Hoofdstuk 4

4.1 Warmtebronnen en brandstoffen

Als je iets wilt verwarmen heb je een warmtebron nodig: Gaskachel, fornuis, oven etc.

Sommige warmtebronnen leveren warmte door een brandstof te verbranden. Een gasbrander verbrand aardgas (oliekachel huisbrandolie)

De energie in aardgas of andere brandstoffen wordt chemische energie genoemd. Chemische energie kun je omzetten in warmte door de brandstof te verbranden. Hoe meer brandstof verbrand wordt; des te meer warmte er ontstaat.

Er zijn ook warmtebronnen die elektrische energie omzetten in warmte. (Strijkijzer)

Hoe meer water er gekookt moet worden, hoe langer het duurt voordat het kookt.
Elke hoeveelheid energie wordt opgegeven in: joule (J)

De hoeveelheid warmte die brandstoffen leveren, wordt opgenomen in:
- Joule per kg
- Per m3
- Per liter

4.2 Aardgas verwarmen

In de verwarmingsketel wordt aardgas verbrand. Daarbij ontstaan gassen die erg heet zijn. De hete gassen stromen daarna langs de warmtewisselaar. Op die manier wordt het water in de warmtewisselaar verhit. De pomp pompt het hete water naar de radiatoren. Daar staat het weer warmte af. Zo worden de kamers verwarmd.

- Voor elke verbranding is een brandstof nodig. De brandstof die in een cv-ketel wordt gebruikt is aardgas. Het brandende deel van aardgas heet methaan.
- Voor elke verbranding is ook zuurstof nodig. Deze zuurstof zit in lucht.


Om een verbranding op gang te brengen moet het mengsel van aardgas en lucht een bepaalde temperatuur hebben bereikt: de ontbrandingstemperatuur. Behalve een heleboel warmte ontstaan bij verbranding ook verbrandingsproducten.

De verbrandingsproducten die bij de verbranding van aardgas ontstaan zijn:
- Water(damp)
- Koolzuurgas (:Koolstofdioxide: CO2)

Het ontstaan van water(damp) kun je aantonen door:
- Een koud bekerglas boven een brandende gasbrander houden. (het glas beslaat)

Het verbranden van aardgas wordt een reactie genoemd. Bij een reactie verdwijnen de stoffen waarmee je begint. Daarvoor in de plaats krijg je nieuwe stoffen met nieuwe eigenschappen.

Bij het verbranden van aardgas verdwijnen de stoffen methaan en zuurstof.
Daarvoor in de plaats komen de stoffen water en koolstofdioxidegas.

Reactieschema van verbranding van aardgas:
Methaan (g) + zuurstof (g) --> water (g) + koolstofdioxide (g)

g = Gas
l = Vloeibaar
s = Vast

3 Geleiding en stroming

Warmtetransport.
Er zijn meerdere soorten van warmtetransport. Twee voorbeelden ervan zijn geleiding en stroming.

Warmtetransport door geleiding.
Bij geleiding verplaatst de warmte zich door een stof van de plaats met de hoogste temperatuur naar de plaats met de laagste temperatuur. Zonder temperatuurverschil vindt er geen warmtetransport plaats.


Goede en slechte warmtegeleiders.
Metalen zijn goede warmtegeleiders. Andere vaste stoffen (bijvoorbeeld plastic) zijn slechte warmtegeleiders.

Warmtetransport door stroming.
Bij stroming verplaatst de warmte zich altijd samen met de stof van e plaats met de hoogste temperatuur naar de plaats met de laagste temperatuur.

4 straling

Straling.
Als de temperatuur van een voorwerp niet er hoog is, zendt het zogenaamde infrarode straling uit. Je ogen zijn voor deze straling niet gevoelig. Als de temperatuur van een voorwerp hoog genoeg is (enkele honderden graden), zoals bij een broodrooster, zendt het zowel infrarode straling als (zichtbaar) licht uit.

Uitzenden en absorberen.
Een voorwerp kan warmte afstaan door straling uit te zenden en het kan warmte absorberen. Als een voorwerp dezelfde temperatuur heeft als zijn omgeving, zal het evenveel straling uitzenden als absorberen. Dan is er geen warmtetransport. Als een voorwerp een hogere temperatuur heeft dan zijn omgeving, zal het meer straling uitzenden dan absorberen.

Absorptie en kleur.
Zwarte oppervlakken absorberen zonlicht er goed. Het is niet altijd zo dat infrarode straling zich hetzelfde gedraagt als zichtbaar licht. Zichtbaar licht bijvoorbeeld gaat moeiteloos door een glazen ruit. Infrarood licht wordt door een glazen ruit echter gedeeltelijk geabsorbeerd en gedeeltelijk teruggekaatst.

5 Verwarming

De gaskachel verwarmt het huis en na een tijdje blijft de temperatuur constant, omdat er voortdurend warmte naar buiten lekt. Hoe groter het temperatuurverschil hoe meer warmte naar buiten gaat. Als er evenveel warmte naar buiten gaat als dat de gaskachel produceert blijft de temperatuur constant.


Isolatie
Door het isoleren van muren bespaar je brandstof, want dan lekt er maar weinig warmte naar buiten.

Bakstenen geleiden warmte heel gemakkelijk. Hoeveel warmte er naar buiten verdwijnt hangt af van:
- Het temperatuurverschil tussen binnen en buiten
- Het materiaal waar de muur van gemaakt is
- De dikte van de muur
- De oppervlakte van de muur

Muren, daken, vloeren kun je isoleren door isolatiemateriaal aan te brengen. Isolatiemateriaal zit vol met kleine ruimtes met lucht die warmteverlies tegen gaan, want lucht geleid heel slecht. Het isolatiemateriaal zit meestal tussen 2 muren. Spouwmuurisolatie geleid warmte heel moeilijk dus blijft het langer warm binnen.
Door dubbel glas in ramen te plaatsen verminder je het warmteverlies ook. Omdat er lucht tussenin zit en lucht geleid heel moeilijk.

6 Verwarming door de zon

Het aardoppervlak neemt warmte op en zo warmt de aarde op. Planten in kassen worden opgewarmd door het zonlicht en groeien daardoor. Als iets opwarmt gaat het steeds meer straling uitzenden. Er komt zonlicht door de ramen de kas in. De planten warmen op en gaan straling uitzenden. Glas neemt een deel van die straling op en weerkaatst een deel. Zo wordt de temperatuur in een kas hoger. Dit heet het broeikas effect.


De atmosfeer werkt ongeveer hetzelfde als de kassen. Zonlicht gaat wel door de atmosfeer maar straling niet en die straling weerkaatst weer terug naar de aarde. De aarde wordt van onderop en niet van bovenaf verwarmd omdat de aarde de warmte absorbeert. Eigenlijk geeft het aardoppervlak warmte af aan zijn omgeving en niet de zon.

Gassen die infrarode straling absorberen noemen we broeikasgassen, zoals: koolstofdioxide en methaan. Door de hoog genoege temperatuur is de aarde leefbaar.
Door alle verbranding door machines komt er koolstofdioxide vrij en daardoor warmt de aarde op.

Je kunt een kamer laten opwarmen door de zon door veel ramen te plaatsen op het zuiden. Dat gebeurt dan op de zelfde manier als in een kas.

De zonneboiler
De zonnecollector neemt warmte van de zon op en verwarmt het water in de buizen die tegen de zonnecollector aanzitten. Dat water gaat dan naar alle boilers in huis.