BOUWENERGIE
samenvatting door Femke Smaers
INHOUDSOPGAVE
Basisbegrippen warmtetransport .............................................................................................................................. 3
basisbegrippen ............................................................................................................................................................................................ 3
warmteweerstand R ................................................................................................................................................................................. 5
warmtedoorgangscoëfficiënt U ........................................................................................................................................................... 6
warmtetransportmechanismen .......................................................................................................................................................... 7
warmtestroomdichtheid q ..................................................................................................................................................................... 8
examenopdracht-voorbeelden ............................................................................................................................................................. 9
te kennen formules les 1 ......................................................................................................................................................................... 9
examenvraag oplossing: ...................................................................................................................................................................... 10
Energieprestaties van gebouwen ............................................................................................................................ 11
epbd .............................................................................................................................................................................................................. 11
warmtebalans: winsten en verliezen ............................................................................................................................................. 13
methoden om energieverbruik te berekenen ............................................................................................................................. 13
warmteverliescoëfficiënt door transmissie 𝐻𝑇 ......................................................................................................................... 14
stationair warmtetransport formules ........................................................................................................................................... 15
warmtebalans: Transmissieverliezen Φ𝑡 formule ................................................................................................................... 15
warmtebalans: ventilatieverliezen Φ𝑣 formule ....................................................................................................................... 16
opdracht warmtebalans oplossing ................................................................................................................................................. 17
warmtebalans berekenen: stappenplan ....................................................................................................................................... 21
Vocht.................................................................................................................................................................................. 22
oorzaken en gevolgen ........................................................................................................................................................................... 22
pathologie van vochtproblemen ...................................................................................................................................................... 23
vochtbronnen ........................................................................................................................................................................................... 24
vochttransport en fysische processen ............................................................................................................................................ 24
nodige voorwaarden voor vochtporblemen................................................................................................................................ 27
bouwvocht.................................................................................................................................................................................................. 27
hygroscopiciteit van bouwmaterialen en de rol van zouten ............................................................................................... 27
infiltraties................................................................................................................................................................................................... 28
contact met water .................................................................................................................................................................................. 28
vocht in de lucht ...................................................................................................................................................................................... 30
diagram van Mollier .............................................................................................................................................................................. 31
oppervlaktecondensatie....................................................................................................................................................................... 33
1
, inwendige condensatie ......................................................................................................................................................................... 39
methode van Glaser (inwendige condensatie) ........................................................................................................................... 42
Oplossingen voor Inwendige Condensatie ................................................................................................................................... 45
kort stappenplan metgode glaser ................................................................................................................................................... 45
Ventilatie.......................................................................................................................................................................... 46
waarom verluchten?.............................................................................................................................................................................. 46
Gezonde lucht en normen.................................................................................................................................................................... 47
CO2-productie van een mens ............................................................................................................................................................. 48
CO2 – balans ............................................................................................................................................................................................. 48
CO2 concentraties in binnenruimtes berekenen ....................................................................................................................... 49
ventilatievoud per ruimte volgens BNB D50-001 ..................................................................................................................... 50
luchtdichtheid .......................................................................................................................................................................................... 50
ventilatiesystemen.................................................................................................................................................................................. 51
Mechanische ventilatie systeem opbouw: ventilatieluchtsoorten ..................................................................................... 54
warmterecuperatie ................................................................................................................................................................................ 55
inregelen van mechanische ventilatiesystemen ........................................................................................................................ 56
mechanische ventilatiesystemen: voorwaarden ....................................................................................................................... 56
Energieprestaties van transparante systemen ................................................................................................... 57
prestaties .................................................................................................................................................................................................... 57
warmtedoorgangscoëfficiënt U ........................................................................................................................................................ 57
spectrale eigenschappen en opwarming door zonnestralen ............................................................................................... 58
kleureigenschappen van low-e beglazing .................................................................................................................................... 59
positie van de coating ........................................................................................................................................................................... 60
componenten beglazing....................................................................................................................................................................... 60
vacuum beglazing .................................................................................................................................................................................. 61
licht- en zonnetransmissie .................................................................................................................................................................. 61
zonnewering ............................................................................................................................................................................................. 62
Thermisch comfort ....................................................................................................................................................... 63
stationaire warmtestroom berekenen .......................................................................................................................................... 63
dynamische warmtestroom berekenen en thermische massa ............................................................................................ 64
twee strategieën voor gebouwontwerp ........................................................................................................................................ 64
nadelen van de EPB-regelgeving ..................................................................................................................................................... 65
thermisch comfort: definitie en evaluatie .................................................................................................................................... 65
2
, BASISBEGRIPPEN WARMTETRANSPORT
BASISBEGRIPPEN
TERM SYMBOOL EENHEID KORTE UITLEG
Warmte Q Joule (J) Een vorm van energie.
Temperatuur T Graden De maat voor de gemiddelde kinetische energie van
Celsius (°C) de deeltjes in een stof.
of Kelvin
(K)
Warmtestroom (of Warmteflux) Φ of Q’ Watt (W) De hoeveelheid warmte die per seconde wordt
of J/s overgedragen, vaak van warm naar koud. Dit geeft
de snelheid aan waarmee warmte over een gebied
wordt overgedragen.
Warmtestroomdichtheid q W/m² De warmtestroom per eenheid van oppervlak. Dit
geeft aan hoeveel warmte er per vierkante meter
oppervlak per seconde wordt overgedragen.
Thermische λ W/m·K = materiaaleigenschap
geleidbaarheid of Warmtegeleidingscoëfficiënt (lambda) De maat voor het vermogen van een materiaal om
warmte te geleiden. Dit bepaalt hoe goed een
materiaal warmte kan geleiden. Hoe hoger de λ-
waarde, hoe beter de warmtegeleiding.
Warmteweerstand R m²·K/W = constructie-eigenschap
De weerstand die een materiaal biedt tegen
warmteoverdracht. Dit is het omgekeerde van de
thermische geleidbaarheid. Hoe groter de R-waarde,
hoe groter de weerstand van een constructie.
Overgangsweerstand (binnen/buiten) R_si en m²·K/W Weerstand tegen warmteoverdracht aan de binnen-
R_se (R_si) of buitenzijde (R_se) van een
materiaaloppervlak.
S = surface, i = interior, e = exterior
Verklaring verschil binnen en buiten: buiten is de
convectie (:stroom van vloeistof of gas) of straling
groter dan binnen door weeromstandigheden (wind,
regen, zonnestralen, …) + verschillende
omgevingstemperaturen van binnen vs buiten.
Bovendien bepaald de richting van de warmtestroom
Rsi (bekijk schema) en niet Rse.
Warmtedoorgangscoëfficiënt U W/m²·K = constructie-eigenschap
De hoeveelheid warmte die per seconde en per
vierkante meter wordt overgedragen per graad
temperatuurverschil. Deze waarde geeft aan hoe
goed een gebouwschil (zoals een muur of raam)
warmte doorlaat.
Warmteverliescoëfficiënt H W/K De totale hoeveelheid warmte die per seconde
verloren gaat bij een temperatuurverschil van 1
graad Kelvin of Celsius. Dit wordt gebruikt om het
totale warmteverlies door een gebouw of systeem aan
te geven.
Warmtetransport(mechanismen) 3 manieren:
1. Conductie= geleiding; warmteoverdracht
door direct contact in een vast materiaal of
tussen vaste stoffen. Moleculen geven hun
energie door aan naburige moleculen.
2. Convectie= Warmteoverdracht door
stroming van een vloeistof of gas. Warmte
wordt meegenomen door bewegende
vloeistof- of gasdeeltjes.
3. Straling= Warmteoverdracht door
elektromagnetische straling, zoals
infraroodstraling. Deze vorm van
warmteoverdracht heeft geen medium
nodig om te verplaatsen.
3
,warmteoverdrachtscoëfficiënt hₑ, hᵢ W/m²·K De hoeveelheid warmte die per vierkante meter
oppervlak wordt overgedragen door convectie
en/of straling per graad temperatuurverschil.
hₑ = (externe warmteoverdrachtscoëfficiënt):
Geeft aan hoe snel warmte van het oppervlak van een
materiaal aan de buitenlucht wordt overgedragen via
convectie en straling.
h ᵢ= (interne warmteoverdrachtscoëfficiënt): Geeft
aan hoe snel warmte van het oppervlak van het
materiaal aan de binnenlucht wordt overgedragen
via convectie en straling.
4
,WARMTEWEERSTAND R
R is een eigenschap van materialen en constructies die de mate van weerstand tegen warmtetransport aangeeft. Hoe
groter de R-waarde, hoe beter een materiaal isoleert.
Eenheid: m²·K/W (vierkante meter kelvin per watt). Dit betekent dat de weerstand wordt gemeten als de
hoeveelheid warmte die door een oppervlakte van 1 vierkante meter gaat per graad temperatuurverschil.
§ homogene laag
formule:
- d is de dikte van de materiaallaag (in meters).
- λ (lambda) is de warmtegeleidingscoëfficiënt (hoe goed het materiaal warmte geleidt), in
W/(m·K). Hoe lager λ, hoe beter het materiaal isoleert.
§ Meerdere (homogene) lagen
Wanneer een wand uit verschillende lagen bestaat, kun je de totale warmteweerstand Rc (meerlaagse
constructieweerstand) berekenen door de weerstanden van de individuele lagen op te tellen:
§ Samengestelde wanden
Bij samengestelde wanden (meerdere lagen of secties) is de totale warmteweerstand RT het gemiddelde van
de boven- en onderwaarde van de warmteweerstand:
- R'T is de bovenwaarde van de warmteweerstand en hangt af van de oppervlakte gewogen U-
waarde (warmtedoorgangscoëfficiënt).
- R"T is de som van de interne overgangsweerstand, de weerstand van de lagen, en de externe
overgangsweerstand.
§ Niet-homogene lagen
In een niet-homogene constructie (bijv. houtskelet), zijn de warmtegeleidingscoëfficiënten van de
verschillende materialen anders. Bijvoorbeeld, hout geleidt warmte beter dan isolatie, dus er zal meer
warmte door het hout stromen, ook al neemt het minder ruimte in.
Dit betekent dat je voor dergelijke constructies een bouwknopensimulatie moet uitvoeren of een equivalente
R-waarde moet berekenen die rekening houdt met de verschillen in warmtegeleiding.
Voorbeeld niet-homogene laag: Spantendak of houtskeletwand
𝛼 = 10% hout => λhout = 0,18 W/mK
𝛽 = 90% isolatie => λisolatie = 0,04 W/mK
d = 0,15 m
Gaat 10% van de warmte door het hout en 90% door de isolatie? → NEEN !!!
Reden: Hout en isolatie hebben een verschillende warmtegeleidingscoëfficiënt
λ hout = 0,18 W/mK > λ isolatie = 0,04 W/mK
In verhouding met het oppervlakteaandeel gaat er meer warmtetransport door het hout.
Aandeel houtsectie in totale warmtetransport > 10% !
Berekenen via bouwknopensimulatie of als laag met een equivalente R
ð Overgangsweerstanden (Rsi en Rse)
Rsi (interieur) en Rse (exterieur) houden rekening met warmteoverdracht door straling en convectie aan de
binnen- en buitenzijde van een wand. Dit is afhankelijk van de richting van de warmtestroom.
- S = surface, i = interior, e = exterior
- Rsi wordt berekend als: Rsi=1hi, waarbij hi de warmteovergangscoëfficiënt binnen is.
- Rse wordt berekend als: Rse=1he, waarbij he de warmteovergangscoëfficiënt buiten is.
Typische waarden voor Rsi en Rse hangen af van de richting van de warmtestroom (opwaarts,
horizontaal, of neerwaarts).
= dak = wand = vloer
5
, ð Warmteweerstand van een luchtspouw
Een luchtspouw is een ruimte tussen twee lagen die geen vaste stof is. Om de R te berekenen van een spouw
gaan we ervan uit dat de spouw een vaste stof is. Deze inschatting is meestal niet zo correct De
warmteweerstand van een luchtspouw hangt af van de mate van ventilatie:
- Niet geventileerd: de lucht beweegt niet, waardoor er een zekere warmteweerstand is. Aan de
hand van metingen werden er tabellen opgesteld met de waarde van R voor niet geventileerde
spouwen. Deze waarden moet je dus overnemen en toepassen in dit geval.
R-waarde R-waarde
Dikte van R-waarde
(opwaartse (horizontale
luchtspouw (neerwaartse
luchtstroom) luchtstroom)
(mm) luchtstroom)
= bv. dak = bv muur
5≤d<7 0,11 0,11 0,11
7 ≤ d < 10 0,13 0,13 0,13
10 ≤ d < 15 0,15 0,15 0,15
15 ≤ d < 25 0,16 0,17 0,17
25 ≤ d < 50 0,16 0,18 0,19
- Matig geventileerd: gedeeltelijke luchtstroom, wat de warmteweerstand vermindert.
Warmteweerstand R uit de tabel halveren want er is wel convectie. = een luchtlaag waarin
beperkte luchtstroming uit de buitenomgeving mogelijk is.
- Sterk geventileerd: Er is veel luchtstroom en de warmteweerstand wordt verwaarloosbaar.
Om de R te berekenen van een sterk geventileerde spouw, schrappen we de Rse en de luchtlaag zelf
(spouw), en passen we enkel de Rsi toe. Met andere woorden schrappen we alle bouwlagen tussen
de luchtlaag en de buitenomgeving, en de luchtlaag zelf. De bouwlagen vanaf de luchtlaag
naarbinnen toe berekenen we met de Rsi waarden.
WARMTEDOORGANGSCOËFFICIËNT U
De U-waarde is een maat voor de hoeveelheid warmte die per seconde en per vierkante meter door een bouwdeel
(zoals muren, ramen, of deuren) verloren gaat tussen de binnen- en buitenkant. Hoe lager de U-waarde, hoe beter het
materiaal isoleert.
= W/(m².K) = de hoeveelheid warmte die door een constructie gaat per seconde (s) per vierkante meter (m2) per
graad temperatuurverschil (K)
Toepassing wandopbouw:
R-waarden berekenen
!,!#
Pleister: $,% = 0,01
moderne normen U-waarde !,!&
= 0,24 - 0,28 W/m²K Minerale wol: !,!&% = 0,9
!,$&
Snelbouwsteen: !,%' = 0,26
!,!#
Binnenpleister: = 0,03
!,(
R-totaal berekenen
1
= 𝟎, 𝟕𝟓
0,10 + 1,2 + 0,04
§ Vensters en deuren: een bijzonder geval
Ramen en deuren bestaan uit meerdere componenten (raamkozijnen, glas, en de randverbindingen tussen
glas en kozijn), en elk van deze onderdelen draagt op een andere manier bij aan de totale warmtedoorgang.
De totale U-waarde van een venster wordt beïnvloed door drie belangrijke factoren:
1. Uf = Warmtedoorgangscoëfficiënt van het kozijn/raamkader:
o Af = opppervlakte van het raamkader.
o Een raamkader heeft meestal een hogere U-waarde dan het glas, omdat het vaak van
materiaal gemaakt is dat minder goed isoleert dan glas (bijvoorbeeld hout of aluminium).
2. Ug = Warmtedoorgangscoëfficiënt van het glas:
- Af = opppervlakte van het glas.
3. Ψg (Psi-waarde) = Koudebrug rond het glas:
o De koudebrug rond het glas, ook wel randverbinding genoemd, is het gebied waar het glas
en het kozijn samenkomen. Dit deel kan warmteverlies veroorzaken omdat het vaak een
zwakkere schakel is in de thermische isolatie van het venster. De Psi-waarde geeft aan
hoeveel warmte er verloren gaat langs deze rand.
6
