Hygrothermie van de woning - warmte

Hygrothermie van de
woning - warmte
ir. Marcus Peeters, lector / onderzoeker pBa Bouw
Odisee AALST – campus Dirk Martens
Begrippen uit de bouwfysica
1. Warmtetransport: 4 wegen
2. Begrippen warmtetransmissie: λ, R, U, K, E
3. Vocht in de woning: R.V., Mollier, µ, Sd
4. Glazerberekening
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
2
Warmtetransport?
WARMTE
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
ENERGIE
3
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
4
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
5
Warmte - eenheden
Q
warmte = energie = arbeid (Nm)
Joule (J)
Φ
warmtestroom = warmte per tijdseenheid (J/s)
Watt
(W)
q
warmtestroomdichtheid = warmteflux =
warmtestroom per (loodrechte) doorstroomoppervlakte
Watt/m² (W/m²)
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
6
Warmte - eenheden
• θ of t
Celciustemperatuur
graden Celsius
(°C)
T
absolute temperatuur
Kelvin (K)
T = (θ + 273,15) K
0 K = - 273,15 °C
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
7
Warmte = energie
Q
warmte = energie
Joule (J)
Q
warmte = energie
kilowattuur (kWh)
1 kWh = 1000 J/s x 3600 s = 3,6 . 106 J = 3,6 MJ
Q
warmte = energie
1 cal = 4,19 J
1 kcal = 1 Cal = 4,19 kJ
calorie (cal)
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
8
Warmtetransport
HOE?
WARMTE
ENERGIE
Straling (radiatie)
Stroming (convectie)
Geleiding (conductie)
?
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
9
Straling
Zon: X-ray beeld
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
10
Straling
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
11
Straling
energie-uitwisseling door straling
T1
T2
q
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
12
Straling
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
13
Straling
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
14
Warmtetransport
HOE?
WARMTE
ENERGIE
Straling (radiatie)
Stroming (convectie)
Geleiding (conductie)
?
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
15
Stroming
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
16
Stroming
Natuurlijke convectie
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
17
Stroming
Aangedreven convectie
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
18
Stroming
Warmtetransport naar een vast oppervlak
Tf
Tw
q
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
19
Warmtetransport
HOE?
WARMTE
ENERGIE
Straling (radiatie)
Stroming (convectie)
Geleiding (conductie)
?
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
20
Geleiding
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
21
Geleiding
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
22
Geleiding
warmtetransport doorheen materiaal
T1
R
T2
q
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
23
Warmtetransport
• Straling
• Stroming
• Geleiding
Kunnen samen optreden
bijvoorbeeld: luchtspouwen
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
24
Warmtetransport
HOE?
WARMTE
ENERGIE
Straling (radiatie)
Stroming (convectie)
Geleiding (conductie)
?
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
25
Warmtetransport
HOE?
WARMTE
ENERGIE
faseverandering van een stof
+
transport van de stof
+
faseverandering omgekeerd aan eerste
Bijvoorbeeld water: ca. 2500 KJ/kg bij 0°C tot 2260 KJ/kg bij 100°C
Rekenwaarde bij omgevingstemperatuur: 2415 KJ/kg
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
26
Bijvoorbeeld H2O
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
27
Bijvoorbeeld H2O
Belangrijk principe
bij
koelmachines
condensatieketel
Q = 2260 KJ/kg
vrijgegeven
vergelijk
opwarmen water
c=4,19 KJ/kgK
Q = 2260 KJ/kg
opgenomen
Bron: www.begeleidzelfstandigleren.com , Bart Van Bossuyt
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
omgevingsdruk, 100°C
28
Bijvoorbeeld H2O
Bron: Menu, design Jakob Wagner
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
29
Bijvoorbeeld H2O
Belangrijk principe
bij
Phase Change
Materials (PCM)
Q = 334 KJ/kg
vrijgegeven
vergelijk
opwarmen ijs
c=2,06 KJ/kgK
Q = 334 KJ/kg
opgenomen
Bron: www.begeleidzelfstandigleren.com , Bart Van Bossuyt
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
omgevingsdruk, 0°C
30
Belangrijk principe
bij
Phase Change
Materials (PCM)
Bron: http://www.rubitherm.eu
Bron: http://www.latentspeicher.com
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
31
Begrippen uit de bouwfysica
1. Warmtetransport: 4 wegen
2. Begrippen warmtetransmissie: λ, R, U, K, E
3. Vocht in de woning: R.V., Mollier, µ, Sd
4. Glazerberekening
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
32
Begripppen warmtetransmissie
warmtetransport door gevels, dak,
vloer
beschermd volume en
warmteverliesoppervlak
hoeveel warmte door 1 m²?
rekenmethoden voor q
q
Transmissie Referentie Document
2010 (Vlaanderen)
NBN B 62-002 (2008)
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
33
Warmtetransmissie
R
Ti
Te
Homogeen materiaal
formule van geleiding
warmtestroom loodrecht op
wandoppervlak
één-dimensioneel
q
q=
1
R
( Ti – Te )
stationair regime
q
= warmtestroomdichtheid (W/m²)
R
= warmteweerstand (m²K/W)
Ti
= binnentemperatuur (K)
Te
= buitentemperatuur (K)
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
34
Warmteweerstand R
d
λ
R
R
afhankelijk van de dikte
• d volgens richting Φ
• eenheid: m
afhankelijk van het materiaal,
hoe goed geleidt het warmte
• warmtegeleidbaarheid λ
• spreek uit: lambda
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
35
Warmteweerstand R
R =
d
λ
=
dikte d
eenheid: m
dus
• 1 mm = 0,001 m
• 1 cm = 0,01 m
warmtegeleidbaarheid λ
spreek uit: lambda
eenheid: W/mK
• λ = f (T, ρ, vochtgehalte)
• onze toepassing: λ ≈constant
voor specifiek materiaal
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
36
Warmtegeleidbaarheid λ
(W/mK)
grootteorde van λUi -waarden (U = rekenwaarde, i = binnen)
metalen
koper: 380
aluminium: 160
C-staal: 50 (RVS: 17)
natuursteen
graniet: 3,50
marmer: 2,91
breuksteen: 1,40
beton
gewapend:1,7
ongewapend: 1,4
cellenbeton: 0,32
kunststoffen
rubber: 0,17
pvc: 0,19
bitumen: 0,23
hout
hardhout: 0,18
naaldhout: 0,13
OSB: 0,13
isolatie
kurk: 0,050
min.wol: 0,045
pur: 0,035
Voor isolatie zijn de waarden in de tabel bovengrenzen.
Voor reële rekenwaarde isolatieproducten: zie ATG’s www.butgb.be of www.epbd.be
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
37
Warmtegeleidbaarheid λ
(W/mK)
λD
gedeclareerde waarde (statistisch bekomen uit
meetwaarden) = specifiek materiaal
λU
rekenwaarde uit tabel = soort materiaal
λUi
rekenwaarde voor binnencondities = droog
λUe
rekenwaarde voor buitencondities = kan nat worden
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
38
R samengestelde wand
1
Ti
2
samengesteld uit meerdere
homogene materialen
3
Te
q doorheen elk materiaal
dezelfde
warmtestroom ontmoet
materialen achtereenvolgens
(= serieschakeling)
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
39
R samengestelde wand
1
2
3
R1
R2
R3
Ti
warmteweerstand van
de wand
Te
q
q
q
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
Rwand = R1 + R2 + R3
40
Overgangsweerstanden
overgang binnen / wand
1
Ti
R1
2
R2
3
R3
Te
overgang wand / buiten
RT = Rsi + R1+R2+R3+ Rse
q
q
q
q
q
Rsi = overgangsweerstand binnen
Rse = overgangsweerstand buiten
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
41
Overgangsweerstanden
q
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
q
q
q
42
R samengestelde wand
RT = Rsi + R1+R2+R3+ Rse
warmtedoorgangscoëfficiënt U
U = 1 / RT
eenheid: W/m²K
1
( Ti – Te )
q=
RT
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
q = U ( Ti – Te )
43
R luchtlagen
1
Ti
2
R1
R3
q
q
•stilstaande lucht = isolatie
3
q
Te
•Geleiding, straling, convectie
•
•
•
•
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
dikte luchtlaag
emissiecoëfficiënt oppervlakken
ventilatie spouw
richting en zin warmtestroom
44
R luchtlagen
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
45
R luchtlagen
ongeventileerde luchtlagen (spouw zonder
luchtopeningen)
• R-waarden tabel 2 TRD (vorige dia)
matig geventileerde luchtlagen (vb.: spouwmuur)
• ½ van de R-waarden tabel 2 TRD
• warmteweerstand tussen luchtlaag en buiten maximaal 0,15
m²/WK
• of via berekening
sterk geventileerde luchtlagen (vb.: spouw tussen
onderdak en pannen)
• warmteweerstand luchtlaag = 0 m²K/W
• warmteweerstand tussen luchtlaag en buiten = 0 m²K/W
• Rse = Rsi
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
46
Balklagen en metselwerk
Bepalen equivalente λU
Ti
1
2
R2
1
R1
Te
( = parallelschakeling van weerstanden)
Oppervlaktegewogen gemiddelde
1
2
1
R2
A1 λU1 + A2
λU = λU2
A 1+ A 2
λU = λU1(1-f) + λU2f
waarbij f = A2/(A1+ A2)
opmerking: kan ook met de combinatiemethode (  gunstiger  rekenwerk )
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
47
Overzicht warmtetransmissie
d
R=
λ
1
U=
RT
RT = Rsi + R1+R2+R3+ Rse
q = U ( Ti – Te )
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
48
Correcties op de U-waarde
Uc = U + ΔU
(alles in W/m²K)
ΔU = ΔUg + ΔUf + ΔUr
•Uc :
gecorrigeerde U-waarde
•ΔUg : correctieterm voor spleten en holtes
•ΔUf : correctieterm voor mechanische bevestigingen
•ΔUr : correctieterm voor omkeerdaken
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
49
Nog meer correcties
correctie op de R-waarde voor in situ gespoten
polyurethaanisolatie
• bijvoorbeeld gespoten PUR als vloerisolatie
U-waarde van bouwdelen met variabele dikte
• bijvoorbeeld hellingsisolatie voor platte daken
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
50
Correcties NBN B 62-002
Uc = U + ΔUcorr + ΔU
ΔUcorr =
1
RT - Rcorr
(alles in W/m²K)
1
RT
•Uc en ΔU :
idem als vorige
•ΔUcorr :
correctieterm voor uitvoering
•Rcorr :
= 0,1 m²K/W (normale verzorgde uitvoering)
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
51
Temperatuurverloop
1
2
warmtestroomdichtheid q is
constant doorheen alle lagen
3
Ti
Te
R1
R2
R3
q=
q=
q
q
q
q
1
( Ti – Te )
RT
1
Rx
( Ti – Tx )
q
Rx: de som van de R-waarden van
binnen tot plaats x
Tx: temperatuur op plaats x
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
52
Temperatuurverloop
T
Tx: temperatuur op plaats x
Ti
-q
Tx = Ti –
Tx
Te
R
Rsi
R1
R2
R3 Rse
Rx
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
Rx
RT
( Ti – Te )
Rx: de som van de R-waarden van
binnen tot plaats x
Tx: temperatuur op plaats x
53
Temperatuurverloop
T
Ti
Ti
Tx
Te
Tx
Te
T
R
Rsi
R1
R2
R3 Rse
Rx
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
x
d1
d2
x
d3
54
Warmteoverdracht transmissie
UxA
Warmteoverdracht door wand (binnen /buiten)
Naar de “buitenlucht”.
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
55
Warmteoverdracht transmissie
?
?
?
Warmteoverdracht naar AOR, grond
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
56
Warmteoverdracht transmissie
warmteoverdrachtscoëfficiënt doorheen het gehele
warmteverliesoppervlak (=transmissie)
HT
(W/K)
• = voor totaal beschermd volume van het gebouw
HT = H D + H g + HU
• HD: rechtstreeks naar buitenomgeving = Σ U.A
• Hg: via grond, onverwarmde kelder, kruipkelder (*)
• HU: via aangrenzende onverwarmde ruimte (*)
(*) vereenvoudigde formule: Hg,U = Σ U.A.b
• b: reductiefactor (b ≤ 1)
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
57
Warmteoverdracht transmissie
HT = HD + Hg + HU
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
HT = Σ U.A + Σ U.A.b
58
Globaal isolatiepeil – K-peil
Rekenprocedure
1. beschermd volume
V
2. warmteverliesoppervlakte
AT (m²)
3. gemiddelde U-waarde
Um (W/m²K)
4. compactheid gebouw
C
5. globaal isolatiepeil
K-peil
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
(m³)
(m)
59
Globaal isolatiepeil – K-peil
3. Um = HT / AT
4. C = V / AT
5. K = 100 * (Um / Um,ref)
kengetal =dimensieloos
K-peil:
• Als C<1 =>
K = 100 * Um
• Als C>4 =>
K = 100 * Um/ 2
• Daartussen: K = 100 * Um/ (0,33*C + 0,67)
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
60
gemiddelde U-waarde: Um in W/m²K
Globaal isolatiepeil – K-peil
volumecompactheid in m
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
61
E-peil: EPB (Vlaams Gewest)
E-peil 2016 = 50
K-peil (40) incl.
bouwknopen
U-waarden
VENTILATIE
Zomercomfort
EPB-regelgeving
Vanaf 1/1/2016
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
Vlaams Gewest
62
U (W/m²K): warmtedoorgangscoëfficiënt
• Warmtestroom doorheen 1m² wand bij 1K (1°C)
temperatuurverschil
• Wand: dak, gevel, vloer, venster, deur, poort, koepel
K-peil: globaal isolatiepeil van gebouw
• Maat voor totaal warmteverlies doorheen buitenschil
• Inbegrepen verlies langsheen bouwknopen
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
63
E-peil: energieprestatie van het gebouw
• Maat voor het energieverbruik van de woning en de vaste
installaties ervan in standaard-omstandigheden
karakteristiek jaarlijks primair
energieverbruik
E-peil = 100 x
referentiewaarde voor het
karakteristiek jaarlijks primair
energieverbruik
Residentieel: verwarming, koeling, SWW, hulpE, E-opwekking
Scholen en kantoren: verwarming, koeling, verlichting, hulpE. E-apwerking
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen
64