Vormen van warmteoverdracht

Warmte is voor iedereen een bekend begrip. Uit de natuurkunde is bekend dat warmte een vorm van energie is. Warmte kan op drie verschillende manieren worden overgedragen Deze vormen van warmtetransport zijn:

• stroming, ook wel convectie genoemd;
• straling, ook wel radiatie genoemd;
• geleiding, ook wel conductie genoemd.

Warmtestroming komt alleen voor in vloeistoffen of gassen.
Warmtestraling is warmteoverdracht zonder transportmedium. Het gebeurt door elektromagnetische golven.
Warmtegeleiding vindt plaats in vaste stoffen zoals hout, steen, beton, glas en metalen.

Warmtetransport treedt op als de temperatuur aan de ene zijde van de wand hoger is dan aan de andere zijde. De temperatuur aan de binnenzijde van de wand θi (interieur) is dan hoger dan aan de buitenzijde aan de wand θe (exterieur). Door deze warmtestroom ontstaat een temperatuurverloop in de wand, die met meetapparatuur gemeten kan worden.

Het begrip warmtestroom is het totaal aan de warmteoverdracht door geleiding, straling en stroming. Het begrip warmtestroom is dus niet gelijk aan warmteoverdracht door stroming.

Stroming

Warmteoverdracht door stroming gebeurt bijvoorbeeld in een cv installatie. Het water in de cv-ketel wordt verwarmd door gasbranders. Via het leidingsysteem transporteert het water de warmte door het gebouw. De lucht in het vertrek stroomt langs en tussen de radiatoren en wordt daardoor opgewarmd. Deze verwarmde lucht transporteert de warmte verder door het vertrek.

Straling

Warmteoverdracht door straling gebeurt niet zonder een medium (materie). Een bekend voorbeeld hiervan is de zon, die warmtestralen aan de aarde zendt zonder enige stroming of geleiding. De zonnestralen geven pas warmte af als ze een voorwerp raken. De laag lucht rond de aarde wordt door de zonnestralen nauwelijks verwarmd. De straling bij cv radiatoren kan worden waargenomen door een hand voor de hete radiator te houden. Deze wordt dan warm, terwijl de lucht in de omgeving helemaal niet zo warm is, maar die neemt ook warmtestralingen op.

Geleidingen

Er is sprake van warmteoverdracht door geleiding als een stof aan de ene zijde een hogere temperatuur heeft dan aan de andere zijde. Hierdoor ontstaat een warmtestroom van de zijde met de hoge temperatuur naar de zijde met de lage temperatuur. Dit wordt veroorzaakt doordat de warme moleculen (hoge snelheid) botsen tegen de koude moleculen (lage snelheid)

Als een wand warmer is dan een buitenomgeving zal hij dus warmte uitstralen, zowel naar de binnen- als naar buitenzijde van de wand. Aan de binnenzijde komt de warme binnenlucht van het vertrek in aanraking met de koudere wand, waardoor de lucht bij de wand afkoelt. Door het afkoelen van de lucht wordt de lucht zwaarder en gaat het dalen. Er ontstaat een neerwaartse luchtstroom. Aan de buitenzijde daarentegen wordt de lucht opgewarmd, waardoor een opwaartse luchtstroom ontstaat.

Wanneer is er sprake van warmteoverdracht door geleiding?

In de eerste plaats is hiervoor een vast stof nodig, bijvoorbeeld een steen. In de tweede plaats moet er sprake zijn van een temperatuurverschil aan beide zijden van de steen.