Bouwfysica basis
Les 1: WARMTE
Bouwfysica houdt zich bezig met natuurkundige verschijnselen die van invloed zijn op:
Comfort
Energiehuishouding
Bewoonbaarheid van gebouwen
Duurzaamheid van gebouwen
Brandveiligheid
Natuurkundige verschijnselen:
Warmte/energie
Vocht
Luchttransport
Geluid
Licht
Buiten Binnen
Zon, licht Warmte, comfort
Warmte, vorst Waterdamp
Regen Energie
Wind Geluidwering
Geluid Geluidabsorptie
Op verschillende niveaus waar bouwfysica wordt gebruikt:
Stedenbouw
Gebouw
Ruimte/vertrek
Constructies/materialen
Installaties
Wat is warmte?
Warmte is een vorm van energie-uitwisseling tussen
Warmte = energie, beweging
twee systemen die niet in thermisch evenwicht zijn.
1. Moleculen in beweging
Dit vindt plaats in de tijd.
Hoe harder de beweging, hoe hoger
de temperatuur. Temperatuur is een maat voor de thermische energie.
2. Wrijving bij beweging
Temperatuurschaal
1. Celsius
0 graden = water is bevroren (vloeibaar naar vast)
100 graden = water kookt (vloeibaar naar gasvorming)
2. Kelvin
0 Kelvin = -273 graden = moleculen bewegen niet meer
schaalverdeling als bij celsius
In een spouwmuur komende de volgende warmte transport voor:
Q = Qstraling + Qconvectie + Qgeleiding
De warmtestroom is het aantal Joule [J] dat per seconde [s] door een constructie gaat J/s wordt
ook wel Watt genoemd. Hoe groter het temperatuurverschil [delta T], hoe groter de warmtestroom
[Q].
,Warmte stroom per m2 warmtestroomdichtheid q [W/m 2]
Drie soorten warmteoverdracht:
1. Geleiding
Energieoverdracht door contact
Warmtetransport binnen een materiaal.
Medium: de moleculen van dat materiaal geven de warmte door (beweging)
Afstand afhankelijk
Het materiaal, dat de warmte geleidt, heeft een mate van weerstand en geeft aan de
oppervlakte weer warmte af naar de omgeving hoe groter de afstand, hoe kouder hoe groter de afstand, hoe kouder
de geleider
Geleiding is een materiaaleigenschap
Voorbeeld: solderen, koekenpan
2. Convectie
Lucht wordt verwarmd en stijgt op.
Warmtetransport via een materiaal.
Medium: het warme materiaal (vaak lucht of water) transporteert de warmte naar
een kouder gebied.
Afstand afhankelijk
Het medium, dat de warmte verplaatst, komt op koudere plaatsen, dus daar treedt
verlies op.
treedt op aan de beide zijden van een materiaal, maar niet in een materiaal
Maar wel in (relatief grote) holten van een materiaal
Ook in een spouw met dikten vanaf 50 mm
Ook kan het medium mengen met een kouder medium.
Voorbeeld: luchtballon, thermosfles
3. Straling
Warmtetransport tussen twee lichamen, die onderling een verschillend
temperatuurniveau hebben.
Medium onbekend
Afstand onafhankelijk
Let op: meestal bolvormige uitstraling dus dan neemt de intensiteit wel af met de
afstand. Maar als de bundel geconcentreerd is op één punt, dan blijft de intensiteit
gelijk onafhankelijk van de afstand
treedt op aan de beide zijden van een materiaal, maar niet in een materiaal
Infrarode straling
Voorbeeld: lichtbron / laser
De hoeveelheid warmte die door een oppervlakte wordt afgestraald, kun je berekenen met
de volgende formule:
qS = Ꜫ x 56,7 x 10 x 56,7 x 10-9 x T4
qS = de warmtestroomdichtheid van de afgegeven straling in W/m 2
Ꜫ = de emissie-coëfficiënt van het materiaaloppervlak
T = de absolute tempratuur in K
Warmte overdracht tussen twee evenwijdige, oneindig uitgestrekte vlakken kun je berekenen met:
qS = Ꜫ x 56,7 x 101 x Ꜫ x 56,7 x 102 / ( Ꜫ x 56,7 x 101 - Ꜫ x 56,7 x 101 x Ꜫ x 56,7 x 102 - Ꜫ x 56,7 x 102) x 56,7 x 10-9 x (T14 - T24)
qS = de netto stralingsoverdracht in W/m 2
Ꜫ 1 ; Ꜫ 2 = de emissie coëfficiënt van oppervlak 1, respectievelijk oppervlak 2
, T1 ; T2 = de tempratuur van oppervlak 1, respectievelijk oppervlak
Deze formule is te versimpelen tot:
qS = αs x (T1 - T2)
qS = het warmtetransport door straling in W/m 2
αs = de warmteovergangscoëfficiënt voor straling in W/m 2.K
T1 - T2 = het tempratuurverschil tussen oppervlak 1 en oppervlak 2
Warmte wordt door een stromend medium meegenomen
qc= αc x delta T [W/m2]
αc= warmteovergangscoëfficiënt voor convectie W/(m2 x K)
Convectie is een eigenschap van het medium: vgl. water en lucht
water heeft een veel grotere capaciteit dan lucht temperatuurstijging in water dus veel langzamer
Warmte wordt door een stromend medium meegenomen.
binnen αc = 0,5 tot 7,0 W/(m2.K)
buiten met wind αc = 20,0 W/(m2.K)
buiten met storm αc = 100,0 W/(m2.K)
Geleiding is een materiaaleigenschap: warmtegeleidingscoëfficiënt lamdba [W/(m.K)]
Straling: geen medium nodig
1) qs = αs (Tse - Te)
2) qs = 0
3) qs = αs (Ti - Tsi)
Convectie: medium nodig (vaak lucht, soms water)
1) qc = αc (Tse - Te)
2) qc = 0
3) qc = αc (Ti - Tsi)
Geleiding: medium nodig (het bouwmateriaal)
1) qg = 0
2) qg = (λ/d) . (Tsi - Tse)
3) qg = 0
α = warmte-overdrachtscoëfficiënt warmtetransport in een
λ/d= warmte-overdracht in materiaal geïsoleerde spouwmuur
Warmteweerstand van een laag:
d
R (m 2 K/W)
Warmtestroom:
T1 - T2 T
q officieel is dit (W/m 2 K)
R laag R
Warmtegeleidingscoëfficiënt [] en dikte [d] bepalen de warmtegeleiding: d/. Maar
warmtegeleiding kan je bij meerdere lagen niet optellen.
Daarom werken we met warmteweerstand: Rm = d/ [m2.K/W]
R = Resistance, m = het materiaal
