Voorbeeld NEN Preview

Transcriptie

1 Nederlandse Berekeningsmethode voor de warmtedoorgangscoëfficiënt van enkel- en isolerend dubbelglas voor toepassing in de glastuinbouw NEN 2697 Calculation method for the thermal transmittance of singleand double insulating glass units for the application in greenhouses 1e druk, oktober 1995 UDC :536.21:691.6: Inhoud Dit document mag slechts op een stand-alone PC worden geinstalleerd. Gebruik op een netwerk is alleen. toestaan als een aanvullende licentieovereenkomst voor netwerkgebruik met NEN is afgesloten. This document may only be used on a stand-alone PC. Use in a network is only permitted when a supplementary license agreement for us in a network with NEN has been concluded. blz. Inleiding 2 1 Onderwerp en toepassingsgebied 3 2 Normatieve verwijzingen 3 3 Termen en definities 3 4 Symbolen 3 5 Standaardomstandigheden 4 6 Berekeningsmethode Algemeen Berekening van de warmteoverdracht door convectie aan het binnenoppervlak Berekening van de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling Berekening van de warmteoverdracht door condensatie Berekening van de warmtedoorgang door een glasplaat Berekening van de warmteoverdracht aan het buitenoppervlak door convectie Berekening van de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen het buitenoppervlak en hemel Berekening van de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen de glasplaten, die de spouw begrenzen De gecorrigeerde emissiefactor Berekening van de warmteoverdracht in de spouw door convectie Waarden C en n ter bepaling van de kengrootheid van Nusselt 8 7 Verslag 9 Bijlage A (informatief) De invloed van de klimaatomstandigheden op de warmtedoorgangscoëfficiënt 11 Bijlage B (informatief) Berekening van oppervlaktetemperaturen 13 Bijlage C (informatief) Aanwijzingen voor het berekenen van spouwgaseigenschappen met behulp van een computer Nederlands Normalisatie-instituut Kalfjeslaan 2, Postbus 5059, 2600 GB Delft, Telefoon (015) , Fax (015)

2 Blz. 2 Inleiding Door toenemende mate van procesbeheersing van de tuinbouw onder glas ontstond de behoefte te kunnen beschikken over een genormaliseerde berekeningsmethode voor de warmtedoorgangscoëfficiënt voor kasbedekkingen in de tuinbouw. Deze norm geeft de berekeningsmethode voor kasbedekkingen, bestaande uit op het buitenoppervlak niet-gecoate glasplaten, enkel of meervoudig, met (gas)spouw(en). De omschreven methode kan worden gebruikt bij produktvergelijkingen van verschillende kasbedekkingsvarianten van glas. Daarnaast kan de warmtedoorgangscoëfficiënt van de kasbedekking worden gebruikt bij de berekening van de warmtebehoefte van de kassen en/of de capaciteit van de verwarmingsinstallatie. Hoewel ook de stralingsuitwisseling van de verwarmingspijpen naar het binnenoppervlak een grote rol kan spelen, is deze niet in de berekening opgenomen omdat bij de meest toegepaste verwarmingsinstallatie de pijpen laag zijn opgesteld en de plantenteelt deze stralingsuitwisseling belemmert. De warmtedoorgangscoëfficiënt van de glasplaten blijkt hoger te zijn dan de U-waarde van de identieke glasplaten, die in de woning- of de utiliteitsbouw worden toegepast (zie Ontwerp NEN-EN 673). Dit verschil wordt o.a. veroorzaakt door het feit dat in kassen meer condensatie van waterdamp tegen het binnenoppervlak optreedt en de stralingsuitwisseling tussen buitenoppervlak en hemel groter is. Deze norm betreft uitsluitend de methode voor het berekenen van de warmtedoorgangscoëfficiënt, zonder nader in te gaan op de vraag welke waarde als optimaal kan worden beschouwd. Omdat de warmtedoorgangscoëfficiënt wordt beïnvloed door de warmteoverdracht aan het binnen- en buitenoppervlak, zijn in deze norm standaard (klimaat)condities opgenomen. Bij andere (klimaat)condities kunnen afwijkende waarden worden gevonden van de warmtedoorgangscoëffiënt. In bijlage A wordt een overzicht gegeven van afwijkingen in warmtecoëfficiënten bij andere klimaatcondities dan die in deze norm zijn vastgesteld. Bijlage B geeft een voorbeeld hoe oppervlaktetemperaturen kunnen worden berekend met behulp van matrixvergelijkingen. Bijlage C geeft aanwijzingen voor het berekenen van spouwgaseigenschappen met behulp van een computer. De tekst van de bijlagen behoort niet tot de eigenlijke normtekst. Bij het opstellen van de norm is gebruik gemaakt van het TNO-Bouw rapport, Berekeningsmethode voor het bepalen van de warmtecoëfficiënt of U-waarde van enkelen meervoudige beglazingen voor toepassing in de tuinbouw (december 1987).

3 Blz. 3 1 Onderwerp en toepassingsgebied Deze norm geeft een berekeningsmethode voor de warmtedoorgangscoëfficiënt (U) van enkele glasplaten en van isolerend dubbelglas, die beide in de tuinbouw worden toegepast. De norm is bedoeld om te worden toegepast voor de berekening van de warmtedoorgangscoëfficiënt van het centrum van enkele glasplaten en isolerend dubbelglas, die worden toegepast in het dek van tuinbouwkassen. Deze norm mag niet worden toegepast voor glasplaten, waarbij een emissieverlagende coating (deklaag) op het buitenoppervlak is aangebracht. In principe geldt de norm niet voor gevels, maar er is geen bezwaar tegen het gebruik van dezelfde waarde voor de warmtedoorgangscoëfficiënt (U-waarde) voor de gevel als die welke gevonden is voor het dek, omdat in het algemeen de U-waarde voor het dek weinig afwijkt van die voor de gevel. Voor gevels in tuinbouwkassen geldt o.a. een andere stralingsuitwisseling met de hemel (en dikwijls ook met verwarmingspijpen) dan voor het dek. Voor verticale luchtspouwen is bovendien de convectieve overdracht verschillend van die in min of meer horizontale spouwen. 2Normatieve verwijzingen De volgende normen bevatten bepalingen die, doordat ernaar wordt verwezen, tevens bepalingen van deze 4 Symbolen norm zijn. Op het ogenblik van publikatie van de onderhavige norm waren de vermelde drukken van kracht. Alle normen kunnen echter worden herzien; partijen die overeenkomsten sluiten op basis van deze norm wordt daarom aanbevolen na te gaan of het mogelijk is, de meeste recente druk van de onderstaande normen toe te passen. NEN 2444 Bepaling van de warmteweerstand en/of de warmtegeleidingscoëfficiënt van bouw- en isolatiematerialen Ontwerp NEN-EN 673 Thermische isolatie van beglazing. Rekenregels voor de bepaling van de stationaire U-waarde (warmtedoorgangscoëfficiënt) van beglazing. 3 Termen en definities 3.1 emissiefactor (): De verhouding van de hoeveelheid uitgezonden straling bij een bepaalde temperatuur tot die van de zwarte straler bij een zelfde temperatuur. 3.2warmtedoorgangscoëfficiënt (U-waarde) (U): Het quotiënt van de warmtestroom in stationaire toestand en het produkt van oppervlakte en omgevingstemperatuurverschil aan weerskanten van een systeem. 3.3 ruit: Beglazingselement, bestaande uit een enkele glasplaat of samengesteld uit twee of meer glasplaten, wel of niet gelaagd en wel of niet gescheiden door middel van een spouw. Symbool naam eenheid C constante, experimenteel bepaald C e,c constante, experimenteel bepaald C i,c constante, experimenteel bepaald C q verdampingsfactor van het gewas W/m 2 c p specifieke warmte bij constante druk J/(kg K) d dikte m Gr kengrootheid van Grashof g versnelling van de zwaartekracht m/s 2 H hellingshoek h warmteoverdrachtscoëfficiënt W/(m 2 K) U warmtedoorgangscoëfficiënt of U-waarde W/(m 2 K) M molaire massa g/mol Nu kengrootheid van Nusselt Pr kengrootheid van Prandtl q warmtestroomdichtheid W/m 2 r verdampingswarmte van water J/kg R warmteweerstand K/W RV relatieve vochtigheid % s spouwbreedte m T absolute temperatuur K T m gemiddelde absolute temperatuur K V hoeveelheid ventilatie m/s (=m 3 /m 2 s) w vochtgehalte (kg/kg) w verzadigingsvochtgehalte (kg/kg) x molaire fractie Y hulpvariabele voor gaseigenschap (,, ) [], [], [] emissiefactor gecorrigeerde emissiefactor n emissiefactor in de richting loodrecht op het oppervlak Celsiustemperatuur C warmtegeleidingscoëffiënt W/(m K) dynamische viscositeit kg/(m s) volumieke massa of massadichtheid kg/m 3 constante van Stefan-Boltzmann (5, ) W/(m 2 K 4 )

4 Blz. 4 Indices b bovenzijde glasplaat c convectie co condensatie e exterieur g gewas/bodem gr (bovenste) glasplaat h hemisferisch i interieur mgemiddelde n loodrecht o onderzijde glasplaat p constante druk qr (onderste) glasplaat r straling s spouw 5 Standaardomstandigheden De omstandigheden, waarbij de warmtedoorgangscoëfficiënt van de ruit moet worden bepaald, om produktvergelijking mogelijk te maken, zijn: de luchttemperatuur in de kas : 15 C de luchttemperatuur buiten : 4 C de temperatuur van gewas en/of bodem: 15 C de stralingstemperatuur van de hemel : 1 C de ventilatiehoeveelheid: 0, m 3 /(m 2 s) de relatieve luchtvochtigheid buiten : 90 % de hellingshoek van het kasdek : 26 graden de verdamping van gewas en/of bodem: 3700 W/m 2 EN 1. De warmtedoorgangscoëfficiënt wordt beinvloed door de klimaatomstandigheden. Bij andere klimaatomstandigheden zullen andere U-waarden worden gevonden. Bijlage A geeft een indicatie van de veranderingen die optreden in U-waarden, bij afwijkende klimaatomstandigheden. 2. Bij de berekening wordt uitgegaan van klimaatomstandigheden, die een gemiddelde U-waarde geven voor het tijdvak oktober tot en met maart en waarin de invloed van de zonnestraling niet is verdisconteerd. De op deze wijze berekende U-waarde kan worden gebruikt voor de berekening van de warmtebehoefte van kassen en de capaciteit van de verwarmingsinstallatie. 3. De oppervlakte, genoemd bij de ventilatiehoeveelheid en de verdamping van het gewas heeft betrekking op het bodemoppervlak van de onderhavige kas. 6 Berekeningsmethode 6.1 Algemeen De berekeningsmethode voor de warmtedoorgangscoëfficiënt van een ruit, bestaande uit een enkele glasplaat of samengesteld uit twee of meer glasplaten, bestaat uit het bepalen van de warmteoverdracht aan binnen- en buitenoppervlak, het warmtetransport door het glas en de warmteoverdracht in eventuele spouwen door geleiding van de spouwvulling en door stralingsuitwisse- ling tussen de glasplaten aan weerszijden van de spouw. In de evenwichtstoestand zijn de warmtestromen aan de oppervlakken en door de glasplaten aan elkaar gelijk. Uit de gelijkstelling van deze warmtestromen zijn in principe de onbekende oppervlaktetemperaturen en daarmee de warmtestroomdichtheid te bepalen. De berekeningsmethode is gebaseerd op de vergelijkingen. Voor enkelglas: q i,c + q i,r + q i,co = q gr = q e,c + q e,r (1) q i,c is de warmteoverdracht aan het binnenoppervlak door convectie volgens 6.2, in W/m 2 ; q i,r is de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen het binnenoppervlak van het glasdek en het gewas en/of bodem volgens 6.3, in m 2 ; q i,co is de warmteoverdracht aan het binnenoppervlak door condensatie volgens 6.4, in W/m 2 ; q gr is de warmtedoorgang door de glasplaat volgens 6.5, in W/m 2 ; q e,c is de warmteoverdracht aan het buitenoppervlak door convectie volgens 6.6, in W/m 2 ; q e,r is de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen het buitenoppervlak en de hemel volgens 6.7, in W/m 2. Voor isolerend dubbelglas: q i,c + q i,r + q i,co = q qr = q s,r + q s,c = q gr = q e,c + q e,r (2) q qr is de warmtedoorgang door de onderste glasplaat volgens 6.5, in W/m; q s,r is de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen de glasplaten, die de spouw begrenzen volgens 6.8, in W/m 2 ; q s,c is de warmteoverdracht in de spouw door geleiding/convectie volgens 6.9, in W/m 2 ; q gr is de warmtedoorgang door de bovenste glasplaat volgens 6.5, in W/m 2. EN 1. Uit de gegeven gelijkstelling zijn de onbekende oppervlaktetemperaturen niet altijd rechtstreeks op te lossen, omdat de gegeven vergelijkingen, niet altijd lineaire functies van de oppervlaktetemperaturen zijn. In bijlage B wordt een mogelijkheid gegeven om dit probleem op te lossen. 2. Momenteel worden kasbedekkingen, die uit meer dan 2 glasplaten bestaan die worden gescheiden door een (lucht)spouw, niet toegepast. Evenwel is de berekeningsmethode ook toepasbaar indien drie of meer glasplaten die worden gescheiden

5 Blz. 5 door twee of meer luchtspouwen worden toegepast. Formule (3) moet dan worden uitgebreid voor wat betreft de warmteoverdracht in de extra glasplaat of -platen en extra luchtspouw(en): q s,r en q s,c. De oplossing van de vergelijkingen (1) en (2) levert de waarden op voor de oppervlaktetemperaturen en voor de warmtestroomdichtheid. Substitutie van deze gegevens in (3) levert de U-waarde op van het kasdek. U q (3) i e U is de warmtedoorgangscoëfficiënt van het kasdek, in W/m 2 K; q is de warmtestroomdichtheid, in W/m 2 ; i is de temperatuur van de binnenlucht (aan de binnenzijde van het kasdek), in C; e is de temperatuur van de buitenlucht (aan de buitenzijde van het kasdek), in C. 6.2Berekening van de warmteoverdracht door convectie aan het binnenoppervlak Bereken de warmteoverdracht door convectie aan het binnenoppervlak (q i,c ) met de formule: q i,c c i,c 3 i i,o 4 (4) q i,c is de warmteoverdracht door convectie aan het binnenoppervlak, in W/m 2 ; i is de temperatuur van de binnenlucht, in C; C i,c is een constante, experimenteel bepaald; C i,c = 3 W/(m 2 K 4/3 ). 6.3 Berekening van de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling Bereken de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen het binnenoppervlak van het glasdek en het gewas of de bodem (q i,r ) met de formule: q i,c g i,o cos H (5) cos H q i,r is de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen het binnenoppervlak van het glasdek en het gewas, in W/m 2 ; is de gecorrigeerde emissiefactor van het binnenoppervlak, volgens 6.9; is de constante van Stefan-Boltzmann: = 5, W/(m 2 K 4 ); g is de temperatuur van het gewas en/of de bodem, in C; H is de hellingshoek van het kasdek, in. Voor onbehandeld glas kan de waarde = 0,837 worden gehanteerd. Indien condensatie tegen het binnenoppervlak optreedt, dient als waarde te worden gehanteerd = 0, Berekening van de warmteoverdracht door condensatie Bereken de warmteoverdracht aan het binnenoppervlak door condensatie (q i,co ) met de formule: q i,co C i,c r c w w i i p 3 i,o (6) q i,co is de warmteoverdracht aan het binnenoppervlak door condensatie, in W/m 2 ; r is de verdampingswarmte van water (r = 2, J/kg); c p is de soortelijke warmte van lucht bij constante druk, in J/(kgK); i is de temperatuur van de binnenlucht, in C; w is het vochtgehalte van de binnenlucht, in kg/kg; w i is het verzadigingsvochtgehalte van lucht, behorende bij de temperatuur van het binnenoppervlak, in kg/kg; C i,c is een constante, experimenteel bepaald; C i,c = 3 W/(m 2 K 4/3 ). Het vochtgehalte van de binnenlucht wordt bepaald door de ventilatie van de kas en de verdamping van het gewas en/of de bodem. De afvoer van vocht wordt verondersteld plaats te vinden via ventilatie en condensatie tegen onderzijde van het kasdek. Bereken het vochtgehalte van de binnenlucht (w) met de formule: w V we r C g w g cp cos H Ci,c r w i V r Cg cp cos H 3 r 3 3 i i,o i i,o w is het vochtgehalte van de binnenlucht, in kg/kg; V is de hoeveelheid ventilatie van de kas, in m 3 /(m 2 s); is de volumieke massa van de buitenlucht, in kg/m 3 ; r is de verdampingswarmte van water, r = 2, J/kg, in J/kg; w e is het vochtgehalte van de buitenlucht, in kg/kg; w g is het verzadigsvochtgehalte, behorende bij de gewas/bodemtemperatuur, in kg/kg; w i is het verzadigingsvochtgehalte, behorende bij de oppervlaktetemperatuur aan de binnenzijde van het kasdek, in kg/kg; C g is de verdampingsfactor voor het gewas en/of de bodem, uitgedrukt als energiestroom, in W/m 2; c p is de soortelijke warmte van lucht bij constante druk, in J/(kgK); H is de hellingshoek van het kasdek, in graden; i is de temperatuur van de binnenlucht, in C; C i,c is een constante, experimenteel bepaald; C i,c = 3 W/(m 2 K 4/5 ). Het verzadigingsvochtgehalte van de lucht (w ) is afhankelijk van de temperatuur. De waarde van w moet worden afgelezen uit tabel 1. (7)

6 Blz. 6 Tabel 1: C Het verzadigingsvochtgehalte van lucht (w ) in relatie tot de temperatuur () w 10 3 kg/kg 0,955 1,253 1,541 1,822 2,098 2,371 2,644 2,917 3,195 3,478 C w 10 3 kg/kg 3,770 4,072 4,387 4,716 5,063 5,429 5,816 6,227 6,664 7,129 C w 10 3 kg/kg 7,625 8,153 8,716 9,316 9,955 10,636 11,361 12,131 12,950 13,819 14,740 Voor computerberekeningen kan de volgende formule worden gebruikt: w = (3,77 + 0, , , ) Berekening van de warmtedoorgang door een glasplaat Bereken de warmtedoorgang door de glasplaat (q gr ) met behulp van de formule: q gr d o,o b,o (8) q gr is de warmtedoorgang door de glasplaat, in W/m 2 ; is de warmtegeleidingscoëfficiënt van glas, = 1,0 W/mK); d is de dikte van de glasplaat, in m; o,o is de temperatuur van de onderzijde van de glasplaat, in C; b,o is de temperatuur van de bovenzijde van de glasplaat, in C; 6.6 Berekening van de warmteoverdracht aan het buitenoppervlak door convectie Bereken de warmteoverdracht aan het buitenoppervlak door convectie (q e,c ) met de formule: q e,c C e,c e,o e (9) q e,c is de warmteoverdracht aan het buitenoppervlak door convectie, in W/m 2 ; e,o is de temperatuur van het buitenoppervlak, in C; e is de temperatuur van de buitenlucht, in C; C e,c is een constante, experimenteel bepaald; C e,c = 10 W/(m 2 K). 6.7 Berekening van de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen het buitenoppervlak en hemel Bereken de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen het buitenoppervlak en de hemel (q e,r ) met de formule: q e,r e,o h cos H (10) cos H q e,r is de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen het buitenoppervlak en de hemel, in W/m 2 ; is de gecorrigeerde emissiefactor van het buitenoppervlak, volgens 6.9; e,o h is de constante van Stefan-Boltzmann: = 5, W/(m 2 K 4 ); is de temperatuur van het buitenoppervlak, in C; is de temperatuur van het binnenoppervlak, in C. 6.8 Berekening van de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen de glasplaten, die de spouw begrenzen Met gas in de spouw, dat geen infrarood-straling absorbeert Bereken de warmteoverdracht voor door straling tussen de glasplaten, die de spouw begrenzen (q s,r ) met behulp van de formule: o,o b,o q s,r (11) 1 1 o b 1 q s,r is de warmteoverdracht door stralingsuitwisseling tussen de glasplaten, die de spouw begrenzen, in W/m 2 ; is de constante van Stefan-Boltzmann: = 5, W/(m 2 K 4 ); o,o is de temperatuur van de glasplaat, aan de spouwzijde, onder, in C; b,o is de temperatuur van de glasplaat, aan de spouwzijde, boven, in C; o is de gecorrigeerde emissiefactor van de glasplaat, onder; b is de gecorrigeerde emissiefactor van de glasplaat, boven Met gas in de spouw, dat infrarood-straling absorbeert Indien de gasvulling in de spouw wel infrarood-straling absorbeert kan de vergelijking (11) worden toegepast indien de gecorrigeerde emissiefactor ( ) kleiner is dan 0,2. Indien de gecorrigeerde emissiefactor groter is dan 0,2 moet de warmteweerstand van de ruit volgens NEN 2444 worden gemeten. Gassen die infrarood-straling absorberen zijn onder andere kooldioxyde (CO 2 ) en zwavelfluoride (SF 6 ). 6.9 De gecorrigeerde emissiefactor De gecorrigeerde emissiefactor moet worden afgeleid uit de loodrechte emissiefactor ( n ) volgens Ontwerp NEN-EN 673. Hanteer tabel 2 voor de berekening van de gecorrigeerde emissiefactor. De emissiefactor () is een grootheid, die afhangt van de beschouwde richting. De richtingsafhankelijkheid is bij het onbehandelde glas anders dan bij een behandeld (gecoat) glasoppervlak. In de gecorrigeerde emissiefactor ( ) wordt de richtingsafhankelijkheid betrokken. Bepaal met de formule: f n (12) f is een verhoudingsfactor, zie tabel 2; n is de emissiefactor in de richting loodrecht op het oppervlak.

7 Bestelformulier Stuur naar: NEN Standards Products & Services t.a.v. afdeling Klantenservice Antwoordnummer WB Delft NEN Standards Products & Services Postbus GB Delft Vlinderweg AX Delft Ja, ik bestel ex. nl Berekeningsmethode voor de warmtedoorgangscoëfficiënt van enkel- en isolerend dubbelglas voor toepassing in de glastuinbouw T (015) F (015) Wilt u deze norm in PDF-formaat? Deze bestelt u eenvoudig via Gratis nieuwsbrieven Wilt u op de hoogte blijven van de laatste ontwikkelingen op het gebied van normen, normalisatie en regelgeving? Neem dan een gratis abonnement op een van onze nieuwsbrieven. Gegevens Bedrijf / Instelling T.a.v. O M O V Klantnummer NEN Uw ordernummer BTW nummer Postbus / Adres Postcode Plaats Telefoon Fax Factuuradres (indien dit afwijkt van bovenstaand adres) Postbus / Adres Postcode Plaats Datum Handtekening Retourneren Fax: klantenservice@nen.nl Post: NEN Standards Products & Services, t.a.v. afdeling Klantenservice Antwoordnummer 10214, 2600 WB Delft (geen postzegel nodig). Voorwaarden De prijzen zijn geldig tot 31 december 2018, tenzij anders aangegeven. Alle prijzen zijn excl. btw, verzend- en handelingskosten en onder voorbehoud bij o.m. ISO- en IEC-normen. Bestelt u via de normshop een pdf, dan betaalt u geen handeling en verzendkosten. Meer informatie: telefoon , dagelijks van 8.30 tot uur. Wijzigingen en typefouten in teksten en prijsinformatie voorbehouden. U kunt onze algemene voorwaarden terugvinden op: LEREN, WERKEN EN GROEIEN MET NEN preview