Paragraaf 1 Basisprincipes van warmtetransport
Warmte is een vorm van energie, warmte zal zich verplaatsen (stromen) van gebieden met een hoge
temperatuur naar gebieden met een lagere temperatuur om zo tot een evenwichtssituatie te komen.
Verplaatsing van warmte kan op drie manieren plaatsvinden: door convectie, straling en geleiding.
Convectie
Bij warmteoverdracht door convectie (stroming) wordt de warmte door een stromend medium meegevoerd.
Convectie is alleen mogelijk in vloeistof en gassen.
Voorbeeld: blazen over een (te) warme soep om hem af te laten koelen
Straling
Elk voorwerp of lichaam met een temperatuur hoger dan 0K (-273 graden Celsius) straalt warmte uit in de
vorm van elektromagnetische trillingen.
Deze trillingen worden in warmte omgezet als ze een voorwerp of lichaam raken, koudere voorwerpen stralen
minder warmte uit dan warmere voorwerpen.
Als twee oppervlakken van ongelijke temperaturen tegenover elkaar worden geplaatst, zal het koude
voorwerp opwarmen en het warme voorwerp afkoelen. Voor straling is geen medium nodig.
Voorbeeld: omdat voor warmtestraling geen medium nodig is, kan de zon de aarde verwarmen.
Geleiding
Warmtegeleiding vindt plaats doordat moleculen in een vaste stof bewegen. Naarmate de temperatuur hoger
is, zullen moleculen sneller bewegen, en deze bewegingen zullen door worden gegeven aan aangrenzende
moleculen. Vloeistoffen en gassen geleiden heel slecht, terwijl voor vaste stoffen geleiding de enige
mogelijkheid is om warmte te transporteren.
Voorbeeld: als je kokend water in een enkelwandige koele beker giet zal naar verloop van tijd de beker
opwarmen, het warme water geeft dus de warmte door aan de beker.
De warmtestroom: de totale hoeveelheid warmte die als gevolg van convectie, straling en geleiding wordt
getransporteerd. De eenheid van warmte is Watt (W) of joule per seconde (J/s).
Bij het beoordelen van een constructie kijk je naar de warmtestroomdichtheid.
Warmtestroomdichtheid (q): de warmtestroom die per vierkante meter (m2) door de constructie gaat. Deze
wordt uitgedrukt in W/m2.
, Voorbeeld 1: heeft een muur een opp. van 15 m2, dan is het totale warmteverlies door de muur in watt (J/s)
15 maal de warmtestroomdichtheid.
Voorbeeld 2: nader uitwerken in schrift.
Warmtetransport door convectie
Door verhitting van het water (door bijvoorbeeld een verwarmingselement in een aquarium), zet het water uit.
Als gevolg van de dichtheidsverschillen (het warme water is lichter dan het koude water) gaat het water
stromen in het aquarium. Hierbij is het medium voor het transport van warmte dus water.
Ditzelfde gebeurt in het vertrek waar het aquarium zich bevind, de ruiten van het aquarium hebben een
hogere temperatuur dan de lucht in het vertrek. De koude lucht zou worden verwarmt door de ruiten, in dit
geval is het transport medium dus lucht, deze vorm van transport heet convectie.
Voor het verwarmen van lucht met een radiator wordt gebruikt gemaakt
van convectie door middel van lucht. Het is duidelijk dat de mate waarin
warmte wordt overgedragen afhankelijk is van de stromingssnelheid van
het transportmedium (lucht- of windsnelheid) en het temperatuurverschil
tussen het voorwerp en het langsstromende medium.
Dit wordt uitgedrukt met behulp van de volgende formule:
Warmtetransport door straling
Warmtetransport door middel van straling is onderdeel van het
elektromagnetische spectrum.
Met een infrarood camera kun je de temperatuur van een oppervlak
meten, koudere voorwerpen stralen minder energie uit dan warmere
voorwerpen.
De hoeveelheid warmte die door een oppervlak wordt afgestraald
kun je berekenen door:
Emissie- en absorptiecoefficient
Voor de meeste bouwmaterialen geldt: een emissiecoëfficiënt van ca.
0.9 a 0.95
Wanneer langgolvige infraroodstraling op een oppervlak valt, wordt
deze voor een deel gereflecteerd en voor een deel geabsorbeerd, zelden wordt iets doorgelaten. In het
algemeen is et deel van de straling dat wordt geabsorbeerd, gelijk aan de emissiecoëfficiënt, deze is dus ook
direct de absorptiecoëfficiënt.
Zichtbaar licht
Warmtestraling is heel wat anders dan zichtbaar licht (ook energie), hoewel het tot dezelfde familie van
elektromagnetische straling behoort. Een witgeverfd oppervlak absorbeert circa 90% van de warmtestraling,
van het zichtbare licht wordt echter maar 20% geabsorbeerd. Een bruin of zwart oppervlak
Serre-effect
Glas is ‘ondoorzichtig’ voor langgolvige infraroodstraling, maar doorlaatbaar voor zonlicht. Als gevolg hiervan
zal de energie afgegeven door het zonlicht in de woning komen en de omhullende oppervlakken in de ruimte
‘passief’ opwarmen. Deze oppervlakken geven vervolgens hun warmte weer af in de vorm van langgolvige
infraroodstraling. Voor dit type straling is glas echter ‘ondoorzichtig’ (de woning zal hierdoor dus opwarmen).
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller IVeluwenkamp. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $6.43. You're not tied to anything after your purchase.
