Upload
others
View
10
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
1
BASISCURSUS GEVELTECHNIEK
MODULE 1 BOUWFYSICA
LES 1
WARMTETRANSPORT
Wout Parys, PhD
Jelle Langmans, PhD
2
Overzicht
Les 1: warmtetransport
- Inleiding
- Theorie warmtetransport
- Afgeleide thermische eigenschappen: U, Ψ, Χ
- Niet-stationair: bezonning
Les 2: warmte-, lucht- en vochttransport
Les 3: Bouwfysische evaluatie
! Laptop meenemen met programma’s geïnstalleerd
! Op voorhand .dxf doorsturen voor case study
3
Inleiding
Bouwfysica
• Toegepaste wetenschap met comfort als uitgangspunt• (hygro-)thermisch comfort
• Akoestische comfort
• Visueel comfort
• Binnenluchtkwaliteit
• Overige randvoorwaarden:• Gezondheid
• Bouwkundige en materiaalkundige realiteit/duurzaamheid
• Economische aspecten
• Milieuoverwegingen
4
Inleiding
Bouwfysica
4 schalen
materiaal bouwcomponent
Gebouwde omgevinggebouw
5
Inleiding
Prestatiebenadering in de bouw
TRADITIONEEL BESTEK
GEBRUIKSEISEN
FUNCTIONELE EISEN
BESCHRIJVENDE
EISEN
PRESTATIE-EISEN
PRESTATIEBESTEK
TECHNISCHE
OPLOSSING
GEBRUIKSEISEN
FUNCTIONELE EISEN
PRESTATIE-EISEN
controlevertaling
controlevertaling
6
Inleiding
Prestatiebenadering in de bouw
Prestatie-eisen:
- Exact formuleerbaar en éénduidig bepaald
- Voorspelbaar in de ontwerpfase
- Controleerbaar na uitvoering
Op verschillende schalen gedefinieerd
gebouw bouwdeel materialen en lagen
Voorbeelden:
K-peil van het gebouw ___ U-waarden van de wanden ___ warmteweerstanden materialen
brandcompartimentering ___ brandweerstand bouwdelen ___ brandklasse van materialen
7
Inleiding
Prestatiebenadering in de bouw
8
Overzicht
Les 1: warmtetransport
- Inleiding
- Theorie warmtetransport
- Afgeleide thermische eigenschappen: U, Ψ, Χ
- Niet-stationair: bezonning
Les 2: warmte-, lucht- en vochttransport
Les 3: Bouwfysische evaluatie
9
Wat is warmteoverdracht ?
Warmteoverdracht is de overdracht van energie ten
gevolge van een temperatuursgradiënt tussen of in
materiële media.
Door de warmteoverdracht evolueren de materiële media
naar een toestand van thermisch evenwicht (zonder
temperatuursgradiënt).
Warmteoverdrachtsvormen ?
geleiding convectie straling
Wat is warmteoverdracht?
10
Warmteoverdracht door geleiding treedt op in vaste stoffen,
gassen en vloeistoffen. Deze vorm van warmteoverdracht
bestaat in de uitwisseling van moleculaire kinetische energie
door elastische botsingen en de beweging van vrije
elektronen.
Materialen kunnen zwak of sterk geleidend zijn.
Geleiding
11
De mate waarin een materiaal de warmte geleidt wordt
uitgedrukt door de warmtegeleidingscoëfficiënt [W/mK],
gedefinieerd zoals in de figuur aangegeven.
Geleiding
12
1ste wet van Fourier
2de wet van Fourier
dynamische warmtebalansvergelijking
stationaire warmtebalansvergelijking
q warmtegeleidingsvector [W/m2]
warmtegeleidingscoëfficiënt [W/m.K]
temperatuur [K]
densiteit [kg/m3]
c specifieke warmte [J/kg.K]
t tijd [s]
warmteopwekking [W/m2]
De warmtegeleidingscoëfficiënt is eigenlijk temperatuursafhankelijk, maar mag praktisch
(binnen een beperkt bereik) als constant worden beschouwd.
Een berekening van U-, Ψ- of Χ-waarde is stationair. We beperken ons
in eerste instantie tot stationaire warmteoverdracht.
= gradq
= )grad(div
+
=
t
)c()grad(div
Geleiding
13
In geval van 1D geleiding door een homogene laag met
bekende constante temperatuur aan beide zijden, wordt
de wet van Fourier of met
q12 geleidings-warmtestroomdichtheid van vlak 1 naar vlak 2 [W/m2]
warmtegeleidingscoëfficiënt [W/m.K]
d laagdikte [m]
1 temperatuur in vlak 1 [K or °C]
2 temperatuur in vlak 2 [K or °C]
R warmteweerstand [m2.K/W]
Deze vergelijking en de wet van Ohm uit de elektriciteitsleer zijn gelijkvormig.
Men kan volgende analogieën maken:
warmtestroom elektrische stroom temperatuur spanning
thermische weerstand elektrische weerstand thermische inertie elektrische capaciteit
Deze analogie laat toe om wetten uit de elektriciteit toe te passen op warmtegeleidingsvraagstukken,
zoals bijvoorbeeld warmtegeleiding doorheen lagen die serieel of parallel zijn geplaatst.
2D/3D geleiding kan men beschouwen als een 2D/3D netwerk van elektrische weerstanden.
)-(d
q 2112
=
=d
RR
-q 21
12
=
Geleiding - warmteweerstand
14
Geleiding - warmteweerstandennetwerk
Standaert, P. Spaas, J. (1977) Koudebruggen : bepaling van het
temperatuurverloop in tweedimensionale constructies in
permanent regime, Master thesis, KU Leuven.
15
1000
100
10
1
0.1
0.01
zwaar
licht
Geleiding – geleidingscoëfficiënt
Metalen
Steenachtige
materialen
Lichte constructie-
materialen
isolatiematerialen
natuursteen
beton
baksteen
koper
aluminium
staal
cellenbeton
hout
plastics
kurk
cellenglas
minerale wol
plast. foams
ijs 2.2
water 0.58
lucht 0.025
[W/mK]
16
- normen voor het meten van de warmtegeleidingscoëfficiënt
ISO 8302 hot plate – cold plate methode
- normen met waarden van de warmtegeleidingscoëfficiënt
EN 12524 courante bouwmaterialen
EN ISO 10077-2 vensters en façades
EN 673 gassen voor glasspouwvulling
Geleiding – geleidingscoëfficiënt
17
a
yksinh
a
xksin
)ksinh(k
a20)y,x(
5,3,1k
=
=
Analytische oplossing Numerieke oplossing(Physibel programma BISCO)
De numerieke oplossing convergeert
bij een toenemend aantal elementen
naar de analytische oplossing.
Voorbeeld – 2D geleiding (EN 10211)
Bisco_validation_iso_10211
18x
y
i,j
i,j+1
i+1,j
i,j-1
i-1,j
( )jijijiji
ii
jiji
ijiji
P
xxy
,,1,,1
1
,,1
,,1
22
−=
+
−=
−→−
−
−
→−
xixi-1
y
i
Numerieke methode: CVM
Controle Volume Methode (CVM)
18
19
0°C
20°C
3 m
W
dA sesi
D
50
5.2
3.0
0203.0
1
=−
=
−=
3 m
19
0°C0°C
20
Warme lucht is lichter dan koude lucht (t.g.v. expansie).
Daardoor ontstaat een opwaartse kracht op de warme lucht
en een neerwaartse kracht op de koude lucht, wat een
warmtetransport door natuurlijke convectie veroorzaakt.
Natuurlijke convectie
21
Ook wanneer een externe kracht (ventilator, wind) de lucht
doet bewegen zal deze lucht warmere oppervlakken afkoelen
en koudere oppervlakken opwarmen. Dit noemt men
geforceerde convectie.
Gedwongen convectie
22
= warmteoverdracht tussen een oppervlak en een bewegend fluidum
fluidum in rust (Nusselt getal = 1) = geleiding
beweging door temperatuursverschil = natuurlijke convectie
beweging door externe kracht = geforceerde convectie
convectie-vergelijking (koelingswet van Newton)
qc convectieve warmtflux [W/m2]
hc convectieve warmteovergangscoëfficiënt [W/m2.K]
qs oppervlaktetemperatuur [K]
qf fluidumtemperatuur [K]
Natuurlijke convectie:
hc is functie van 1. richting van de warmtestroom ++
2. temperatuurverschil +/-
3. afmetingen en configuratie van de oppervlakken -
Geforceerde convectie:
hc is functie van 1. fluidumsnelheid ++
2. afmetingen en configuratie van de oppervlakken -
)-(hq fscc =
Convectie
23
De analogie elektriciteit – warmte kan men ook op convectie toepassen.
De koelingswet van Newton kan men herschrijven als:
met
Rc convectieve overgangsweerstand [m2.K/W]c
fsc
R
-q
=
c
ch
1R =
Convectie overgangsweerstand
24
Normen met waarden en formules voor hcEN 6946 hc aan omgevings- en holte-oppervlakken
EN ISO 10077-2 hc aan omgevings- en holte-oppervlakken
EN 673 hc voor beglazingen
Aan binnenoppervlakken- horizontale warmtestroom hc = 1.46 1/3 = 2.5 W/m2K bij = 5 K
- opwaartse warmtestroom hc = 2.28 1/3 = 3.9 W/m2K bij = 5 K
- neerwaartse warmtestroom hc = 0.18 0.187 = 0.24 W/m2K bij = 5 K
Aan buitenoppervlakken
- warmteverliesberekening (v = 4 m/s) hc = 20 W/m2K
- temperatuurberekening in zomer hc = 9 W/m2K
In spouwen/holtes: zie EN ISO 10077-2
Convectie normatief
1. warmtestroomrichting
2. holtevorm en –afmetingen
3. temperatuurverschil
4. ventilatie
Samenvattend: hc = functie van
25
Energie-uitwisseling via elektromagnetische golven tussen gescheiden
materiële media zonder tussenkomst te vereisen van een materieel midden
(doorheen vacuum, bepaalde gassen, vloeistoffen en vaste stoffen)
Straling
26
Energie-uitwisseling via elektromagnetische golven tussen gescheiden
materiële media zonder tussenkomst te vereisen van een materieel
midden (doorheen vacuum, bepaalde gassen, vloeistoffen en vaste
stoffen)
Stralingsemissie door een oppervlak op hoge temperatuur
= kortgolvige straling, practisch zonstraling
Stralingsemissie door een oppervlak op lage temperatuur
= langgolvige straling of infrarode straling
Stralingsemissiewet
q stralingsflux [W/m2]
emissiviteit van het oppervlak [-]
constante van Stefan-Boltzmann = 5.67 E-08 W/m2.K
T absolute temperatuur [K]
4σTq =
Straling
27
StralingsemissiewetE uitgezonden stralingsflux [W/m2]
emissiviteit van het oppervlak [-] : indien = 1 zwarte straler
constante van Stefan-Boltzmann = 5.67 E-08 W/m2.K
T absolute temperatuur [K]
Stralingswet van Planck
l golflengte [m]
C1 constante 1 = 3.7415 E-16 Wm2
C2 constante 2 = 1.4388 E-2 mK
Verschuivingswet van Wien
lm golflengte bij maximum E [m]
4σTE =
( ) 1TCexp
CE
2
5
1
b−
=
−
6
M 10.2898T −=
Straling
28
Zwarte straler
Reële straler
Grijze straler
Straling
29
Basiswetten
Toepassing van de wet van energiebehoud op invallende straling absorptiefactor [-]
reflectiefactor [-]
transmissiefactor [-]
golflengte-afhankelijke waarden !
Wet van Kirchoff
Spiegelende en diffuse reflectie
=
1=++
Straling
30
Absorptiefactor (=emissiefactor), reflectiefactor en transmissiefactor zijn golflengte-
afhankelijk. Praktisch volstaat het om 2 golflengtegebieden te beschouwen, kortgolvige
straling (zonstraling) en langgolvige straling (infrarode straling), elk met specifieke waarden
voor = , en .
Stralingsemissie door een oppervlak op hoge temperatuur
= kortgolvige straling, praktisch zonstraling
k = ek k k
klaar glas 0.1 0.1 0.8
opaak materiaal wit 0.3 0.7 0
opaak materiaal zwart 0.9 0.1 0
Stralingsemissie door een oppervlak op lage temperatuur
= langgolvige straling of infrarode straling
l = el l l
glas 0.9 0.1 0
meeste bouwmaterialen 0.9 0.1 0
gepolijst metaal 0.1 0.9 0
Straling: praktisch
31
Optimale radiatorkleur ?Serre-effect
Straling: illustraties
32
gemeten temperaturen op
een dak, tijdens zomerdag:
tem
pera
tuur
[°C
]
0
60
80
0u 12u 24u
20
40
buitenlucht
buitenoppervlak
5 cm boven dak
15 cm boven dak
50 cm boven dak
‘onderkoeling’ tijdens nacht stemt van
lage stralingstemperatuur van hemel
( )sky e,airT T 21 1 c − −
Straling: illustraties
33
Verbeterde
dubbele beglazing
Gewone
dubbele beglazing
Straling: illustraties
34
Vergelijking voor stralingsuitwisseling tussen 2 vlakken
wet van Kirchoff
radiation balance
q stralingsflux [W/m2]
emissiviteit van het oppervlak [-]
constante van Stefan-Boltzmann = 5.67 E-08 W/m2.K
T absolute temperatuur [K]
A oppervlakte [m2] F hoekfactor [-]
i, j indices oppervlakken hoek [rad]
R afstand absorptiefactor [-]
reflectiefactor [-] transmissiefactor [-]
jj
j
ijiii
i
4
j
4
i
ij
Aε
ε1
FA
1
Aε
ε1
)Tσ(Tq
−++
−
−= ji
A A 2
ji
i
ij dAdAπR
coscos
A
1F
i j
=
=
1=++
Straling
35
De analogie elektriciteit – warmte kan men ook op straling toepassen. Het
weerstanden-netwerk is wel wat complexer dan dat voor geleiding en convectie. Per
deeloppervlak dient een zogenaamde zwarte knoop te worden toegevoegd.
)TT()TT(h ssb
2
s
2
sbrb ++=
rbi
ihA
1R
−=
i
ssbiii
RAqQ
−==
rbiji
ijhFA
1R =
ij
sbjsbi
ijR
Q−
=
Stralingsweerstandennetwerk
36
Handboeken en normen met
- en waarden voor kortgolvigen en langgolvige straling
- F-waarden voor typische configuraties van vlakken
- data zonstraling
Straling normatief
37
Geen vereenvoudigingen vereist ! Automatische berekening van de hoekfactoren Fij
Straling simulatie (RADCON module)
38
De lage emissiviteit van koper veroorzaakt plaatselijk een lagere glasoppervlaktetemperatuur.
Straling simulatie (RADCON module)
39
)TT()TT(h ji
2
j
2
irb ++=
voornamelijk afhankelijk van de gemiddelde temperatuur
bijna onafhankelijk van het temperatuursverschil
Khh rbr
2 W/m5.2 5.8 x 9.0 ===
voor binnen- en buitenoppervlakken
)-(hq srrr =
Straling vereenvoudigd
40
Voor spouwen:
vereenvoudiging van de stralingsformules in EN ISO 10077-2 (methode 2)
Straling vereenvoudigd
41
Warmteoverdracht in een raamprofiel
GELEIDING CONVECTIE IR-STRALING ZON-STRALING
1 Vaste stof opaak
2 Vaste stof transparant
3 Gas in rust
4 Gas in beweging
42
De simulatie van warmteoverdracht door convectie en straling tussen
een omgeving en een oppervlak wordt vaak vereenvoudigd
geformuleerd
q warmteflux door convectie en straling [W/m2]
hs globale overgangscoëfficiënt [W/m2.K]
s oppervlaktetemperatuur [K or °C]
env omgevingstemperatuur [K or °C]
)-(hq envss =
Ook in luchtholtes wordt de warmteoverdracht door
convectie en straling tussen de oppervlakken vaak
vereenvoudigd via de geleidingsformule
q warmtegeleidingsvector [W/m2]
eq equivalente warmtegeleidingscoëfficiënt [W/m.K]
= gradeqq
Gecombineerde straling en convectie
43
De vergelijking lijkt op de convectievergelijking. Terug
geld de analogie elektriciteit- warmte voor gecombineerde
warmteoverdracht (convectie en straling).
)-(hq envss =
s
envs
R
-q
=
s
sh
1R =
Globale overgangsweerstand
44
)-(hq envss =
hs waarden voor oppervlaktewarmteoverdracht
EN ISO 10077-2 (raamprofielen, horizontale warmtestroom)
EN ISO 10211 (koudebruggen)
EN 6946 (algemeen)
Gecombineerde convectie en straling normatief
45
formules voor de equivalente λ-waarde van luchtholtes
EN ISO 10077-2:2017 (raamprofielen)
EN 6946 (algemeen)
= gradeqq
)hh(d rceq +=
Gecombineerde convectie en straling normatief
Methode 2: equivalent thermal conductivity method
Methode 1: radiosity method
Straling detail (radiosity)
Convectie via:
46
tabel voor de warmteweerstand van spouwen
Gecombineerde convectie en straling normatief
EN 6946 (algemeen)
47
Overzicht
Les 1: warmtetransport
- Inleiding
- Theorie warmtetransport
- Afgeleide thermische eigenschappen: U, Ψ, Χ
- Niet-stationair: bezonning
Les 2: warmte-, lucht- en vochttransport
Les 3: Bouwfysische evaluatie
48
Voor een constructie tussen binnnen- en buitenomgeving opgebouwd uit
parallelle lagen kan men 1D warmtetransport onderstellen.
→ Eenvoudigste geval: U-waarde met de hand te berekenen
Warmtetransmissiecoëfficiënt U
warmteweerstand R (m²K/W)
Geeft weer hoe een materiaal (enkelvoudige wand)
‘weerstand’ biedt tegen het doorgeven van warmte
dR=d/
0° 20°
49
Voor een constructie tussen binnnen- en buitenomgeving opgebouwd uit
parallelle lagen kan men 1D warmtetransport onderstellen.
Warmtetransmissiecoëfficiënt U
totale warmteweerstand RT (m²K/W)
RT=Ribv. spouwmuur
gevelsteen (9cm)
isolatie (10cm)
snelbouw (14cm)
pleister (1,5cm)
RT = 0.09/1.1+0.1/0.04+0.14/0.5+0.015/0.8
= 2.9 m²K/W
50
Voor een constructie tussen binnnen- en buitenomgeving opgebouwd uit
parallelle lagen kan men 1D warmtetransport onderstellen.
Warmtetransmissiecoëfficiënt U
temperatuurverloop bij stationair warmtetransportwoning jaren 30 nieuwbouwwoning
0°
20°
0°
20°
q = T / RT (W/m²)
RT 0.3 m²K/W RT 2.9 m²K/W
51
Voor een constructie tussen binnnen- en buitenomgeving opgebouwd uit
parallelle lagen kan men 1D warmtetransport onderstellen. De
warmteoverdracht van binnenomgeving naar buitenomgeving (door convectie,
straling en geleiding)
ej
n
1j
i
ei
ej
n
1j
i
ei
h/1Rh/1RRR
q
++
−=
++
−=
==
)(Uq ei −= 1
ej
n
1j
i )h/1Rh/1(U −
=
++= of met
Deze laatste formule is de definitie van de
warmtetransmissiecoëfficiënt of U-waarde van de constructie.
Warmtetransmissiecoëfficiënt U
De hoeveelheid warmte die per seconde door
één vierkante meter dak, gevel of vloer gaat,
bij een temperatuursverschil van 1°C tussen
binnen en buiten
U-waarde
52
Voor een constructie tussen binnnen- en buitenomgeving opgebouwd uit
parallelle lagen kan men 1D warmtetransport onderstellen. De
warmteoverdracht van binnenomgeving naar buitenomgeving (door convectie,
straling en geleiding)
Warmtetransmissiecoëfficiënt U
Het warmteverlies door transmissie van een gebouw door wanden, daken,
vloeren etc. kan dan berekend worden op basis van kennis van de U-
waardes:
)(SUQ ei −=
53
Voor een constructie tussen binnnen- en buitenomgeving opgebouwd uit
parallelle lagen kan men 1D warmtetransport onderstellen. De
warmteoverdracht van binnenomgeving naar buitenomgeving (door convectie,
straling en geleiding)
Warmtetransmissiecoëfficiënt U
Rse R1 R2 R3 R4 Rsi
si4321setotaal R R R R R R R +++++=
R
1U
totaal
=
54
Rekenvoorbeeld
Warmtetransmissiecoëfficiënt U
U-waarde met/zonder isolatie?
isolatie (10cm, λ = 0.03 W/mK)
snelbouw (14cm , λ = 1.0 W/mK)
buitenpleister (2,5cm , λ = 0.50 W/mK)
bv. Binnenisolatie
55
Voor een constructie tussen binnnen- en buitenomgeving opgebouwd uit
parallelle lagen kan men 1D warmtetransport onderstellen.
→ Eenvoudigste geval: U-waarde met de hand te berekenen
→ Complexere gevallen (2D/3D): enkel numeriek te berekenen
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
56
→ Complexere gevallen (2D/3D): enkel numeriek te berekenen
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
Een numerieke methode (eindige elementen) verdeelt de 2D/3D geometrie in
delen (elementen) waarop de warmtetransportwetten worden toegepast. Dit is
gelijkwaardig aan een netwerk van (warmte-)weerstanden.
57
→ Complexere gevallen (2D/3D): enkel numeriek te berekenen
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
De numerieke methode levert het verloop van temperaturen (isothermen) en
warmtestromen (2D warmtestroomlijnen).
58
→ Complexere gevallen (2D/3D): enkel numeriek te berekenen
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
De numerieke methode levert het verloop van temperaturen (isothermen) en
warmtestromen (3D warmtestroomdichtheden).
59
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies Q van complexe geometrie
→ Correcte boekhouding van warmteverlies Q in U, Ψ en Χ
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
Veralgemeende definitie van U-
waarde waarin alle 2D/3D
effecten vervat zitten
)(S
QU
ei −=
En/of
Optie 1 Optie 2
U-waardes voor 1D
Ψ-waardes voor 2D
Χ-waardes voor 3D
++=k
kj
j
ji
i
it L S UH
60
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies van complexe geometrie
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
++=k
kj
j
ji
i
it L S UH
61
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies van complexe geometrie
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
U equivalente warmtedoorgangscoëfficiënt [W/m2K]bv. Wand
Lijnwarmtedoorgangscoëfficiënt [W/mK]bv. Aansluiting 2 constructiedelen
Puntwarmtedoorgangscoëfficiënt [W/K]bv. Mechanische bevestiging
++=k
kj
j
ji
i
it L S UH
62
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies van complexe geometrie
Bv. 2D-berekening in BISCO geeft totaal warmteverlies Q2D van 28.68 W/m
(en breedte model wtot 0.667 m)
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
Optie 1
Ueq = Q/((i- e)* wtot) = 2.15 W/(m².K)
63
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies van complexe geometrie
Bv. 3D-berekening in TRISCO geeft totaal warmteverlies Q3D van 41.0 W (en
oppervlakte model S 1 m²)
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
Optie 1
Uwindow = Q3D / S (θi – θe) = L3D / S
L3D = 2.05 W
S = 1m2
Uwindow = 2.05 W/m2K
64
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies van complexe geometrie
Bv.
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
Optie 1
65
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies van complexe geometrie
Bv.
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
Optie 1
Example
U = 3.585 / (0.6 x 20) W/m2K
= 0.299 W/m2K
U1D = 0.260 W/m2K
66
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies van complexe geometrie
Bv. Gevel met buitenisolatie
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
Optie 1
Gevelopbouw- binnenpleister 20 mm
- volle baksteen 180 mm
- hard plastic 6 mm
- alu winkelhaak L 40/100/150 mm d = 3 mm
- stalen schroefbevestiging 10 mm
- alu profiel T 56/150 d = 3 mm
- thermische isolatie 100 mm
- spouw 20 mm
- bekledingspaneel 10 mm
beschouwde breedte
= 600 mm (h.o.h. afstand profielen)
beschouwde hoogte
= 1200 mm (h.o.h. afstand winkelhaken)
U0 = 0.296 W/m2K
U = 0.430 W/m2K
+ 45 %
67
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies van complexe geometrie
Bv. Aansluiting plat dak, 2D-berekening in TRISCO geeft totaal warmteverlies
Q2D van 31.15 W/m
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
Optie 2
mK/W 43.0 BC UAB UQ
21
ie
D2e =−−
=
mK/W 70.0 EF UDE UQ
21
ie
D2i =−−
=
68
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies van complexe geometrie
Bv. Uitkragend profiel, 3D-berekening in TRISCO geeft totaal warmteverlies
Q2D van 52.54 W/m
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
Optie 2
W/K40.1K/W 5.26 233.020
54.52 S U
Q
ie
D3 =−=−
=
69
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies Q van complexe geometrie
→ Correcte boekhouding van warmteverlies Q in U, Ψ en Χ
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
En/of
Optie 1 Optie 2
Wanneer welke optie? Typisch gedefinieerd in de relevante norm
- EN ISO 10077-2 voor raamprofielen
- EN ISO 12631 voor lichte gevels
- EN 1873 voor dakkoepels
…
70
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies Q van complexe geometrie
Bv. EN 10077-2 voor raamprofielen
Berekening Uf-waarde van het profiel
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
frame
panelpanel
ei
w
wUQ
U
−−
=
71
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies Q van complexe geometrie
Bv. EN 10077-2 voor raamprofielen
Berekening Ψ-waarde van de afstandshouder van het glas
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
72
Complexere gevallen: enkel numeriek te berekenen
→ Numerieke berekening van het warmteverlies Q van complexe geometrie
→ Correcte boekhouding van warmteverlies Q in U, Ψ en Χ
→ Kan complex worden, belangrijk is consequent te zijn (ook naar dimensies!)
Warmtetransmissiecoëfficiënt 2D/3D
73
Overzicht
Les 1: warmtetransport
- Inleiding
- Theorie warmtetransport
- Afgeleide thermische eigenschappen: U, Ψ, Χ
- Niet-stationair: bezonning
Les 2: warmte-, lucht- en vochttransport
Les 3: Bouwfysische evaluatie
74
Zonstraling wordt door de materialen deels
gereflecteerd, getransmitteerd en geabsorbeerd.
De lokale absorpties van zonstraling kunnen als
warmtebronnen worden beschouwd.
Bij de thermische simulatie van schrijnwerk
volgens EN ISO 10077-2 gaat men uit van een
zon-loze situatie (representatief voor
warmteverliezen).
Bij de simulatie van glasbreuk, dubbele gevels,
oververhitting, passieve zon-energie speelt
zonstraling een essentiële rol.
Zonstraling
75
Absorptiefactor (=emissiefactor), reflectiefactor en transmissiefactor zijn golflengte-
afhankelijk. Praktisch volstaat het om 2 golflengtegebieden te beschouwen, kortgolvige
straling (zonstraling) en langgolvige straling (infrarode straling), elk met specifieke waarden
voor = , en .
Stralingsemissie door een oppervlak op hoge temperatuur
= kortgolvige straling, praktisch zonstraling
k = ek k k
klaar glas 0.1 0.1 0.8
opaak materiaal wit 0.3 0.7 0
opaak materiaal zwart 0.9 0.1 0
Stralingsemissie door een oppervlak op lage temperatuur
= langgolvige straling of infrarode straling
l = el l l
glas 0.9 0.1 0
meeste bouwmaterialen 0.9 0.1 0
gepolijst metaal 0.1 0.9 0
Straling: praktisch
76
Berekening niet-stationair
Niet-stationaire berekening warmtetransport:
- Tijdsfactor
- Rekening houden bezonning
- Rekening houden warmtecapaciteit van materialen
77
Berekening niet-stationair
Niet-stationaire berekening warmtetransport:
- Tijdsfactor
- Rekening houden bezonning
- Rekening houden warmtecapaciteit van materialen
Verloop 1 dag
78
Toepassing 1: oververhitting
79
Toepassing 1: oververhitting
Temperatuurverloop in de gevel, zomermiddag
80
Toepassing 1: oververhitting
81
Toepassing 2: oververhitting
82
Toepassing 2: oververhitting
example_triple_triple_glazing2.avi
83
Toepassing 2: oververhitting
84
Toepassing 3: oververhitting
85
Toepassing 4: glasbreuk
Indien ΔT over glasplaat te groot wordt → risico op glasbreuk
Thesis Ugent M. Vandenpoel (2010)
Maximale en minimale temperatuur stationair of
niet-stationair te berekenen
→ niet-stationair preciezer!
86
Toepassing 4: glasbreuk
87
Toepassing 4: glasbreuk
Stationair
Tmax = 77.1°C
Niet-stationair
Tmax = 70.1°C (13u)