Waar gaat die warmte heen?

Waar gaat die warmte heen?

Dat is altijd heel moeilijk te zeggen. Om daar nu achter te komen moet je een hele reeks parameters verzameld hebben van je huis.

Een andere insteek is: waar komt de warmte uit mijn HR ketel terecht.

De gegevens over het verbruik hebben we namelijk wel: je kunt meten hoeveel kubieke meter per uur je verstookt op het moment dat de kachel brandt. Domweg naast de gasmeter gaan zitten en wat getallen noteren zodra de HR ketel aan springt.

Daarnaast hebben we invloed op de radiatoren die al dan niet branden - we kunnen ze zelf aan en uit zetten via de draaiknop - en is het oppervlak van de radiatoren een bekend gegeven.

Op die manier kunnen we wel proberen vast te stellen hoe het energieverbruik is verdeeld over de verschillende ruimten die worden gebruikt waar een radiator aan staat.

Hieronder volgt een uitleg.


Hoe groot is het verbruik van een bepaalde radiator?

De convectiefactor  h is een maat voor de hoeveelheid energie Q die per seconde wordt afgegeven door een radiator via de luchtstroming
_______________________________________________________________________
                     Convectiefactor

• Q = h * A * (T_binnen - T_radiatoroppervlak)   [Joule]
• A is totale oppervlak van de radiatorplaten         [m2]

• h is hierbij de convectiefactor                              [Joule / (m2*sec*graad Celsius) ]

__________________________________________________________________________

De convectiefactor h hangt van een aantal factoren af, waarvan de belangrijkste factoren zijn:

• Het verschil in temperatuur tussen het radiatoroppervlak (T_radiatoroppervlak) en de lucht in de kamer (T_binnen)
• De hoogte van de radiatorplaat
• Het oppervlak van de radiatorplaat
• Welke luchtstromen zijn er in het spel behalve de convectie
• Daarnaast kan het nog het geval zijn dat de radiatorplaat niet egaal is verwarmd, dwz. boven heter is dan beneden. 

Wanneer we nu willen uitzoeken hoeveel van de warmte uit de HR ketel in een bepaalde ruimte terecht komt, kunnen we een aantal vereenvoudigende veronderstellingen doen:

• Een radiator staat ofwel uit, ofwel volledig aan.De temperatuur van het radiatoroppervlak is voor alle radiatoren die aan staan gelijk, bijvoorbeeld 60 graden. Dit is de temperatuur waarop de HR ketel is ingesteld. We nemen aan dat de radiatorplaten egaal zijn verwarmd.
• Meestal zijn de radiatorplaten even hoog, bijvoorbeeld 60 cm. Daarmee zijn de karakteristieken van de radiator die de convectiefactor bepalen ongeveer gelijk
• De overige luchtstromen (bijvoorbeeld tocht) negeren we
• Het verschil tussen radiatoroppervlak en binnentemperatuur stellen we voor alle ruimten waar radiatoren die branden gelijk, aangezien de opwarming van de ruimte (slechts enkele graden Celsius) wegvalt tegen het grote temperatuurverschil tussen radiatorplaat en binnentemperatuur.
• Alle warmte komt terecht in de radiatoren, het verlies van de HR ketel en van warmte die achter blijft in leidingen negeren we.

Op basis daarvan houden we per radiator alleen de oppervlakte A over. Het verbruik van een bepaalde radiator (zeg radiator 1) is daarmee gelijk aan:

                               Oppervlak van radiator 1

                              ---------------------------------------------------  * gemeten aantal m3 gas per uur

                             Oppervlak van alle radiatoren die branden 

Hiermee kun je tevens de convectiefactor h van de radiator proberen te schatten.                               

Dit is uiteraard een benadering.

NB. Vergeet niet beide zijden van een radiatorplaat te tellen voor het oppervlak!!
Aan beide zijden van de plaat treedt immers convectie op!
Een radiatorplaat met hoogte 60 cm en breedte van 2 meter telt dus voor 2 * 0,6 * 2 = 2,4 m2.

Mijn eigen metingen aan een radiator

Bij mijn werkkamer heb ik een aantal metingen gedaan. Radiator hoogte is 60 cm, het gaat om een radiator met twee radiatorplaten, lengte ongeveer 2.3 meter. De radiator werd ongeveer 60 graden Celsius

In de grafiek van de berekende convectiefactor geldt voor een groot deel van de grafiek

                             h = 10 Joule/ (m2*sec*graad Celsius)

h is ongeveer 10 bij 10 graden verschil tussen tempertuur binnen en temperatuur radiator
h is ongeveer 25 bij 32 graden verschil tussen  tempertuur binnen en temperatuur radiator

 Hoewel de temperatuur van de radiator tijdelijk wel even boven de 50 graden komt, duurt dat niet lang omdat op dat moment de thermostaatcontroller de HR ketel alweer afschakelt.

Het gewogen gemiddelde van de convectiefactor heeft in mijn geval een waarde van

         18 Joule/ (m2 * sec * C)

Dit is een geschikte waarde om mee te rekenen. Misschien in uw geval ook wel, eigenlijk, zolang uw radiator niet hoger is dan 60 cm en de radiator niet langer dan zo'n 15 minuten aan staat alvorens weer af te slaan.

Zie onderstaande grafiek van de opwarming van de kamer. In feite werd de temperatuur van 60 graden al na enkele minuten bereikt, waarna het grootste deel van de warmte-afgifte plaatsvond in een periode van afkoeling van de radiator.

Het relatieve verbruik van mijn werkkamer ten opzichte van de overige ruimten was ongeveer 36%. Daarbij hield ik alleen rekening met radiatoren die daadwerkelijk aan stonden.

"Series 1" (blauw) is de temperatuur van het radiatoroppervlak. "Series 2" (oranje) is de temperatuur van de werkkamer. Excuus voor deze labels, ik weet nog steeds niet hoe je de namen hiervan kunt veranderen in Excel ;)

In de grafiek van de oppervlaktetemperatuur is een kleine golfbeweging te zien. Dat is kennelijk een gevolg van het water dat in het systeem wordt rondgepompt. Zodra de HR ketel niet langer verwarmt, is een deel van het water in het systeem iets kouder dan de rest van het water, omdat het al op de terugweg was naar de HR ketel, en een deel is warmer, omdat het net de HR ketel verliet.