Inleiding warmtetransport adhv 3 casussen

• Exact
• MBO
• Studiejaar 1

Begrippen en basismechanismen bouwfysica

Aan de hand van drie casussen

Welkom

Bouwfysica aan de hand van 3 Casussen uit de praktijk

1. Uitdaging
2. oplossing
3. onderbouwing dmv bouwfysica

Denk je dat je bouwfysica nodig hebt als energiecoach? (graag jouw antwoord, geen wenselijk antwoord!)

1. Ja
2. Nee
3. Waarschijnlijk wel (anders vragen ze het niet)
4. Wat is bouwfysica eigenlijk?

Het programma

Lessonup is interactief

inloggen om mee te doen via lescode

Wat is Bouwfysica?

• Bouwfysica heeft te maken met alle natuurkundige aspecten die verbonden zijn aan het verblijven in een gebouwde omgeving

bouwfysica

voor een uitgebreide uitleg klik hier

Het programma

Heel kort iets over warmte overdracht

3 casussen:

• Spouwmuur vullen of niet (ivm ventilatie spouw)?
• licht geïsoleerde vloer extra isoleren (met Tonzon vloerisolatie)?
• Isolerende beglazing ipv enkel glas of voorzetraam?

bouwfysica

voor een uitgebreide uitleg klik hier

Warmteoverdracht elementair

Belangrijk aspect met 

het verblijven in ge-

bouwde omgeving is 

warmte

geleiding (conductie)

straling (radiatie)

stroming (convectie)

Warmteoverdracht bouwkundig

Casus 1

Uitdaging casus 1: Lege spouw vullen met isolatie?

Voordeel: betere isolatie

Nadeel: luchtspouw verdwijnt, 

spouwventilatie is weg

spouwmuur

voor meer informatie over een spouwmuur klik hier

Geschiedenis

Een schrikbeeld van vroeger is dat de spouw niet meer ventileert en dat dat DUS schimmelvorming in huis veroorzaakt. Wellicht door:

• minder nauwkeurige inspectie vooraf;
• toegepaste materialen (als glas- en steenwol vlokken
  deze namen wel vocht op en zakten na verloop van tijd
  uit);
• optrekkend vocht uit kruipruimte;
• een al aanwezig vochtig binnenklimaat.

Aandachtspunten bij het navullen van een spouw

Tegenwoordig

Aanbieders van na vul isolatie controleren de spouw met een camera.

Als vocht geen probleem vormt blijft de mogelijkheid over om de isolatiewaarde van de muur te verbeteren.

materiaal is vaak EPS in ronde korrel vorm. Naturel of grijs met een dunne laag grafiet. ingespoten met een licht kleverige damp waardoor de bolletjes in de spouw aan elkaar kleven. Theoretisch
gezien is er luchtverplaatsing mogelijk
rondom de korrels.

Dus spouwisolatie doen?

Oplossing casus 1: Als vocht geen
probleem is (onderzoek aanbieder)
dan is spouwmuurisolatie zeker aan te
bevelen. De warmteweerstand (Rc)
wordt door toepassing van spouwmuurisolatie altijd verhoogd en dat betekent dat er minder warmte verdwijnt door de buitengevels ter plaatse van de muren.

Kanttekening

Als spouw al gedeeltelijk gevuld is met isolatiemateriaal moet je je afvragen of het raadzaam is om "bij te vullen" vanwege:

• de staat van het aanwezige isolatiemateriaal;
• de vraag hoe deze materialen zich verhouden
  qua dauwpunten en dauwtraject;
• kosten en baten van de ingreep versus extra
  comfort.

voorzichtigheid geboden in deze!

Waarom werkt spouwisolatie?

Onderbouwing casus 1: Elk materiaal geleidt in meer of mindere mate warmte. Goede geleider, slechte isolator en vice versa. Door een slechte geleider tussen twee redelijke geleiders aan te brengen verminder je de warmtegeleiding en verhoog je de warmteweerstand aanzienlijk

Warmteweerstand enkel

Een materiaal geleidt warmte dus meer of minder goed.

Anders gezegd:

Een goede geleider heeft een lage weerstand tegen warmtetransport

Een slechte geleider heeft een hoge weerstand tegen warmtetransport

Goede isolatiematerialen bevatten holten gevuld met lucht en hebben daardoor een lagere dichtheid en de warmtegeleiding is laag (de weerstand is hoog)

Warmteweerstand krijgt in formules (Rc) de letter R van resistance.

goede geleider, lage weerstand

de lambda waarde (λ) van beton is 1,7

slechte geleider, hoge weerstand

Pir isolatie heeft een lambda (λ) waarde van 0,026

Warmteweerstand enkel

De warmteweerstand is afhankelijk van:

• De warmtegeleidingscoefficient λ en
• de dikte van de stof (d)

De formule voor de warmteweerstand ziet er dan zo uit:

r_m = d/λ

Hierbij is:

r_m = de warmteweerstand, in (m2*K)/W
λ = de warmtegeleidingscoëfficiënt, in W/(m*K)
d = de dikte, in m.

Warmteweerstand voorbeeld

De warmteweerstand van een betonnen binnenblad, dikte 0,1 m is  

r_m = d/λ;    r_m = 0,1 / 1,7 = 0,0588 (m2*K)/W

De warmteweerstand van een laag PIR isolatie dikte 0,1 m is

rm = d/λ; rm = 0,1 / 0,026 = 3,846 (m2*K)/W

De warmteweerstand mag voor het isoleren van bouwconstructies dus zo hoog mogelijk zijn, hoe hoger het getal des te meer weerstand, des te minder warmtetransport!

Ter vergelijking: de Rc waarde (weerstand van de bouwconstructie) voor een spouwmuur is tegenwoordig minimaal 4,5.

warmteweerstand meerlaags

In de praktijk komen we weinig enkelvoudige constructies tegen. Vaker vinden we (dragende) stenen muren met geïsoleerde voorzetwand of (geïsoleerd) spouwconstructies.

warmteweerstand meerlaags

Bij meerlaagse constructies bereken je de warmteweerstand Rc door alle individuele warmteweerstanden bij elkaar op te tellen, inclusief de warmte-overgangsweerstanden (convectie!)

R_c = R_ov;bu+R_m1+R_m2+R_m3+R_m4+.....+R_ov;bi

(Rm1, Rm2 etc zijn verschillende materialen (baksteen, isolatie, kalkzandsteen etc. en Rov is convectie- volgende dia)

warmteovergang (convectie uitleg!)

Behalve het warmtetrans-

port door het materiaal
vind er ook nog warmte

transport plaats als con-

vectie langs het materiaal
of langs de buitengrenzen
(binnenzijde en buitenzijde
van de bouwconstructie)

invloed van warmteweerstand en warmteovergang

damp in de spouw volgt later in de cursus

Navullen van een lege spouw met isolatiemateriaal werkt dus het beste omdat:

1. De warmteconvectie wordt verminderd
2. de warmteweerstand wordt verhoogd
3. De warmte conductie wordt gereduceerd
4. De warmteradiatie afneemt

Casus 2

Uitdaging casus 2: licht geïsoleerde (tot 8 cm isolatie)  begane grond vloer extra isoleren (met tonzon)?

Zal de warmteweerstand toe-
nemen of is de opbrengst te
gering in verhouding tot de
investering?

Wat is Tonzon vloerisolatie?

Tonzon vloerisolatie is een isolatieconcept op basis van stilstaande lucht (convectie) en terugkaatsing van warmte (straling). Het ziet er uit als luchtzakken van aluminiumfolie.

n.b. extra isolatie hoeft niet perse tonzon te zijn.

Hoe werkt Tonzon?

We hebben gezien dat lucht een slechte geleider is van warmte. Isolatiemateriaal bestaat vaak uit ingepakte lucht (schuimen) of "ingesloten" lucht (wollen dekens). De folie weer-
kaatst de warmte de andere kant op, de stil-
staande lucht houdt de warmte tegen.

nb. dit werkt alleen bij begane grondvloer, warme
lucht stijgt op, anders circulatie in luchtzak

Dus vloer altijd extra isoleren?

Oplossing casus 2: Het verhogen van de isolatiewaarde van niets naar geïsoleerd is een no-brainer. Maar het verhogen van een redelijke isolatieaarde naar een goede isolatiewaarde is het overdenken waard vanwege:

• kosten;
• te verwachten comfortniveau.

nb.:kosten versus besparing later in de cursus

Waarom werkt het?

Onderbouwing casus 2: Net als bij de warmteweerstand in de spouw, neemt de warmteweerstand toe als een optelling van het aantal lagen. Ook hier wordt een laag toegevoegd welke een slechte geleider is en om die reden neemt de warmte-

weerstand toe en het warmteverlies af.

nb.:kosten versus besparing later in de cursus

Een al redelijk geïsoleerde begane grond vloer extra isoleren heeft altijd zin?

1. Ja, altijd doen!
2. Nee, hangt af van de kosten en de verwachting van comfort
3. Ja zeker, alle beetjes helpen.
4. Nee, in de praktijk zijn de kosten altijd te hoog

Casus 3

Uitdaging casus 3: Isolatieglas toepassen, bestaand isolatieglas vervangen en/of een voorzetraam toepassen?

Dubbel glas tov enkel glas is een 

no-brainer, maar wat als er glas in

lood in een raam zit? Of als het 

dubbel glas oud is?

Dubbel glas?

2 glaslagen waardoor:

• nauwelijks geleiding (conductie) 
• straling (radiatie) door zon regelbaar
  door zonwerende coating
• stroming (convectie) in spouw
• HR++ vanwege gas in spouw en
  volledig opgesloten!!!

Dubbel glas

https://nl.wikipedia.org/wiki/Dubbelglas

Hoe werkt dubbel glas ?

• Glas van zichzelf slechte geleider, alleen bij de randen vind warmtetransport door geleiding plaats; 
• Met coating is warmte en zon te "regelen". Dunne coating laat zon (stralingswarmte) beter door en zorgt er voor dat binnenwarmte binnen blijft; Dikkere coating reflecteert meer zon en laat minder stralingswarmte door.
• spouw gevuld met droge lucht of gas geeft via convectie. circulatie van warme lucht of gas in de spouw. zwaarder gas      (keuze) reduceert de convectie.

Dat betekent voor dagelijks gebruik...

•  zonwerend glas laat minder zonlicht door waardoor het binnen wat koeler wordt.
• de spouwbreedte en de vulling hebben invloed op de geluidswering; hoe breder de spouw hoe beter het geluid wordt geweerd. De isolatiewaarde van glas neemt af als de spouw te groter wordt.
• radiatie is 's zomers minder wenselijk
• bij zonwerend glas wordt het niet zichtbare licht weggefilterd en daarmee ca 50% van de straling, waardoor oververhitting verminderd. 

Dus isolatieglas toepassen?

Oplossing casus 3:  dubbel glas ten opzichte van enkel glas is een no-brainer vanwege:

• iets hogere prijs en veel grote comfortverhoging;
• warmteweerstand dubbel glas veel hoger dan enkel;
• tocht (luchtcirculatie tgv warmteverschillen) gereduceerd.

Triple beglazing is toch nog beter?

Of tripleglas toepassen?

Oplossing casus 3:  triple glas heeft een hoger warmteweerstand tov enkel- en dubbel glas, maar:

• verhoging warmteweerstand tov dubbel glas is minder hoog dan van enkel- naar dubbelglas;
• bijna altijd verzwaring van kozijnen en ramen noodzakelijk;
• comfortverhoging tov dubbel glas (tocht) gering.

Ter overweging

Zonwerende beglazing:

• reduceert zoninstraling met x % (naar wens);
• 's zomers koeler en 's winters ook.
  
• Schaduw in zomer ook te verkrijgen door boom voor het raam.
• Aan te bevelen op de verdieping en zolder.
• aan te bevelen in stedelijke omgeving (veel verhardt oppervlak)

Waarom werkt het?

Onderbouwing casus 3: We hebben eerder gezien wat de warmteweerstand is van een materiaal. Zo is dat voor enkel glas met dikte 5 mm (0,005m):

Rc = Rov;bu + d/λ + Rov;bi =

Rc = 0,043 + 0,005/0,81 + 0,129 =  0,172 (m2*K)/W

Bij glas drukken ze dat uit in een U-waarde (R = 1/U, dus U=1/R)

U waarde enkel glas = 1/0,172 = 5,6 W/m2*K

U-waarde versus R-waarde

U-waarde is de warmtedoorgangscoefficient

(R = 1/U )en geeft direct het warmteverlies in J per seconde, per m2 en per graad Celsius aan. Let op; hoe hoger de U waarde hoe meer warmteverlies!

Ter vergelijking

Onderbouwing casus 3:
Ter vergelijking

Een voorzetraam van
perspex geeft dus ook
al een behoorlijke
reductie van de U-waarde

opening	Rc-waarde	U-waarde
enkel glas	0,178	5,6
voorzetraam	0,375	2,7
oud dubbel glas	0,33 - 0,36	3,0 - 2,8
HR++	0,91	1,1
Triple	1,4 - 2,0	0,7 - 0,5

Een voordeur met glas in lood, tochtverschijnselen en een bewoner met een krappe beurs. Je raadt aan:

1. Door te sparen voor dubbel glas met glas in lood daarin opgenomen
2. Het glas in lood als schilderij te bewaren en de voordeur voorzien van HR++ glas.
3. Het glas te laten zitten en de voordeur maar zoveel mogelijk dicht te laten
4. Een voorzetraam van glas of plexiglas aan te brengen voor de koude maanden.

Tot zover de casussen

In voorbeelden gezien welke gebouwonderdelen warmteverlies opleveren en hoe we het verlies enigszins kunnen verminderen.

Maar hoe zit het nu met de warmtebronnen? Hoeveel warmte heb je nodig om de verliezen te compenseren of in balans te brengen?

Wat levert warmte?

verbrandingswarmte ρ hout = 18 MJ/kg

Net een pallet pellets (990 kg) gekocht Deze gaan mij 

Q = 18 * 990 = 17820 MJ warmte opleveren

verbrandingswarmte ρ aardgas = 30 MJ/m3

Om deze warmte uit gas te verkrijgen heb ik ca. 594 m3 aardgas nodig

verbrandingswarmte ρ waterstof = 10,8 MJ/m3

Om deze warmte uit waterstof te verkrijgen heb ik ca 1650 m3 waterstof nodig

Bij huib verder toegelicht (wel minder uitgebreide tekst!!

van Joules naar Euro's

Wat betekent dat nou, een Rc waarde?

Met formule Q = ( A ∗ ∆T ∗ t)/Rc totale warmte verlies uitrekenen

(oppervlakte * temperatuur * tijd)/ Warmteweerstand

 van bepaald onderdeel (muur, kozijn, vloer)

Met formule Q = ρ * m afgegeven warmte  berekenen

( verbrandingswarmte * massa of volume)

van Joules naar Euro's

Stel voorgevel  met
spouwmuur
100-50-100 mm
en kozijn met
HR++ glas

warmteverlies

berekening

Kilowattuur 

Gebruikt voor arbeid of (elektrische) energie, geen SI-eenheid, maar:

1 Watt = 1 Joules per seconde

1 kW = 1000 J per seconde

1 uur = 3600 seconden, dan is 

1kWh = 1000 x 3600 = 3.600.000 Joules = 3,6 MJ

1

kWh

Uitleg kWh

Van welk(e) onderwerp(en) zou je meer willen weten?

Afsluiting en conclusie

Warmteberekeningen geven inzicht in de theoretische materie

praktijk is vaak genuanceerder door vanwege kieren, zoninstraling en andere invloeden.

inzicht in warmtetransport is eerste aanzet tot het snappen van warmteverlies in totale constructie

Volgende keer meer over infrarood opnamen (en stralings-warmte). Kosten van warmteverlies komen misschien later nog aan bod

Isolatiewaarden

Overzicht bouwmaterialen met Rd waarden