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, S d 4. Glazerberekening Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 2
Warmtetransport? WARMTE ENERGIE Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 3
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 4
Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 5
Q Warmte - eenheden warmte = energie = arbeid (Nm) Joule (J) Φ q warmtestroom = warmte per tijdseenheid (J/s) Watt (W) 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. 10 6 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 T 1 T 2 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 T f T w 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 T 1 R T 2 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 H 2 O Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 27
Bijvoorbeeld H 2 O 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 omgevingsdruk, 100 C Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 28
Bijvoorbeeld H 2 O Bron: Menu, design Jakob Wagner Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 29
Bijvoorbeeld H 2 O 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 omgevingsdruk, 0 C Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 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, S d 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 T i R T e Homogeen materiaal formule van geleiding warmtestroom loodrecht op wandoppervlak q één-dimensioneel stationair regime 1 q = ( T i T e ) R q R T i T e = warmtestroomdichtheid (W/m²) = warmteweerstand (m²k/w) = binnentemperatuur (K) = buitentemperatuur (K) Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 34
Warmteweerstand R d R afhankelijk van de dikte d volgens richting Φ eenheid: m λ R afhankelijk van het materiaal, hoe goed geleidt het warmte warmtegeleidbaarheid λ spreek uit: lambda Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 35
Warmteweerstand R d R = 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 λ Ui -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) λ D gedeclareerde waarde (statistisch bekomen uit meetwaarden) = specifiek materiaal λ U rekenwaarde uit tabel = soort materiaal λ Ui rekenwaarde voor binnencondities = droog λ Ue rekenwaarde voor buitencondities = kan nat worden Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 38
R samengestelde wand 1 2 3 samengesteld uit meerdere homogene materialen T i T e q doorheen elk materiaal dezelfde warmtestroom ontmoet materialen achtereenvolgens (= serieschakeling) Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 39
R samengestelde wand 1 2 3 R 1 R 2 R 3 warmteweerstand van de wand T i T e q q q R wand = R 1 + R 2 + R 3 Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 40
Overgangsweerstanden T i 1 2 3 T e overgang binnen / wand overgang wand / buiten R 1 R 2 R 3 R T = R si + R 1 +R 2 +R 3 + R se q q q q q R si = overgangsweerstand binnen R se = overgangsweerstand buiten Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 41
Overgangsweerstanden q q q q Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 42
R samengestelde wand R T = R si + R 1 +R 2 +R 3 + R se warmtedoorgangscoëfficiënt U U = 1 / R T eenheid: W/m²K 1 q = ( T i T e ) R T q = U ( T i T e ) Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 43
R luchtlagen T i 1 2 3 T e stilstaande lucht = isolatie Geleiding, straling, convectie R 1 R 3 dikte luchtlaag emissiecoëfficiënt oppervlakken q q q ventilatie spouw richting en zin warmtestroom Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 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 T i 1 2 R 2 T e Bepalen equivalente λ U ( = parallelschakeling van weerstanden) Oppervlaktegewogen gemiddelde 1 R 1 1 λ U = A 1 λ U1 + A 2 λ U2 2 1 R 2 λ U = A 1 + A 2 λ U1 (1-f) + λ U2 f waarbij f = A 2 /(A 1 + A 2 ) opmerking: kan ook met de combinatiemethode ( gunstiger rekenwerk ) Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 47
Overzicht warmtetransmissie R = U = d λ 1 R T R T = R si + R 1 +R 2 +R 3 + R se q = U ( T i T e ) Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 48
Correcties op de U-waarde U c = U + ΔU (alles in W/m²K) ΔU = ΔU g + ΔU f + ΔU r U c : gecorrigeerde U-waarde ΔU g : correctieterm voor spleten en holtes ΔU f : correctieterm voor mechanische bevestigingen ΔU r : 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 U c = U + ΔU corr + ΔU (alles in W/m²K) ΔU corr = 1 R T - R corr 1 R T U c en ΔU : ΔU corr : R corr : idem als vorige correctieterm voor uitvoering = 0,1 m²k/w (normale verzorgde uitvoering) Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 51
Temperatuurverloop 1 2 3 warmtestroomdichtheid q is constant doorheen alle lagen T i R 1 R 2 R 3 T e 1 q = ( T i T e ) R T 1 q = ( T i T x ) R x q q q q q R x : de som van de R-waarden van binnen tot plaats x T x : temperatuur op plaats x Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 52
Temperatuurverloop T T x : temperatuur op plaats x T i -q T x = T i R x ( T i T e ) R T T x T e R si R 1 R 2 R 3 R x R se R R x : de som van de R-waarden van binnen tot plaats x T x : temperatuur op plaats x Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 53
Temperatuurverloop T i T T i T T x T e T x T e R x R si R 1 R 2 R 3 R se R x d 1 d 2 d 3 x Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 54
Warmteoverdracht transmissie U x A 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) H T (W/K) = voor totaal beschermd volume van het gebouw H T = H D + H g + H U H D : rechtstreeks naar buitenomgeving = Σ U.A H g : via grond, onverwarmde kelder, kruipkelder (*) H U : via aangrenzende onverwarmde ruimte (*) (*) vereenvoudigde formule: H g,u = Σ U.A.b b: reductiefactor (b 1) Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 57
Warmteoverdracht transmissie H T = H D + H g + H U H T = Σ U.A + Σ U.A.b Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 58
Globaal isolatiepeil K-peil Rekenprocedure 1. beschermd volume V (m³) 2. warmteverliesoppervlakte A T (m²) 3. gemiddelde U-waarde U m (W/m²K) 4. compactheid gebouw C (m) 5. globaal isolatiepeil K-peil Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 59
Globaal isolatiepeil K-peil 3. U m = H T / A T 4. C = V / A T 5. K = 100 * (U m / U m,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: U m 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 Vanaf 1/1/2016 EPB-regelgeving Vlaams Gewest Provincie Oost-Vlaanderen - Steunpunt Duurzaam Bouwen 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 E-peil = 100 x karakteristiek jaarlijks primair energieverbruik 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