Verwarming van industriehallen: vergelijking van plafond stralingspanelen en industriële vloerverwarming pagina 1/10 rapport nr. H.0906.S.633. EMCP Verwarming van industriehallen Gecomputeriseerde vergelijking van warmteafgifte in de grond van plafond stralingspanelen of industriële vloerverwarmingsystemen Aannemer: Opdrachtgever: HLK Stuttgart GmbH Pfaffenwaldring 6A 70550 Stuttgart EMCP Gartenstraße 69 64823 Groß-Umstadt Stuttgart, 12 juni 2009 Prof.Dr.-Ing. M. Schmidt Dr.-Ing. Chr. Beck
Verwarming van industriehallen: vergelijking van plafond stralingspanelen en industriële vloerverwarming pagina 2/10 Inhoudsopgave 1 Definitie van opdracht 3 2 Algemene voorwaarden 3 2.1 Productiehal 3 2.2 Meteorologische gegevens 4 2.3 Vloerfundering / grond 4 3 Calculatieresultaten 5 3.1 Industriële vloerverwarming 5 3.2 Stralingsplafondverwarming plafond stralingspanelen 6 4 Samenvatting 7 5 Bijlage 8
Verwarming van industriehallen: vergelijking van plafond stralingspanelen en industriële vloerverwarming pagina 3/10 1 Definitie van opdracht De warmte die zowel in als door de grond stroomt naar de omgeving ervan, moet worden bepaald voor een industriehal. De hal wordt verwarmd via stralingspanelen aan het plafond of door industriële vloerverwarming. De metingen van die warmteverliezen door het vloeroppervlak werden uitgevoerd voor verschillende hypotheses met betrekking tot de grond onder de hal. 2 Algemene voorwaarden 2.1 Productiehal Afbeelding 1 toont de geselecteerde productiehal. De vereiste ruimte temperatuur zal op werkdagen een waarde bereiken van 18 C. Afbeelding 1: Productiehal
Verwarming van industriehallen: vergelijking van plafond stralingspanelen en industriële vloerverwarming pagina 4/10 2.2 Meteorologische gegevens Een ontwerp temperatuur van -12 C is gegeven voor de omgeving. 2.3 Vloerfundering / grond Afbeelding 2 toont de vloerfundering van de productiehal. De metingen werden uitgevoerd onder het vloer oppervlak. A) zonder isolatie (6 cm) B) met isolatie (6 cm) Allereerst werd rekening gehouden met verschillende varianten voor de grond en de afstand tot het grondwater (zie tabel 1), om de invloed van deze zaken te kunnen schatten. Voor de verwarming van de industriehal, resulteert de oppervlaktetemperatuur van het oppervlak van de hal uit de vereiste warmteoverbrenging. Voor de stralings paneel verwarming wordt de waarde verhoogd tot 20 C (haltemperatuur: 18 C). Deze geëvalueerde waarde stelt de extra straling van de plafondpanelen op de vloer van de hal voor. Afbeelding 2: Fundering van de productiehal Dichtheid (kg/m³) warmtecapaciteit (J/kgK) thermische geleiding (W/mK) beton 2400 1000 2,1 grond 2000 830 2,1 isolatie 40 2090 0,031 Tabel 1: Hypotheses van waarden voor de belangrijkste materialen
Verwarming van industriehallen: vergelijking van plafond stralingspanelen en industriële vloerverwarming pagina 5/10 3 Calculatieresultaten 3.1 Industriële vloerverwarming Tabel 2 toont de berekeningsresultaten voor de warmtestroom in de grond met de bovenstaande informatie over watertemperatuur (48 C) en grond (/\ = 2,1 W/mK). Het oppervlak onder de vloer is 5000 m². Vloerverwarming zonder isolatie (watertemperatuur: 48 C) Vloerverwarming met isolatie (watertemperatuur: 48 C) Totaal [W] 91600 55698 Tabel 2: Berekende warmtestroom zonder en met warmte-isolatie voor watertemperatuur van 48 C De warmtestroomreductie veroorzaakt door isolatie bedraagt ongeveer 40%. Tabel 3 laat analoge waarden zien, als de grondwaterafstand tot de halstroom 10 m (eerder 5 m) is en de grond een lagere thermische geleiding heeft (/\ = 1,5 W/mK in plaats van 2,1 W/mK). Dit geval moet demonstreren hoe de fundering onder de productiehal (grondwater, soort grond) de berekende resultaten beïnvloedt. Zoals verwacht zal de warmtestroom in de grond afnemen tot 50% van de originele waarde. In dit geval zal de reductie van de warmtestroom door isolatie ongeveer 20% bedragen. Vloerverwarming zonder isolatie (watertemperatuur: 48 C) Vloerverwarming met isolatie (watertemperatuur: 48 C) Totaal [W] 47550 37751 Tabel 3: Berekende warmtestroom voor watertemperatuur van 48 C en gewijzigde grondgegevens
Verwarming van industriehallen: vergelijking van plafond stralingspanelen en industriële vloerverwarming pagina 6/10 3.2 Plafond stralingspanelen Tabel 4 toont de waarden voor de originele vloerfundering (afstand tot het grondwater: 5 m, grond /\ = 2,1 W/mK) stralingspanelen zonder isolatie, vloeroppervlak: 20 C Stralingspanelen met isolatie vloeroppervlak: 20 C Totaal [W] 37350 26242 Tabel 4: Berekende warmtestroom zonder en met warmte-isolatie voor een vloertemperatuur van 20 C De berekende waarden liggen significant onder de vergelijkbare waarden voor de industriële vloerverwarming. De reductie van de warmtestroom door isolatie bedraagt ongeveer 30%. Tabel 5 tenslotte toont de waarden als de afstand vanaf de grondwaterlaag tot de halvloer 10 m (voorheen 5 m) bedraagt en als de grond een lagere thermische geleiding heeft (/\ = 1,5 W/mK in plaats van 2,1 W/mK) Deze waarden nemen af, maar niet in een mate vergelijkbaar met die van de industriële vloerverwarming. De reductie van de warmtestroom door isolatie bedraagt in dit geval ongeveer 16%. stralingspanelen zonder isolatie, vloeroppervlak: 20 C Stralingspanelen met isolatie vloeroppervlak: 20 C Totaal [W] 25200 21094 Tabel 4: Berekende warmtestroom voor een vloertemperatuur van 20 C en gewijzigde grondgegevens
Verwarming van industriehallen: vergelijking van plafond stralingspanelen en industriële vloerverwarming pagina 7/10 4 Samenvatting De berekende warmtestromen variëren tussen 20 kw en ongeveer 90 kw conform het verwarmingssysteem en de eigenschappen van de grond (thermische geleiding en diepte van het grondwater). De resultaten laten zien dat de warmtestroom in de grond significant lager is bij het verwarmen met stralingspanelen aan het plafond dan met vloerverwarming. Bij het gebruik van stralingspanelen aan het plafond voor de verwarming, zijn de warmtestroomwaarden nog kleiner zonder warmte-isolatie onder vloer dan die voor de industriële vloerverwarming met warmte-isolatie. Het voorbeeld met typische grond (/\ = 2,1 W/mK) en een grondwaterdiepte van 5 m onthult het volgende: Stralingspanelen aan het plafond, zonder warmte-isolatie: Industriële vloerverwarming, met warmte-isolatie: 37350 W 55698 W Ondanks de extra warmte-isolatie bedraagt de extra inspanning ongeveer 50% voor de industriële vloerverwarming.
Verwarming van industriehallen: vergelijking van plafond stralingspanelen en industriële vloerverwarming pagina 8/10 5 Bijlage - Grondtemperaturen
Verwarming van industriehallen: vergelijking van plafond stralingspanelen en industriële vloerverwarming pagina 9/10 Afbeelding A1: Industriële vloerverwarming, halvloer zonder isolatie Afbeelding A2: Industriële vloerverwarming, halvloer met isolatie
Verwarming van industriehallen: vergelijking van plafond stralingspanelen en industriële vloerverwarming pagina 10/10 Afbeelding A3: Verwarming met stralingspanelen aan het plafond, halvloer zonder isolatie Afbeelding A2: Verwarming met stralingspanelen aan het plafond, halvloer met isolatie