Bouwfysica
H1: nut van bouwfysica
Bouwfysica = toegepaste wetenschap die zich bezig houd met het binnenklimaat van een gebouw
met doel goede bouwkundige oplossingen. Bv.: energiezuinigheid, verlijden vochtschade,… Een
detaillering van constructies is belangrijk. Nadruk van bouwfysicus of bouwpatholoog ligt op vocht,
geluid, warmte, lucht en luchtdichtheid. Bouwfysicus moet oorzaken en herstelmogelijkheden
kunnen geven bij bouwfysische problemen.
H2: warmtetransmissie
Een grootheid: weergegeven als letter symbool0
1. Warmte vs. Temperatuur
Warmte = mechanische energie van molecule en elektronen. Mechanische energie opdrijven =
verwarmen. Kwaliteit warmte wordt bepaald door temperatuur. Eigenschappen van materiaal
hangen af van temperatuur (t°)
T°-schalen gaan uit van 2 punten: vries -en kookpunt. Daartussen wordt schaalverdeling gemaakt. 2
bekendste: Celsius en Fahrenheit
T° = warmtestroom tussen 2 voorwerpen. Fundamentele t°-schaal = Kelvin. Deze hangt af van
absolute nulpunt. 0K = -273,15°c
Absolute nulpunt = punt waar molecule niet meer bewegen en dus geen warmte afstaan.
2. Warmtetransport in 3 transmissievormen
Warmtetransport gebeurt door uitwisseling energie tussen 2 molecule met verschillende t°. (van
hoge lage tot in evenwicht )
Transmissievormen:
Door geleiding: door de stof zelf, warmte van molecule naar molecule. De molecule trillen
rond evenwichtstoestand. Hierdoor is er t°stijging. De trilling wordt overgegeven aan naburige
molecule via medium.
Door convectie: alleen bij fluïda (vloeistof en gas) en tussen fluïdum en vaste stof. Wanneer er
een uitwendige drijvende kracht is dan is het gedwongen convectie.
Door straling: gebeurd door elektromagnetische golven en heeft geen medium nodig.
3. Geleiding
3.1. Definities
Isotoop materiaal = materiaal met fijne en praktisch uniforme structuur. (cellenbeton,
houtvezelplaten,…)
Door t°verschil is er warmtetransport. Om lang-periodische fenomenen te bestuderen is er een
stationaire benadering. Hierbij wordt gerekend met de gemiddelde temperatuurrandvoorwaarden.
Niet geschikt voor korte periodes dan niet-stationaire benadering.
,3.2. Warmte geleid doorheen isotrope laag
Isotoopmateriaal heeft een dikte d en opp. A. het warmtescheidingsvlak bevind zich op t° T1, koud
vlak op T2. T1>T2. Warmte geleid door t°verschil. Warmtehoeveelheid Q= hoeveel warmte wordt er
geleid in tijd van 1s.
Q is recht evenredig met A, T°verschil (T1-T2), duur van tijdsspanne t. omgekeerd evenredig met
dikte. Formule: Q is recht evenredig met ((T1-T2).t.A)/d
Van recht evenredig naar gelijkheid: invoeren evenredigheid coëfficiënt λ. Dan wordt formule: Q= λ.
(T1-T2).t.A.(1/d)
3.3. Warmtegeleidbaarheid λ
λ= warmtegeleidbaarheid = hoeveelheid warmte in 1 seconde door plaat van 1m dik met A van 1m²
en met t°verschil van 1°c. Eenheid is W/mK.
Bespreking λ:
Hoe beter warmte geïsoleerd, hoe kleiner λ-waarde
λ i: droge materialen
λe: nat of vochtig materiaal
3.4. gedeclareerde waarde
λD= gedeclareerde waarde of statistisch bekomen waarde. Bepaald via gemeten waarden in
referentiecondities met gegeven t° en vochtigheid. Komt overeen met een redelijke levensduur in
normale omstandigheden. λD wordt vastgelegd door fabrikant. Op basis van NBN en productnormen
of een ETA (Europese technische goedkeuring). gedeclareerde waarde van de warmteweerstand
formule: RD= 1/ λD in m²K/W
Er is verschil tussen gedeclareerde waarde en berekende λ-waarde.
3.5. Warmtestroomdichtheid q
Formule: Q/A.t = λ.(T1-T2).(1/d)
Grootheid Q/At = q = warmtestroomdichtheid door een plaat, eenheid W/m²
3.6. Warmteweerstand van laag met dikte en bestaande uit isotroop
materiaal met warmtegeleidbaarheid
Warmteweerstand R =d/ λ eenheid m²K/W
4. Convectie en straling (vaak samen)
4.1. Straling
Straling = transport van energie door lucht en gassen in vorm van elektromagnetische trillingen.
Verschillende soorten: infrarood (vooral hier warmteoverdracht) , licht, röntgen, …
Mate warmtestraling bepaald door t° en soort materiaal (uitgedrukt in emissie coëfficiënt).
Emissiefactor = verhouding hoeveelheid energie door opp. Op bepaalde t° door infraroodstraling
wordt uitgezonden en hoeveelheid energie door infraroodstraling uitgezonden door een zwart
lichaam op dezelfde t°. symbool: ε
4.2. Combinatie convectie en straling
Een combinatie van convectie en straling komt voor bij de overgang van warmte van binnen
omgeving naar koude binnenzijde van buitenwand. De warmteovergangscoëfficiënt voor convectie
,(hc of convectieve coëfficiënt) en straling (hr of stralingscoëfficiënt) worden opgeteld en genoteerd
als h, uitgedrukt in W/m²K
Warmteovergang van binnen omgeving naar binnenzijde buitenwand: buitenwand zal warmte
ontvagen door convectie en warme binnenwand door straling. Warmteovergang van buitenzijde van
buitenwand naar buitenomgeving. Warmere buitenzijde verliest warmte door convectie en koude
buitenlucht door straling naar alle vlakken die uitzien op buitenwand.
5. Warmtetransport door luchtlagen
Spouw = laag in de constructie tussen twee andere lagen, al dan niet gevuld met isolatie of
stilstaande/matig geventileerde luchtlaag.
Een luchtspouw heeft een thermische weerstand die afhankelijk is van factoren: positie, dikte,… . Hij
wordt beïnvloed door ventilatie van de luchtlaag met buitenlucht. Hierdoor extra warmteverlies.
Onderscheid tussen niet-verluchte, matig en sterk verluchte luchtlagen.
5.1. Bepaling van Ra
Bepaling warmteweerstand Ra van luchtlagen, onderscheid tussen verschillende typen van
luchtlagen naargelang van:
Helling: horizontaal (hellingshoek <30°) of verticaal
Emissiefactor van begrenzingsvakken: beide begrenzingsvlakken hebben een emissiefactor
≥0,82 (alle bouwmaterialen) of 1 van begrenzingsvlakken is bekleed met laag met
emissiefactor ≤0,2. De duurzaamheid gewaarborgd in tijd
Belang verluchtingsopeningen:
- Niet geventileerd: indien som van opp. Verluchtingsopeningen tussen luchtlagen ≤5cm²
per m lengte van warme luchtlaagzijde bij verticale, 5cm² per m² opp. Van warme
luchtlaagzijde bij horizontale.
- Matig verlucht: som van opp. Van alle openingen tussen luchtlaag en buitenomgeving
begrepen is tussen 5en 15cm²per m bij verticale, 5en15cm² per m² bij horizontale.
- Sterk verlucht: indien som van de opp. van alle openingen: 15cm² per m bij verticale en 15
cm² per m² bij horizontale.
Bijkomende parameters die luchtlaag karakteriseren : dikte luchtlaag en richting van
warmtestroom
5.2. Waarde van Ra in tabelvorm
Voor nier-verluchte: rechtstreekse tabelwaarde. (pg 31)
Matig: tabelwaarde / 2
Sterk verluchte luchtlagen worden niet verder uitgelegd.
6. De totale warmteweerstand van een wand (R-waarde)
Rtot = 1/hi + ∑ di/ λi + Ra1 + Ra2 + … + 1/he in m² K/W met Ri= 1/hi en Re= 1/he
7. Warmtedoorgangscoëfficiënt van een wand (U-waarde)
U- waarde is het omgekeerde van de totale thermische weerstand van de wand of:
U=1 / Rtot = 1 / (1/hi + ∑ di / λi + Ra1 + Ra2 + … + 1/he) in W/m²K. De u waarde van wand die twee
omgevingen scheidt, geeft aan hoeveel wamrte (J )er per m en per seconde doorheen deze wand
, stroomt indien het temperatuur verschil gelijk is aan 1°C. de U- waarde wordt door software
automatisch bepaald.
8. Geometrie
Gebouw heeft verschillende geometrische eigenschappen die belang hebben bij bepaling van
energieprestatie: volume, opp., compactheid, …
8.1. Beschermd volume V
Dit is het geheel van alle vertrekken en ruimtes in gebouw, dat men wenst thermisch te isoleren. De
plaats van isolatielagen in de wanden van de gebouwschil is bepalend voor de afbakening van dit
volume. Het word gemeten o.b.v. buitenafmetingen en uitgedrukt in m³.
8.2. Bepaling warmteverliesoppervlakte (AT)
In m² van een gebouw is de som van alle oppervlakte die beschermd volume scheiden van
buitenomging, aanpalende onverwarmde ruimten en volle grond. Deze opp. worden gemeten met
buitenafmetingen. De gemeenschappelijke wanden tussen 2 beschermde volumes maakt geen deel
uit van dit opp.
8.3. Begrip compactheid
Compact bouwen betekent bouwen van woning waarvan het bewoonbare volume omsloten wordt
met zo klein mogelijke buitenoppervlakte waarlangs warmte kan verdwijnen. Rijwoningen zijn
compacter en dus energiezuiniger dan vrijstaande woningen. Een kubusvormige woning is compacter
dan langgerekte woning in balkvorm. Een woning met 1 of meer verdiepingen is compacter dan
bungalow zonder verdiepingen. Veel uitbouwen of ingesprongen in gevelvlakken zoals dakuitbouwen
is ook minder compacter.
8.4. Bepaling compactheid van het gebouw
De compactheid c wordt gedefinieerd als de verhouding van het beschermd volume v tot de totale
verliesoppervlakte. Typische waarde:
Bungalow 0,9 à 1,2
Villa 1,2 à 1,5
Rijwoning 1,5 à 2,0
Groot gebouw 2,0 à 5,0
Gebouw met kleine compactheid zullen een groter warmteverlies.
8.5. Begrip vorm- efficiëntie
De vormefficiëntie vergelijkt werkelijke verliesoppervlakte (AT) met de equivalente boloppervlakte.
Met V EPW =volume van de wooneenheid
8.6. Begrenzing
Scheidingsconstructie kan grenzen aan verschillende soorten omgeving. Bv.: buitenomgeving, grond,
kelderruimte, kruipruimte, …
8.7. Oriëntatie
Met goede oriëntatie en slimme indeling wordt geprofiteerd van daglicht en zonnewarmte. Gebouw
indelen volgens de beweging van zon, verhoogt de energie- efficiëntie.
8.8. Helling
De helling van een constructies of paneel is de afwijking ervan ten opzichte van het horizontale vlak.