nieuws : de gereedschappen van de Procestechnicus zijn op weg naar een nieuw adres, www.MyEngineeringTools.com, Klik hier om de site te ontdekken

definitie van warmtegeleiding

Wat is warmtegeleiding ? Waarvoor wordt warmtegeleiding gebruikt ?

een materiaal dat aan een temperatuurverschil wordt onderworpen, zal warmte, d.w.z. energie, geleiden van de hoge temperatuur naar de lage temperatuur. Het begrijpen van geleiding door een materiaal en het kunnen berekenen van de warmteflux door een muur of een buis bijvoorbeeld is van cruciaal belang om warmtebalansen uit te voeren en in staat zijn om de volgende ontwerpberekeningen uit te voeren :

• gebouwontwerp: berekening van de warmteflux door muren, berekening van de vereiste isolatie voor energie-efficiëntie / energiebesparing van gebouwen, zodat de warmtewinst of het warmteverlies wordt geoptimaliseerd, ontwerp van speciale warm / oproepruimte
• ontwerp van de warmtewisselaar : berekening van de warmteflux door buizen om grootte buis shell warmtewisselaars, platenwarmtewisselaar… voor procesdiensten

kan de warmteflux worden berekend voor zowel koel-als verwarmingstoepassingen.

elk materiaal wordt gekenmerkt door een vermogen om warmte te geleiden. Het wordt vertaald in een warmtegeleidingscoëfficiënt algemeen genoteerd λ . Men moet voorzichtig zijn aangezien λ veel van het ene materiaal tot het andere kan variëren en ook kan variëren met de temperatuur. Bij het leiden van warmte is een prioriteit, zoals in het ontwerp van warmtewisselaar, λ moet hoog zijn, terwijl bij het isoleren is een prioriteit, zoals het ontwerpen van een gebouw of het isoleren van leidingen tussen proceseenheden, λ laag moet zijn. Het is ook mogelijk om verschillende materialen te associëren, met name in isolatietoepassingen, om een doel λ te bereiken terwijl de kosten en breedte van de lagen materiaal worden geoptimaliseerd.

figuur 1 : Warmteflux door een vlakke wand van een materiaal met geleidbaarheid λ

warmtegeleiding door een wand

Hoe wordt de warmtegeleiding door een wand berekend ?

geleiding door een wand kan eenvoudig worden uitgedrukt. De geleiding zal hoger zijn als de thermische geleidbaarheid van het materiaal hoger is en de dikte laag is. Integendeel, als isolatie wordt gezocht, zal de geleiding lager zijn als de thermische geleidbaarheid van het materiaal laag is en de wanddikte groot is.

de warmte die door geleiding door de wand wordt overgedragen, kan als volgt worden uitgedrukt: :

Q = U. A. ΔT

met:

Q = overgedragen warmte in W
u = totale warmteoverdrachtscoëfficiënt in W / m2.°C
A = warmteoverdrachtsoppervlak in m2
ΔT = temperatuurverschil op elk wandoppervlak in °C

de warmteflux, die de overgedragen warmte is, uitgedrukt als functie van het warmteoverdrachtsoppervlak, kan als volgt worden berekend :

Φ = Q/A = U. ΔT

met :

Φ = warmteflux in W/m2
Q = warmte overgedragen in W
u = totale warmteoverdrachtscoëfficiënt in W/m2.°C
A = warmteoverdrachtsoppervlakte in m2
ΔT = temperatuurverschil op elk wandoppervlak in °C

In het geval van een enkelvoudige wand, monomateriaal, kan de totale warmteoverdracht worden uitgedrukt met :

u = 1/R = 1/(E/λ)

met :

u = totale warmteoverdrachtcoëfficiënt in W/m2.°C
R = weerstand tegen warmteoverdracht in m2.°C / W
e = wanddikte in m
λ = thermische geleidbaarheid van het materiaal in W/m.°C

voor één monomateriaalwand kunnen de uitdrukkingen worden samengevat als: :

Φ = Q/A = (Tskin1-Tskin2)/R = (Tskin1-Tskin2)/(e/λ)

Door :

Tskin1 = temperatuur aan het oppervlak van de muur 1 in °c
Tskin2 = temperatuur aan het oppervlak van de muur 2 °c

Voorbeeld van warmtegeleiding door een muur : in de zomer de eigenaar van een huis alleen van bakstenen muren wil weten wat de verwarming zenden door de muur van zijn huis, zodat hij kan beslissen of hij moet isoleren om energie te besparen. Stenen hebben een geleidbaarheid van 0,8 W/m / K en zijn 15 cm breed. De wand is 6 m lang per 3 m hoog. Hij meet 35 graden aan de buitenkant en 22 graden aan de binnenkant van de muur.

Φ = Q / A =(Tskin1-Tskin2) / R =(Tskin1-Tskin2)/(E / λ) = (35-22)/(0.15/0.8) = 69.3 W / m2.°C

Q = Φ * A = 69.3*6*3 = 1248 W = 1,2 kW

warmtegeleiding door een composietwand

Hoe kan een wand worden geïsoleerd met een laag materiaal met lage thermische geleidbaarheid ?

in veel gevallen, vooral bij het zoeken naar isolatie, bestaat de wand niet uit één enkel materiaal, maar uit meerdere lagen materialen met verschillende eigenschappen. Het is een samengestelde muur. Het is dan gebruikelijk om een materiaal dat brengt de structurele behoefte van de muur, en een materiaal dat is het verstrekken van een isolatie.

door de eenvoudige geometrie van vlakke parallelwand worden de voor de enkelvoudige wand ontwikkelde uitdrukkingen behouden; alleen de globale weerstand van de composietwand moet opnieuw worden berekend om rekening te houden met de weerstand van de afzonderlijke lagen. In het geval van een composiet wanden, die weerstanden zijn additief.

wanneer men een wand van n lagen van dikte ei en geleidbaarheid λi beschouwt, zal de totale weerstand van de samengestelde wand :