Warmtegeleidingscoëfficiënt en U-waarde glas

Bart stelde deze vraag op 03 september 2015 om 10:07.

Quote

Ik had deze week in mijn V5 natuurkundeklas een voorbeeldopgave behandeld over warmtegeleiding door ramen van enkelglas en wilde graag een vergelijking maken met hoe het zou zijn met ramen van dubbelglas.
Volgens BINAS is de warmtegeleidingscoëfficiënt van glas 0,9 W/(m*K) en als ik op internet zoek kom ik vergelijkbare waarden tegen.
Voor de warmtestroom geldt P=lambda*A*(delta T)/d.
Bij dubbelglas kan je geen warmtegeleidingscoëfficiënt gebruiken, maar wel de U-waarde, waarvoor geldt dat P=U*A*(delta T).
Ook voor enkelglas is er een U-waarde, 5,7 W/(m2*K) volgens BINAS en ook hier vind ik op internet vergelijkbare waarden. Dit is een waarde voor een bepaalde standaard-dikte van het glas. Als ik naar de formules en eenheden kijk, dan zou moeten gelden dat U=lambda/d.
Nu mijn probleem: als ik dit invul met de waarden voor lamda en U uit het BINAS, dan zou de standaardruit 0,9/5.7=0,16 m dik moeten zijn!
Wie kan mij uitleggen wat ik fout doe?

Reacties:

Jan van de Velde
03 september 2015 om 16:27
Quote
Dag Bart,

Om te beginnen compliment voor de fantastische kritische houding die je aanneemt tegenover wat je ziet, en de manier waarop je vervolgens die houding gebruikt om op onderzoek uit te gaan. Zo begint de beste wetenschap, met de uitroep "hey, that's funny......?!? "

De enige "fout" die jij (of je boek??)  maakt is dat je  niet goed gekeken hebt naar de juiste definities van je grootheden, in dit geval vooral van die U-waarde.

Die warmtegeleidingscoëfficiënt λ is een natuurkundig-theoretische waarde voor een stof of materiaal. Ik weet niet precies hoe ze die in de laboratoria bepalen, maar die geeft alleen een waarde voor het transport van warmte BINNEN die stof zelf. 

Bij bouwelementen zoals een ruit vind ik dat als architect niet zo heel spannend. Want het gaat mij om het warmteverlies door die ruit in de praktijk, waarbij die warmte ook nog eens zal moeten worden aangevoerd door de lucht in de kamer, en weer afgevoerd door de lucht buiten. Dan zal er aan zo'n echte ruit aan weerszijden ook nog eens een dun laagje stilstaande lucht hangen (een zg laminair verschijnsel), dat op zich prima mee-isoleert, terwijl de overdracht van warmte van luchtmoleculen naar zo'n glasplaat ook nog eens anders verloopt als tussen de moleculen binnen het glas zelf.

grafisch het temperatuurverloop (even schematisch, kwalitatief):



Merk op dat de temperatuurgradiënt (de helling van die temperatuurlijn) IN de ruit rechts gelijk is aan die in het glas links. Merk ook op dat de temperatuurgradiënt in de lucht nabij het glas heel steil verloopt, m.a.w. dat dat laminaire laagje stilstaande lucht héél best isoleert. 

Dan gaan we voor een (praktische) U-waarde dus praten over het warmtetransportgedrag van een vierkante meter bouwelement inclusief zijn omgeving, en speelt het warmtegedrag van die lucht aan weerszijden en de warmte-overdracht van laag naar laag aan al die contactoppervlakken ook een -belangrijke- rol. En zo verlies je door een ruit van zeg 5 mm plus omhangende lucht maar evenveel warmte als door 16 cm zuiver glas zonder bijkomende factoren. 

Maak datzelfde sommetje (wat je zuiver theoretisch bezien op basis van dimensievergelijking van je eenheden prima maakte, compliment) maar eens voor materialen die veel beter isoleren dan het materiaal glas. De tabellen weet je kennelijk te vinden, dus zoek eens λ- en U-waarden voor bijvoorbeeld minerale wol (steenwol, glaswol) of zo. Als het goed is vind je dan dat de dikte die je via een λ-waarde berekent al veel dichter in de buurt komt van de praktische U-waarde. Denk er maar eens over na of je dat logisch lijkt. 

En dat is dan gelijk een schitterend voorbeeld van het niet zelden énorme verschil tussen theoretische natuurkunde en technisch/praktische natuurkunde.

"In theory there is no difference between theory and practice. In practice, there is...." 

Duidelijk zo?

Groet, Jan
Bart
07 september 2015 om 09:47
Quote
Duidelijk, dank je wel!
Hugo VAn de Velde
15 september 2020 om 13:44
Quote
Zeer interessant. Ik ben een oude man die nog met eenheden werkt van heel vroeger.

Poging gedaan om de doorgang van energie te berekenen 1 m² glas van 25mm dik bij een binnentemperatuur van 15°C ( garage ) en een buitentemperatuur van -10°C  dus ΔT 25°C
Dan kom ik op +/-  100 W/m²

Het glas is gelaagd glas van 25 mm tussenlaag van 0,47 mm folie en ligt horizontaal op het dak in een hoek van de 8ste verdieping.

Kan iemand de maximum hoeveelheid condensaat ( langs de binnenzijde )  berekenen?
Laten we zeggen als het buiten -10°C is met RH 5 %,  binnen: 15 °C met RH 40 %.
Bovenstaande verschilt van uur tot uur.

Zit ik er flink naast?  Veel succes met uw studie.


Theo de Klerk
15 september 2020 om 15:35
Quote
25 mm glasdikte waarbij de warmtecoefficent van glas λ = 0,9 W/(Km2) is de warmte doorgifte per seconde P = λ A ΔT/d = 0,9 . 1 . 25 /0,025 = 90 W
en aangezien A = 1 m2 is het dus ook 90 W/m2

Daarbij wordt uitgegaan van een binnentemperatuur van 15 graden die ook niet (meetbaar) zal veranderen als de binnenruimte erg groot is en elke temperatuursdaling door de kou die door het glas dringt, verwaarloosbaar is. 
Als de temperatuur dicht bij het glas wel degelijk lager is (en daarmee ook ΔT) dan zal water pas gaan condenseren als de temperatuur gelijk wordt aan het dauwpunt van water, d.w.z. bij relatieve vochtheid van 100%.

Bij 15 graden is het maar 40% relatieve vochtheid - die hoeveelheid waterdamp (hoeveel gram is dat?) moet 100% relatieve vochtigheid worden (maximaal die hoeveelheid water kan in de lucht opgelost zijn) alvorens water op de koude ruit zal beginnen te condenseren.

Onder dit soort (ideale) omstandigheden kun je (BiNaS tabel 13A met verzadigingsdrukken) uitrekenen hoeveel water in lucht van een bepaalde temperatuur kan zitten. En dus ook hoeveel er bij 15 graden en 40% in de lucht zit en wanneer deze 40% gelijk wordt aan 100% bij een lagere temperatuur.

Jan van de Velde
15 september 2020 om 17:49
Quote

Hugo VAn de Velde plaatste:

Kan iemand de maximum hoeveelheid condensaat ( langs de binnenzijde )  berekenen?

dag Hugo,

dat kan eigenlijk niet, althans niet voor een praktisch doeleinde zoals bijvoorbeeld "hoe groot is de emmer die ik op zo'n nacht onder dat raam moet plaatsen om al dat afdruipende condenswater op te vangen". Want dat hangt heel sterk af van de luchtbeweging binnen, hoeveel m³ binnenlucht stroomt per uur door circulatie langs dat raam?  

Ook, de temperatuur die dat glas aan de binnenzijde zal hebben hangt sterk af van bijvoorbeeld de luchtbewegingen buiten: de zg "windaanval" speelt hier ook een sterke rol: bij windkracht 5 met wat turbulentie (en dat heb je rond een gebouw al heel gauw) zal de temperatuur van die ruit aan de binnenzijde al veel lager zijn dan bij windstilte, en dat bij dezelfde luchttemperatuur. 

Deze beide moeilijk te kwantificeren parameters maken elke berekening eigenlijk bij voorbaat nagenoeg zinloos. 

Ultimo zou je bijvoorbeeld kunnen bedenken je voorwaarde anders te stellen. Voor preciezere cijfers moeten we naar een Mollierdiagram op zoek, maar bij 15oC en 100% RV zal lucht ongeveer 15 g/m³ (nattevingerwaarde, pun not intended) aan vocht bevatten. Bij 40% RV dus ongeveer 6 g/m³. In een uiterste geval kan er dan uit een kamer van bijvoorbeeld 30 m³ maximaal 180 g vocht condenseren (tenzij er iemand in die kamer ligt te slapen, dan komt er nog wel aardig wat bij) .

Praktisch, als je last hebt van nattigheid onder dat raam tijdens koude nachten: maak een plexiglas voorzetraamdat je eenvoudig met een luchtspouw onder je ruit kunt monteren voor de winterperiode: een soort "poor man's double glazing".

Groet, Jan

Plaats een reactie:


Bijlagen:

+ Bijlage toevoegen

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Ariane heeft negenentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)