Temperatuur, warmte en soortelijke warmte

Temperatuur en warmte zijn twee verschillende dingen

Een thermometer meet temperatuur: hoe warm iets is. Warmte is energie: de hoeveelheid die in een stof zit of van de ene plek naar de andere stroomt. Een bad van 150 liter op 40 °C bevat veel meer warmte dan een waterkoker met 1 liter kokend water, terwijl de waterkoker een veel hogere temperatuur heeft. Wat telt, is hoeveel stof je hebt en hoeveel graden je die hebt verwarmd.

In een cv-installatie komen ze steeds samen voor. De ketel levert warmte (in kWh of MJ), het cv-water heeft een temperatuur (in °C) en tussen aanvoer en retour zit een temperatuurverschil (in K). Wie ze door elkaar haalt, rekent fout.

Een verschil van 1 K is even groot als een verschil van 1 °C. Alleen het nulpunt van de schaal ligt anders: 0 °C is 273,15 K.

Hoeveel warmte kost het om water op te warmen?

De soortelijke warmte c is de energie die je nodig hebt om 1 kg van een stof 1 K warmer te maken. Voor water rekenen we met c = 4,19 kJ/(kg K), dat is 1,163 Wh/(kg K), en met 1 liter = 1 kg. Dat zijn aannames: bij 70 tot 80 °C zit je er ongeveer 2 tot 3% naast, omdat warm water iets lichter is dan koud. Voor storingzoeken en advies is dat ruim goed genoeg.

Rekenvoorbeeld: een installatie van 100 liter opwarmen

Een cv-installatie met 100 liter water gaat van 10 naar 80 °C.

• Massa: 100 liter is ongeveer 100 kg. Temperatuurstijging: 80 - 10 = 70 K.
• Q = 100 kg × 1,163 Wh/(kg K) × 70 K = 8141 Wh, dus ongeveer 8,1 kWh.
• Controle in kJ: 100 × 4,19 × 70 = 29.330 kJ = 29,3 MJ, en 29,3 MJ / 3,6 MJ per kWh = 8,1 kWh.

Volgens Flamco zet water bij zo'n opwarming ongeveer 3% uit: circa 3 liter extra volume, dat het expansievat moet opvangen (daarover gaat les 3.3).

Van warmte naar vermogen: het debiet van het cv-water

Vermogen is warmte per tijd. Deel je Q = m × c × ΔT door de tijd, dan krijg je de formule waarmee je in de praktijk het meest rekent: hoeveel water er per uur langs moet komen om een bepaald vermogen te transporteren.

Voorbeeld: 20 kW bij ΔT = 20 K geeft 20.000 / (1,163 × 20) = 860 l/h. Bij ΔT = 30 K is het ongeveer 570 l/h. Welke ΔT bij jouw toestel hoort, zoek je in de handleiding op. Voorbeelden, per model verschillend: Remeha noemt bij de Calenta 20 K voor het restopvoerhoogte-diagram, en Intergas vraagt bij het inregelen van de Kombi Kompakt HRE een temperatuurverschil tussen aanvoer en retour van ongeveer 20 graden. Een lage retourtemperatuur is gunstig voor het rendement, want dan gaat de ketel condenseren (les 2.5).

Tapwater: waarom een combiketel veel vermogen nodig heeft

Voor tapwater geldt dezelfde rekensom. De Gaskeur CW-eisen gaan uit van koud water van 10 °C en warm water van 60 °C, dus 50 K. Een toestel van klasse CW4 moet minstens 7,5 l/min van 60 °C leveren.

• 7,5 l/min is 450 l/h.
• P = 450 l/h × 1,163 Wh/(l K) × 50 K = 26.168 W, dus ongeveer 26 kW in het water.

Voor de douche is het water minder heet: 12,5 l/min van 40 °C komt volgens dezelfde tabel overeen met die 7,5 l/min van 60 °C. Dat klopt: 12,5 × 30 K = 375 en 7,5 × 50 K = 375. Er gaat evenveel warmte in het water, want het bijgemengde koude water hoeft niet verwarmd te worden.

Warmte die je niet aan de temperatuur ziet

Niet alle warmte zie je terug op een thermometer. Als waterdamp in het rookgas condenseert, komt er warmte vrij zonder dat de temperatuur verandert: latente warmte. Een HR-ketel benut die. Remeha noemt voor de Calenta ongeveer 55 °C als grens waaronder de waterdamp condenseert. De condensatiewarmte gaat dan naar het cv-water en is ongeveer 10% van de verbrandingswarmte (les 2.5).

Video's bij deze les

Beeldmateriaal van derden, als aanvulling. Oudere of buitenlandse video's kunnen andere data of regels noemen: de les volgt de actuele Nederlandse bronnen.