Warmteafgifte door apparatuur

Moderator: physicalattraction

Reageer
Berichten: 2

Warmteafgifte door apparatuur

Beste forumleden,

Ik ben niet natuurkundig onderlegd en hoop daarom hier verheldering te kunnen krijgen betreft dit onderwerp.

Ik ben benieuwd naar de opwarming van een ruimte door warmteafgifte van apparatuur.

De casus is als volgt; De ruimte is 5.52 x 5.35 x 5.35 = 157.99 m3. Er wordt apparatuur geplaatst van 100 Watt.

Vragen:
1) Hoeveel warmte geeft deze apparatuur af, in graden Celsius?
1a) Hoe bereken ik dit?
2) Met hoeveel graden wordt de ruimte hierdoor opgewarmd?
2a) Hoe bereken ik dit?

Met vriendelijke groeten,
HenkWatt

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.777

Re: Warmteafgifte door apparatuur

Warmte geef je niet aan in graden celsius maar in joules.
celsius is een temperatuur.

Je zult eerst moeten weten wat de warmtecapaciteit van lucht is. Dan kon je berekenen hoe snel de temperatuur in de ruimte stijgt. Maar de wanden van de ruimte worden ook opgewarmd. Er zal ook warmte naar de omgeving verdwijnen. Hoeveel dat is hangt af van hoe goed de ruimte is geïsoleerd. Kortom, allemaal niet zo eenvoudig te bepalen.

100W is ongeveer de warmte die een volwassen persoon afgeeft. Je kunt dus zelf een poosje in de ruimte gaan zitten en kijken wat er gebeurt.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 4.216

Re: Warmteafgifte door apparatuur

1) Hoeveel warmte geeft deze apparatuur af, in graden Celsius?
De hoeveelheid warmte is energie, en wordt niet gemeten in Celsius maar in joule
100 watt betekent 100 joule per seconde, dus het apparaat geeft iedere seconde 100 joule aan de ruimte af.
1a) Hoe bereken ik dit?
Zie hierboven
2) Met hoeveel graden wordt de ruimte hierdoor opgewarmd?
Dat hangt van hoeveel joule de ruimte nodig heeft om 1 graad op te warmen.
Dat is afhankelijk van de stof en de hoeveelheid van die stof.
In een ruimte heb je te maken met de lucht en de muren.
2a) Hoe bereken ik dit?
Ik geef hier de berekening voor alleen de lucht in de ruimte. Dat klopt niet, de muren en ramen worden ook opgewarmd maar zonder de eigenschappen daarvan te kennen (dikte, materiaal) kan ik daar weinig over zeggen.

Lucht heeft een soortelijke warmte van ongeveer 1000 J/kg.K, 1000 joule per kilo lucht en per graad Kelvin (een graad Kelvin opwarming is gelijk aan een grad Celsius opwarming). Anders gezegd, per graad opwarming van 1 kilo lucht heb je 1000 joule nodig.
De kamer heeft een inhoud van 158 m3. De dichtheid van lucht is ongeveer 1,2 kg/m3.
Dat geeft voor de massa van de lucht 158 * 1,2 = 189,6 kg.
Om die 1 graad Celsius (of Kelvin) op te warmen heb je 1000 J/kg.K * 189,6 kg = 189600 J nodig.
Het apparaat geeft iedere seconde 100 J af, het duurt dus 189600 / 100 =1896 seconde om de ruimte 1 graad op te warmen, ongeveer een half uur.

Gebruikersavatar
Berichten: 742

Re: Warmteafgifte door apparatuur

Je kunt beter even uiteenzetten wat je wil. Zoals je ziet is er hier best wel wat kennis, maar het is niet helemaal duidelijk waar je naartoe wilt.

Interpreteer ik de essentie van je vragen goed als ik zeg dat je op zoek bent naar hoeveel stookkosten je bespaard?
Of hoeveel minder kuub aardgas je verbruikt o.i.d.? Of wil je echt weten hoe warm het wordt in een loods met alleen maar TL-lampen en wat planten ofzo?

Klein stukje essentie van de warmteleer:
Q = m · c · ΔT
Q is warmte in Joule
m is massa in kilogram
c is soortelijke warmte in Joule / (kilogram · graden Celsius), dit is een materiaalafhankelijke eigenschap.
ΔT is het verschil in temperatuur in graden Celsius
Er is dus een hoeveelheid energie nodig om een massa een aantal graden op te warmen. (Of af te koelen etc.)

Die 100 Watt van jouw apparatuur, is 100 Joule seconde.
Dus 2 kopjes theewater á 0,2 kg, met een soortelijke warmte van 4200 J/(kg·°C), van 18 graden naar 100 graden opwarmen:
Q = 0,2 · 4200 · (100-18) = 68880 J
met 100 J/s geeft dat 688,8 s, zeg maar een kleine 12 minuten.

Echter is dit een statische manier van kijken naar het proces. Dat kan alleen als de opwarmtijden dusdanig klein zijn dat de omgeving verwaarloosd kan worden. Als we naar temperaturen van ruimtes kijken, dan is het juist een dynamisch proces.
Er ontstaat een evenwicht met de omgeving. Jouw centrale verwarming moet eerst de ruimte opwarmen, daarna moet hij net zo snel warmte afgeven als de omgeving (buitenlucht) het uit jouw huis onttrekt.
Hier komt dus isolatie om de hoek kijken, maar ook die ΔT. Wanneer het buiten hard vriest is het temperatuurverschil groter, dus ook het vermogen dat onttrokken wordt. Het zelfde gaat op voor het warm worden van de ruimte, daar zit dus een maximum aan.
Je kan dus ook niet het theewater opwarmen met een kleine warmtebron van bijvoorbeeld 2 Watt. Die levert de benodigde warmte dan in 10 uur tijd, maar zal op bijvoorbeeld 50 graden in evenwicht komen met de omgeving. Dan zou je die mini-waterkoker moeten isoleren, of in een oven van 80 graden zetten.

Om jouw vragen te beantwoorden is dus meer informatie nodig. Maar je kan er van uitgaan dat het een paar procent van je cv zou overnemen als je de ruimte daarmee warm stookt.

Berichten: 334

Re: Warmteafgifte door apparatuur

Maakt het iets uit wat de aanvangstemperatuur is van de ruimte? Bijvoorbeeld -15 graden bij aanvang of 35 graden bij aanvang?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 4.216

Re: Warmteafgifte door apparatuur

Bij lagere temperatuur (en gelijke druk) is de dichtheid van lucht wat hoger. Er is dan meer massa te verwarmen.
Verder kan de soortelijke warmte iets veranderen. Als er de ruimte verder totaal geisoleerd is van de omgeving zijn dit de enige effecten.

Berichten: 334

Re: Warmteafgifte door apparatuur

En misschien nog de luchtvochtigheid bedenk ik me nu.

Berichten: 2

Re: Warmteafgifte door apparatuur

@Xilvo dank voor de uitleg, helder verhaal!

@Kwasie. Om even in te haken op jouw vraag naar wat ik écht wil weten. Ja, ik wil weten met hoeveel graden de ruimte opwarmt wanneer ik een apparaat van 100 Watt in een ruimte plaats, in dit specifieke geval een ruimte van 158 m3. Heel theoretisch, alleen met in achtneming van de lucht zou dit dus 1 graden Celsius zijn in een half uur.

Echter, uit jouw bericht en dat van Xilvo begrijp ik dat het proces veel dynamischer is (logischerwijs). Dat de materialen (bakstenen, ramen etc.) aanwezig in de ruimte ook opgewarmd worden en dat warmte onttrokken wordt door de omgeving.

Om iets meer inzicht te geven in mijn casus. Het betreft een ruimte in een kerktoren, met drie openingen;
-1 naar de etage eronder,
-1 naar de zolder van het kerkschip,
-en 1 naar de etage erboven (dit is de etage van de klokkenstoel waar door grote galmgaten directe open verbindingen zijn met de buitenlucht).

De muren betreft een steens bakstenen muur van circa 45 cm dik. In die zelfde ruimte zijn vier ramen aanwezig van enkelglas (daarnaast kieren alle ramen aan de onderkant met circa 1cm).

De theoretische berekende opwarming van 1 graden Celsius zal dus nooit bereikt worden in de praktijk als ik jullie zo begrijp.

Gebruikersavatar
Berichten: 742

Re: Warmteafgifte door apparatuur

Laten we even aannemen dat je in een klein vrijstaand huis woont, of we nemen een vrijstaande schuur. Stel dat we de cv-installatie verwijderen en in je huis 1 ouderwetse gloeilamp van 100 Watt ophangen. Vervolgens zetten we de deuren ook nog een stukje open. Denk je dat daar iets oververhit raakt?
Die 100 Watt zal geen merkbaar effect hebben op de ruimte als geheel.
Het is wel een klein vuurkorfje. Een warmtelamp of vuurtje geeft een beetje warmte af aan de directe omgeving. Ik merk het bijvoorbeeld een beetje als ik met mijn kale hoofd onder een lamp sta/zit, maar zodra ik een stap opzij zet merk ik er niets meer van.
Die 100 Watt blijft natuurlijk gewoon 100 Watt warmte-energie bijdragen, maar dat zal slechts zorgen dat het iets minder snel afkoelt, of een beetje stookkosten schelen. Het is niet in staat op zelf een ruimte op te warmen.

Voor de beeldvorming, een mens geeft ook zo'n 100 Watt af. Plaats er 15 in je woonkamer en je merkt wel een opwarming.
Doe de radiator in één kamer aan en in de kamer ernaast uit, dan zal de kamer die niet verwarmd ook niet warm worden. Ook al is het hetzelfde huis.

Reageer