2 Energie 3 Courante energiebronnen in een woning

Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
2 Energie
Factoren bij omzettingsprocessen:
- rendement
- kosten
- milieu impact
- leverbaarheid
- hernieuwbaarheid
- potentiële gevaren
3 Courante energiebronnen in een woning, kantoor,
instelling
P 13 schema bekijken
3.1 Elektriciteit
Wet van Pouillet:
Weerstand = (lengte x soortelijke weerstand) / doorsnede
Wet van Ohm:
I=U/R
Vermogen:
W=Pxt
P=UxI
(Joules = Watt/s)
(P = I² x R)
Grootheid
Symbool
Eenheid
Symbool
Spanning
U
Volt
V
Stroomsterkte
I
Ampère
A
Weerstand
R
Ohm
Ω
Vermogen
P
Watt
W
Arbeid (verbruik)
W
Joules
J
Tijd
T
Seconde
s
+ P 124 oefeningen
Jolien De Veirman
1/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
3.1.1 Opwekking van elektriciteit via inductieprincipe
Generator p 20
Een band (aandrijfmechanisme) wordt aangedreven door niet elektrische motor (benzine,
aardgas). Hierdoor ontstaat een draaiing, waardoor de rotor in de stator begint te draaien. De
rotor is magnetisch doordat de spoelen verbonden zijn met een gelijkstroomtoevoer (op een
batterij). Indien de rotor loodrecht staat op de windingen van de stator, zal de
wisselspannigstroom 0 zijn. Indien de denkbeeldige as van de polen samenvalt met het vlak
van de statorwinding, zal de spanning maximaal zijn. Zo ontstaat de nodige wisselstroom.
Klassieke elektriciteitscentrale p 22
Verbranding fossiele brandstoffen (olie, gas, kolen) in stoomketel productie stoom krachtige stoomstroom laat stoomturbine draaien levert mechanische energie aan alternator
productie elektriciteit
(chemisch e thermische e mechanische e elektrische energie)
Rendement: 40%
Stoom- en gascentrales (STEG) p 23
Verbranden aardgas verbrandingsgassen drijven gasturbine aan koppeling aan alternator
productie elektrische energie
uitlaatgassen: 450°C bij verlaten turbine produceren in recuperatiestoomketel stoom
Rendement: 50%
Kerncentrale p 23
Identiek, behalve manier van warmte produceren:
In reactor splijting uraniumatomen warmte (elektriciteit) en straling (radioactiviteit)
Warmtekrachtkoppeling p 24
Werkingsprincipe: levert elektriciteit aan het net maar ook restwarmte à industrie of instelling.
STEG-centrale: na gasturbine productie stoom (=thermische energie):
omzetting in elektrisch energie en restwarmte wordt geleverd aan nabijgelegen afnemer
thermische energie wordt direct na de gasturbine geleverd aan nabijgelegen afnemer
Beperking:
- afnemer moet in de onmiddellijke buurt gelegen zijn
- moet stabiel en intensief warmtegebruik hebben
Rendement: 80%
Jolien De Veirman
2/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
Hernieuwbare energiebronnen
Algemene beschouwingen p 25
Voorraden
- verbranding: impact op milieu
(broeikaseffect)
restproduct: kernenergie
niet hernieuwbaar, uitputbaar
Stromen
- betrouwbaarheid: leveren niet voldoende
elektriciteit op het gewenste moment
- energiedensiteit: laag
- kwaliteitsfactor: laag
hernieuwbaar, onuitputbaar
Waterkrachtcentrale p 27
Sromend of neerstortend water wordt gebruikt om een turbine in beweging te brengen.
Deze turbine zet een generator in werking en levert zo de nodige elektriciteit aan het net.
Het vermogen hangt af van het waterdebiet en de valhoogte. Vandaar grote
waterkrachtcentrales zich in het hooggebergte bevinden.
Voordelen:
- onuitputbaar
- niet schadelijk voor het milieu
- groot potentieel
Nadelen:
- beperkte ligging
Windturbine p 28
Windenergie wordt restreeks omgezet in elektrische energie door het aandrijven via de rotor
in een alternator.
Voordelen:
- vermindering milieuvervuiling
- verminderde afhankelijkheid van olieproducerende landen
Nadelen:
- wind is niet constant, 1/3 tijd draaiend
- productiekost is 2x zo hoog
- veel ruimte nodig omdat ze op grote afstand van elkaar moeten staan
- milieubelasting op visueel gebied
- vermogen per turbine is klein
Jolien De Veirman
3/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
3.1.2 Opwekking van elektriciteit via scheikundige weg
1. Natte elementen
a. principe van het Galvanisch element
Volta-element
Koper en zinkplaten in zuuroplossing (elektrolyt)
elektrolyt neemt elektronen weg vd koperplaat (positief geladen) en staat af aan zinkplaat
Nadeel: minpool verdwijnt langzaam, werking neemt snel af
b. accumulatoren en batterijen
Accu auto (12V)
Lood (-), loodoxide (+), verdund zwavelzuur (elektrolyt)
Voordelen:
- zeer kleine inwendige weerstand
- mogelijkheid om grote platen te gebruiken grote verplaatsing van elektronen
- auto wil niet starten omv slechte batterij: parallel schakelen van een andere batterij
Nadelen:
- laden: knalgas
- lage omgevingstemperatuur: slechte effectieve lading
- snel (ont)laden of tekort aan vloeistof: platen vervormen
- contact met platen: kortsluiting
Accu = energieomzetter
Bij opladen: elektrische energie wordt omgezet in chemische energie
Lading te controleren met zuurweger.
Soortelijke massa van H2SO4 (zwavelzuur) is hoger dan van water
Nikkel-cadniumaccu:
Energiedichtheid 2,5x hoger dan loodaccu
Nadeel: kostprijs 2x loodaccu
Gebruik: energieleveranciers bij aandrijving van schoonmaakmachines
Jolien De Veirman
4/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
2. Droge elementen
a. niet oplaadbare (primaire)
Leclanché-element (1,5V)
zink, mangaandioxide (koolstof), pasta en bruinsteen als elektrolyt
Nadelen: beperkt energieopslagvermogen, lekkage
Alkalinebatterij
Kaliumhydroxide (-), kwikoxide (+)
Voordelen:
- opslagvermogen van 1500 mAh
- gaat 2 à 3x langer mee als zink-koolstof
Nadelen:
- milieubelasting: wegwerpbatterijen
- 2x zo duur als zink-koolstof
Lithiumbatterij (2,8V)
Voordeel: stroomlevering blijft constant (bvb. pacemaker)
b. oplaadbare (secundaire)
Nikkel-cadmiumbatterij
Nadeel: geheugeneffect bij slechte (ont)lading geen optimale oplading
Nikkel-metaalhydridesbatterij
Voordeel: hogere capaciteit zonder geheugeneffect
Lithiumbatterijen
Voordeel: kleiner en lichter dan andere oplaadbare batterijen (voor eenzelfde capaciteit)
Nadeel: veel duurder (gsm indrustrie)
Jolien De Veirman
5/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
3.1.3 Opwekking van elektriciteit via licht/zonnestraling
Fotovoltaïsche cellen p 35
Werking
1 zonnecel: halfgeleidermateriaal (silicium)
Nadelen
- betrouwbaarheid: sterke schommeling hoeveelheid beschikbare zonneenerige
( oplossing: opslag, reservevermogen)
- kostprijs: 4x zo hoog als klassiek systeem (wel interessant bij autonome systemen,
verafgelegen of moeilijk te bereiken plaatsen)
Voordelen
- ecologisch: hoogwaardige vorm van energie
- economisch: netgekoppeld systeem. Bij overschot wordt elektriciteit op het net
gestoken, waarbij ook van het kan gehaald worden bij tekort
Gebruik voor: rekenmachine, parkeermeters, praatpalen, aandrijving drinkwaterpompen
Werking:
Bovenaan zitten metalen contactstroken, die samen met het achtercontact zorgen voor de
afvoer van de opgewekte elektrische stroom. Daartussen zit een negatieve laag, een
scheidingslaag en een positieve laag.
Het dunne plaatje silicium komt onder invloed van het licht paren van positieve en
negatieve ionen worden gevormd. Door de scheidingslaag worden deze paren gescheiden en
opgenomen in de negatieve en positieve laag. Bij verbinding met beide contacten komt via
een verbruiker elektrische stroom tot stand.
Types:
• monokristallijn (hoge levensduur)
• polykristallijne (lager rendement)
• amorf silicium (veel lager rendement, kortere levensduur. Gebruik: horloge,
rekenmachine)
Fotovoltaïsch zonnecelsysteem p 37
Zonnepaneel
= modules, bestaan op hun beurt uit zonnecellen. Schakelen cellen: vermogen verhogen
Cellen in serie: spanning verhoogt
Cellen parallel: stroomsterkte verhoogt
Jolien De Veirman
6/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
Regelaar
= beschikbare energie zo goed mogelijk aanwenden
- geen belasting: opgewekte elektrische E naar batterij leiden tot deze voldoende geladen is
- wel belasting: opgewekte elektriciteit energie naar verbruiker leiden.
verbruik > aanbod: batterij zorgt voor verschil.
aanbod > verbruik: regelaar voert verschil naar batterij
Batterij
Opslag opgewekte elektrische energie, heeft bepaalde capaciteit. Produceert gelijkstroom.
Invertor gebruiken: aankoppeling aan het net
of verbruiker/belasting heeft geen wisselstroom nodig
Vermogen van zonnecellen p 38
= Watt-piek = gelijkstroomvermogen dat een zonnecel kan leveren onder optimale condities:
Loodrecht invallend zonlicht, vermogen van 1000 w/m², moduletemperatuur van 25°C
1 m² = 100 Wp 75 kWh/jaar
3.1.4 Transport van elektriciteit
Transformatoren p 38
= toestel dat wisselspanning met bepaalde frequentie omzet in andere wisselspanning met
hogere of lagere spanningswaarde, maar met dezelfde frequentie.
Inductieprincipe: in ijzeren kern ontstaat magnetisch veld wanneer door de primaire spel een
stroom vloeit, die ook door de secundaire spel gaat. Aangesloten spanning is een
wisselspanning en levert wisselstroom magnetisch veld wisselt in spoel
inductiespanning.
Grootte spanning: afhankelijk aantal windingen
Verhouding = transformatorverhouding
Vermogen blijft aan beide zijden gelijk
Up = aantal windingen p
Us
aantal windingen s
Pp = Ps
Up x Ip = Us x Is
Jolien De Veirman
7/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
Distributienetten p 40
International transportnet 380 kV:
bevoorrading bij problemen, zonder teveel eigen reserveopstellingen
Transportnetten 30 tot 220 kV: energietransport vanuit internationale transportnetten en
vanuit meeste centrales naar transformatieposten of grote industriële klanten.
Verdeelnetten 1 kV tot 30 kV:
Voeding van lokale transformatoren en meeste ondernemingen
Distributienetten minder dan 1kV: Verdere distributie naar huishoudelijke gebruikers en
KMO’s die relatief weinig elektrische energie gebruiken
3.2 Vermogen
3.2.1 Werken met wisselstroom
Frequentie en effectieve spanning p 41
Grootte wisselspanning hangt af van
• sterkte van het magneetveld
• aantal windingen van de spoel
frequentie = aantal perioden per seconde = 1/T in Hz
Driefasige wisselspanning p 43
Industriële alternatoren: 3 identieke spoelen gelijkmatig verdeeld over stator.
Maximale waarden en frequenties zijn gelijk, ten opzichte van elkaar 1/3 T verschoven.
Som van de 3 spanningen is op elk ogenblik 0.
Drie fasen met nulleider p 43
In ster geschakelde statorspoelen, waarbij sterpunt naar buiten gebracht via nulleider.
Sterpunt van de alternator is ook met een gleider (nulleider) verbonden 2 spanningen:
Fasespanning = spanning in 1 statorspoel tussen lijndraad en sterpunt (of nulleider).
Lijnspanning = tussen 2 lijndraden. Maximum spanningsverschil steeds 1,73.
Vermogen bij wisselstroom en wisselspanning p 44
Calorisch vermogen: spanning en stroom zijn met elkaar in fase (opwarming bvb. gloeilamp)
Mechanisch vermogen: spanning en stroom in de tijd t.o.v. elkaar verschoven grotere
stroom nodig. Eerst spanning, dan magnetische veldwerking, dan stroom naijlende stroom.
Bij faseverschuiving: U x I niet meer even groot want snijpunten U en I vallen niet samen.
Pw = U x I x cos φ (phi: arbreidsfactor = werkelijk vermogen / schijnbaar vermogen)
Jolien De Veirman
8/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
Slechte arbeidsfactor: cos φ < 0,9
Nadelen:
- centrales moeten voor een groter vermogen geconstrueerd worden
- hogere jouleverliezen
Oplossingen:
- met inductieve stroom condensatoren bijschakelen
Condensator = 2 geleidende platen die tegenover elkaar staan en gescheiden zijn door een
dunne isolator.
Werking:
Slaat eerst hoeveelheid lading op vooraleer er tussen de platen een spanningsverschil ontstaat.
De stroom ijlt voort. compenseert probleem waardoor cos φ bij 1 komt
3.3. Aardgas
3.3.1 Soorten
- nat of geassocieerd: oorsprong in zee, gas samen met aardolie (hoog calorisch)
- droog of niet-geassocieerd: oorsprong op vasteland (laag calorisch bvb. Slochterengas)
3.3.2 Transport
- via pijplijn: gedroogd, brede leidingen beschermd tegen corrosie
- per tanker: koeling vloeibaar volume 600x kleiner dan gasvorm
Transportnet: opslag voor dag- en seizoensschommelingen
Vloeibaar en gasvormig in diepe waterhoudende lagen en oude steenkoolmijnen
Distributie: intercommunales: druk verlagen tot 100 mbar. In de meter vd verbruiker: 21 mbar
3.3.3 Eigenschappen
Verbranding p 48
Zuurstof bindt zich met lucht uit de brandstof. Te weinig zuurstof koolstofmonoxide (CO):
Onvolledige verbranding ten gevolge van slechte werking van het toestel, foutieve plaatsing,
gebrek aan onderhoud of tekort aan lucht in de omgeving van het toestel.
Voorkomen: overmaat aan lucht toevoeren
Jolien De Veirman
9/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
Verbrandingswaarde of bovenwaarde: hoeveelheid warmteenergie (kJ) die vrijkomt bij
volledig verbranden van 1m³ gas (of 1 kg bij andere brandstroffen).
Latente warmte of verdampingswarmte: hoeveelheid warmteenergie die nodig is om het
gevormde water tijdens het verbrandingsproces, te verdampen
Stookwaarde of onderwaarde: verbrandingswaarde – latente warmte
Bij hoogrendementsketels wordt de waterdamp in een warmtewisselaar terug gecondenseerd.
3.4 Stookolie
Aardgas: onder druk in vluchtige bestanddelen
Aardolie: onder druk in vloeibare bestanddelen
Stookwaarde: 40 x 109 Joule/m³ of 40 MJ/liter
3.4.1 Productie
Ruwe aardolie via boortorens (land) of boordplatform (zee) naar boven.
raffinaderijen mengeling gescheiden door destillatie fractioneerkolom: olie op
verschillende temperaturen verwarmen vluchtige tot zware dampen opvangen en
condenseren in afzonderlijke vaten
3.5 Andere energiebronnen
3.5.1 Zonnecollector
1. Zwakke concentratie aanvaarden en installaties bouwen die werken bij lage
temperaturen. (tot 90°C)
Schema zonnecollector p 51
2. Straling concentreren met spiegels om hoge temperaturen te krijgen. (200 tot 1000°C)
Spiegelcollectoren verzamelen zonlicht afvoeren warmte levering elektriciteit via stoom
3.5.2 Warmtepomp
Bvb. koelkast
Winstfactor 3: van de 100 eenheden afgegeven warmte is 30% afkomstig van toegevoegde E
Schema p 53
3.5.3 Bio-energie
Energie opgewekt uit plantaardige materialen. Omzetting tot energie dmv verbranding,
vergassing, vergisting of omzetting naar vloeibare stoffen.
Jolien De Veirman
10/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
4 Verlichten
M=
nuttige energie of nuttige vermogen
toegevoegde energie of toegevoegde vermogen
Zelfstandig lichtgevend lichaam of lichtbron
Lichaam dat zelf licht uitzendt (bvb zon en sterren, gloeilampen)
- temperatuurstraling: licht uitzenden omdat het door verwarming een voldoende hoge
temperatuur heeft verkregen
Niet-zelfstandig lichtgevend lichaam of secundaire lichtbron
Lichaam dat licht uitzendt doordat er licht opvalt. (bvb planeten en maan, gasontladingsbuis)
- luminescentiestraling: E direct lichtenergie zonder energie eerst in warmte om te zetten
4.1 Eigenschappen
Lichtenergie: gedeeltelijk doorgelaten, teruggekaatst en geabsorbeerd
Zwart lichaam = lichaam dat alle lichtsoorten absorbeert
Wit lichaam = lichaam dat alle kleuren terugkaatst
4.1.1 Kleurtemperatuur p 60
Een lichaam straalt meer licht uit naargelang de verhitting.
Kelvin: temperatuur waarop we een zwart lichaam moeten brengen om dezelfde kleurindruik
te hebben als die van bvb de lamp. (Kaarslicht 2000K, zonlicht 6000K)
4.1.2 Kleurweergave p 60
Kleurweergaveindex Ra: Kwaliteit van de kleurweergave van een lichtbron
4.2 Grootheden en eenheden van licht
4.2.1 Lichtstroom p 61
Totale hoeveelheid licht die een lichtbron per seconde uitstraalt
4.1.2 Lichtsterkte p 62
Lichtintensiteit van een lichtbron in een bepaalde richting
Candela = 1 lumen in eenheid van ruimtehoek of steradiaal
Lichtsterktediagram: lichtsterkte (cd) per 1000 lm van het diagram omrekenen.
Jolien De Veirman
11/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
4.1.3 Verlichtingssterkte p 63
Hoeveelheid licht (of lichtstroom) per m² op een oppervlak
E = ф / A of lux = lumen / m²
4.1.4 Verlichtingssterkte in een punt p 63
Epunt =
lichtsterkte (cd)
.
afstand tot lichtbron in het kwadraat
Grootheid
lichtstroom
lichtsterkte
verlichtingssterkte
Symbool
ф(phi)
I
E
Eenheid
lumen
candela
lux
of
Epunt = I/r²
Symbool
lm
cd
lux
4.1.5 Meten van verlichtingssterkte p 64
Gelijkmatig verlicht: E minimum / E maximum > 0,7
Vereiste hoeveelheid licht: 300 lux
4.1.6 Verlichtingssystemen p 66
Directe verlichting: groot deel van het licht wordt teruggekaatst
Indirecte verlichting: gelijkmatige lichtverdeling, schaduwen beperkt, laag rendement
combinatie van beide zorgt voor beperking van deze nadelen
4.3 Soorten verlichting
4.3.1 Temperatuurstralers: gloeilampen p 68
Werking: luchtledige glazen bol met wolfraamdraad die tot gloeien wordt gebracht dmv
droomdoorgang. Lamp is gevuld met inert gas.
Doel gas: verdamping gloeidraad tegengaan
Nadeel: warmteverlies
Gebruik: algemene residentiële verlichting in lokalen met lage gebruiksduur
Eigenschappen:
- laag rendement
- korte levensduur
- perfecte kleurweergave
- lage investering
Jolien De Veirman
12/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
4.3.2 Temperatuurstralers: halogeenlampen p 68
Doel gas: verdampte wolfraamdeeltjes naar gloeidraad terugbrengen
Opmerking: hoge temperatuur kwartsglas nodig
geen aanraking: vingerdrukken bij hoge temp. veranderen de kristallijne structuur vh glas
-
lage spannings halogeenlampen
transformator nodig
Gebruik: accentverlichting (reclame, autolamp, projectorlamp)
-
normale spannings halogeenlampen
Gebruik: verstralers voor grote oppervlakten (opritten, grote verlichting in tuin)
Eigenschappen:
- laag rendement
- lage levensduur
- goede kleurweergave
4.3.3 Gasontladingslampen – fluorescentielampen – buizen p 69
Werking: kwikdamp op lage druk met wit fluorescentiepoeder, dat onzichtbare stralen omzet
in zuchtbaar licht. Verhtting van elektroden elektronenstroom die in botsing komt met
kwikatomen ultraviolette straling die door het fluorescentiepoeder omgezet wordt in
zichtbare straling
Gebruik: algemene verlichting in tertiaire sector (kantoren) en industrie
Eigenschappen:
- hoog rendement
- hoge levensduur
- goede kleurweergave
- niet duur
4.3.4 Gasontladingslampen – fluorescentielampen – compact p 70
Gebruik: ter vervanging van gloeilampen, “plug-in lamp” in keuken of living
Eigenschappen:
- hoog rendement
- hoge levensduur
- goede kleurweergave
- duurder dan gloeilamp
Jolien De Veirman
13/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
4.3.5 Kwikontladingslampen – lagedruk (blauwig) p 71
= gasontladingslampen – fluorescentielampen
4.3.6 Kwikontladingslampen – hogedruk p 71
Industrie
4.3.7 Kwikontladingslampen – hogedruk metaalhalogeenidelamp p 71
Gebruik: algemene verlichting in industrie
4.3.8 Natriumlampen – lagedruk (geelig) p 72
Gebruik: grote wegen
Eigenschappen:
- zeer hoog rendement
- hoge levensduur
- zeer slechte kleurweergave
4.3.9 Natriumlampen – hogedruk p 72
Gebruik: openbare verlichting
Eigenschappen:
- goed rendement
- zeer lange levensduur
- betere kleurweergave
5 Verwarmen
Soortelijke warmte (c) = hoeveelheid warmte nodig om 1 kg 1K te laten stijgen
(hoeveelheid warmte) Q = m . c . ∆T (in Joule)
c = J/kg K
5.1 Smelten – stollen
Specifieke smeltwarmte (Ls) = hoeveelheid energie nodig om 1 kg vaste stof om te zetten in 1
kg vloeistof bij de smelttemperatuur
Q = m . Ls
Ls = J/kg
Jolien De Veirman
14/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
5.2 Verdampen
Specifieke verdampingswarmte (Lv) = hoeveelheid warmte men moet toevoegen om 1 kg
vloeistof om te zetten in verzadigde damp
Q = m . Lv
Lv = J/kg
Rendement: nuttige E (wat we er uithalen) / toegevoegde E (wat we er insteken)
5.3 Uitzetting en krimp
Lineaire uitzetting afhankelijk van:
- oorspronkelijke lengte (m)
- temperatuursverschil (in °C of K)
- soort stof (lineaire uitzettingscoëfficiënt λ)
U = L . λ . ∆T (in kg)
Lineaire uitzetting vindt plaats in bimetaal
Werking bimetaal: 2 metalen stroken die over hun volledige lengte aan elkaar bevestigd zijn.
Door het verschil in uitzettingscoëfficiënt zal het bimetaal bij temperatuursverandering
vervormen.
Toepassing: openen en sluiten van contacten
5.4 Warmtetransport
Verspreiding van energie onder invloed van temperatuursverschillen
5.4.1 Geleiding of conductie
In vaste stoffen
5.4.2 Stroming of convectie
Verwarming van koud water door op 1 plaats te verwarmen stroming
5.4.3 Straling of radiatie
Zie p 81 ev
Jolien De Veirman
15/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
5.5 Berekening warmtetransport
P 83
Hoeveelheid warmte-energie die de wand doorlaat is afhankelijk van:
- oppervlak A (m²)
- tijd t (s)
- materiaalsoort (λ) – hoe groter λ, hoe meer warmteverlies - dikte d (m)
- temperatuursverschil T∆ (K of °C)
Q = A . ∆T . λ / d
warmtegeleidingscoëfficiënt λ (W/mK)
5.6 Eenvoudige toepassingen van verwarmen
5.6.1 Elektrische kookplaten
1. Gietijzeren kookplaat p 87
Werking: ingewerkte ringvormige verwarmingselementen door weerstanden vloeit
elektriciteit warmte warmte wordt door geleiding afgegeven aan de metalen kookplaat
geeft warmte door aan de kookpot en de inhoud ervan
2. Vitrokeramische kookplaat p 88
Eigenschappen:
- hard, ondoordringbaar, niet poreus, bestand tegen inwerking van alkalische en zure
producten
- eenvoudig te onderhouden
- zuinig in verbruik
- duurder in aankoop
Kookveld = plaats waar warmtedoorgave gebeurt
A Vitrokeramische kookplaat met weerstanden p 88
Werking: Onder vitrokeramisch oppervlak: weerstanden of verwarmingselementen zijn
onderaan en aan de zijkanten thermisch geïsoleerd elektrische energie wordt in
weerstanden omgezet in infrarood-warmte geen direct contact, maar afgifte van warmteE
via straling.
B Vitrokeramische kookplaat met halogeenlampen p 89
Werking: halogeenlamp = 10% licht, 90% warmte halogeenlampen worden in
geïsoleerde reflecterende kuip geplaatst geproduceerde infrarode licht wordt naar boven
weerkaatst opwarming
Jolien De Veirman
16/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
C Vitrokeramische kookplaat met inductie p 89
Werking: opwekken van hoogfrequent elektromagnetisch veld gevolg: ontstaan
wervelstroom in de metalen bodem van de kookpan wordt heet verwarmt spijzen
Bodem kookpan wordt opgewarmd (niet de vitrokeramische kookplaat) (bodem potten dien
tuit magnetisch materiaal te worden vervaardigd)
5.6.2 Strijkijzer
1. Gewoon strijkijzer p 91
Ingebouwd elektrisch verwarmingselement temperatuur wordt op een gemiddelde
constante temperatuur gehouden met ingebouwde bimetaalregelaar.
Vermogen moet groot genoeg zijn om de E te kunnen leveren, nodig voor:
- verwarmen textiel
- verwarmen van vocht
- verdampen van vocht
(zie p 92 berekening)
2. Stoomstrijkijzer p 93
Werking: Via drukknop wordt hoeveelheid water in verdampingkamer gelaten. Het water
verdampt door de temperatuur van de zool. (principe van het druppelsysteem)
Beveiliging:
- thermisch: analoog aan klassieke strijkijzer
- veiligheidsklep: overdruk voorkomen, in geval van werkingsstoornissen het teveel aan
stoom laten ontsnappen
A Stoomstrijkijzer met afzonderlijk reservoir p 93
Werking: analoog stoomstrijkijzer, maar de stoomproductie gebeurt in afzonderlijke tank, die
via een slang verbonden is met het strijkijzer.
Voordeel: grotere hoeveelheid stoom ter beschikking en minder zwaar.
Jolien De Veirman
17/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
6 Isoleren
Ventilatieverliezen: het ontsnappen van warme lucht uit woning doorheen kieren of spleten,
via ventilatieopeningen of ramen en deuren.
Voordelen van isolatie:
- besparing op stookkosten (milieuvoordeel)
- besparing op installatiekosten
- verhoging van de binnenwandtemperatuur
- minder gevaar voor condensatievorming
6.1 Transmissieverliezen
= verliezen doorheen omsluitende elementen van een gebouw
6.1.1 Warmteweerstand
Q = A . ∆T . t / R (in J)
R=d/λ
Weerstand R = dikte van 1 m: 1/λ
Hoe groter R, hoe kleiner het warmteverlies
6.1.2 Geleiding door homogene samengestelde wand
Q = A . ∆T . t / R1 + R2 + R3 (in J)
R1 = d1 / λ1
Temperatuursverloop: Q1 = Q2
∆T1 / R1 = ∆T2 / R2
6.1.3 De U-waarde van een wand
Q = U . A . t . ∆T
U = 1 / RT = transmissiecoëfficiënt of U-waarde (doorgang, omgekeerde v weeRstand)
λ (lambda): belangrijkste thermische karakteristiek van een materiaal
U-waarde: belangrijkste thermische karakteristiek van een wand (of samengesteld geheel)
Jolien De Veirman
18/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
Verband λ en U-waarde:
λ R (d / λ)
R RT (d1 / λ1 + d2 / λ2)
RT U (1 / RT)
λ : warmtegeleidingcoëfficiënt: hoeveelheid warmte-energie per seconde per Kelvin
temperatuursverschil per m² wandoppervlak, dat door een materiaal van 1m dikte.
hoe groter λ, hoe meer warmteverlies
R : warmteweerstand: omgekeerd evenredig met λ
dikte wordt onmiddellijk in rekening gebracht
U : transmissiecoëfficiënt: hoeveelheid warmte per seconde per Kelvin en per m²
wandoppervlakte die overgaat van 1 omgeving naar de andere, gescheiden door een wand.
6.1.4 Het peil van de globale warmte-isolatie
Beschermd volume (BV) in m³
= geschermde gebied tegen warmteverlies (niet totaal volume)
Warmteverliesoppervlakte (AT) in m²
som van de oppervlakten van alle wanden tussen het beschermd volume en de
buitenomgeving. Gemeenschappelijke delen maken geen deel uit van dit oppervlak
Compactheidgraad p 102
BV / AT
•
•
•
•
hoe groter het volume (met eenzelfde vorm) , hoe groter de compactheidgraad
hoe meer het gebouw ingesloten, hoe groter de compactheidgraad
het meer het gebouw qua vorm een bol benadert, hoe groter de compactheidgraad
hoe grilliger het gebouw van vorm, hoe slechter de compactheidgraad
Gemiddelde transmissiecoëfficiënt p 102
= gewogen gemiddelde U-waarde van alle wanden van de warmteverliesoppervlakte.
QT = Ugem . A T . ∆T . t geleiding oppervlakte
(horizontale wanden op volle grond: 1/3 van de berekende waarde)
Jolien De Veirman
19/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
Energieprestatie van het binnenklimaat (PPT)
nood aan energie (primair verbruik) voor verwarming /
koeling en warm water van het gebouw
E-peil = --------------------------------------------------------- x 100
nood aan energie .......... van een referentiegebouw met
zelfde verliesoppervlak en beschermd volume
Jolien De Veirman
20/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
6.2 Ventilatieverliezen
Natuurlijke ventilatie
Regelbare afvoeropeningen
Bvb. kieren, spleten, raam open
Mechanische toevoerregeling
Verse lucht mechanisch inblazen overdruk afvoer
via vrije ventilatie
Mechanische afvoerregeling
Vochtige lucht uit natte ruimten mechanisch afzuigen onderdruk toevoer via vrije ventilatie
Mechanische toe- en afvoerregeling
Combinatie bovenstaande 2 regelingen
6.2.1 Berekening van ventilatieverliezen
Q = 0,34 . ∆T . t . β . V (in Wh)
β: natuurlijke ventilatievoud in h (1)
V: BV: volume vertrek
t: in uur!
(! Werken met warmtewisselaar zorgt ervoor dat ∆T niet zo hoog is)
Jolien De Veirman
21/22
Samenvatting Energie en Installaties
Academiejaar 2006-2007
Samengevat:
Transmissie
Ventilatie
QT = Ugem . A T . ∆T . t
QV = 0,34 . ∆T . t . β . V
geleiding oppervlakte
opwarmen volume
Nodige vermogen: Q is warmteverbruik W = P . t
6.2.2 Berekening van de totale verliezen
Minimale vermogen:
Ptot = ( Pt + Pv ) . 1,1
Ptot = (Ugem . A T . ∆T) + (0,34 . ∆T . β . V) . 1,1
Jolien De Veirman
22/22