Soorten warmteoverdracht

Je juiste verwarmingsketel en verwarmingselementen kiezen is zeker niet eenvoudig.
Er bestaan intussen zeer veel soorten en elk hebben ze hun voor- en nadelen.

Om goed te kunnen inschatten welke verwarmingselementen voor jou de beste keuze zijn, is het belangrijk om de theorie wat te begrijpen.

Er zijn drie vormen van warmteoverdracht.

• Geleiding (conductie)
• Straling (radiatie)
• Stroming (convectie)

De warmte die wij voelen is zowat altijd een combinatie van de drie soorten.
De ene soort zal afhankelijk van de bron meer of minder overheersen.

Wanneer je bij koude temperaturen op een windstille dag in de zon staat, kan je het toch lekker warm hebben. Dit komt door de stralingswarmte van de zon.
Wanneer er sneeuw ligt kan dit effect worden versterkt doordat die straling wordt gereflecteerd door de sneeuw.

De luchttemperatuur blijft echter laag. Dit merken we wanneer we in de schaduw gaan staan of wanneer een wolk voor de zon schuift. Dan valt de stralingswarmte namelijk weg.

Ook door koude wind verliezen we door convectie al snel veel warmte.

Binnen in een woning kunnen we dit beter onder controle houden. Daan hebben we geen last van de wolken en de wind.

Om de soorten warmteoverdracht beter duidelijk te maken nemen we het voorbeeld van een open vuur.

De warmte die je voelt naast het vuur is stralingswarmte.

Net zoals zichtbaar licht of geluid neemt de intensiteit van de straling af naarmate de afstand stijgt.
Deze intensiteit is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tot de stralingsbron.
Met andere woorden: als de afstand tot de stralingswarmtebron verdubbelt, wordt de intensiteit van de straling maar liefst vier keer kleiner. Het is niet zo dat de intensiteit per straal afneemt want infrarode stralen reizen door de ruimte en door lucht zonder energieverlies. Maar omdat de stralen van een stralingswarmtebron in alle richtingen reizen, raken ze steeds meer verspreid. Hoe verder een persoon of een voorwerp zich van de stralingswarmtebron verwijderd ligt, hoe minder stralen het ontvangt.

Omdat de temperatuur van een open vuur zo hoog is, is de stralingswarmte goed merkbaar. In werkelijkheid straalt alles en iedereen op aarde infrarode straling uit: het aardoppervlak, een steen, een mens, een stoel, een boek, een blokje ijs enz.

Koop nu nog de cursus centrale verwarming aan kortingsprijs en leg volledig zelf je installatie! Dankzij de duidelijke uitleg weet jij precies hoe alles werkt en welk verwarmingssysteem voor jou best past!

De enige voorwaarden voor warmteoverdracht via straling zijn: een temperatuurverschil, twee objecten of lichamen met massa en met een temperatuur boven het absolute minpunt (-273 graden), alsook een afstand tussen beide objecten of lichamen (zo niet wordt warmte overgedragen door geleiding).

Warmtebronnen kunnen zowel kortgolvige als langgolvige infraroodstralen uit zenden. Alleen de langgolvige stralen zijn voor de mens interessant. Wij kunnen namelijk 98% van die stralen absorberen en omzetten in warmte, wat ons zeer gevoelig maakt voor het opwarmend effect van langgolvige infraroodstraling.
Warmtebronnen tot een temperatuur van ongeveer 100 graden zenden uitsluiten langgolvige infraroodstraling uit. Is de temperatuur hoger, dan zenden die ook kortgolvige stralen uit die voor de mens schadelijk kunnen zijn.

Wanneer er zich een object voor de stralingsbron bevindt, zorgt deze voor een schaduw waardoor de straling bijna volledig weg valt.
Wanneer bij een open haart bijvoorbeeld iemand tussen jou en de haart komt staan is het opwarmende effect ineens weg.

Wanneer een warmtebron langs de achterkant voorzien wordt van een reflecterende laag worden die de stralen gebundeld in één richting.
Hierdoor wordt het stralingseffect langs de andere zijde groter.
Metalen oppervlakten zoals aluminiumfolie hebben de eigenschap om stralen goed te reflecteren.

Het omgekeerde van reflectiviteit is emissiviteit. Materialen met een hoge emissiviteit absorberen een groot deel van de inkomende straling. Hierdoor stijgt dat object in temperatuur waardoor ze vervolgens zelf meer energie kunnen uitstralen.

Hoe beter de emissiviteit van een materiaal, hoe effectiever het energie als warmtestraling kan uitzenden. Door dat de straling zich steeds meer concentreert naar gebieden waar het kouder is, zal het oppervlak vooral straling weg van de vlam op de afbeelding uitzenden.

Een ruw oppervlak verhoogt overigens de emissiviteit, terwijl een glad oppervlak de reflectiviteit verhoogt. De kleur van het oppervlak speelt geen rol bij langgolvige infraroodstraling. (De zon zendt ook kortgolvige infraroodstralen uit. Voor deze stralen heeft de kleur wél een grote invloed).

Een tapijt met een bitumen (of teer) laag kan de warmte zeer goed absorberen in de buurt van een stralingswarmtebron. Zo kan je er bijvoorbeeld voor zorgen dat de vloer warm aanvoelt dankzij de warmte van een stralingspaneel aan het plafond.
Een extra isolerende laag onder het tapijt plaats je best om het warmteverlies naar de grond te beperken.

Transparante materialen kunnen de straling in plaats van absorberen (emissie) of reflecteren (reflectie) de straling deels doorlaten, dit wordt transmissiviteit genoemd.
De transmissiviteit hangt af van de golflengte van de stralingen.
Bij lage temperaturen zoals bij vloer-, muur- of plafondverwarming is de golflengte groot en worden de stralingen door glas niet doorgelaten.
Met elektrische stralers die op hogere temperatuur werken is dit wel het geval.

In een woning die volledig verwarmd wordt met stralingswarmte, mag de temperatuur ingesteld worden op ongeveer slechts 18°C om toch een comfortabel gevoel te bekomen. Dit is één van de redenen waarom stralingswarmte energiezuinig kan zijn.

Een ander soort warmteoverdracht is geleiding (of conductie).

Conductie is de geleiding van warmte als resultaat van fysiek contact tussen twee objecten.

Met blote voeten op een koude vloer staan, zorgt er voor dat je het koud krijgt. Dit komt doordat je warmte verliest via conductie aan de vloer.

Vloerverwarming of een warme kop soep in de hand zorgt voor het omgekeerde effect.

De snelheid waarmee warmte zich via warmte geleiding door een stof verplaatst, is afhankelijk van de thermische weerstand (isolatiewaarde) van die stof.

Metaal heeft een zeer lage thermische weerstand waardoor de warmte zich sneller verplaatst dan bijvoorbeeld hout, kunststof of baksteen.
Een metalen steel van een pan op het vuur is veel warmer dan een steel uit kunststof bijvoorbeeld.
Als de pan niet op het vuur staat, voelt een metalen steel net kouder aan.
Dit komt omdat metaal sneller de warmte uit je hand onttrekt dan kunststof.

Nog een voorbeeld is een metalen radiator die zeer snel de temperatuur aan neemt van het water dat zich in de radiator bevindt.

Er treed ook warmte geleiding op tussen objecten en gassen (zoals lucht), tussen gassen onderling of in vloeistoffen. Elk object of lichaam dat warmer is dan de omgeving, warmt de lucht in de onmiddellijke nabijheid op door warmte geleiding.
Doordat lucht een hoge thermische weerstand heeft, met andere woorden een goede isolator is, is dat warmtegeleidingseffect beperkt.

De lucht die verwarmd is door de warmte geleiding zet uit en gaat stijgen. De plaats van de opgewarmde lucht wordt vervangen door koudere lucht, die op haar beurt ook opwarmt en stijgt.

Deze pluim van warme lucht die opstijgt, is convectie (of stromingswarmte). Neerwaartse convectie bestaat niet, omdat warme lucht altijd stijgt.

Boven het open vuur merken we zowel stralingswarmte als convectiewarmte (= stroming).

Wanneer we een pot met een vloeistof opwarmen zullen er ook stromingen in het water ontstaan. Je kan de vloeistof zien bewegen in het water.

Meer weten? Dankzij de onafhankelijke cursus centrale verwarming kan jij de beste keuze maken voor jou verwarmingsinstallatie en kan je deze volledig zelf installeren.