Table of Contents
1. Natuurkundige Definities..........................................................................................................4
Krachten...........................................................................................................................................................4
Warmte............................................................................................................................................................4
Warmte & Temperatuur.............................................................................................................................4
Warmteweerstand......................................................................................................................................5
Transportmechanismen van warmte..........................................................................................................7
Geleiding.................................................................................................................................................7
Convectie................................................................................................................................................7
Straling....................................................................................................................................................7
Optica...............................................................................................................................................................9
Licht.............................................................................................................................................................9
Transmissie, Absorptie & Reflectie...........................................................................................................11
Geluid.............................................................................................................................................................13
Vocht..............................................................................................................................................................15
2. Materiaaleigenschappen.........................................................................................................17
Opbouw van materialen/materiaalgroepen.................................................................................................17
Primaire bindingen tussen elementen......................................................................................................18
Ion-binding............................................................................................................................................18
Covalente binding.................................................................................................................................18
Metaalbinding.......................................................................................................................................19
Structuur in metalen........................................................................................................................19
Metaalkristallen...........................................................................................................................19
Kristalfouten.................................................................................................................................20
Puntdefecten...........................................................................................................................20
Lijndefecten.............................................................................................................................20
Vlakdefecten............................................................................................................................21
Secundaire bindingen tussen elementen..................................................................................................21
Mechanische eigenschappen i.v.m. gewicht, sterkte, vervorming…............................................................21
Soortelijke massa of dichtheid..................................................................................................................21
Sterkte.......................................................................................................................................................23
Ductiel vs Bros.......................................................................................................................................23
Stijfheid vs Stugheid..............................................................................................................................23
Materiaalbeproeving.................................................................................................................................25
Trekproef..............................................................................................................................................25
Bouwfysische eigenschappen i.v.m. isolatie, fotometrisch, akoestisch, vocht.............................................26
Fotometrische eigenschappen..................................................................................................................26
Thermische eigenschappen.......................................................................................................................28
Translucentie.............................................................................................................................................28
3. Metalen..................................................................................................................................29
Metaaleigenschappen...................................................................................................................................29
Corrosie.....................................................................................................................................................29
Metalen in de architectuur............................................................................................................................30
Ferrometalen.............................................................................................................................................30
Staal......................................................................................................................................................30
Staalproductie..................................................................................................................................31
Soorten Staal....................................................................................................................................32
Constructiestaal (S)......................................................................................................................32
Gietstaal (CS)................................................................................................................................32
Roestvast staal of RVS..................................................................................................................32
Weervast staal.............................................................................................................................32
Gegalvaniseerd staal....................................................................................................................33
Smeedijzer............................................................................................................................................33
1
, Gietijzer.................................................................................................................................................33
Non-Ferrometalen.....................................................................................................................................34
Aluminium.............................................................................................................................................34
Aluminiumproductie........................................................................................................................34
Soorten legeringen...........................................................................................................................35
Kneedlegering..............................................................................................................................35
Gietlegering..................................................................................................................................35
Oppervlaktebehandeling..................................................................................................................35
Koper.....................................................................................................................................................36
Zink........................................................................................................................................................36
Lood......................................................................................................................................................37
4. Keramische materialen en Silicaten........................................................................................37
Keramische materialen..................................................................................................................................37
Natuursteen..............................................................................................................................................37
Stollingsgesteente.................................................................................................................................38
Graniet..............................................................................................................................................38
Basalt................................................................................................................................................38
Afzettingsgesteente..............................................................................................................................38
Kalksteen..........................................................................................................................................38
Blauwe hardsteen of Arduin........................................................................................................38
Zandsteen.........................................................................................................................................39
Metamorf gesteente.............................................................................................................................39
Marmer.............................................................................................................................................39
Leisteen............................................................................................................................................39
Kunststeen.................................................................................................................................................40
Gebakken kunststeen...........................................................................................................................40
Baksteen...........................................................................................................................................40
Baksteenproductie.......................................................................................................................40
Varianten......................................................................................................................................41
Niet-gebakken kunststeen of bindmiddelproduct...............................................................................42
Kalkzandsteen...................................................................................................................................42
Cellenbeton......................................................................................................................................42
5. Kunststoffen............................................................................................................................43
Polymeren......................................................................................................................................................43
Classificatie................................................................................................................................................44
Thermoplasten......................................................................................................................................44
Thermoharders.....................................................................................................................................45
Elastomeren..........................................................................................................................................46
6. Glas.........................................................................................................................................46
Silicaten..........................................................................................................................................................46
Glas................................................................................................................................................................46
Soorten glas...............................................................................................................................................47
Enkel glas..............................................................................................................................................47
Productieproces (floatprocede) floatglas.........................................................................................47
Behandeld enkel glas............................................................................................................................47
Samengesteld glas bestaande uit eventueel behandeld enkel glas.....................................................48
7. Duurzaamheid.........................................................................................................................49
Historische basis............................................................................................................................................49
Oorzaak-Gevolg.........................................................................................................................................49
Gebouwde omgeving.....................................................................................................................................50
Duurzaam ontwerp...................................................................................................................................50
Schatting van de milieu-impact.....................................................................................................................51
LCA.............................................................................................................................................................51
Fasen van een LCA................................................................................................................................52
2
, 1. Doel en scope...............................................................................................................................52
2. Inventaris-analyse........................................................................................................................53
3. Schatting van de impact...............................................................................................................53
4. Interpretatie.................................................................................................................................53
REKENOEFENINGEN EXAMEN:
- Materialen met een poriën fractie en een vaste fractie
- Klein bouwfysica oefening over warmtegeleiding en warmteweerstand
- Materiaal/betonblok staat op de grond, de blok heeft een bepaalde sterkte, de grond heeft
een bepaalde sterkte, welke faalt?
THEORIE
- Meerkeuzevragen
- Invulvragen (definities)
- 1 Open vraag
3
, 1. Natuurkundige Definities
Krachten
Kracht (F): Elke oorzaak van vervorming/verandering van de bewegingstoestand van een voorwerp.
Statische kracht: Vervorming (vb. Uitrekking elastiek)
Dynamische kracht: Beweging (vb. Val, verandering van richting…)
Eerste wet van Newton (traagheidswet): Zolang er geen resulterende kracht op een voorwerp
werkt, zal het altijd met een constante snelheid blijven bewegen. (Snelheid = 0 als je niet beweegt)
(Vb. Spelletje touwtrekken, fietser met wrijvingskracht van zandweg of asfaltweg.)
Massa (m): Grootheid evenredig met de hoeveelheid materie in dat voorwerp, som van de massa
van alle deeltjes en het product van de hoeveelheid deeltjes n in mol met de molaire massa M.
m=M.n
m=ρ.V met ρ = volumieke massa of dichtheid (kg/m3)
Tweede wet van Newton (grondbeginsel van dynamica): Als een voorwerp een resulterende kracht
ondervindt, zal het versnellen met een versnelling die afhankelijk is van de grootte van de kracht en
de massa van het voorwerp.
(Vb. Als 2 auto’s botsen, gaat de auto met de kleinste massa de grootste versnelling ondergaan.)
F=m.a met a = versnelling
Gravitatiewet: Twee massa’s ma en mb met afstand r tussen hun zwaartepunten trekken elkaar aan.
G. m1 . m2 N m2
F1 = F 2 = F z = met gravitatieconstante G = 6,67.10-11
r2 kg
2
m
Fz = G = m . g met zwaarteveldsterkte g = 9,81
s2
Derde wet van Newton (actie = reactie-wet): Als een voorwerp A een kracht uitoefent op een
voorwerp B, dan oefent voorwerp B een even grote kracht uit op voorwerp A, maar dan in de
tegengestelde richting.
(Vb. Pijn als je op een hard oppervlak slaat, zwemmen)
Luchtdruk: Druk die de lucht uitoefent op voorwerpen, vloeistoffen en gassen die zich in de
aardatmosfeer bevinden. Op iedere vierkante meter aardoppervlak drukt ongeveer 10.000kg lucht.
Warmte
Warmte & Temperatuur
Warmte (Q) (J of N.m): Een vorm van energie die uitgewisseld wordt tussen systemen die niet in
thermisch evenwicht zijn. Het streeft dus altijd naar een evenwichtssituatie.
Warmtestroom (Q’ of Φ) (W of J/s): Stroming = De verplaatsing van iets binnen een bepaalde tijd;
warmte wordt verplaatst van het systeem met een hogere temperatuur naar een systeem met een
lagere temperatuur om tot een gemiddelde temperatuur te bekomen.
Temperatuur: Maat voor de gemiddelde bewegingsenergie van atomen en moleculen (trillingen),
maat voor hoe warm of koud iets is. (Scalaire grootheid = geen specifieke richting)
Temperatuur θ Graden Celsius °C
Thermodynamische Temperatuur T Kelvin K 273,15 K = 0°C
OEFENING EXAMEN:
4
, Warmtestroomdichtheid (q) (W/m2 = J/s.m2): Warmtestroom per oppervlakte-eenheid.
Warmtestroom die door een oppervlak (Vb. constructie) gaat binnen een m 2.
Δθ
q=
1 d 1 (W/m2)
+ +
h e λ hi
Δθ
q= (W/m2)
Rse + R+ R si
q=Δθ .U (W/m2)
Warmtegeleidingscoëfficiënt (λ): Of Thermische geleidbaarheid; Materiaalconstante die aangeeft
hoe goed het materiaal warmte geleidt. De warmtegeleidingscoëfficiënt is afhankelijk van de
temperatuur, dichtheid en het vochtgehalte. (Vb. Vocht is een goede geleider voor warmte en
elektriciteit Benat materiaal zorgt dus voor een toename van λ) (W/mK)
Grotere λ = betere geleiding = slechtere isolatie
W
λ rotswol = 0,035 = erg goed isolatiemateriaal
mK
Warmtedoorgangscoëfficiënt (U): Hoeveelheid warmte die per seconde per m 2 en per graad
temperatuurverschil tussen de ene en de andere zijde van een scheidingsconstructie, zoals een
wand of dak, doorgelaten wordt. Laat de wand veel warmte door, dan ligt de U-waarde hoog. Is de
wand thermisch goed geïsoleerd, dan heeft die een lage U-waarde. (W/m2K)
De U-waarde hangt af van de dikte en de isolatiewaarde (lambdawaarde, λ-waarde) van alle
materialen waaruit een constructiedeel opgebouwd is.
Warmteoverdrachtscoëfficiënt (h): Maat die aangeeft hoeveel warmte overgedragen wordt bij
convectie. De waarde van h wordt bepaald door de stroming van lucht langs een warmte-afgevend
of -ontvangend oppervlak. Hoe sterker de stroming, hoe hoger h zal zijn. (hi = 8W/m2K) (W/m2K)
Warmteweerstand
Bij transport van warmte door een bouwmateriaal is er sprake van drie soorten weerstanden:
- Weerstand bij intreding, dus vanuit de (buiten)lucht het materiaal in (Rsi = Surface Interior)
- Weerstand welke het materiaal biedt tegen dit transport
- Weerstand bij uittreding en weer overgaan op de omringende lucht. (Rse = Surface Exterior)
Warmteweerstand (R): Waarde die aangeeft hoe goed een (isolatie-)materiaallaag warmte
tegenhoudt. Hoe hoger de R-waarde, hoe groter de weerstand die de warmtestroom ondervindt en
hoe beter het dus isoleert.R-waarden worden gebruikt om van een materiaallaag naar een
constructie-eigenschap te gaan. (m2K/W)
di
Rtot = + ∑ Rniet −homogeen + ∑ Rluchtlaag + R se
λ Ui
di
R=
λ Ui
R = R1 + R2 + … + Rn (R-waarde van een constructie is de som van de deelwaarden)
1 1
R= U =
U R
De weerstanden bij intreding en bij uittreding worden overgangsweerstanden genoemd.
Deze zijn afhankelijk van de richting van de warmtestroom (Φ)
Vb. Schuine wand: Opwaartse warmtestroom gaat gemakkelijker door een wand dan een
neerwaartse warmtestroom
5
1. Natuurkundige Definities..........................................................................................................4
Krachten...........................................................................................................................................................4
Warmte............................................................................................................................................................4
Warmte & Temperatuur.............................................................................................................................4
Warmteweerstand......................................................................................................................................5
Transportmechanismen van warmte..........................................................................................................7
Geleiding.................................................................................................................................................7
Convectie................................................................................................................................................7
Straling....................................................................................................................................................7
Optica...............................................................................................................................................................9
Licht.............................................................................................................................................................9
Transmissie, Absorptie & Reflectie...........................................................................................................11
Geluid.............................................................................................................................................................13
Vocht..............................................................................................................................................................15
2. Materiaaleigenschappen.........................................................................................................17
Opbouw van materialen/materiaalgroepen.................................................................................................17
Primaire bindingen tussen elementen......................................................................................................18
Ion-binding............................................................................................................................................18
Covalente binding.................................................................................................................................18
Metaalbinding.......................................................................................................................................19
Structuur in metalen........................................................................................................................19
Metaalkristallen...........................................................................................................................19
Kristalfouten.................................................................................................................................20
Puntdefecten...........................................................................................................................20
Lijndefecten.............................................................................................................................20
Vlakdefecten............................................................................................................................21
Secundaire bindingen tussen elementen..................................................................................................21
Mechanische eigenschappen i.v.m. gewicht, sterkte, vervorming…............................................................21
Soortelijke massa of dichtheid..................................................................................................................21
Sterkte.......................................................................................................................................................23
Ductiel vs Bros.......................................................................................................................................23
Stijfheid vs Stugheid..............................................................................................................................23
Materiaalbeproeving.................................................................................................................................25
Trekproef..............................................................................................................................................25
Bouwfysische eigenschappen i.v.m. isolatie, fotometrisch, akoestisch, vocht.............................................26
Fotometrische eigenschappen..................................................................................................................26
Thermische eigenschappen.......................................................................................................................28
Translucentie.............................................................................................................................................28
3. Metalen..................................................................................................................................29
Metaaleigenschappen...................................................................................................................................29
Corrosie.....................................................................................................................................................29
Metalen in de architectuur............................................................................................................................30
Ferrometalen.............................................................................................................................................30
Staal......................................................................................................................................................30
Staalproductie..................................................................................................................................31
Soorten Staal....................................................................................................................................32
Constructiestaal (S)......................................................................................................................32
Gietstaal (CS)................................................................................................................................32
Roestvast staal of RVS..................................................................................................................32
Weervast staal.............................................................................................................................32
Gegalvaniseerd staal....................................................................................................................33
Smeedijzer............................................................................................................................................33
1
, Gietijzer.................................................................................................................................................33
Non-Ferrometalen.....................................................................................................................................34
Aluminium.............................................................................................................................................34
Aluminiumproductie........................................................................................................................34
Soorten legeringen...........................................................................................................................35
Kneedlegering..............................................................................................................................35
Gietlegering..................................................................................................................................35
Oppervlaktebehandeling..................................................................................................................35
Koper.....................................................................................................................................................36
Zink........................................................................................................................................................36
Lood......................................................................................................................................................37
4. Keramische materialen en Silicaten........................................................................................37
Keramische materialen..................................................................................................................................37
Natuursteen..............................................................................................................................................37
Stollingsgesteente.................................................................................................................................38
Graniet..............................................................................................................................................38
Basalt................................................................................................................................................38
Afzettingsgesteente..............................................................................................................................38
Kalksteen..........................................................................................................................................38
Blauwe hardsteen of Arduin........................................................................................................38
Zandsteen.........................................................................................................................................39
Metamorf gesteente.............................................................................................................................39
Marmer.............................................................................................................................................39
Leisteen............................................................................................................................................39
Kunststeen.................................................................................................................................................40
Gebakken kunststeen...........................................................................................................................40
Baksteen...........................................................................................................................................40
Baksteenproductie.......................................................................................................................40
Varianten......................................................................................................................................41
Niet-gebakken kunststeen of bindmiddelproduct...............................................................................42
Kalkzandsteen...................................................................................................................................42
Cellenbeton......................................................................................................................................42
5. Kunststoffen............................................................................................................................43
Polymeren......................................................................................................................................................43
Classificatie................................................................................................................................................44
Thermoplasten......................................................................................................................................44
Thermoharders.....................................................................................................................................45
Elastomeren..........................................................................................................................................46
6. Glas.........................................................................................................................................46
Silicaten..........................................................................................................................................................46
Glas................................................................................................................................................................46
Soorten glas...............................................................................................................................................47
Enkel glas..............................................................................................................................................47
Productieproces (floatprocede) floatglas.........................................................................................47
Behandeld enkel glas............................................................................................................................47
Samengesteld glas bestaande uit eventueel behandeld enkel glas.....................................................48
7. Duurzaamheid.........................................................................................................................49
Historische basis............................................................................................................................................49
Oorzaak-Gevolg.........................................................................................................................................49
Gebouwde omgeving.....................................................................................................................................50
Duurzaam ontwerp...................................................................................................................................50
Schatting van de milieu-impact.....................................................................................................................51
LCA.............................................................................................................................................................51
Fasen van een LCA................................................................................................................................52
2
, 1. Doel en scope...............................................................................................................................52
2. Inventaris-analyse........................................................................................................................53
3. Schatting van de impact...............................................................................................................53
4. Interpretatie.................................................................................................................................53
REKENOEFENINGEN EXAMEN:
- Materialen met een poriën fractie en een vaste fractie
- Klein bouwfysica oefening over warmtegeleiding en warmteweerstand
- Materiaal/betonblok staat op de grond, de blok heeft een bepaalde sterkte, de grond heeft
een bepaalde sterkte, welke faalt?
THEORIE
- Meerkeuzevragen
- Invulvragen (definities)
- 1 Open vraag
3
, 1. Natuurkundige Definities
Krachten
Kracht (F): Elke oorzaak van vervorming/verandering van de bewegingstoestand van een voorwerp.
Statische kracht: Vervorming (vb. Uitrekking elastiek)
Dynamische kracht: Beweging (vb. Val, verandering van richting…)
Eerste wet van Newton (traagheidswet): Zolang er geen resulterende kracht op een voorwerp
werkt, zal het altijd met een constante snelheid blijven bewegen. (Snelheid = 0 als je niet beweegt)
(Vb. Spelletje touwtrekken, fietser met wrijvingskracht van zandweg of asfaltweg.)
Massa (m): Grootheid evenredig met de hoeveelheid materie in dat voorwerp, som van de massa
van alle deeltjes en het product van de hoeveelheid deeltjes n in mol met de molaire massa M.
m=M.n
m=ρ.V met ρ = volumieke massa of dichtheid (kg/m3)
Tweede wet van Newton (grondbeginsel van dynamica): Als een voorwerp een resulterende kracht
ondervindt, zal het versnellen met een versnelling die afhankelijk is van de grootte van de kracht en
de massa van het voorwerp.
(Vb. Als 2 auto’s botsen, gaat de auto met de kleinste massa de grootste versnelling ondergaan.)
F=m.a met a = versnelling
Gravitatiewet: Twee massa’s ma en mb met afstand r tussen hun zwaartepunten trekken elkaar aan.
G. m1 . m2 N m2
F1 = F 2 = F z = met gravitatieconstante G = 6,67.10-11
r2 kg
2
m
Fz = G = m . g met zwaarteveldsterkte g = 9,81
s2
Derde wet van Newton (actie = reactie-wet): Als een voorwerp A een kracht uitoefent op een
voorwerp B, dan oefent voorwerp B een even grote kracht uit op voorwerp A, maar dan in de
tegengestelde richting.
(Vb. Pijn als je op een hard oppervlak slaat, zwemmen)
Luchtdruk: Druk die de lucht uitoefent op voorwerpen, vloeistoffen en gassen die zich in de
aardatmosfeer bevinden. Op iedere vierkante meter aardoppervlak drukt ongeveer 10.000kg lucht.
Warmte
Warmte & Temperatuur
Warmte (Q) (J of N.m): Een vorm van energie die uitgewisseld wordt tussen systemen die niet in
thermisch evenwicht zijn. Het streeft dus altijd naar een evenwichtssituatie.
Warmtestroom (Q’ of Φ) (W of J/s): Stroming = De verplaatsing van iets binnen een bepaalde tijd;
warmte wordt verplaatst van het systeem met een hogere temperatuur naar een systeem met een
lagere temperatuur om tot een gemiddelde temperatuur te bekomen.
Temperatuur: Maat voor de gemiddelde bewegingsenergie van atomen en moleculen (trillingen),
maat voor hoe warm of koud iets is. (Scalaire grootheid = geen specifieke richting)
Temperatuur θ Graden Celsius °C
Thermodynamische Temperatuur T Kelvin K 273,15 K = 0°C
OEFENING EXAMEN:
4
, Warmtestroomdichtheid (q) (W/m2 = J/s.m2): Warmtestroom per oppervlakte-eenheid.
Warmtestroom die door een oppervlak (Vb. constructie) gaat binnen een m 2.
Δθ
q=
1 d 1 (W/m2)
+ +
h e λ hi
Δθ
q= (W/m2)
Rse + R+ R si
q=Δθ .U (W/m2)
Warmtegeleidingscoëfficiënt (λ): Of Thermische geleidbaarheid; Materiaalconstante die aangeeft
hoe goed het materiaal warmte geleidt. De warmtegeleidingscoëfficiënt is afhankelijk van de
temperatuur, dichtheid en het vochtgehalte. (Vb. Vocht is een goede geleider voor warmte en
elektriciteit Benat materiaal zorgt dus voor een toename van λ) (W/mK)
Grotere λ = betere geleiding = slechtere isolatie
W
λ rotswol = 0,035 = erg goed isolatiemateriaal
mK
Warmtedoorgangscoëfficiënt (U): Hoeveelheid warmte die per seconde per m 2 en per graad
temperatuurverschil tussen de ene en de andere zijde van een scheidingsconstructie, zoals een
wand of dak, doorgelaten wordt. Laat de wand veel warmte door, dan ligt de U-waarde hoog. Is de
wand thermisch goed geïsoleerd, dan heeft die een lage U-waarde. (W/m2K)
De U-waarde hangt af van de dikte en de isolatiewaarde (lambdawaarde, λ-waarde) van alle
materialen waaruit een constructiedeel opgebouwd is.
Warmteoverdrachtscoëfficiënt (h): Maat die aangeeft hoeveel warmte overgedragen wordt bij
convectie. De waarde van h wordt bepaald door de stroming van lucht langs een warmte-afgevend
of -ontvangend oppervlak. Hoe sterker de stroming, hoe hoger h zal zijn. (hi = 8W/m2K) (W/m2K)
Warmteweerstand
Bij transport van warmte door een bouwmateriaal is er sprake van drie soorten weerstanden:
- Weerstand bij intreding, dus vanuit de (buiten)lucht het materiaal in (Rsi = Surface Interior)
- Weerstand welke het materiaal biedt tegen dit transport
- Weerstand bij uittreding en weer overgaan op de omringende lucht. (Rse = Surface Exterior)
Warmteweerstand (R): Waarde die aangeeft hoe goed een (isolatie-)materiaallaag warmte
tegenhoudt. Hoe hoger de R-waarde, hoe groter de weerstand die de warmtestroom ondervindt en
hoe beter het dus isoleert.R-waarden worden gebruikt om van een materiaallaag naar een
constructie-eigenschap te gaan. (m2K/W)
di
Rtot = + ∑ Rniet −homogeen + ∑ Rluchtlaag + R se
λ Ui
di
R=
λ Ui
R = R1 + R2 + … + Rn (R-waarde van een constructie is de som van de deelwaarden)
1 1
R= U =
U R
De weerstanden bij intreding en bij uittreding worden overgangsweerstanden genoemd.
Deze zijn afhankelijk van de richting van de warmtestroom (Φ)
Vb. Schuine wand: Opwaartse warmtestroom gaat gemakkelijker door een wand dan een
neerwaartse warmtestroom
5
