<<<<   Index

Warmteverlies in buisisolatie.

Op een koude dag was ik op de (onverwarmde) zolder van mijn huis waar de buizen van de cv installatie lopen, ik voelde eens aan de isolatie om de verwarmingsbuizen en deze voelde warm aan.
Dit houdt in dat er ondanks de buisisolatie toch warmte verloren gaat uit de verwarmingsbuizen.

Via een aantal metingen probeer ik te achterhalen hoeveel energie de verwarmingsbuizen ongeveer verliezen, en of het energieverlies eventueel is te verlagen.
Ik let daarbij op de volgende aspecten:
- Warmteverlies via de isolatie om de buizen.
- Warmteverlies via de cv-beugels waarmee de buizen vast zitten aan de muur.


De meetopstelling


De componenten waarmee ik de meting uitvoer:
- Een koperbuis van 28 cm lang, en 22 mm doorsnede, de onderzijde van de buis is dichtgemaakt.
- Een thermometer.
- Twee weerstanden van 12 Ω (in serie geschakeld) welke ik gebruik als verwarmingselement.
 

Meetopstelling voor meting 1.

De weerstanden zijn in de buis gestopt.
De buis is tot de rand gevuld met water, de thermometer meet de watertemperatuur.
De thermometer steekt door een plaatje tempex welke de bovenkant van de buis afdekt.
De onderzijde van de buis staat ook op een plaatje tempex.
De buis is verder niet ge´soleerd.
De weerstanden worden op een gelijkspanning van 10,0 Volt aangesloten.

 

Meetopstelling voor meting 2.
De buis is ge´soleerd met een stuk buisisolatie met een wanddikte van 9 mm
Meetopstelling voor meting 3.
De buis is ge´soleerd met glaswol van 50 mm dikte.
Na het aanbrengen van de glaswol, en het omwikkelen met plakband, was de glaswol geplet tot een dikte van 20 mm.
Meetopstelling van meting 4.
Er is een cv-beugel om de buis geklemd.
De cv-beugel is op een baksteen gemonteerd.
De isolatie is dezelfde glaswol isolatie als in meting 3.
 

De meetopstelling voor meting 5 ziet er hetzelfde uit als die van meting 4, dus ook met glaswol isolatie om de buis.
Alleen is er bij meting 5 tussen de buis en de cv-beugel een isolerend doekje aangebracht.
Het doekje is verder niet te zien, aangezien dit wordt afgedekt door de glaswol.
Maar op de onderstaande foto is te zien wat ik bedoel.
Ik heb een stukje doek gebruikt van een Sorbo schoonmaakdoekje, deze heeft een dikte van ongeveer 1,5 mm.


De meting.

Voordat een meting begint moet de temperatuur van de buis gelijk zijn aan de omgevingstemperatuur.
Het water waarmee de buis gevuld wordt moet ook van omgevingstemperatuur zijn.
De begintemperatuur wordt genoteerd, en de weerstanden aangesloten op de voeding.
De buis gevuld met water zal nu langzaam opwarmen.
Op regelmatige tijden wordt de watertemperatuur genoteerd.
Een meting kan enkele uren in beslag nemen.
 

De meetresultaten

Tabel 1.
In onderstaande tabel is de temperatuursverhoging van de buis ten opzichte van de omgevingstemperatuur weergegeven.
De temperatuur is opgenomen met een nauwkeurigheid van 0,5 ║C.
Als er geen meetwaarde is ingevuld, is er op dat tijdstip geen meting gedaan.

Tijd
(minuten)
Meting 1
Zonder isolatie
Meting 2
Met 9 mm buisisolatie
Meting 3
20 mm glaswol isolatie
Meting 4
20 mm glaswol isolatie
+ onge´soleerde cv-beugel
Meting 5
20 mm glaswol isolatie
+ ge´soleerde cv-beugel
0 0 0 0 0 0
5 4 2,5      
10 7,5   6 5 6
15 10 8,5   8  
20 12,5   11,5 10 11,5
25 14 13      
30 16     15  
35 17,5 17,5     18,5
40       19 20,5
45   21 23    
50       22 24
55 22   27,5    
60     29 25 27,5
65   26,5      
70 24     27,5 30
75     34    
80 25     29,5 32,5
85   30      
90   31 38,5 31,5 35
95 26        
100   32     37
105     42    
110 27     35 39
120   34 45   40,5
130 28     37 42
135   35 48    
140       38  
150 28,5 36 50 38,5  
160   36,5   39 45
165     52    
170       39,5  
180     53 40  



De waarden uit de tabel weergegeven in grafiek vorm.


Grafiek 1:
Opwarming van de buis.
Lijn 1 = zonder isolatie om de buis.
Lijn 2 = met 9 mm buisisolatie om de buis
Lijn 3 = met 20 mm glaswol isolatie
 


Grafiek 2:
Opwarming van de buis.
Lijn 3 = met 20 mm glaswol isolatie
Lijn 4 = met 20 mm glaswol isolatie en onge´soleerde cv-beugel
Lijn 5 = met 20 mm glaswol isolatie en ge´soleerde cv-beugel


Formules voor het berekenen van het warmteverlies

Het vermogen van het "verwarmingselement" is (10 volt)▓ / 24 Ω = 4,166 Watt, dit vermogen noem ik: P(in).
Een deel van dit vermogen zorgt voor de opwarming van de buis met water, waardoor de temperatuur toeneemt, dit deel van het vermogen noem ik: P(opw.).
Een ander deel van het vermogen zal verloren gaan aan warmteverlies, dit deel noem ik: P(verl.).

Bij het begin van de meting (t0 = tijdstip nul) zal het warmteverlies nul zijn, omdat de buis de zelfde temperatuur heeft als de omgeving, al het toegevoerde vermogen wordt dan gebruikt voor opwarming van de buis.

Wat ik wil weten is het warmteverlies in Watt per ║C.
Voor het warmteverlies geldt:
Warmteverlies
(in W/C) = P(verl.) / T1           (formule 1)

T1 = de gemeten temperatuur van de buis ten opzichte van de omgeving op tijdstip t1.

P(in) = P(opw) + P(verl).
ofwel:
P(verl) = P(in) - P(opw)                                    (formule 2)

P(opw) = P(in) . dT1 / dT0                               (formule 3)
Waarbij:
dT1 = snelheid waarmee de buis opwarmt op tijdstip t1 (in ║C / minuut)
dT0 = snelheid waarmee de buis opwarmt op tijdstip t0 (in ║C / minuut).


Formule 2 en 3 samengevoegd geeft:
P(verl) = P(in) - P(in) . dT1/dT0
P(verl) = P(in) . (1-dT1/dT0)                            (formule 4)

Formule 1 en 4 samengevoegd geeft:
Warmteverlies = P(in) . (1-dT1 / dT0) / T1       (formule 5)


Uitkomsten van de berekeningen.

Met formule 5 is het warmteverlies voor de gemeten meetopstellingen berekend.
 

Meting P(in)
Watt
dT0
║C / W
dT1
║C / W
t1
minuten
T1
║C
verlies
W / ║C
1 4,166 0,75 0,0375 130 28 0,1413
2 4,166 0,5666 0,0666 135 35 0,1050
3 4,166 0,6 0,1 165 52 0,0668
4 4,166 0,5 0,05 160 39 0,0961
5 4,166 0,6 0,1 145 43,5 0,0798

Tabel 2.
Berekening van het warmteverlies voor de 5 metingen.
De buislengte is 28 cm, dus het weergegeven verlies is ook per 28 cm buis

 

Voor meting 1, 2 en 3 kunnen we het verlies per meter buis berekenen door de uitkomsten uit tabel 2 te delen door 0,28m.
Dat geeft de volgende uitkomsten:
Meting 1: verlies is 0,5046 W / ║C.m  (niet ge´soleerde buis)
Meting 2: verlies is 0,3750
W / ║C.m  (buisisolatie 9 mm)
Meting 3: verlies is 0,2386
W / ║C.m  (glaswol isolatie 20 mm)

Het verschil in verlies tussen meting 4 en 3 is het verlies dat ÚÚn niet ge´soleerde cv-beugel geeft,
dat is 0,0961 - 0,0668 = 0,0293 W / ║C

Het verschil in verlies tussen meting 5 en 3 is het verlies dat ÚÚn ge´soleerde cv-beugel geeft,
dat is 0,0798 - 0,0668 = 0,013 W / ║C


Een praktijk voorbeeld

De cv buizen op mijn zolder hebben een lengte van 16 meter, dus 16 meter aanvoerbuis, en 16 meter retourbuis.
De aanvoerbuis is 80 ║C
De retourbuis is 50 ║C
De temperatuur op zolder is 10 ║C

Het verschil met de omgevingstemperatuur is dus: 70 ║C voor de aanvoerbuis, en 40 ║C voor de retourbuis.
Door het warmteverlies in W / ║C.m te vermenigvuldigen met de totale buislengte en het temperatuurverschil met de omgeving krijgen we het energieverlies van die buis.
In de volgende tabel is te zien hoeveel vermogen we verliezen bij verschillende soorten isolatie.

Soort isolatie buislengte
aanvoer
(m)
temp. verschil
aanvoerbuis
(║C)
energieverlies in
aanvoerbuis
(W)
buislengte
retourbuis
(m)
temp. verschil
retourbuis
(║C)
energieverlies
in retourbuis
(W)
totaal verlies
(W)
Geen isolatie 16 70 565 16 40 323 888
9 mm buisisolatie 16 70 420 16 40 240 660
20 mm glaswol 16 70 267 16 40 153 420

Tabel 3:
Voorbeeld van het energieverlies bij 16 meter buislengte.
We zien dat het verlies met honderden Watts verminderd met een goede isolatie

Zowel de aanvoer als de retourbuis zitten op zolder vast met 10 cv-beugels.
De volgende tabel geeft het energieverlies aan in de cv-beugels.

Soort cv-beugel aantal temp verschil
aanvoerbuis
(║C)
energieverlies
per beugel in
aanvoerbuis
(W)
energieverlies
in 10 beugels
in aanvoerbuis
(W)
temp. verschil
retourbuis
(║C)
energieverlies
per beugel in
retourbuis
(W)
energieverlies
in 10 beugels
in retourbuis
(W)
Totaal verlies
aanvoer + retour
(W)
Niet ge´soleerd 10 70 2,05 20,5 40 1,17 11,7 32,2
ge´soleerd met
1,5 mm dik doekje
10 70 0,91 9,1 40 0,52 5,2 14,3

Tabel 4:
Voorbeeld van energieverlies in tien cv-beugels.
Het isoleren van de cv-beugels geeft ook een kleine besparing.
 

Stel dat we door een betere isolatie het warmteverlies 250 Watt beperken in de cv buizen.
Als de cv ketel b.v. 500 uur per jaar stookt, geeft dat een besparing van 125 kWh.
Bij een energie inhoud van 8,8 kWh per m│ gas, en een ketelrendement van 85 % komt dat op een besparing van 16,7 m│ gas per jaar.
 


Hieronder nog enkele foto's van de isolatie welke ik zelf naar aanleiding van de metingen heb aangebracht.
Ik heb ervoor gekozen om de originele buisisolatie te laten zitten, en daaromheen een extra laag glaswol te doen.
De glaswol heb ik (met toestemming) uit een huis gehaald dat men aan het slopen was.
Het was gratis, en het scheelt weer in de hoeveelheid afval, ook dat zijn vormen van besparing.

Wie wil, kan natuurlijk een nog dikkere laag isolatie aanbrengen, om zodoende het warmteverlies nog verder te beperken.


Isolerende doekjes tussen buis en cv-beugel.
Zoals te zien is, was de buisisolatie niet op alle plaatsen volledig aangebracht.
Op andere plaatsen ging de buisisolatie wel over de beugels heen, maar dan kwam er vanwege de verdikking door de beugel weer een kier in de buisisolatie.
Door het aanbrengen van de extra glaswol isolatie zijn al die punten nu ook lekker warm ingepakt.

<<<<   Index