Buis-Isolatie

zaterdag 20 april 2019

22:25

 

Inleiding / Samenvatting

In deze notitie bekijken we hoeveel energieverlies verwarmingsbuizen veroorzaken en hoeveel energiebesparing isolatie van de verwarmingsbuizen kan opleveren. Besloten is om zowel proefondervindelijk als ook via theoretische berekeningen deze effecten in te schatten. 

 

Er zijn 3 theoretische modellen gebruikt om een aantal resultaten in theorie en praktijk te vergelijken. Twee modellen, die op geheel andere formules zijn gebaseerd, blijken exact dezelfde resultaten te geven, die bovendien ook nog aardig met de gemeten waarden overeenkomen. Het derde geteste model functioneert niet voor onze situaties. Het eerste model (platgeslagen radiator model) geniet de voorkeur, omdat dit model ook geschikt is om verticale buizen en buizen en isolatie met een andere emissiviteit te simuleren.

 

Isoleren heeft altijd zin, iedere millimeter isolatie verlaagd het energieverlies en hoe meer hoe beter (dit in tegenstelling tot wat sommigen beweren). Een reflectielaag (welke alleen aan de buitenzijde iets doet) geeft bovenop de isolatie slechts een kleine verbetering.

 

Hierboven het energieverlies (in Watt) van 2 meter buis (1 meter heen en 1 meter retour) met een doorsnede van 22 mm, berekend met model- bij verschillende watertemperaturen en de verschillende isolatie mogelijkheden.

 

En voor 16 mm buis, hetzelfde beeld met iets lagere absolute waarden.

 

Uit bovenstaande grafieken kun je afleiden wat de meest optimale maatregelen zijn, allereerst probeer de maximale keteltemperatuur te verlagen (heeft als bijkomend voordeel dat het rendement van de ketel hoger is. De volgende stap is het aanbrengen van isolatie, standaard verkrijgbaar in 9 en 13 mm (de laatste is lastiger te verkrijgen), als je kunt, pak dan direct 13 mm, want je gaat het waarschijnlijk nooit meer overdoen. Als de buizen toch uit het zicht liggen, wikkel er dan ook nog aluminium folie omheen, glimmende kant naar buiten (gewoon aluminium keukenfolie is overigens beter dan het speciale Tonzon folie). Het toepassen van 40mm PIR schuim is moeilijk, enerzijds omdat je het zelf als een soort omkasting aan zult moeten brengen en anderzijds omdat iedere foutje dat je introduceert een grote impact zal hebben (eindresultaat is in hoge mate afhankelijk van de nauwkeurigheid waarmee je te werk gaat)

 

Voorbeeld:

Het gemiddeld aantal draaiuren waarover je warmteverlies hebt,  mag je stellen op 1500 uur.

 Stel de afstand die het water moet afleggen 20 meter bedraagt (wat weinig is) en de diameter is 16mm, dan kun je aflezen dat bij een maximale keteltemperatuur van 60 graden Celsius het energieverlies van de kale buis 62 Watt per dubbele buislengte is en dus is je totale verlies 1500 uren * 20 meter * 62 Watt / 1000 =  1860 kWh = 186 m3 gas

Breng je 13mm isolatie buis aan dan daalt het warmteverlies naar 1500*20*22/1000=660 kWh = 66 m3 gas.

De besparing bedraagt dus 120 m3 gas oftewel bijna 100 Euro per jaar.

 

De energie die ik kwijt raak bij mijn experimenten met de ventilatoren op de radiatoren is niet te verklaren met het verlies via de radiator leidingen, ongeveer 15 m leiding, een beetje geïsoleerd, dus raak ik daar zo'n 150 .. 250 Watt kwijt.

 

Bijbehorend programma bevat beide simulatie modellen: https://github.com/Stef-aap/Woning/blob/master/Heat_Convection.py

 

 

Aanleiding

Om een aantal redenen zijn we geïnteresseerd geraakt in de feiten en fabels rondom buis-isolatie.

  1. Experimenten met ventilatoren op de radiators lieten een onverklaarbaar energieverlies van het totale verwarmingssysteem zien. Zou dit (mede) door de transportleidingen worden veroorzaakt ?
  1. De door de fabrikanten opgegeven Rd waarde van buisisolatie is vele malen lager dan op grond van de, door dezelfde fabrikant opgegeven, lambda waarde van het materiaal verwacht mag worden
  1. We hebben wel eens beweringen gelezen waarin beweerd wordt dat buisisolatie het warmteverlies zou kunnen verhogen, bijv https://gathering.tweakers.net/forum/list_messages/1491907

 

 

Ad 2

De meeste fabrikanten en leveranciers specificeren alleen de lambda waarde, maar hier kom je bedrogen mee uit. Een van de weinige leveranciers die en de lambda-waarde en de Rd-waarde geven is gamma:

https://www.gamma.nl/assortiment/buisisolatie-voor-22-mm-buis-neutraal-grijs-2-meter/p/B586950

Rd staat "R-defined", de door de fabrikant gedefinieerde  R-waarde, dus niet alleen op basis van lambda (= geleiding), maar die ook rekening houdt met straling en de vergrotting van het oppervlakte dat bij buizen een cruciale rol speelt.

 

 

 

 

 

Ad 3

Je zou geneigd zijn om er  vanuit te gaan dat isolatie altijd het warmteverlies vermindert, echter bij buizen is dat niet zo vanzelfsprekend als het lijkt. Immers door isolatie verander je een aantal parameters, zoals

  1. Door het aanbrengen van isolatie vergroot je het oppervlakte van de buis aanzienlijk, waardoor het warmte-uitwisselend oppervlakte  wordt verhoogd (weliswaar bij een lagere temperatuur)
  2. De emissiviteit van de kunststof isolatie is ongeveer 0.95, terwijl de emissiviteit van een glimmende stalen buis ongeveer 0.1 bedraagt. Dat betekent dat je transport door middel van straling introduceert, dat voorheen nauwelijks aanwezig was. Bovendien wordt het stralende oppervlakte aanzienlijk vergroot.

 

Als je op de achterkant van een bierviltje beide effecten probeert in te schatten, blijkt het toch moeilijker dan verwacht en lijkt het soms een dubbeltje op zijn kant.

 

 

<quote>

Ik ben niet helemaal duidelijk geweest denk ik.

Ik bedoel dat niet dat het belangrijk is dat de buisisolatie dun is, maar dat het beter is om dezelfde isolatie waarde te realiseren met dunnere isolatie.

 

Stel je hebt een buis met diameter 15mm en je isoleert deze met een 1cm dikke laag met Rc = 1, dan is het warmteverlies per strekkende meter het gemiddelde oppervlak van de isolatie maal de warmtegeleiding. Oftewel gem. diameter = 15mm + (2 x 10mm / 2) = 25mm. Het oppervlak is dan 25mm * pi = ~0,078m² 

Het warmteverlies is dan 0,078m * 1 W/m²K = 0,078W/mK

Dezelfde berekening voor een Rc=1 met een isolatiedikte van 2cm:

15mm + (2 * 20mm / 2) = 35mm

35mm * pi * 1m = 0,12m

0,12m * 1W/m²K = 0,12W/mK

 

Dunnere isolatie met dezelfde isolatiewaarde is dus beter. Én meer isolatie met dezelfde warmtegeleiding is dus ook beter. Het kan allebei, of één van de twee, maar de kunst is dus om met zo min mogelijk geld de warmtegeleiding zoveel mogelijk te beperken.

Pasted from <https://gathering.tweakers.net/forum/list_messages/1491907>

<endquote>

 

Ook dit artikel: https://www.raeng.org.uk/publications/other/2-steam-pipe toont aan dat dunne isolatie het warmteverlies vergroot.

 

 

 

 

 

Proefopstelling

 

 

In principe wilde we de metingen uitvoeren aan horizontaal geplaatste buizen, en wel om twee redenen:

  1. We hebben veel meters horizontale buizen op onze koude zolder lopen, waarvan we het vermoeden hebben dat daar de grootste verliezen optreden

 

We hebben 2 buizen (met een doorsnede van 22 mm) genomen omdat we enerzijds het verschil van een geverfde en niet geverfde buis wilde bepalen en anderzijds omdat we willen onderzoeken of een totale omkasting van beide buizen (met PIR of iets soortgelijks) zinvol is.

 

Praktisch gezien is een echt horizontale buis niet zo handig omdat je dan moeilijk moet gaan doen om het water binnen te houden. Daarom hebben we gekozen om de buizen onder een hoek van 15 graden t.o.v. de horizontaal te plaatsen.

 

Verder zijn de stroom en spanningsmeter te zien, waardoor we exact het toegevoerde vermogen kunnen bepalen en een K-type thermokoppel meter, die kan meten met een resolutie van 0.1 Celsius. Het thermokoppel is ongeveer halverwege in de buis geplaatst.

 

Als verwarmingselement zijn 40 weerstandjes van 1 Ohm aaneen geregen, zoals op de foto rechts is te zien.

De totale weerstand bedraagt daarmee 10 Ohm.

 

Met maximaal 25 Volt kunnen we hier dus iets meer dan 60 Watt in stoppen. Hoewel de weerstanden onder normale omstandigheden niet zoveel vermogen zouden kunnen verdragen, zullen ze het toch houden omdat de koeling door omringende water de temperatuur beneden de 100 graden Celsius zal houden.

 

Wel blijkt een ander probleem op te treden, er vinden namelijk allerlei elektrochemische processen plaats waardoor het metaal wegrot, zodat niet veel langer dan een dag gemeten kan worden alvorens de ketting helemaal uit elkaar begint te vallen (dus we hebben er een aantal moeten maken).

 

 

 

 

Effect van Witte Verf

In dit experiment vergelijken we een ongeverfde buis met een wit geschilderde buis.

Helaas gaf dit experiment niet de verwachte resultaten, vermoedelijk omdat we oude buizen hebben gebruikt die al jaren stonden te roesten in de schuur. Daarom hebben we hier de zaak wat genept, door i.p.v. de ongeschilderde buis een buis omkleed met aluminium keukenfolie te gebruiken. Mogelijk dat met een echte buis het effect kleiner is.

 

tweede meting geverfde buis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tkamer

Twater

T-IR

V

I

W

dT

W/K

Wit

20

41.1

37.4

10.46

1.04

10.88

21.10

0.52

Wit

19.5

48.8

44.3

12.81

1.27

16.27

29.30

0.56

Wit

20

55.2

50.4

14.67

1.46

21.42

35.20

0.61

 

 

 

 

 

 

 

 

 

alu

20

43.8

21.6

9.18

0.83

7.62

23.80

0.32

alu

20

56.1

21.9

12.96

1.17

15.16

36.10

0.42

alu

20

64.6

22

14.66

1.33

19.50

44.60

0.44

Pasted from <file:///C:\D\_Milieu\Buis_Isolatie.xlsx>

 

Tkamer = de ruimte temperatuur gemeten met een Brain Thermostaat (resolutie  0.5 Celsius)

Twater = de watertemperatuur gemeten met een K-type thermokoppel (resolutie 0.1 Celsius)

T-IR = de oppervlakte temperatuur gemeten met een IR-thermometer (resolutie 0.1. Celsius) Deze meter meet dus in principe alleen de IR-straling

V = spanning over de weerstanden

I = stroom door de weerstanden

W = berekend vermogen op basis van V * I

dT = Temperatuurverschil tussen water in de buis en de ruimte temperatuur

W/K = Berekend warmteverlies

 

 

 

Horizontaal staat de temperatuurverschil  van het water in de buis t.o.v de ruimte temperatuur,

Vertikaal staat het verlies per graad temperatuurverschil tussen buis en omgeving

 

De bovenste 3 meetpunten zijn van de wit geverfde buis,

De onderste 3 meetpunten zijn van de buis omwikkeld met aluminium keukenfolie.

 

We zien dat het warmteverlies van de witte buis zo'n 75% hoger is dan van de aluminium buis.

Je kunt het effect ook direct zien als je de gemeten IR-temperatuur van de buitenkant vergelijkt.

 

 

 

Buis met 8mm isolatie

 

 

Zuinigheid troef, we hebben nog wat oude (deels vergane) isolatie gevonden, dus mogelijk dat de resultaten iets slechter zijn dan met verse isolatie.

 

 

 

 

Horizontaal staat de temperatuurverschil  van het water in de buis t.o.v de ruimte temperatuur,

Vertikaal staat het verlies per graad temperatuurverschil tussen buis en omgeving

 

De bovenste 3 meetpunten zijn van de ongeïsoleerde  buis,

De onderste 3 meetpunten zijn van de geïsoleerde buis.

 

We zien dat het warmteverlies bij 8mm isolatie nagenoeg halveert.

Je kunt het effect ook direct zien als je de gemeten IR-temperatuur van de buitenkant vergelijkt.

 

 

 

Simulatie Model 1

We hebben een rekenmodel waarmee we het gedrag van plaatradiatoren van verschillende type goed kunnen voorspellen.

Een horizontale buis (of een niet te lange enigszins schuin geplaatste buis) gaan we in eerste instantie omvormen tot een plaatradiator, door hem plat te drukken (zoals aangegeven in onderstaande tekening), waarmee het een type 10 radiator wordt met een lengte van 650mm en een hoogte van pi*22/2.

 

 

Omdat we in dit model de afgegeven convectie warmte en de afgeven  stralingswarmte afzonderlijk vermeld krijgen, is de eerste vergelijking de witte met de aluminium buis,

Als we metingen vergelijken met de berekeningen, vinden we het volgende

tweede meting geverfde buis

 

 

 

 

 

 

dT

20/30/40

theorie

Convectie

Straling

Wit

20.00

10.3

10.6

5.7

4.9

Wit

30.00

16.7

17.2

9.4

7.8

Wit

40.00

24.3

24.2

13.2

11

 

 

 

 

 

 

alu

20.00

6.4

6.2

5.7

0.5

alu

30.00

12.6

10.2

9.4

0.8

alu

40.00

17.5

14.3

13.2

1.1

 

dT = Temperatuur verschil tussen water in de buis en omgeving

20/30/40 = gemeten verlies [W] bij ongeveer die delta-T, geëxtrapoleerd naar exact die temperatuur

Theorie = berekende verlies [W]

Convectie = berekende verlies als gevolg van convectie [W]

Straling = berekende verlies als gevolg van straling [W]

 

 

Horizontaal de 6 metingen uit de tabel, (links de 3 Witte metingen, rechts de 3 aluminium metingen)

Vertikaal het verlies in Watt.

 

We zien dat voor de witte buis, de metingen en berekende waarde perfect (minder dan 5% verschil) met elkaar overeenkomen.

Bij de aluminium buizen zien we in de metingen een toch wat hoger warmteverlies (maximaal 22%) dan de berekende warmteverliezen.

 

 

 

 

Als we naar de foto hierboven kijken, zien we 2 effecten die het verschil zouden kunnen verklaren:

 

Of dit de daadwerkelijke verklaringen zijn is eigenlijk helemaal niet zo relevant. Bij dit soort metingen is een overeenkomst tussen meting en berekening van beter dan 20 % goed genoeg.

 

Conclusies:

 

 

Simulatie Model 2

Dit model is hier beschreven

http://excelcalculations.blogspot.com/2012/12/heat-loss-from-insulated-pipe.html

En je kunt er een werkend Excel file van downloaden.

De berekening die gebruikt is in deze methode is geheel anders dan de berekening van Model-1, terwijl de resultaten nagenoeg gelijk zijn.

Om de methoden te testen gebruiken we de metingen van de kale witte buis en de metingen met de 8 mm isolatie.

En omdat de resultaten behoorlijk goed waren, hebben we meteen maar Model-1 meegenomen.

 

 

 

In de linkerhelft  de metingen  en  model-simulaties zonder isolatie en het middendeel de metingen en simulaties met isolatie en geheel rechts de metingen en model-simulaties voor 4 cm PIR schuim.

We nemen het volgende waar

 

Model 2 is gebaseerd op onderstaande formules

 

 

    • q is the heat flowrate through the pipe and insulation (W m-1)
    • Ts is the temperature at the surface of the insulation (K)
    • Ta is the ambient air temperature (K)
    • Tf is the fluid temperature inside the pipe (K)
    • DO is the pipe diameter (m)
    • DS is the outside diameter of the insulated pipe (i.e. the pipe diameter plus two times the insulation thickness) (m)
    • k is the insulation thermal conductivity (W m-1 K-1)
    • ΔT is the temperature difference between the insulation surface and ambient air Ts-Ta (K)
    • hs is the insulation-to-air heat surface heat transfer coefficient (W m2 K-1)

 

 

 

In de onderste grafiek hierboven is deze simulatie vergeleken met het model van de platgeslagen buis als radiator. Hoewel hiervoor geheel verschillende formules zijn gebruikt, zijn de resultaten nagenoeg gelijk !!

Horizontaal is hier de dikte van de isolatie in mm weergegeven.

Vertikaal het warmteverlies bij deze isolatie dikte van beide modellen ( Twater=60, Tomgeving is 20 )

 

 

Simulatie Model 3

 

https://caos.library.ryerson.ca/index.php/ictea/article/view/32

In dit artikel wordt geanalyseerd hoe het warmteverlies van een horizontale ronde buis ontstaat en berekend kan worden. Het artikel geldt voor energie niveaus van 20 .. 500 W/m2. Aangezien wij maximaal 400 W/m2 in de (ongeïsoleerde) buis stoppen, zou bovenstaand artikel onze situatie perfect moeten kunnen verklaren. Een van de uitspraken in dit artikel is dat van het warmteverlies 27% ontstaat door straling en 73% door convectie. Omdat we het warmteverlies als gevolg van straling, zonder enige discussie, perfect kunnen berekenen, zouden we met dit artikel een goede manier hebben om het totale energieverlies uit te rekenen.

 

Voor de kale wit geverfde buis:

 

Dit is helaas bijna 2 keer de gemeten energie van 16.7 [W] .

 

Als we bovenstaande voor buis met isolatie gebruiken, klopt het wel redelijk

 

Qtot=X*Qrad

3.7

2.5

2

IsolatieDikte

 

 

 

 

7mm

 

8.5

7.8

7.4

8mm

 

7.9

7.3

6.9

 

 

 

 

 

 

gemeten verlies

8.3

 

 

 

Truimte

20

 

 

 

Twater

50

 

 

 

lambda

0.042

 

 

 

Diameter

22

 

 

 

Lengte

0.65

 

 

 

emissiviteit

0.95

 

 

 

Mogelijk dat een vaste verhouding tussen straling en convectie niet juist is.

 

Conclusie:

 

 

Andere Meting

Omdat we toch enigszins teleurgesteld over de verschillen tussen meting en simulatie gaan we nog een poging doen de meetresultaten dichter bij de theorie te krijgen. We gebruiken hiervoor de witte buis met de 4 cm PIR schuim. Tijdens de metingen zien we dat er veel gas ontsnapt (elektrolyse van water) en we zien ook dat het metaal van de weerstandsdraden ontzettend corrodeert. De vraag is of hier niet veel energie in gaat zitten. Daarom is een goed geïsoleerde verwarming gemaakt:

 

 

 

Nadeel is wel dat we nu een lokale verwarming maken en er dus een temperatuursgradiënt over de buis zal ontstaan. Deze weerstand is op 5 cm van de onderkant geplaatst. Nadat we de spanning op een redelijke waarde hebben ingesteld, hebben we de opstelling 5 uren met rust gelaten. Daarna hebben we temperatuur op een aantal plaatsen in de buis gemeten.

 

[cm]

[Celsius]

 

 

 

0

43

 

 

 

2.5

43.6

 

 

 

5

45.3

 

Tkamer

20

7.5

47

 

Tmean

44

10

46.2

 

V

5.15

12.5

45.9

 

I

0.75

15

45.5

 

W

3.86

17.5

 

 

Wmooi

3.22

20

44.7

 

W/K

0.16

22.5

 

 

 

 

25

44.7

 

 

 

27.5

 

 

 

 

30

44.2

 

 

 

32.5

 

 

 

 

35

43.8

 

 

 

37.5

 

 

 

 

40

 

 

 

 

42.5

 

 

 

 

45

 

 

 

 

47.5

 

 

 

 

50

 

 

 

 

52.5

 

 

 

 

55

 

 

 

 

57.5

 

 

 

 

60

 

 

 

 

62.5

 

 

 

 

65

 

 

 

 

 

 

Hierboven alleen de meetpunten vanaf het maximum, anders kan Excel er geen curve door fitten.

 

Als we hiervan de gemiddelde temperatuur berekenen (met dank aan Robbert Mientki)

 

W e zien dat de energie bij 20 graden temperatuur verschil met de omgeving (Wmooi) 3.22 Watt bedraagt. Bij de vorige meting was het vermogen 3.0 Watt en dat was al veel te hoog. Dus onze conclusie blijft omgewijzigd, Model-1 en Model-2 geven een identieke waarde, die waarschijnlijk correct is, maar het is wel verdomde moeilijk om een dergelijk gevoelige meting met zo'n laag vermogen te doen. Dat zal ook beteken dat het in de praktijk realiseren van een dergelijk goede isolatie waarschijnlijk behoorlijk lastig zal worden.

 

 

Vergelijk met Olino

Dick Kleijer heeft op Olino soortgelijke metingen uitgevoerd. Hier proberen we na te gaan of zijn metingen en onze metingen/ berekeningen enigszins met elkaar in overeenstemming zijn.

Buislengte = 28 cm

Delta-T = 28 Celsius

Warmteverlies = 0.1413 W/Celsius

Materiaal roodkoper

Opstelling vertikaal

 

Helaas is er 1 groot probleem: hoe "mooi" is het oppervlakte van de koperen buis ? Immers gepolijst roodkoper heeft een emissiviteit van 0.05, terwijl geoxideerd roodkoper een emissiviteit van 0.78 heeft.

Tweede probleem (dat misschien wel irrelevant is) is dat de omgevingstemperatuur niet bekend is, laten we die daarom maar op 20 Celsius stellen.

 

We gaan de waarden naar elkaar proberen toe te rekenen door de emissiviteit te variëren. Als we dan een emissiviteit tussen de eerder genoemde grenswaarden vinden accepteren we dat onze theoretsche berekeningen ook overeenkomen met de berekeningen op Olino.

 

Nu blijkt dat als we een emissiviteit van 0.49 nemen, hetgeen zeer aannemelijk is, dat onze berekeningen en de metingen op Olino geheel overeenkomen.

 

emissiviteit = 0.49

 

 

 

 

 

0.1413

dT

Olino

theorie

Convectie

Straling

Vertikaal

20

2.8

2.6

1.5

1.1

Vertikaal

30

4.2

4.2

2.4

1.8

Vertikaal

40

5.7

6.0

3.4

2.6

 

 

 

 

 

 

Horizontaal

20

 

3.7

2.6

1.1

Horizontaal

30

 

6.1

4.3

1.8

Horizontaal

40

 

8.7

6.1

2.6

 

Uit deze tabel kunnen we het volgende afleiden:

 

 

 

Aluminium Folie

 

 

 

We zien dat het aanbrengen van aluminium folie aan de buitenkant van de isolatie nog een kleine verbetering geeft

tweede meting geverfde buis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tkamer

Twater

T-IR

V

I

W

dT

W/K

dT

Wmooi

Model-1

iso-8+alu

18

45.5

19.4

8.01

0.8

6.41

27.50

0.23

20.00

4.7

3.5

iso-8+alu

18

52.4

19.4

9.24

0.92

8.50

34.40

0.25

30.00

7.4

5.6

iso-8+alu

18

63.9

20

11.53

1.15

13.26

45.90

0.29

40.00

11.6

7.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iso-8

18.5

41.4

26.7

8

0.8

6.40

22.90

0.28

20.00

5.6

4.5

iso-8

18.5

49.6

28.4

9.24

0.93

8.59

31.10

0.28

30.00

8.3

6.9

iso-8

18.5

61.1

31.5

11.53

1.16

13.37

42.60

0.31

40.00

12.6

9.1

 

 

 

Horizontaal staat de verschiltemperatuur tussen het water in de buis en de ruimte temperatuur.

Vertikaal staat het vermogen dat verloren wordt.

De bovenste rode en de bovenste blauwe curve zijn de curve zonder aluminium folie.

 

Als we kijken hoe ons model het doet, dan zien we een klein onderschatting, over de gehele linie, maar de percentuele verbetering wordt goed voorspeld.

 

 

Tijd om ons model eens los te laten op allerlei dikten van 0 .. 14 mm, en dan te bekijken wat de extra aluminium folie zal gaan doen, we krijgen dan onderstaande figuur

 

 

Horizontaal staat het simulatienummer,

de eerste 15 meetpunten zijn de de simulaties bij een water temperatuur van 40 graden Celsius,

De volgende 15 meetpunten bij watertemperatuur van 50 graden Celsius en ten slotte de 15 meetpunten bij 60 graden Celsius.

 

We zien bij alle watertemperaturen dat het effect van het aluminium folie geringer wordt naarmate de dikte van de isolatie toeneemt. Verder zien we dat het effect van aluminium folie überhaupt erg gering is (behalve bij zeer dunne isolatie).

De verklaring hiervoor is dat door het aanbrengen van de aluminium folie de straling weliswaar tot bijna nul wordt gereduceerd, maar dat de oppervlaktetemperatuur toeneemt en daardoor ook de convectie toeneemt, zoals te zien is in onderstaande grafiek.

 

 

Horizontaal weer het simulatienummer.

We zien hier duidelijk dat hoe dikker de isolatie is, hoe meer de oppervlakte temperatuur (van groen naar rood) zal stijgen als gevolg van het plaatsen van het aluminium folie.

 

 

Raming Besparing

Hier maak ik een inschatting van de besparing die ik zelf kan behalen. Als je op het zoekt naar het gemiddeld aantal draaiuren van een verwarmingsketel, dan vind je getallen tussen de 1000 en 2600. Als je bedenkt dat het aantal uren warmteverlies in de leidingen nog groter is (nadraaien van de pomp, daarna verwarmd stil staan), dan is een redelijk scahtting dus 1500 uren dat er warmteverlies optreedt.

 

Indien er totaal geen isolatie is en de ketel ingesteld staat op 80..90 graden, wordt er tijdens het stoken 3500 Watt verbruikt,

oftewel een verbruik van 3.5*1500=5250 kWh is ongeveer 525 m3 gas.

Met 9 mm isolatie (ik heb nu 8), wordt er zo'n 2400 Watt bespaard, gelijk aan een besparing van 2.4*1500=3600 kWh is ongeveer 360 m3 gas.

Verdere isolatie naar 5 cm PIR schuim bespaart nog eens 600 Watt oftewel 0.6*1500=900.0 kWh oftewel 90 m3 gas.

 

Als de keteltemperatuur verlaagd wordt naar 50 graden Celsius, wordt de besparing aanzienlijk minder.

 

Isolatie

Ketel Temperatuur

Energie-0.1

Energieverlies [W]

Verbruik [kWh]

Verbruik Gas [m3]

geen

80

2210

3540

5250

525

9 mm

80

 

1140

1710

171

5 cm PIR

80

 

540

810

81

geen

50

1140

1790

2685

270

9 mm

50

 

640

960

96

5 cm PIR

50

 

300

450

45

Energie-0.1 is het energieverlies van een kale buis, waarvan de emissiviteit 0.1 bedraagt.

 

 

 

 

Truimte = 10 Celsius  (zolder is niet verwarmd)

  # ***************************************************************

  # simulatie eigen huis

  # ***************************************************************

  RBx = RadiatorBuis_Class ( Diameter=16, Lengte=60, Emissiviteit=0.95,

                             Truimte=10, Twater=60 )

  ResultX = []

  for Twater in [ 50, 60, 70, 80 ] :

    RBx.Twater = Twater

    for Dikte in [ 0, 9, 13, 50 ] :

      Qx, Tx, Rx, Cx = RBx.Calc_Isolatie   ( Isolatie_Dikte=Dikte, Lambda = 0.042 )

      ResultX.append ( [ Twater, Dikte, Qx, Tx, Rx, Cx ])

    print ()

  DFx = pd.DataFrame(ResultX)

  DFx.rename ( columns = { 0: "Twater[C]",

                           1: "Dikte[mm]",

                           2: "Q[W]",

                           3: "Topp[C]",

                           4: "Radiation",

                           5: "Convectie"

                           }, inplace=True )

  axx = DFx.plot( y="Twater[C],Topp[C],Dikte[mm]".split(',') )

  DFx.plot ( y="Q[W]".split(","), secondary_y=True, ax=axx   )

  Draw_Grids ( axx )

  # ***************************************************************

Dikte=0[mm]    Topp=50.000[C]     Qrad=726.2[W]     Qconv=1063.8[W]     Qtot=1790.0[W]     Qtot2=1790.0[W]

Dikte=9[mm]    Topp=19.625[C]     Qrad=316.9[W]     Qconv=321.1[W]     Qtot=638.0[W]     Qtot2=638.1[W]

Dikte=13[mm]    Topp=17.085[C]     Qrad=284.3[W]     Qconv=255.9[W]     Qtot=540.2[W]     Qtot2=540.0[W]

Dikte=50[mm]    Topp=11.875[C]     Qrad=202.2[W]     Qconv=102.5[W]     Qtot=304.7[W]     Qtot2=304.7[W]

 

Dikte=0[mm]    Topp=60.000[C]     Qrad=955.5[W]     Qconv=1385.7[W]     Qtot=2341.2[W]     Qtot2=2341.2[W]

Dikte=9[mm]    Topp=21.775[C]     Qrad=392.1[W]     Qconv=410.8[W]     Qtot=802.9[W]     Qtot2=802.9[W]

Dikte=13[mm]    Topp=18.665[C]     Qrad=350.7[W]     Qconv=327.7[W]     Qtot=678.4[W]     Qtot2=678.2[W]

Dikte=50[mm]    Topp=12.305[C]     Qrad=249.1[W]     Qconv=132.4[W]     Qtot=381.5[W]     Qtot2=381.2[W]

 

Dikte=0[mm]    Topp=70.000[C]     Qrad=1206.5[W]     Qconv=1717.1[W]     Qtot=2923.6[W]     Qtot2=2923.6[W]

Dikte=9[mm]    Topp=23.875[C]     Qrad=467.2[W]     Qconv=502.0[W]     Qtot=969.2[W]     Qtot2=968.9[W]

Dikte=13[mm]    Topp=20.205[C]     Qrad=416.3[W]     Qconv=400.4[W]     Qtot=816.7[W]     Qtot2=817.0[W]

Dikte=50[mm]    Topp=12.725[C]     Qrad=295.2[W]     Qconv=162.9[W]     Qtot=458.1[W]     Qtot2=457.8[W]

 

Dikte=0[mm]    Topp=80.000[C]     Qrad=1480.4[W]     Qconv=2055.8[W]     Qtot=3536.2[W]     Qtot2=3536.2[W]

Dikte=9[mm]    Topp=25.925[C]     Qrad=542.0[W]     Qconv=593.8[W]     Qtot=1135.8[W]     Qtot2=1135.9[W]

Dikte=13[mm]    Topp=21.715[C]     Qrad=481.8[W]     Qconv=474.1[W]     Qtot=955.9[W]     Qtot2=956.3[W]

Dikte=50[mm]    Topp=13.135[C]     Qrad=340.3[W]     Qconv=193.8[W]     Qtot=534.1[W]     Qtot2=534.4[W]

 

 

 

Besparing is vele malen kleiner als de emissiviteit van de kale radiatorbuizen 0.1 is

Dikte=0[mm]    Topp=50.000[C]     Qrad=76.4[W]     Qconv=1063.8[W]     Qtot=1140.2[W]     Qtot2=1140.2[W]

Dikte=9[mm]    Topp=19.625[C]     Qrad=316.9[W]     Qconv=321.1[W]     Qtot=638.0[W]     Qtot2=638.1[W]

Dikte=13[mm]    Topp=17.085[C]     Qrad=284.3[W]     Qconv=255.9[W]     Qtot=540.2[W]     Qtot2=540.0[W]

Dikte=50[mm]    Topp=11.875[C]     Qrad=202.2[W]     Qconv=102.5[W]     Qtot=304.7[W]     Qtot2=304.7[W]

 

Dikte=0[mm]    Topp=60.000[C]     Qrad=100.5[W]     Qconv=1385.7[W]     Qtot=1486.2[W]     Qtot2=1486.2[W]

Dikte=9[mm]    Topp=21.775[C]     Qrad=392.1[W]     Qconv=410.8[W]     Qtot=802.9[W]     Qtot2=802.9[W]

Dikte=13[mm]    Topp=18.665[C]     Qrad=350.7[W]     Qconv=327.7[W]     Qtot=678.4[W]     Qtot2=678.2[W]

Dikte=50[mm]    Topp=12.305[C]     Qrad=249.1[W]     Qconv=132.4[W]     Qtot=381.5[W]     Qtot2=381.2[W]

 

Dikte=0[mm]    Topp=70.000[C]     Qrad=127.0[W]     Qconv=1717.1[W]     Qtot=1844.1[W]     Qtot2=1844.1[W]

Dikte=9[mm]    Topp=23.875[C]     Qrad=467.2[W]     Qconv=502.0[W]     Qtot=969.2[W]     Qtot2=968.9[W]

Dikte=13[mm]    Topp=20.205[C]     Qrad=416.3[W]     Qconv=400.4[W]     Qtot=816.7[W]     Qtot2=817.0[W]

Dikte=50[mm]    Topp=12.725[C]     Qrad=295.2[W]     Qconv=162.9[W]     Qtot=458.1[W]     Qtot2=457.8[W]

 

Dikte=0[mm]    Topp=80.000[C]     Qrad=155.8[W]     Qconv=2055.8[W]     Qtot=2211.6[W]     Qtot2=2211.6[W]

Dikte=9[mm]    Topp=25.925[C]     Qrad=542.0[W]     Qconv=593.8[W]     Qtot=1135.8[W]     Qtot2=1135.9[W]

Dikte=13[mm]    Topp=21.715[C]     Qrad=481.8[W]     Qconv=474.1[W]     Qtot=955.9[W]     Qtot2=956.3[W]

Dikte=50[mm]    Topp=13.135[C]     Qrad=340.3[W]     Qconv=193.8[W]     Qtot=534.1[W]     Qtot2=534.4[W]

 

 

 

PIR Omkasting

 

 

De aluminium toptoplaag is verwijderd op plaatsen waar hij de buis zou kunnen raken.

 

 

 

Isolatiesoorten

De meest gebruikte  isolatiebuizen zijn gemaakt van low density poly ethyleen (PE)

Er zijn echter beter materialen verkrijgbaar

PIR:  https://www.buisisolatie.nl/home/368-pir-schaal-kaal-22-20-mm.html

 

Beugels kunnen het beste worden geisoleerd met speciale rubbers, die ontwikkeld zijn om het geluid te dempen als gevolg van het uitzetten en krimpen van buizen. Deze zijn ook zo gemaakt de beugels precies 1 maat groter moeten zijn, dus begin bij de grootste, koop daar nieuwe beugels voor en schuif vervolgens de beugels door naar de volgende dunnere locatie.

 

 

 

Overige Links

Links die ik verder niet heb bestudeerd, maardie mogelijk interessant zouden kunnen zin:

Online calculator:  https://thermaflex.com/nl/isolatie-calculator/verwarming

https://www.youtube.com/watch?v=EWSzp3CxVVs

https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/jaes.2015.5.issue-2/jaes-2015-0018/jaes-2015-0018.pdf

 

 

Ruwe metingen

Tkamer = de ruimte temperatuur gemeten met een Brain Thermostaat (resolutie  0.5 Celsius)

Twater = de watertemperatuur gemeten met een K-type thermokoppel (resolutie 0.1 Celsius)

T-IR = de oppervlakte temperatuur gemeten met een IR-thermometer (resolutie 0.1. Celsius) Deze meter meet dus in principe alleen de IR-straling

V = spanning over de weerstanden

I = stroom door de weerstanden

W = berekend vermogen op basis van V * I

dT = Temperatuurverschil tussen water in de buis en de ruimte temperatuur

W/K = Berekend warmteverlies

Wmooi = energieverlies omgerekend naar de mooie delta-T waarden van 20/30/40

 

eerste meting witte buis

 

Tkamer

Twater

T-IR

V

I

W

dT

W/K

Wmooi

kaal

19.5

39.7

37.6

10.47

1.05

10.99

20.20

0.54

10.9

kaal

19.5

48.8

43.3

12.85

1.28

16.45

29.30

0.56

16.8

kaal

19.5

58.3

55.1

14.66

1.55

22.72

38.80

0.59

23.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iso-9

19

39.5

25.8

8.03

0.8

6.42

20.50

0.31

6.3

iso-9

19

48.8

28

9.25

0.92

8.51

29.80

0.29

8.6

iso-9

19.5

59

32

11.53

1.15

13.26

39.50

0.34

13.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iso-9+alu

19

42

22

8.03

0.8

6.42

23.00

0.28

5.6

iso-9+alu

19

48.7

22.8

9.25

0.92

8.51

29.70

0.29

8.6

iso-9+alu

19

61.3

25

11.53

1.15

13.26

42.30

0.31

12.5

 

 

 

 

tweede meting geverfde buis

 

Tkamer

Twater

T-IR

V

I

W

dT

W/K

Wmooi

kaal

20

41.1

37.4

10.46

1.04

10.88

21.10

0.52

10.3

kaal

19.5

48.8

44.3

12.81

1.27

16.27

29.30

0.56

16.7

kaal

20

55.2

50.4

14.67

1.46

21.42

35.20

0.61

24.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iso-9+alu

18

45.5

19.4

8.01

0.8

6.41

27.50

0.23

4.7

iso-9+alu

18

52.4

19.4

9.24

0.92

8.50

34.40

0.25

7.4

iso-9+alu

18

63.9

20

11.53

1.15

13.26

45.90

0.29

11.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iso-8

18.5

41.4

26.7

8

0.8

6.40

22.90

0.28

5.6

iso-8

18.5

49.6

28.4

9.24

0.93

8.59

31.10

0.28

8.3

iso-8

18.5

61.1

31.5

11.53

1.16

13.37

42.60

0.31

12.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PIR-40

19.5

40.4

 

5.31

0.6

3.19

20.90

0.15

3.0

PIR-40

19.5

50.4

 

6.75

0.75

5.06

30.90

0.16

4.9

PIR-40

19.5

59.4

 

7.81

0.87

6.79

39.90

0.17

6.8

 

 

 

 

eerste meting aan niet geverfde buis

 

Tkamer

Twater

T-IR

V

I

W

dT

W/K

Wmooi

kaal

20.5

40.5

33.6

9.5

0.95

9.03

20.00

0.45

9.0

kaal

20.5

50.5

40.8

11.19

1.12

12.53

30.00

0.42

12.5

kaal

20.5

60.6

46.6

14.74

1.48

21.82

40.10

0.54

21.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iso-9

20

40.3

26.9

7.2

0.71

5.11

20.30

0.25

5.0

iso-9

20

50

29.6

10.09

1.01

10.19

30.00

0.34

10.2

iso-9

20

60.1

33.1

11.08

1.1

12.19

40.10

0.30

12.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iso-9+alu

19.5

39

21.4

6.8

0.67

4.56

19.50

0.23

4.7

iso-9+alu

19.5

49.5

22.3

7.9

0.78

6.16

30.00

0.21

6.2

iso-9+alu

19

59.5

20.6

10.2

1.02

10.40

40.50

0.26

10.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

alu

20

40

22.3

8.9

0.88

7.83

20.00

0.39

7.8

alu

20

50

23.7

10.87

1.08

11.74

30.00

0.39

11.7

alu

20

60

22

14.5

1.45

21.03

40.00

0.53

21.0

 

 

 

 

 

tweede meting aan niet geverfde buis (zou wat beter moeten zijn dan de eerste meting

 

Tkamer

Twater

T-IR

V

I

W

dT

W/K

Wmooi

kaal

19.5

39.3

31.8

9.19

0.91

8.36

19.80

0.42

8.4

kaal

19.5

49.9

38.3

12.97

1.29

16.73

30.40

0.55

16.5

kaal

19.5

58

45

14.66

1.39

20.38

38.50

0.53

21.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iso-9

19.5

39.5

26.3

6.78

0.67

4.54

20.00

0.23

4.5

iso-9

19.5

50

29.4

8.84

0.88

7.78

30.50

0.26

7.7

iso-9

19.5

59.4

30.9

10.85

1.08

11.72

39.90

0.29

11.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iso-9+alu

18.5

39.5

10.7

6.77

0.67

4.54

21.00

0.22

4.3

iso-9+alu

18.5

49.1

20.9

8.21

0.82

6.73

30.60

0.22

6.6

iso-9+alu

19

59

21.9

9.99

0.99

9.89

40.00

0.25

9.9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

alu

20

43.8

21.6

9.18

0.83

7.62

23.80

0.32

6.4

alu

20

56.1

21.9

12.96

1.17

15.16

36.10

0.42

12.6

alu

20

64.6

22

14.66

1.33

19.50

44.60

0.44

17.5

 

 

 

Created with Microsoft Office OneNote 2007
One place for all your notes and information