Samenvatting Hoofdstuk 7, 4 VWO

Fossiele brandstoffen (steenkool, aardolie en aardgas) zorgen voor energievoorziening in huis, maar hebben het nadeel dat ze vervuilen en uitputten.Bij energieverbruik in huis heb je altijd te maken met het volgende schema:

Energieaanbod ---> Apparaat (energieomzetter) ---> Energievraag ---> Taak

Energieaanbod bestaat vaak uit chemische energie (aardgas) en elektrische energie (elektriciteit)Het apparaat zet de aangeboden energie om in een nuttige vorm van energie. Hierbij gaat altijd energie verloren aan afvalwarmte. Het rendement is dan ook kleiner dan 1.Energievraag is de nuttige energie zoals stralingsenergie, bewegingsenergie of warmteDe taak is hetgeen uitgevoerd moet worden, zoals licht geven en verwarmen.

De belangrijkste taken in huis zijn woningverwarming (opwarmen van de woning en de lucht + het warm houden van de woning), waterverwarming (warmte van lage temperatuur), verlichting en apparatuur.

Warmtetransport kan plaatsvinden door geleiding (vaste stof) stroming (vloeistof of gas) straling (infrarood)en is groter naarmate het temperatuurverschil groter is

Het tegenovergestelde van goede geleiders en stromers is warmte-isolatie zoals glas en lucht.De verbranding van fossiele brandstoffen gebeurt bij hoge temperatuur en is dus warmte van hoge temperatuur

De chemische energie die vrijkomt bij verbranding is te berekenen door:Ech = rv VEch = rv mmet Ech = chemische energie in J, rv = verbrandingswarmte in J/m3 of J/kg (binas, tabel 28), V = volume in m3 en m = massa in kg

De elektrische energie die een apparaat verbruikt is te berekenen doorEe = U I tEe = Pe tkilowattuurmeter : 1 kWh = 3.6106 Jmet Ee = elektrische energie in J, U = spanning in V, I = stroomsterkte in A, Pe = elektrische vermogen in W en t = tijd in s.

Warmtetoevoer aan een voorwerp heeft tot gevolg dat het voorwerp in temperatuur stijgtTk = 273.16 + Tc

met Tk = temperatuur in K en Tc = temperatuur in CBij faseovergang blijft T constant

Soortelijke warmte c = de warmte die nodig is om 1 kg stof 1 K te laten stijgenQ = m c Tmet Q = toegevoerde warmte in J, m = massa in kg, c = soortelijke warmte van de stof in J/(kgK) (binas tabel 8 t/m 12) en T = temperatuurstijging in K.

Warmtecapaciteit C = de warmte die nodig is om een voorwerp 1 K te laten stijgenQ = C Tmet Q = toegevoerde warmte in J, C = warmtecapaciteit van het voorwerp in J/K en T = temperatuurstijging in K.

Alle energie die je ergens in stopt (Ein zoals Ech en Ee) komt er ook weer uit (Enuttig en afvalwarmte) = 1ste hoofdwet van de warmteleer: wet van behoud van energieEnuttig kan bijvoorbeeld warmte (Q) en arbeid zijn (W)

Het rendement is = Enuttig / Ein

= Pnuttig / Pin

Een apparaat dat warmte omzet in arbeid, noemen we een warmtemachine. Het rendement is altijd kleiner dan 1: er ontstaat afvalwarmte (2de hoofdwet van de warmteleer)

Warmte van een hoge temperatuur heeft een hoger rendement dan warmte van een lage temperatuur. Energiekwaliteit is de mate waarin een energiesoort gebruikt kan worden voor het leveren van arbeidWarmte van hoge temperatuur, Ech en Ee hebben een hoge kwaliteit, warmte van lage temperatuur heeft een lage kwaliteit.Bij alle energieomzetting treedt kwaliteitsverlies op. Dit heet ook wel degradatie van energie

Energiebesparing kan op verschillende manieren kleinere energievraag (isolatie, zuiniger aan doen) hoger rendement (HR-ketel, spaarlamp) ander energieaanbod (zonnecollector, windenergie)

Brandstofbesparende maatregelen zijn bijvoorbeeld:een lagere binnentemperatuur, het uitzetten van de cv-pomp ’s zomers, warmteisolatie, ventilatie warmtewisselaar, een kleinere verlichtingssterkte, een HR-ketel, spaarlampen, zuinigere apparaten, stadsverwarming, warmtekrachtcentrale, zonnecollector, PZE-systeem, zonnecel en windturbine

Namen, grootheden en eenheden

Naam Grootheid Eenheid

Chemische energie Ech JVerbrandingswarmte rv J/m3 (binas 28A)Volume van brandstof V m3

Elektrische energie Ee JElektrisch vermogen Pe WTijd t sSpanning U VStroomsterkte I ATemperatuur (Kelvin) Tk KTemperatuur (Celsius) Tc °CWarmte Q JMassa m kgSoortelijke warmte c J∙kg-1∙K-1 (binas 8-12)Warmtecapaciteit C J∙K-1

Rendement η - of %Ingaand vermogen Pin W of J/s

Formules

Ech = rv ∙ VEe = Pe ∙ t = U ∙ I ∙ t1 kWh = 3.6∙106 JTk = 273.16 + Tc

Q = m ∙ c ∙ ∆T (stof)Q = C ∙ ∆T (voorwerp)η = nuttig / in = Q / Ech of Ee η = Pnuttig / Pin