Ecologieforum

Nog even wat gerekend:

Bij een delta T van 50 graden bij kamertemp van 20, dus kacheltemp van 70 graden Celsius (343 Kelvin)

Delta T 50 = 349 watt per m2
Delta T 100 = 888 watt per m2
Delta T 150 = 1678 watt per m2
Delta T 200 = 2785 watt per m2

Een kacheltemp van 220 graden ipv 70, levert 8x zoveel stralingswarmte op.
Dus 4x zoveel convectie, (want die is linear) en 8x zoveel straling.

Als ik hier de verhalen lees, zou een relatief koude massakachel juist meer stralingswarmte "veroorzaken" dan een hete gietijzeren houtkachel. In mijn formules niet dus. Doe ik wat verkeerd?

Is er iemand die hier meer verstand van heeft?

hanskraayeveld schreef: ↑13 nov 2017, 11:49 Nog even wat gerekend:

Bij een delta T van 50 graden bij kamertemp van 20, dus kacheltemp van 70 graden Celsius (343 Kelvin)

Delta T 50 = 349 watt per m2
Delta T 100 = 888 watt per m2
Delta T 150 = 1678 watt per m2
Delta T 200 = 2785 watt per m2

Een kacheltemp van 220 graden ipv 70, levert 8x zoveel stralingswarmte op.
Dus 4x zoveel convectie, (want die is linear) en 8x zoveel straling.

Als ik hier de verhalen lees, zou een relatief koude massakachel juist meer stralingswarmte "veroorzaken" dan een hete gietijzeren houtkachel. In mijn formules niet dus. Doe ik wat verkeerd?

Is er iemand die hier meer verstand van heeft?

Niet veel verstand van, maar heeft dat niet gewoon te maken met de omvang (meeste gietijzeren kabels zijn natuurlijk heel klein) en het feit dat je bij een massakachel veel dichterbij kan zitten?

Plus de afstand tot een bepaald object?
Jezelf of een dikke muur , of een raam?

Ingewikkelde berekeningen , gaat mij de pet te boven.

Hans, dank voor deze aanvulling! Hier ga ik binnenkort mee aan de slag, ik had nog niet uigezocht hoe ik aan absolute getallen kon komen...

Mijn insteek gaat uit van wat het verstoken van een batch hout met de bell doet, en wat de bell vervolgens naar de ruimte doet. Maar dan relatief, dus ten opzichte van andere bell-uitvoeringen. De conclusie is verrassend, eenvoudig en tegelijkertijd heel lastig voor te stellen...

Vuurkern
De meeste massakachels stook je door de vuurkamer vol te stapelen met hout, dit (van bovenaf) aan te steken. De hoeveelheid hout verbrandt in een klein uur, en de warmte die vrijkomt wordt opgevangen in de massa.

De hoeveelheid hout die je per dag verbrandt, moet overeenkomen met de warmtevraag. Dat kan in 1 batch, maar in de winter kunnen dat er ook 2 of 3 zijn.

Voor het kiezen van de afmeting van de vuurkamer bereken je de warmte-behoefte van een behoorlijk koude dag (in MegaJoule), deel dat door 15 (nu krijg je het aantal kilo's hout dat per dag gestookt moet worden), en dat door het aantal batches dat je wilt stoken (bijv. 3). Nu weet je hoeveel kilo hout er in 1 batch moet passen. Kies een vuurkamer die tenminste deze hoeveelheid hout kwijt kan, maar groter mag ook.

Warmteopname in de bell
De warmte van de vuurkamer komt uit in een grote doos van steen: de bell. In de bell krijgt deze hete lucht de tijd om warmte af te geven aan de wand. De afkoelende lucht zakt steeds verder naar beneden, en de koudste lucht wordt door de schoorsteen afgevoerd.
Deze bell geeft de kachel de massa. Vrijheidsgraden zijn oppervlak en wanddikte, waaruit de massa volgt:
Massa [kg] = oppervlak [m2] * dikte [m] * soortelijk gewicht [kg/m3]
(Soortelijk gewicht beton 2400kg/m3, baksteen en leem 1450kg/m3)
Bij het verbranden van een batch hout gaat de energie die vrijkomt grotendeels in de massa zitten. Dat gaat met de formule Q = m c dT n, oftewel Energie = massa * soortelijke warmte * temperatuursverandering * rendement. Dat rendements-getal is nodig omdat een deel van de warmte in de vuurkamer zit, en door de schoorsteen verdwijnt. Ik vermoed dat dat ergens rond de 0.9 zal liggen, in elk geval veel hoger dan de 0.7 van een stalen kachel.
(Soortelijke warmte beton 0,92 J/kgK, baksteen en leem 0,84J/kgK)
Het verschil in warmtecapaciteit tussen een kuub baksteen en beton is groot: 2400*0,92=2208J/K voor beton tegen 1450*0,84=1218J/K voor baksteen. Wil je met weinig volume veel massa kwijt, dan kan je de bell beter met betonklinkers opmetselen.

Als je de temperatuursverandering wilt weten na een bekende hoeveelheid hout en een bekende massa: dT = Q / (m c n) (waarbij n = rendement)
Het is interessant om te weten hoe snel een kachel opwarmt na het stoken van 1 batch hout; dat geeft weer hoe snel de kachel begint met warmte afstaan aan de omgeving. Het kental “specifieke temperatuur” krijg je door de energie in een batch te delen door de massa van de bell. Hoe hoger dit getal, hoe sneller de kachel reageert op verbranden. Voor goed geisoleerde huizen met veel ramen op het zuiden is een kachel met een hogere specifieke temperatuur beter dan een lage.

Warmteafgife
Als de vuurkamer is leeggebrand, zal de bell niet verder meer opwarmen. De warmte wordt langzaam aan de omgeving afgestaan, en de bell koelt weer af. Dit afkoelen gebeurt grofweg door twee parameters: temperatuursverschil met de omgeving, en oppervlak van de bell. Hoe groter het oppervlak, hoe sneller de afkoeling, en hoe heter de bell hoe sneller de afkoeling. Je zou dat in een sterk vereenvoudigd model (Hanskraayeveld heeft een uitgebreidere versie gepost) kunnen zetten:
Qafgifte = Oppervlak * temperatuursverschil

Er is een relatie tussen oppervlak en massa van de bell: Massa = oppervlak * dikte * soortelijk gewicht , oftewel oppervlak = massa/(dikte*s.g.). Dus als ik die vergelijkingen in elkaar vlecht krijg je
Qafgifte = massa * dT / (dikte*s.g.).

Er is ook een relatie tussen massa en verschiltemperatuur met de omgeving (de temperatuur die de bell krijgt na het verstoken van 1 batch):
Qverbranding = massa * soortelijke warmte * dT, oftewel massa * dT = Qverbranding/s.w.

Nu zijn Qverbranding en soortelijke warmte constant (starthoeveelheid hout, en een materiaalconstante) waarmee Qafgifte omgekeerd evenredig is met de dikte van de bell. Oftewel: de dikte van de bell bepaalt het uitgaand vermogen. Daarbij maakt het niet (*) uit hoe groot de bell is!
(*) De verbrandings- en stromings-processen stellen natuurlijk wel grenzen aan de afmetingen

En nu hetzelfde, maar dan grafisch
Ik zal een poging doen om bovenstaand met plaatjes uit te leggen.

We maken 4 verschillende bellen met dezelfde vuurkamer. A en B hebben dezelfde wanddikte, maar B heeft een half zo groot oppervlak. C en D hebben dezelfde oppervlakten als resp. A en B, maar een 2x zo dikke wand. We verwarmen elke bell met dezelfde hoeveelheid hout. A en D hebben dezelfde massa, dus die hebben dezelfde maximum temperatuur. B is het lichtst, die eindigt het hoogst, en C is het zwaarst, die houdt de laagste maximale temperatuur. Vervolgens koelen deze bellen af in een kamer van 20 graden.
Omdat A een groot oppervlak heeft, gaat dat best snel. B heeft een kleiner oppervlak, maar is veel heter en heeft minder massa. Dat afkoelen gaat dus een stuk sneller dan A!
C heeft evenveel massa als A, maar een lagere temperatuur en meer massa. Het afkoelen gaat dus langzamer dan A. En D heeft een gelijke temperatuur aan A, een gelijke massa en minder oppervlak. Dus D koelt langzamer af dan A.

En dan komt nu de grote verrassing. Als je gaat kijken naar het afgegeven vermogen, dan moet je de grafieken vermenigvuldigen met het oppervlak. Bell B heeft de helft van het oppervlak van A, dus deel de waarden (t.o.v. 20 graden!) door 2. Hetzelfde geldt voor D ten opzichte van C. En wat zie je: het maakt niet uit hoe groot de bell is: de dikte bepaalt het uitgaande vermogen!
Stelling 5: de dikte van de bell bepaalt het uitgaand vermogen. Wil je een snellere kachel, maak dan de wand van de bell dunner. Wil je een tragere kachel, maak de wand van de bell dikker.
Stelling 6: hoe groter de massa van de kachel ten opzichte van de batch-stookwaarde, hoe lager de temperatuur van de bell blijft. Wil je een niet te warme bell: maak hem groot. Wil je een warmere bell: maak hem klein.
Natuurlijk zijn er grenzen: de stroomsnelheid van rookgassen moet niet te hoog worden in de bell (dat verstoort de gelaagdheid), en de bell moet minimaal 70 graden aan de binnenzijde worden tijdens een stook om condens te voorkomen, en misschien zijn er nog wel andere grenzen die ik niet ken).

Ahum...

Waar zal ik beginnen.

Allereerst snap ik je intentie wat je probeert te zeggen, met je conclusie.

Toch zijn er een paar dingen die absoluut niet kloppen.

Stelling 5: de dikte van de bell bepaald het uitgaande vermogen. Dat is absoluut niet waar.

Je bouwt 2 massakachels van 2000 kg. De ene is 2 x zo groot en dun als de andere. In jouw voorbeeld A en D.

Jij denkt dat het vermogen hetzelfde blijft omdat de temperatuur hetzelfde blijft (in theorie)
Maar omdat het oppervlak van A 2x zo groot is als D is zijn vermogen ook 2x zo groot!!!!

Waar blijft anders zijn energie? Als de energie die je erin stopt, bij allemaal hetzelfde is, en de ene blijft langer warm als de ander, moet de ene wel meer vermogen afleveren als de andere, anders klopt de wet van het behoud van de energie niet meer....

Onmiskenbaar onwaar deze stelling!

C heeft evenveel massa als A, maar een lagere temperatuur en meer massa

okee???


Je laatste grafiek.

ENERGIE is vermogen x tijd.

Wat wilt dat zeggen? Dat het oppervlak onder de grafiek van A + B net zo groot moet zijn als het oppervlak onder C + D.
Wat duidelijk NIET het geval is. Dit is dus een enorm vertekende grafiek.

hanskraayeveld schreef: ↑13 nov 2017, 22:32Je bouwt 2 massakachels van 2000 kg. De ene is 2 x zo groot en dun als de andere. In jouw voorbeeld A en D.

Jij denkt dat het vermogen hetzelfde blijft omdat de temperatuur hetzelfde blijft (in theorie)

Nope.... Ik stel juist dat het vermogen van A en D niet gelijk zijn (2e grafiek). Want de dikte van de wand is bij jouw twee bellen verschillend, want anders lukt het niet om ze even zwaar te maken. En verder klopt jouw beredenering volkomen, want dat namelijk precies wat ik ook schrijf.

Wat wilt dat zeggen? Dat het oppervlak onder de grafiek van A + B net zo groot moet zijn als het oppervlak onder C + D.
Wat duidelijk NIET het geval is. Dit is dus een enorm vertekende grafiek.

Ja, het is een vertekende grafiek. Het is een plaatje, geen berekening er onder. Ik heb die berekeningen overigens wel gedaan, in Calc, maar daar zijn de grafieken niet mooi genoeg. Overigens is de oppervlak van beide grafieken best aardig gelijk, alleen moet je de onderste grafiek nog een heel stuk naar rechts doordenken.

Zoals ik al zei: het is lastig voor te stellen dat enkel de dikte van de bell het vermogen bepaalt (bij gelijke hoeveelheid hout stoken).

hanskraayeveld schreef: ↑13 nov 2017, 22:32

C heeft evenveel massa als A, maar een lagere temperatuur en meer massa

okee???

Ja, dat klopt niet. Dat moet zijn:

C heeft meer massa dan A, maar een lagere temperatuur en een gelijk oppervlak.

Ja sorry, ik heb verkeerd gekeken.

Toch ben ik het nog steeds niet met je eens.
Ik snap je beredenering, en ben het deels met je eens, maar je houdt geen rekening met verlies, en met constant stoken.

Wat jij zegt is namelijk dit: Je gebruikt voor 1 houtstook 5 kg hout. Het maakt niet uit hoe groot of dik de kachel is, de energie blijft 5 x 4,22 kwh = ca 21 kwh. Dus met die ene stook, bepaald de dikte van de bell het vermogen, de grootte de temperatuur.

Toch vergeet je dan de verliezen. Als je namelijk een grote bell vergelijkt met een kleine bell, zal de temperatuur in de kleine bell veel (EERDER) HOGER zijn als in de grote. (met even dikke wand) Dus de verliezen door de schoorsteen worden daarmee automatisch meer.

Wat je dan gaat doen, is dat je automatisch in een kachel met kleinere bell, zachter gaat stoken, om de verliezen te compenseren.

Waarmee het vermogen van de kleine bell toch weer afneemt!!!

Het is niet zo makkelijk alles zonder formules 1 op 1 te stellen. Maar ik begrijp je wel en ik moet toegeven dat je een hele goede stelling hebt, maar de dikke speld ben je weer vergeten

hanskraayeveld schreef: ↑14 nov 2017, 07:58
Wat je dan gaat doen, is dat je automatisch in een kachel met kleinere bell, zachter gaat stoken, om de verliezen te compenseren.

Hier neem je aan dat dat de ruimte te snel opwarmt maar dat hoeft natuurlijk helemaal niet. In het voorbeeld van Peter gaat het puur om de warmteafgifte van de kachel bij een constante omgevingstemperatuur. Dat is hypothetisch maar anders komen er teveel variabelen bij om het rekenvoorbeeld nog eenvoudig te houden.

In het eerste deel van dit topic wordt de relatie gelegd tussen de massa van de kachel en de rol van de zon die het huis verwarmt. Het idee is dan dat je in een goed geïsoleerd huis met veel zoninvloed beter af zult zijn met een snelle kachel.
Dit wordt dan onderbouwd met berekeningen. Om dit soort complexe vragen te kunnen beantwoorden moet je - denk ik- ervaring gaan opdoen in de praktijk en metingen doen in verschillende situaties.
Het is overigens wel duidelijk dat je met een zuid georiënteerd huis met veel glas zon kunt opvangen in de winter. In de wintermaanden is dat beperkt maar er zijn ook een paar dagen dat je een goed merkbare hoeveelheid warmte kunt oogsten. Heldere winterdagen zijn trouwens ook vaak koude dagen.
Het idee vervolgens is dat je deze warmtepiek dan beter kunt opvangen met een snelle kachel. Het lijkt logisch (is niet onderbouwd) maar ik heb grote vraagtekens of dat sowieso in de praktijk ook werkt. Ik ben bijvoorbeeld tussen de middag niet even thuis – om naar het weer te kijken – en de kachel met een halve lading aan te steken.
Er wordt ook geen afweging gemaakt tussen de voor- en nadelen van een zwaardere kachel en een lichtere kachel maar er wordt enkel en alleen maar gekeken naar het inspelen op de mogelijke zoninval. Ik maak de afweging tussen een lichte en een zwaardere kachel op andere gronden.
Het is heel erg moeilijk om met een houtkachel een huis zonder CV goed warm te stoken en binnen de temperatuurgrenzen te houden. Dat kan alleen met een specifieke bouw, isolatie en een klein huis. Met alleen een snelle kachel (zes keer een batch stoken?) wordt dit eigenlijk onmogelijk.….. Je kan dit wel een beetje compenseren met veel massa….maar als dan de zon gaat schijnen.
Voordeel is wel dat je – zoals Martijn ook al zei – een snelle kachel zo kunt maken dat je hem eenvoudig kan voorzien van meer massa.

Hier neem je aan dat dat de ruimte te snel opwarmt maar dat hoeft natuurlijk helemaal niet.

Nee, dat neem ik absoluut niet aan!

Als de temperatuur aan de buitenkant van de bell bij massakachel C, 35 graden is, en bij massakachel D 55 graden is, is het natuurlijk dom om te denken dat de rookgassen (restenergie) bij allebei hetzelfde is.

Je kan natuurlijk met rookgassen van 35 graden geen bell naar 55 graden opwarmen!
Dus in theorie (stel dat je temperatuur door de dikte van de bell "heenschiet")
Dan verlaten de restgassen in bell C met 35 graden de schoorsteen en in bell D met 55 graden.

Snap je het zo?

Als de massakachel aan de buitenkant 2x deltaT zo warm wordt, wordt de binnenkant ook 2x deltaT zo warm. Eigenlijk best logisch.
Dus is het ook heel logisch dat je restgassen dan 2x deltaT zo warm naar buiten gaan.

Ik denk eerder dat het 2x zo hoog is, dus rookgassen 70 bij bell C, dus delta T 50, rookgassen bell D delta T 100, dus 120 graden celsius.

En als dus je deltaT rookgassen 2x zo hoog worden, ga je veel warmte door de schoorsteen wegbrengen, ga ga je zoiezo minder energie uit je 5kg hout nuttig gebruiken, en ga je als je slim bent, zachter stoken.

Ik hoop dat de speld nu duidelijk is

Hans,
Je hele rookgasstelling is irrelevant in deze discussie, het gaat nu even over de afgegeven vermogen in relatie tot dikte en oppervlak van de kachelwanden. Rendement is tot nu toe nog geen onderdeel van de berekeningen.

Verder is de dT in de binnenkant van kachel natuurlijk veel groter dan aan de buitenkant. Dat je de hete rookgastemperatuur niet voelt aan de buitenkant heeft te maken met de geleidingscoefficient van steen/beton en de tijdsduur van de verbranding.

Je hele rookgasstelling is irrelevant in deze discussie

Okee!?

Misschien kwam het wat bot over, niet de bedoeling.