Isolatie : Theoretische Inleiding

Opleiding
Duurzaam Gebouw :
ENERGIE
Leefmilieu Brussel
ISOLATIE :
THEORETISCHE INLEIDING
Emmanuel ‘S HEEREN
Plate-forme Maison Passive asbl
Doelstellingen van de presentatie
●
De basisnoties aanleren over warmte, warmteoverdracht en de uitdaging binnen gebouwen;
●
De thermische transmissiecoëfficiënt U [kWh/m².jaar]
kunnen berekenen
●
De waarden van de geleidbaarheid van materialen
aanleren;
●
De thermische begrippen over warmte definiëren:
thermische capaciteit, inertie, vochtigheid…
2
Overzicht
Hoeveel € vliegen door de vensters?
I.
Definitie warmteoverdracht
II.
Berekening van de
transmissieverliescoëfficiënt U
III.
Definitie van de begrippen gelinkt aan
warmte
IV.
Waarom isoleren?
3
I. Definitie warmteoverdracht
II. Berekening van de
transmissieverliescoëfficiënt U
III. Definitie van de begrippen gelinkt aan
warmte
IV. Waarom isoleren?
4
I. Definitie van warmte-overdracht
●
●
3 mogelijke manieren van warmteoverdracht :
●
Conductie
●
Convectie
●
Straling
De 3 transportmodi spelen een rol
in de verliesbalans van een wand,
een gebouw
5
I. Definitie van warmte-overdracht
●
Conductie :
Is de manier waarop thermische energie doorheen materialen gaat.
De elementen waaruit een materiaal is opgebouwd ontvangen energie en
geven deze door aan de naburige elementen via contact.
Niet alle materialen geven op dezelfde manier deze energie door: metalen
zijn goede thermische geleiders, terwijl hout of synthetische materialen
slechts middelmatige geleiders zijn (dus beter isolerend).
Vergelijk: blootvoets op kiezelstenen
Bron: Energie plus
6
I. Definitie van warmte-overdracht
●
Convectie :
manier van energieverspreiding die een verplaatsing van materie
impliceert in een omgeving
Bv. : kom met water op een vuur
Bron: http://belvedair.ca
●
Straling : manier van energieoverdracht onder de vorm van stralen of
deeltjes die ontstaan door elektromagnetische straling.
Bv. : Zonne-instraling in een ruimte
Bron: http://belvedair.ca
7
I. Definitie van warmte-overdracht
●
Het vermogen [W] dat door een wand gaat :
20°C
0°C
P = U x S x DT (Watt)
U
[W/m²K]
=
1
Rt
U
[W/m²K] = Thermische transmissiecoëfficiënt van de wand
Rt [m²K/W] = (Ri + d [m] / λ [W/mK] + Re)
l [W/mK] = thermische geleidbaarheid van een materiaal
Bron: Matriciel
8
I. Definitie van warmte-overdracht
P = U x S x DT (Watt)
Thermische verliezen zijn een functie van :
●
Verschil in T°tussen binnen en buiten
●
Verliesoppervlakte / compactheid
●
Samenstelling van de wanden
Bron: Energieplus
9
I. Definitie van warmte-overdracht
P = U x S x DT (Watt)
Thermische verliezen zijn een functie van :
●
Verschil in T°tussen binnen en buiten
●
Verliesoppervlakte / compactheid
●
Samenstelling van de wanden
10
I. Definitie van warmte-overdracht
P = U x S x DT (Watt)
Thermische verliezen zijn een functie van :
●
Verschil in T°tussen binnen en buiten
●
Verliesoppervlakte / compactheid
●
Samenstelling van de wanden
Bron: Energieplus
11
I. Definitie van warmte-overdracht
Compactheid
●
Bij voorkeur eenvoudige vorm
●
Bij voorkeur tussenligging
●
Bij voorkeur grote
gebouwen
12
I. Definitie van warmte-overdracht
P = U x S x DT (Watt)
Thermische verliezen zijn een functie van :
●
Verschil in T°tussen binnen en buiten
●
Verliesoppervlakte / compactheid
●
Samenstelling van de wanden
13
I. Definitie warmteoverdracht
II. Berekening van de
transmissieverliescoëfficiënt U
III. Definitie van de begrippen gelinkt aan
warmte
IV. Waarom isoleren?
14
II. Berekening U-waarde
●
Thermische weerstand
→ Ri = (d / l)i
[m².K/W]
→ Ra
→ Rsi en Rse
RT = Rsi + SRi + Rse
Bron: Energieplus
• Totale thermische weerstand van elke component (Ri)
• De oppervlakteovergansweerstand (Rsi en Rse)
• De thermische weerstand van de luchtlagen (Ra)
15
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
Ri
●
Thermische weerstand
→ Ri = (d / l)i
→ Ra
→ Rsi en Rse
[m².K/W]
Thermische weerstand van homogene
en heterogene componenten
Hoe hoger de weerstand, hoe beter het
materiaal isoleert
RT = Rsi + SRi + Rse
16
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
Ri
●
Thermische weerstand
→ Ri = (d / l)i
→ Ra
Thermische weerstand
homogene componenten
[m².K/W]
van
→ Rsi en Rse
RT = Rsi + SRi + Rse
d [m] = dikte van de component
l [W/m.K] = thermische geleidbaarheid
van de component
17
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
●
Thermische conductie of geleidbaarheid van een materiaal :
l [W/m.K]
►
Eigenschap van een materiaal die aangeeft in welke mate het
warmte kan transporteren;
►
Het is de hoeveelheid overgedragen warmte per oppervlakte-eenheid
en per tijdseenheid, voor een materiaal van 1m dik en voor een
temperatuurverschil van 1K tussen de twee zijden;
►
Hoe hoger de geleidbaarheid, hoe minder isolerend
18
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
●
Thermische conductie of geleidbaarheid van een materiaal :
l [W/m.K]
►
De gedeclareerde lambda-waarde (lD) : de gemeten waarde bij
genormaliseerde omstandigheden van temperatuur en relatieve
luchtvochtigheid
►
De nuttige lambda-waarde
› (li) : bij binnencondities,
onderhevig aan vocht en
buitenklimaat
dus
aan
niet
het
› (le) : bij gebruik buiten, dus wel onderhevig
aan vocht (vochtig materiaal) en aan het
buitenklimaat
Bron: Energieplus
19
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
●
Thermische conductie of geleidbaarheid van een materiaal :
l [W/m.K]
Bron: http://www.aeu.fr
Bron: http://www.hoki.ibp.fhg.de
20
II. Berekening U-waarde
Bij homogeen materiaal: thermische
geleidbaarheid (l) gekend (tabellen)
Samenstelling van de wanden
l [W/m.K]
li
le
[W/m.K]
[W/m.K]
Staal
50
50
Steen
~2,5
~ 3,5
Gewapend beton
1,70
2,20
Bezetmortel
0,93
1,50
Baksteen
0,90
1,10
Gips
0,52
-
Hout
0,15
0,20
Snelbouw 19cm
0,14
Isolatie
0,04
- (0,4)
Snelbouw 29cm
0,20
Materiaal
Bij heterogeen materiaal wordt
rechtstreeks met de thermische
weerstand van het materiaal
gewerkt
Materiaal
R
[m².K/W]
Bron : http://www.energieplus-lesite.be/energieplus
21
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
l [W/m.K]
Praktische gids voor duurzaam bouwen
Fiche ENE03 – Een goed geïsoleerd huis bouwen
22
II. Berekening U-waarde
Van L naar R en B naar B:
Minerale wol (MW), glaswol (GW), cellenglas
(CG), geëxpandeerd perliet (EPB),
polyurethaanschuim (PUR), geëxpandeerd
polystyreenschuim (EPS en EPS-SE),
geëxtrudeerd polystyreenschuim (XPS)
●
Isolatietypes
23
Bron: fiches MAT 05 en ENE03
II. Berekening U-waarde
Boven:
Cellulose, kokosnoot,
hennepwol, kurk (ICB).
Onder:
Vulkanische rotssteen
(perliet), isolatie uit
gerecycleerde textielvezels
●
Isolatietypes (natuurlijk of ecologisch)
24
Bron: fiche MAT 05
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
Ra
●
[m².K/W]
Thermische weerstand
→ Ri = (d / l)i
→ Ra
Thermische weerstand van de luchtlaag
→ Rsi en Rse
RT = Rsi + SRi + Rse
Bron : http://www.energieplus-lesite.be/energieplus
25
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
Ra
●
Thermische weerstand
→ Ri = (d / l)i
→ Ra
→ Rsi en Rse
[m².K/W]
Ra is functie van :
•
De stroomrichting van de warmte;
•
De dikte van de luchtlaag;
•
Ventilatie van die laag
Drukt de weerstand van de lucht (of het omgekeerde van de hoeveelheid
overgedragen warmte) uit om de warmte via convectie, conductie en
straling over te dragen (per tijdseenheid, per oppervlakte-eenheid en voor
een T-verschil van 1K tussen de warme- en koudezijde)
26
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
Ra
[m².K/W]
Niet-geventileerde luchtlaag
Dikte van de luchtlaag
[mm]
Horizontale
warmteflux
Verticale
warmteflux - hoog
Verticale
warmteflux - laag
0<d<5
0,00
0,00
0,00
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
0,17
0,16
0,17
25<d<50
0,18
0,16
0,19
50<d<100
0,18
0,16
0,21
100<d<300
0,18
0,16
0,22
300
0,18
0,16
0,23
27
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
Ra
[m².K/W]
Sterk geventileerde luchtlaag
●
Ra = 0 m².K/W
●
T° luchtlaag = T° buiten
●
Rse = Rsi
●
De materialen gelegen achter die luchtspouw tellen niet mee
voor de berekening van de U-waarde van de wand
28
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
Ra
[m².K/W]
Weinig geventileerde luchtlaag
●
Vereenvoudigde methode: neem de helft van de Ra van een
niet geventileerde equivalente luchtlaag
●
Volledige methode: breng de grootte en de verdeling van de
ventilatieopeningen in rekening
29
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
Rsi en Rse
●
[m².K/W]
Thermische weerstand
→ Ri = (d / l)i
→ Ra
→ Rsi en Rse
Thermische
oppervlakteovergangsweerstand
(binnen en buiten)
RT = Rsi + SRi + Rse
Bron : http://www.energieplus-lesite.be/energieplus
30
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
Thermische
oppervlakteovergangsweerstand
(binnen en buiten)
●
●
Rsi en Rse
[m².K/W]
Transmissie van de luchtwarmte naar de wand via:
-
Convectie
-
Straling
Rsi en Rse drukken de weerstand uit
(binnen / buiten) om hun warmte af te
convectie en straling (per tijdseenheid,
en voor een T-verschil van 1K tussen
deze van de wandoppervlakte)
van de omgevingslucht
geven aan de wand via
per oppervlakte-eenheid
de luchttemperatuur en
31
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
Thermische
oppervlakteovergangsweerstand
(binnen en buiten)
Rsi en Rse
[m².K/W]
Ri [m².K/W]
Re [m².K/W]
Horizontale warmtestroom
(vertikale wand)
0,13
0,04
Vertikale warmtestroom – hoog
(horizontale wand)
0,10
0,04
Vertikale warmtestroom – laag
(horizontale wand)
0,17
0,04
32
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
●
Thermische weerstand
RT = Rsi + SRi + Rse
●
[m².K/W]
Thermische transmissiecoëfficiënt (van een wand)
→ U = 1 / RT
[W/m².K]
Hoe kleiner de U-waarde, hoe beter de isolerende kracht van de
wand
33
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
●
Thermische transmissiecoëfficiënt (van een wand)
→ U = 1 / RT
[W/m².K]
Het is de hoeveelheid warmte die door
een wand gaat op een permanente basis,
per tijdseenheid, per oppervlakte-eenheid
en per eenheid van verschil in
temperatuur tussen de ene en de andere
kant van een wand.
Hoe lager deze waarde, hoe beter de
wand is geïsoleerd
Bron : http://www.energieplus-lesite.be/energieplus
34
II. Berekening U-waarde
Samenstelling van de wanden
●
Bijzonderheden
►
Lineair verlies : y
►
Puntsgewijs verlies : c
►
Geval vensters :
[W/m.K]
[W/K]
› Uw = (Uf * Af + Ug * Ag + y * l) / (Af + Ag)
(of vereenvoudigde formule : Uvenster = 0.3 x U profiel + 0.7 x U beglazing + 3 x 0.05 of 0.07 ,
afhankelijk van of de beglazing een U > of < 2W/m²K heeft)
●
Minimum : respecteer de basisregels opgelegd door de
EPB
35
II. Berekening U-waarde
36
II. Berekening U-waarde
Hoeveel € vliegen door de vensters?
●
Het is aan u nu!
●
Bereken de transmissiecoëfficiënt (U) van een wand :
› 2cm gips
› Holle betonblok van 19cm
› 8 cm isolatie
› Pleister op de isolatie
●
Bereken de transmissiecoëfficiënt (U) van een wand :
› 2cm gips
› Holle betonblok van 19cm
› 30 cm isolatie
› Pleister op de isolatie
37
Hoeveel € vliegen door de vensters?
38
Hoeveel € vliegen door de vensters?
39
Hoeveel € vliegen door de vensters?
I. Definitie warmteoverdracht
II. Berekening van de
transmissieverliescoëfficiënt U
III. Definitie van de begrippen gelinkt aan
warmte
IV. Waarom isoleren?
40
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Specifieke thermische capaciteit (c) [J/kg.K]
●
Eigenschap van een materiaal waarmee de mate waarin dit
materiaal energie kan opslaan of terug afgeven via thermische
uitwisseling tijdens een transformatie waarbij de temperatuur
wijzigt, kan worden gekwantificeerd;
●
Het is de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur
van 1kg van een materiaal met 1K (of 1°C) te verhogen bij
gelijke druk en volume
●
Hoe hoger de specifieke thermische capaciteit, hoe groter de
opnamecapaciteit
41
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Specifieke thermische capaciteit (c) [J/kg.K]
●
Enkele waarden
Materiaal
Volumieke massa :
r [kg/m³]
Specifieke thermische
capaciteit : c [J/kg.K]
Staal
7800
450
Beton
2400
880
Baksteen
1300
840
Hout
550
1200-2700
Isolatie
50
1000
Lucht (15°C)
1,225
1000
42
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Thermische inertie
●
De capaciteit van een gebouw om warmte op te
slaan en vervolgens terug af te geven.
●
Dankzij de thermische inertie is er een
thermische defasering (ontkoppeling in de tijd)
mogelijk tegenover de schommeling van het
buitenklimaat
Bron : http://ecosources.info
●
De thermische inertie van een huis hangt af van de
materiaalmassa waaruit de binnenkant is opgebouwd. Hoe
zwaarder deze materialen, hoe groter hun thermische inertie.
●
Verwar inertie niet met isolatie : isolatie vermindert de verliezen,
terwijl de inertie louter warmte opslaat en weer vrijgeeft
●
Wordt uitgedrukt in effusiviteit [e]
43
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Thermische inertie
●
Enkele waarden
Bouwtypologie
Geleidbaarheid:
l [W/m.K]
Volumieke massa
: r [kg/m³]
Specifieke thermische
capaciteit : c [J/kg.K]
Effusiviteit
:e
Houtskelet
0,04
50
840
30
Massief houtbouw
0,12
450
1880
320
Traditionneel
0,4
1000
840
580
Betonelementen
1,7
2400
880
1850
Bron : Formation IBGE – Bâtiment durable
passif en très basse énergie
44
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Luchtvochtigheid
●
Hygrometrische begrippen:
►
Absolute luchtvochtigheid, X:
Het aantal aanwezige grammen waterdamp in 1 kg droge
lucht. [gwater/kgdrogelucht]
►
Relatieve luchtvochtigheid, R.L.:
verhouding tussen de waterdampdruk (Pw) en de
saturatiedruk van de waterdamp (Pws). [%]
►
Dauwpunttemperatuur:
de temperatuur waarbij bij een gegeven waterdampdruk of
bij een gegeven absolute luchtvochtigheid, de relatieve
luchtvochtigheid 100% bedraagt. [°C]
45
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Luchtvochtigheid
Bron: Formation PMP
46
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Luchtvochtigheid
X
Bron: Formation Condensation
PMP
47
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Luchtvochtigheid
R.L.
Bron: Formation Condensation
PMP
48
III. Begrippen gelinkt aan warmte
●
Dampdiffusie
Net zoals warmte zich verplaatst
van warm naar koud, verspreidt
de luchtvochtigheid zich van de
hoogste partiële druk naar de
laagste. Dit is de dampdiffusie
4°C / RL :
100%
Pw : 800 Pa
20°C / RL : 70%
Pw : 1650 Pa
Bron: Formation PMP
49
1. THEORIE
[not too much]
III. Begrippen gelinkt
aan warmte
LesLuchtvochtigheid
grandeurs hygrométriques
Relatieve luchtvochtigheid
20°C / RL :
70%
1650 Pa
4°C / RL :
100%
 800 Pa
Bron: Formation PMP
50
III. Begrippen gelinkt aan warmte
●
Tegengekomen problemen
►
Gelinkt met vochtigheid
Schimmels en paddestoelen
Bron: PMP
51
III. Begrippen gelinkt aan warmte
●
Ontwikkeling en groei
Luchtvochtigheid
Bron: PMP
52
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Luchtvochtigheid
53
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Luchtvochtigheid
54
III. Begrippen gelinkt aan warmte
Luchtvochtigheid
Hoeveel € vliegen door de vensters?
●
Het is aan u nu!
●
Bereken de transmissiecoëfficiënt (U) van een wand :
› 2cm gips
› Holle betonblok van 19cm
› 30 cm isolatie
› Pleister op de isolatie
Maar … de isolatie is blootgesteld aan
weersinvloeden … de geleidbaarheid verhoogt >>>
0,2 W/m.K
55
Hoeveel € vliegen door de vensters?
I. Definitie warmteoverdracht
II. Berekening van de
transmissieverliescoëfficiënt U
III. Definitie van de begrippen gelinkt aan
warmte
IV. Waarom isoleren?
56
IV. Waarom isoleren ?
De
energieverliezen
beperken
Binnencomfort
verhogen
Isolatie ?
Energieafhankelijkheid
beperken
Energetische
voetafdruk
verkleinen
Pathologieën
vermijden
57
Nuttige hulpmiddellen, websites, enz. :
●
http://www.energieplus-lesite.be/
●
http://www.maisonpassive.be :/ Ressources : Brochure
PMP : « Quel châssis pour ma maison passive »
●
Ponts thermiques : Site internet : http://www.pontsthermiques.be
Referentie Gids duurzame gebouwen en
andere bronnen :
www.leefmilieubrussel.be/gidsduurzamegebouwen
fiches : ENE03
58
Om te onthouden van de presentatie
●
De isolatiewaarde van een wand wordt onder
andere bepaald door de transmissiecoëfficiënt U:
hoe kleiner deze waarde, hoe beter de wand
geïsoleerd is ;
●
Op termijn zal de passiefstandaard opgelegd
worden voor alle nieuwbouw (residentieel en
tertiair) ;
●
Het isoleren van een gebouw vereist een globale
aanpak en aandacht voor de impact (bij
renovatie).
59
Contact
Emmanuel ‘S HEEREN
PMP asbl – boulevard Audent 15 – 6000 Charleroi
Tel : 071 / 960 320
E-mail :
[email protected]
[email protected]
60