt de densiteit af (alles heeft meer plaats,
dus wordt lichter) en omdat het lichter is gaat het naar boven drijven. Omdat de warme
deeltjes naar boven gaan, moeten de koudere deeltjes de plaats innemen beneden. En
dat zorgt ervoor dat er een circulatie is en dat de convectiestroom op gang komt.
• Rond de pan is er ook een warmtestroom. De wand van de pan warmt ook de lucht op,
de lucht aan de zijkant van de pan warmt op, die gaat stijgen en zuigt lucht aan van er
rond. Dus in de lucht krijg je ook een convectieve warmtestroom.
• Bij gebouwen kan je convectoren gebruiken om de lucht in ruimtes op te warmen.
• In een convector heb je een uïdum (meestal water), dat door een buizensysteem
gaat met ‘vinnen’ op, daardoor gaat de lucht langs de vinnen opwarmen en het
convectieproces wordt nog versterkt door er een schouw op te bouwen.
• Dus de warme lucht gaat naar boven afgevoerd worden, je gaat gradiënt maken in
temperatuur door de schouw te bouwen en er wordt koele lucht aangezogen.
• Convectoren zijn zeer e ciënt om snel lucht warm te maken in een ruimte omdat
je lucht aanvoert, de lucht zelf verwarmt en die warme lucht gaat via de bovenkant
van de convector terug in de ruimte.
• Convectie: gedwongen of natuurlijk
• Ventiloconvectoren: er staat een ventilator op die de snelheid van de convector
verhoogt. Zo kan je nog sneller een ruimte opwarmen, omdat je natuurlijke convectie
aan de ene kant heb en gedwongen aan de andere kant.
• Bij natuurlijke convectie is de drijvende kracht enkel het temperatuurverschil tussen 2
plaatsen. Dit gaat minder snel.
• Hierbij is de h 2 - 25.
• Bij gedwongen convectie heb je nog extern iets dat een druk uitoefent. Zoals een
ventilator of de wind buiten of pompsystemen of …
• Hierbij is de h 10x zo groot als bij natuurlijke convectie. Namelijk 25 - 250. Dus je
kan hierbij op een kortere termijn meer warmte overdragen.
• Stroom kan ook laminair of turbulent zijn.
• Laminair: al de vectoren van de warmtestroom lopen parallel.
• Turbulent: al de pijlen lopen door elkaar en er is meer wrijvingsverlies.
4 Costermans Isabo
ffiffiffi fl
