Thermische geleiding en isolatie

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Thermische geleiding en isolatie
Glaswol.jpg
Eigenschappen
Categorie: Producteigenschappen en -functies
Originele auteur: Daniëlle Bethlehem en Linda Meekhof
Jaar: 2010
Wikipedia link: Warmte isolatie Thermische geleidbaarheid

Inhoud

Inleiding

Er zijn materialen die goed warmte geleiden en materialen die juist niet warmte geleiden, deze worden isolatoren genoemd. Bij het ontwerpen van een product is het handig om de toepassing van het product te weten zodat achterhaald kan worden of thermische geleiding of isolatie gewenst is. In deze datasheet gaat het voornamelijk over isolatie.

Beschrijving en eigenschappen

Er zijn drie soorten geleiding. Conductie, convectie en straling. Conductie is de warmteoverdracht in een materiaal. Deze warmteoverdracht vindt plaats tussen moleculen. De warmte gaat van warm (veel energie) naar koud (weinig energie). Convectie is het warmtetransport tussen een oppervlak van een vaste stof en een vloeistof of gas. Dit is onder te verdelen in natuurlijke convectie en gedwongen convectie. Bij natuurlijke convectie komt de stroming tot gang door middel van het temperatuurverschil tussen het vaste oppervlak en het fluïdum. Gedwongen convectie is stroming met behulp van een ventilator of een pomp. Tot slot is straling het uitzenden van elektromagnetische straling (fotonen).

De warmtegeleidingscoëfficiënt k [W•m-1•K-1] is de materiaalconstante die aangeeft hoe goed het materiaal warmte geleidt. Deze constante is afhankelijk van de temperatuur, de dichtheid en het vochtgehalte van het materiaal. Een hoge k geeft aan dat het een goede geleider is en een lage k dat het een isolator is. In tabel 1 op de volgende pagina is te zien dat de isolators vooral schuimen en houtsoorten zijn. Goede geleiders zijn metalen bijvoorbeeld zilver, koper, goud en aluminium.

De warmtegeleidingscoëfficiënt wordt bepaaldt door een platte sensor (zie figuur) in te klemmen tussen een monster van het materiaal. Er wordt een korte tijd warmte geproduceerd, zo kan een temperatuursprofiel worden gemeten. Aan de hand daarvan kan de warmtegeleidingscoëfficiënt bepaald worden.

Voorbeelden van sensoren om de warmtegeleidingscoëfficiënt mee te meten

De warmtegeleidingscoëfficiënt van materiaalcategoriën:

Warmtegeleidingscoëfficiënten.png

Vacuüm betekent maximale onderdruk of luchtledig. Hierbij bevindt zich geen lucht of een ander gas in de ruimte. De druk in de ruimte bedraagt nagenoeg 0 Pascal. Vacuüm is in vier categoriën onder te verdelen: laag-of grof vacuüm (105 tot 102 Pa), midden- of fijn vacuüm (102 tot 10-1 Pa), hoogvacuüm (10-1 tot 10-5 Pa) en ultrahoogvacuüm (10-5 Pa). Doordat er geen medium is of een medium met een grote onderdruk, kan er geen tot weinig warmte stromen. Hierdoor is vacuüm een uitstekende isolator. Na vacuüm is stilstaande lucht de beste isolator. De meeste isolatiematerialen zijn daarom ook gebasserd op dit feit. Ze hebben een bepaalde structuur die de lucht vast te houdt, waardoor het goed isoleert.

Glaswol
EPS
Kurk

Er zijn drie soorten isolatiemateriaal:

  • Steenachtige materialen: minerale wol, perlietplaten, schuimglas en geëxpandeerde kleikorrels
  • Kunststofmaterialen: polyurethaan (PUR) en polystyreen (EPS en XPS).
  • Materialen op basis van hernieuwbare grondstoffen: kurk, wol, papiervlokken, vlas, houtvezelplaat, katoen en schelpen

Er is een grote keuze aan isolatiematerialen met allemaal verschillende eigenschappen. Bij het kiezen van een isolatiemateriaal is het daarom belangrijk om een isolatiemateriaal te kiezen op de volgende criteria’s: vochtgedrag, mechanische sterkte en stijfheid, de chemische weerstand, het brandgedrag, vormvastheid en de milieuvriendelijkheid.

Toepassingen

Zoals eerder genoemd heeft elk materiaal een warmtegeleidingscoëfficiënt. Hiermee moet bij het ontwerpen van een product altijd rekening worden gehouden om te voorkomen dat het product te warm of te koud wordt. Enkele producten waarbij een goede isolatie noodzakelijk is, zijn een koelkast en een diepvries maar ook een houten handvat aan een pan zodat je je hand niet brandt. Echter moet de pan zelf goed geleiden om het eten te verwarmen. Ook is een goede geleiding nodig bij een taartvorm, radiator en een laptopcooler. Verder wordt isolatiemateriaal natuurlijk veel toegepast om woningen te isoleren.

Bluedec

Bluedec wordt verkregen door ongeweven textiel te impregneren met siliciumhydrogel (aerogel) en dit vervolgens, onder hoge temperatuur en druk, te verwijderen. Tijdens deze toestand is er geen onderscheid tussen de vloeistof- en gasfase van de stof. Nadat de gel verwijderd is blijft de polymeer-structuur hetzelfde. De stof verandert dus niet van volume. Ten slotte worden de miljoenen overblijvende, microscopisch kleine holletjes gevuld met lucht, en bestaat de stof voor 95% uit stilstaande lucht. Hierna wordt het bekleed met specifieke bekleding, afhankelijk van de de toepassing. Aerogel heeft een blauwe gloed en is semi-transparant. Het isoleert 2 tot 8 keer beter dan andere materialen. De andere vele voordelen van aerogel zijn; waterafstotend en toch dampdoorlatend, erg dun en flexibel, milieuvriendelijk, recyclebaar, eenvoudig te verwerken, drukvast en verliest niet aan isolatiewaarde door veroudering.Ook is het enorm veelzijdig want het isoleert warmte, kou, geluid en vocht.

Aerogel
Bluedec als wandisolatie

Voordelen

Er zijn een aantal voordelen aan isolatiemateriaal:

  • De meeste isolatiematerialen zijn recyclebaar
  • Het voorkomt condensatie op de muren en plafonds
  • Sommige isolatiematerialen kunnen ook gebruikt worden voor geluidsisolatie
  • Het verbetert het comfort in het huis gedurende het hele jaar
  • Energiekosten besparend.

Een voordeel van een hoge thermische geleiding is dat de warmte snel wordt afgevoerd tijdens de bewerking van het materiaal (snijden, lazeren enz.) waardoor het materiaal beter intact blijft.

Nadelen

Ondanks de vele voordelen van isolatiemateriaal zijn er ook nog een aantal nadelen. Eén van de nadelen zijn de kosten. Het is namelijk een hele investering om je hele huis goed te isoleren. Echter kun je dit in je stookkosten weer terugverdienen. Een ander nadeel is overisolatie; wanneer een huis te veel geïsoleerd is en het te weinig wordt gelucht, kan de vochtigheidsgraad te hoog worden en hierdoor kunnen er vochtplekken op de wanden ontstaan die moeilijk tot niet te verwijderen zijn. Tot slot is de prijs van een echt goede isolator of geleider hoog.

Milieuaspecten

Door een huis te isoleren zal er minder gestookt hoeven worden om de woning op een gewenste temperatuur te krijgen en te houden. Hierdoor is er minder CO2 uitstoot en minder verbruik van grondstoffen. Ook zijn de meeste isolatiematerialen recyclebaar, wat ook grondstoffen bespaart. In de zomer blijft de warmte door isolatiemateriaal meer buiten, hierdoor hoeven er minder airco’s gebruikt te worden. Hieronder in de tabel is de milieubelasting van enkele isolerende stoffen te vinden. Hierbij zijn de Tonzon kussens het beste materiaal, deze werken ook door middel van reflectie.

Een bad met Tonzon isolatie


Milieubelasting
Tonzon 100
Kurk 239
Schapenwol 313
Cellulose 544
EPS (piepschuim) 917
Glaswol 1104
Kokosvezelplaat 1854
Vlas/Polyester 2490
Schuimglas 2677
Steenwol 3354
PUR (pentaan) 3472
Katoen 3886
Schelpen 13.472


Leveranciers en kenniscentra

De meeste isolatie- en geleidingsmaterialen zijn te koop in bouwmarkten. Het is ook mogelijk de materialen te kopen bij een instalatiebedrijf en het te laten instaleren. Enkele leveranciers van isolatiematerialen zijn Tonzon, Kooy isolatie, YBS insulation, Dow, Rockwool en Isover.

Bronnen

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen