Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Een woning is officieel een passiefhuis als over een jaar gezien de energiebehoefte minder is dan 15 kWh/(m2a) (kilowattuur per vierkante meter per jaar). Erik Franke, oprichter van stichting PassiefHuis Holland: `Twee gloeilampen van 100 W zijn genoeg om een kamer van 20 m2 te verwarmen en een haarföhn voor een huis van 100 m2.' Een passiefhuis verbruikt tien keer minder energie voor verwarming dan een gemiddelde bestaande woning en vier tot vijf keer minder dan een nieuwbouwwoning. Een passiefhuis levert bewoners maandelijkse energienota's op van slechts een paar tientjes.
Bij het ontwerp wordt ook slim rekening gehouden met de oriëntatie op de zon. Meestal zijn de huizen zo ontworpen dat de zon de woon- en slaapkamers verwarmt. Vaak hebben de woningen geen uitbouw of dakkapellen. `We bouwen compact. Uitsparingen staan vol in de wind en dat zorgt voor warmteverliezen', weet Franke. Al deze maatregelen worden van te voren meegenomen in het ontwerp.
Technisch Weekblad, 18 januari 2013
Opgaven:
Passiefhuizen hebben voor de verwarming jaarlijks minder dan 15 kWh nodig per m2 vloeroppervlak. Twee gloeilampen van 100 W zouden voldoende zijn om een kamer van 20 m2 te verwarmen.
a) Controleer deze bewering met een berekening.
Door de woning op een slimme manier te bouwen ten opzichte van de zon kun je de belangrijkste ruimtes door de zon laten verwarmen. Passiefhuizen hebben vaak maar één muur met heel veel glas er in.
b) Leg uit in welke windrichting (noord, oost, zuid, west) je deze muur met glas zou richten.
c) Leg uit welke vorm van warmtetransport hierdoor maximaal benut wordt.
Volgens het artikel worden passiefhuizen compact gebouwd, met weinig uitstekende extra delen als dakkapellen of aanbouwen. Voor het warmteverlies geldt de formule:
Pverlies = λ A ΔT/d
met daarin:
- Pverlies de door de woning verloren warmte per seconde,
- λ het warmtegeleidingsvermogen van de wanden,
- A de buitenoppervlakte van de woning,
- ΔT het temperatuurverschil tussen binnen en buiten,
- d de dikte van de muren.
d) Leg met behulp van de formule uit waarom compacte bouw zorgt voor minder warmteverlies.
De buitenkant van een passiefhuis wordt volgens het artikel veel dikker geïsoleerd dan van een gewoon huis, onder andere door veelvuldig gebruik te maken van isolatiemateriaal en drie dubbel dik glas.
e) Leg met behulp van de formule uit waarom extra isolatie zorgt voor minder warmteverlies.
Suggestie voor een praktische opdracht of onderdeel voor een PWS
- Bouw van hout of karton een model-woning. Als vuistregel voor de maten kun je aanhouden dat een standaard woonkamer een vloeroppervlak heeft dat getalsmatig 10 keer zo groot is als de hoogte. Probeer deze verhouding zo veel mogelijk aan te houden in je model-huis.
- Bereken welk vermogen de verwarming in het model-huis moet hebben om te voldoen aan de standaard van een passief-woning (<15 kWh kWh m-2jaar-1).
- Voor de modelwoning ligt het verwarmingsvermogen in de orde van een paar Watt. Met een vermogensweerstand of fietsgloeilampjes is dat verwarmingsvermogen te leveren. Bouw deze in in je model-huis en sluit ze aan op een regelbare voeding en een stroom- en spanningsmeter. Monteer tevens een thermometer (bij voorkeur via Coach) en maak het geheel kierdicht.
- Probeer met de geïnstalleerde verwarming een temperatuursverschil van 20K te bereiken binnen en buiten de model-woning.
- Probeer middels isolatie aan de standaard van een passief-woning te voldoen.
Uitwerking vraag (a)
E = Pt
20 * 15 = (2 * 0,10) * t
300 = 0,20 * t
t = 1,5 * 103 h
Een jaar heeft 24 * 365 = 8,8 * 103 uur. De bewering klopt dus niet helemaal, alleen de orde van grootte.
Uitwerking vraag (b)
Stroming, door kieren stroomt verwarmde lucht van binnen naar buiten.
Uitwerking vraag (c)
De zon gaat op in het oosten en onder in het westen. Midden op de dag staat de zon in het zuiden en is deze het krachtigste. De muur met glas kan dus het beste op het zuiden gericht worden.
Uitwerking vraag (d)
Straling, de straling van de zon wordt maximaal benut om de ruimtes in huis op te warmen.
Uitwerking vraag (e)
Een compacte bouw zorgt voor een klein buitenoppervlak A van de woning (in verhouding tot de woninginhoud). Een kleinere A zorgt voor een evenredig kleiner Pverlies.
Uitwerking vraag (f)
De dikte d van de muren neemt toe en delen door een grotere waarde levert een kleinere Pverlies. Tevens neemt het warmtegeleidingsvermogen λ af, wederom met een kleiner Pverlies tot gevolg.
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
