HVAD ER VARME FOR EN STØRRELSE ?

af **Admin** Søn 20 Dec 2009, 00:25

HVAD ER VARME?
I det 18 århundrede mente man at varmefænomenerne skyldtes et eget vægtløst varmestof.
Når en genstand eller en væske blev varmt, forklarede man dette med at det blev tilført varmestof,
et stof som altid var varmt. Ikke alle fænomener omkring varme lod sig dog forklare ved hjælp af denne teori.
Gnidder vi f.eks. håndfladerne mod hinanden mærker vi at begge flader bliver varme.
Sådanne fænomener kan teorien ikke forklare.
Varme er energi. Men hvad er energi ? Kort sagt kan vi sige at energi er bevægelse.
Vi tænker os at alle stoffer består af bittesmå partikler, som vi kalder molekyler og atomer.
Selv i de hårde stoffer ligger disse partikler ikke i ro, men er i konstant svingning, frem og
tilbage i små bevægelser. At tilføre et stof med energi betyder at disse svingninger øges.
Der bliver altså mere bevægelse i atomerne. En sådan bevægelse i et stof hvor atomerne
bevæger sig langsomt, opleves af os som noget koldt.
Alle stoffer vi kommer i berøring med i vores arbejde kan vi altså betragte som ganske
partikler der bevæger sig hurtigt indbyrdes. Opgaven er altså at forsøge forhindre hastigheden
på disse partikler i at forandre sig. Det er nemlig sådan, at hvis et
materiale med en bestemt temperatur, d. v. s. en bestemt hastighed på svingningerne,
kommer i berøring med et materiale, eller gas, med en anden temperatur, så påvirker
partiklerne hinanden sådan at partiklerne i begge materialer efter hånden falder ind i
samme bevægelseshastighed. Det vil sige at de har fået den samme temperatur.

UDVIDELSE
En jernkugle som passer nøjagtig ind i en jernring, udvider sig hvis vi varmer den op.
Det vil sige at hvis vi varmer jernkuglen, men ikke jernringen, op vil denne jernkugle ikke
kunne komme igennem jernringen.
At metal udvider sig når det bliver varmt, ved vi fra mange daglige situationer. Vi ved at
jernbaneskinnerne må lægges således at der er et lille mellemrum i samlingerne. På stålbroer
er der altid et mellemrum mellem stålet og fundamentet som broen hviler på. Vi bliver
altså nødt til at tage hensyn til dette når vi arbejder med forskellige materialer.
Hvis vi har en jernstang som er 1m lang og varmer denne stang op
fra 0°C. til 100°C. øges længden på jernstangen med 1,25mm.
Vand samt andre væsker udvider sig mere end faste stoffer, ved opvarmning.
Luft og andre gasser derimod udvider sig mere end både væske og faste stoffer når disse opvarmes.

HVORFOR UDVIDER STOFFER SIG VED OPVARMNING ?
Vi husker at vi kan betragte alle stoffer som bestående af ganske små partikler.
Disse partikler står ikke stille, men svinger omkring et ligevægtspunkt.
I faste stoffer er svingningerne forholdsvis korte, fordi partiklerne ligger meget tæt.
Varmes stoffet op øges svingningerne ikke meget i længden, men hastigheden på svingningerne øges.
Det lille stykke som svingningerne dog bliver længere registrerer
vi som øgning af volumen i stoffet. Eller med andre ord en udvidelse.
Noget tilsvarende kan vi tænke os sker i væsker.
Her er afstanden mellem partiklerne imidlertid større og svingningerne er ligeledes også større.
Når væsken varmes op øges også her svingningernes længde, samtidig med at svingningerne går hurtigere.
På grund af den større spredning på partiklerne udvider væske sig mere end faste stoffer.
Når det gælder luft tænker vi os at partiklerne svæver frit omkring.
Når vi varmer luften op øges hastigheden på partiklerne.
Hvis luften er i et lukket rum vil trykket på væggene øges.
Bliver temperaturen i luften høj nok, dvs. bliver hastigheden på disse partikler stor nok, bliver dette tryk en kolossal kraft.
Det at forstå luft som bestående af partikler som farer frit omkring , hjælper også til at forstå
hvorfor luft f.eks. kan trænge igennem alle porøse materialer.
Disse partikler behøver kun en mikroskopisk lille åbning for at komme igennem.
Vi må huske på at disse partikler er ufattelige små.
Der er f.eks. mange milliarder af sådanne partikler i et lille knappe nålshoved af luft.

TEMPERATUR
Temperaturen, som måles med et termometer, beskriver et stofs varme- tilstand.
Temperaturen er altså et mål vi har lavet for at kunne beskrive hvor varmt eller hvor koldt et
stof er.
I et termometer benytter vi os af at væsker udvider sig ved opvarmning og trækker sig
sammen ved afkøling. I princippet kan vi bruge en hvilken som helst væske inde i et
termometer. De fleste væsker er imidlertid svært upraktiske til dette brug, da mange af
dem fryser ved lave temperature. Den mest brugte væske er flydende kviksølv, der først
fryser ved -39°C. , men endnu bedre til lave temperature er sprit, som kan gå endnu
længere ned.

DE TRE MEST KENDTE TEMPERATURSKALAER:
CELSIUS:
Ved 0-punktet fryser vandet til is.
Ved 100°C. går vandet over i damp (koger)
FAHRENHEIT:
0-punktet er når termometeret står i kuldeblanding
af sne og salmiak.
Den menneskelige legemstemperatur er sat til 96°.
KELVIN:
Kelvin har valgt 0-punktet til den laveste tænkelige temperatur. Det er den temperatur
hvor alle partikler i et stof er i fuldstændig ro.
Ellers bruger Kelvin de samme størrelser på grader som Celsius.

SMELTNING OG FRYSNING
Når en isklump smelter går vandet fra fast stof over til væske.
For vand sker denne proces ved 0°C. For kviksølv sker det ved -39°C. og for fedt ved ca. 45°C.
Når et stof smelter sker der en forandring i forholdet mellem partiklerne (molekylerne) dvs. måden disse er ordnet på. Denne proces kræver energi.
I et glas med isvand hvor der til stadighed tilføres varme, vil temperaturen ikke stige så
længe der stadig findes is i glasset. Varmen bliver i stedet brugt til at omdanne isterningen til vand. Indtil dette er sket vil temperaturen i glasset forblive 0°C.
Den varme som må til for at ændre et stof fra fast form til væske kaldes for smeltevarme.
Når temperaturen falder i en væske vil den før eller siden komme til et punkt hvor væsken
går over i fast form. Dette kaldes for frysning eller størkning.
Når et stof fryser giver det smeltevarme fra sig igen. De fleste stoffer trækker sig sammen
når de fryser. Vand og nogle andre stoffer udvider sig imidlertid. Dette medfører at når
vand trænger ind i sprækker og fryser kan det forårsage store ødelæggelser på bygninger og
lignende.
Smeltepunktet for nogle stoffer:
Jern 1200 - 1600°C.
Kobber 1083°C.
Sølv 962°C.
Glas 800 - 1200°C.
Bly 327°C.
Tin 232°C.
Is 0°C.
Kviksølv -39°C.
Alkohol -114°C.

FORDAMPNING OG FORTÆTNING
Når en væske går over til gas kaldes dette for fordampning. Vi kan tænke os at dette
sker ved at molekylerne løsriver sig fra hinanden og begynder at svæve frit omkring.
Fra alle åbne væskeoverflader sker der altid en fordampning. Fordampningen øges når
temperaturen øges. Øges temperaturen tilstrækkeligt kommer man til et punkt hvor
fordampningen ikke bare sker fra overfladen, men også i selve væsken. Der danner sig
bobler med damp i væsken, som stiger op til overfladen. Det er det som vi kalder kogning.
Den modsatte proces, når gas går over til væskeform, kaldes for fortætning. Sænker vi
temperaturen i en gas vil den før eller siden gå over i væskeform.
Luft består af en mængde gasser, bl.a. er der store mængder af vanddampe, dvs. når molekylerne (partiklerne) har stor hastighed, kan man tillade en stor tæthed af partikler
uden at disse går sammen til væske. Når temperaturen er høj og hastigheden på partiklerne
er store, holder partiklerne sig løsrevet til trods for stor tæthed af partiklerne. Sænker
temperaturen sig, men tætheden af molekylerne er lige store, vil den reducerede
hastighed på partiklerne medføre at en stor mængde partikler ikke klare at holde sig
løsrevet og går sammen og danner væske.
Dette betyder at molekylerne binder sig sammen til hinanden på en måde som er karakteristisk for væske. Når f.eks. vanddamp afkøles afsættes dug. Det er det vi
kalder kondens. Kondens er fortættet vanddamp.
Tætheden at vandmolekyler i vanddamp vil altså være afhængig af temperaturen. Når vanddampen har så stor tæthed af vandmolekyler som det er muligt, ved den temperatur den har, siger vi at vanddampen er mættet. Hvis vanddampen som er i luften i et rum er mættet, siger vi at fugtighedsgraden er 100%. Dette betyder i praksis at hvis temperaturen i dette rum
begynder at falde vil der dannes vand, som ville sætte sig på alt i rummet. Det er akkurat
det samme som sker når det regner. Opvarmede vanddampe der kommer ind over landet bliver tvunget højere op, bliver nedkølet og bliver dermed nødt til at give vand fra sig, som
kommer ned i form af regn. For at måle fugtigheden i luften benytter vi betegnelsen :

RELATIV FUGTIGIGHED
Den relative fugtighed opgives i procent. Altså hvor mættet vanddampen er. Normal relativ
fugtighed i opholdsrum er mellem 40 - 60 %.

VARMEMÆNGDE
Alt energi kan omformes. Vi kan aldrig lede energi. Energi kan bare omformes fra, for, til
en anden: Når vi f.eks. brænder et stykke træ i pejsen omformer vi energien som findes i
træet til varmeenergi. På tilsvarende måde omsætter f.eks. en dampmaskine varmeenergi
til bevægelsesenergi. Når vi skal måle energi er det nok at vi angiver målet i en energiform.
Tidligere var det almindeligt at måle energi som varme.
Varmemængde bliver målt i kalorier. En kalorie er den varmemængde der skal til, for at opvarme 1g vand 1°C.
1000 kalorier kaldes en kilokalorie (kcal).
I dag måles varme med enheden joule (J) som er en enhed for arbejde.
1J = det arbejde som forbruges med at løfte 1kg, 1m med en kraft som i løbet af 1 sek. , bringer denne masse ( 1kg ) op i en hastighed på 1m pr. sek.
Denne kraft er defineret som Newton (N).
Arbejdet kan omsættes til varme. Forsøg har vist at der skal 4200 Joule for at øge temperaturen i 1kg vand med 1°C.
1 kalorie = 4,1868 Joule.

EGENVARME
Ikke alle stoffer har samme evne til at optage varme. De stoffer som er vanskelige at
varme op er samtidigt de stoffer som holder længst på varmen. Målet på et stofs evne til at
tage varme op kaldes stoffets egenvarme.
Egenvarme er den varmemængde der skal til at opvarme 1 kg af stoffet.
EKSEMPEL:
Et stof med egenvarme 2000 betyder at der bruges 2000 J for at opvarme 1 kg af stoffet.
Egenvarme benævnes J/kg = Joule pr. kg og grad.
Tidligere blev egenvarme defineret som antal kalorier som skulle til for at opvarme 1g af
stoffet 1°C.
Vand fik da egenvarme 1 cal/g°C.

VARMESTRØM
HVORDAN VARMEN BREDER SIG:
Der vil altid gå en varmestrøm fra en højere temperatur til en lavere. Denne varmestrøm
vil aldrig kunne standses, men kan gøres langsommere ved at man leder varmen gennem materialer som kan være vanskelige at varme op.

Varmen breder sig på tre måder:
1: ved ledning
2: ved konvektion (strømning)
3 ved stråling

LEDNING sker ved at varmen spreder sig fra punkt til punkt i et stof, fast, flydende eller
gas. Der findes gode og dårlige varmeledere, f.eks. leder luft varmen dårlig.

KONVEKTION (strømning) sker i væsker og gasser ved at den indre bevægelse udvider
sig. Dette betyder altså at selv om luft er en dårlig varmeleder, vil varmen alligevel let
brede sig ved konvektion, så snart luften ikke er stillestående.

Ved STRÅLING breder varmen sig uafhængig af stoffer, væske eller gasser.
På denne måde klarer f.eks. solvarmen at passere det lufttomme rum mellem solen og jorden.
Som regel breder varmen sig både ved ledning, konvektion og stråling samtidig.
Forholdet mellem disse tre vil variere i hvert tilfælde, men sædvanligvis sker hovedparten
af varmetransporten ved hjælp af stråling.
Vi må vide at ikke alle strålinger er synlige. Der findes både lyse og mørke varmestråler.
De lyse er dem vi ser f.eks. i sollyset, de mørke varmestråler er dem vi benytter os af f.eks. i
varmeovne. Enhver genstand som er varmere end omgivelserne, vil derfor afgive mørke
varmestråler.

I bygninger anvendes materialer med mindst mulig varmestrømning, det vil sige et godt isoleringsmateriale ( mineraluld eller styropor). Dette betyder at vi måler hvor meget væde der på en varm sommerdag kan være i materialet. Af praktiske grunde har man sammenfattet
ledning, konvektion og stråling i et tal…Varmeledningstallet.

Varmen måles i Joule (J).
VARMELEDNINGSTALLET
Varmeledningstallet er den varmemængde (antal Joule) som går gennem 1m2 af et materiale, som har tykkelsen 1m, i løbet af 1sek, når temperaturforskellen mellem hver side af materialet er 1°C. (også kaldt for k-værdien).
Varmeledningstallet har betegnelsen W/mK eller W/m°C (Watt pr. meter og grader)
Watt = J/S (Joule pr. sek).
Varmeledningstallet fortæller hvor godt eller dårligt et materiale leder varmen.

Varmeledningstallet er altså noget som betegner en bestemt type materiale. I praksis
arbejder vi imidlertid med bestemte konstruktioner. På baggrund af varmeledningstallet for materialet kan man udregne hvad konstruktionens k-værdi er.
Den bedste isolering får vi hvis vi kan skabe vakuum rundt om den genstand der skal isoleres. Dette er i praksis vanskeligt at udføre, men vi ved stillestående luft er en af de bedste isolatorer. Alle materialer er porøse. Dette gør ikke bare at materialet har en lav
ledningsevne, men indeslutter også materialets luft eller gasarter på en sådan måde at mindst konvektion (strømning) opstår. På denne måde er de fleste isoleringsmaterialer godt egnet til at hindre i hvert fald ledning og konvektion.
Ved stråling er problemet lidt større. Forholdsvis ved varmeisolering forårsager stråling størstedelen af det varmetab som sker igennem isoleringsmaterialet.
Dette varmetab øges ved stigende temperaturer.
Undgå at isoleringsmaterialer bliver fugtige, det nedsætter ikke kun isoleringsevnen, men kan også ødelægge selve materialet. Ved kuldeisolering under frysepunktet vil desuden vandet fryse og som følger skabe skader på konstruktionen.

KONDENSERING
Alt hvad der varmer, afgiver varme til noget koldere. Der foregår altid en strømning fra noget varmere til noget koldere, fra en højere til en lavere temperatur.
I denne proces spiller luftfugtigheden en afgørende rolle.
Varm luft kan indeholde mere fugtighed end kold luft. Vi ved at når vi koger vand bliver
det til damp, altså luft, og vi ved at når luften igen afkøles bliver den nødt til at afsætte fugt/kondens.
Luften kan indeholde følgende vandmængder:
Ved +30°C. er det 30,00 gram pr. m3.
Ved +20°C. er det 17,32 gram pr. m3.
Ved +10°C. er det 9,42 gram pr. m3.
Ved 0°C. er det 4,85 gram pr. m3.
Ved -20°C. er det 1,10 gram pr. m3.
Personer afgiver også fugt til omgivelserne. En familie på 4 personer afgiver 15 l vand i
døgnet fra kroppen, vask og madlavning, via fordampning.

DAMPTRYK
Vand i gasform (vanddamp) og er usynlig. Alt luft indeholder vanddamp, plus en række andre gasser. Som tidligere beskrevet kan luften indeholde en bestemt mængde vanddamp, afhængig af temperaturen.
Vi kan tænke os at en gas består af en række partikler eller molekyler som svæver frit
omkring. Er gassen indelukket, f.eks. i en glasbeholder, vil væggene i denne beholder
bombarderes af disse gas molekyler og tilsammen skabe et vist tryk.
Luften udenfor glasbeholderen vil også på tilsvarende måde skabe et tryk. Normalt vil
disse to tryk udjævne hinanden.
Varmer vi glasbeholderen op vil gas molekylerne øge hastigheden. Sædvanligvis vil dette
medfører at gassen, i beholderen, udvider sig, men hvor volumen holdes konstant medfører
dette at trykket øges. Vi kan tænke os dette vil medføre at gas molekylerne rammer glasvæggene oftere og hårdere.
Trykket i denne glasbeholder er altså helt afhængig af temperaturen. Gassen i glasbeholderen vil altså altid have et tryk, enten mindre, lige så stort eller større end luften uden for.
Fjerner vi beholderen og lader gassen svæve frit i luften, vil denne kunne øge sin volumen frit under opvarmning. Alligevel siger vi at gassen har et tryk som sammen med alle de
andre gasarter i luften udgør atmosfærens tryk. Vi kan med andre ord sige at gasarternes tryk er den bevægelseshastighed ( energi ) gas molekylerne har ved den bestemte temperatur.
På denne måde har gasserne i luften sit eget deltryk ( partialtryk ) som vil variere med temperaturen, hvis vi forudsætter at atmosfæretrykket er konstant.
Vanddamp med en temperatur på 50°C. har altså et højere damptryk end vanddamp som
er 20°C.

VANDDAMPVANDRING
Damptrykket daler med faldende temperatur. Dette betyder at vanddampen i luften omkring
en isoleret konstruktion vil være højere end damptrykket inde i isoleringen. Vi kan tænke
os dette som vandmolekylerne udenfor isoleringen er mere aktive end vandmolekylerne inden i. Dermed trænger vanddampen ind i isoleringen. Vanddampene går altid fra et højt
tryk til et lavere tryk. Denne proces kaldes for Diffusion.
Derfor er det vigtigt at vælge isoleringsmaterialer med mindst mindst mulig grad af ”trækpapir” effekt (Kapillar virkning) på vand.

DIFFUSIONS-MODSTANDSTAL
Diffusionsmodstandstallet angiver i hvilket grad materialet modstår vanddampindtrængning.
Konsekvensen af vanddamp indtrængning i isoleringsmaterialer er fugtighed med deraf følgende nedsat isoleringsevne.
Vand leder varme ca. 15 gange bedre end vanddamp og 25 gange bedre end luft. Is leder varme ca. 60 gange bedre end vanddamp og ca. 100 gange bedre end luft.

ISDANNELSE
I tilfælde hvor dugpunktet har en temperatur under 0°C. vil kondenseringen nedfælde sig i
form af is. Vi ved vand udvider sig når det fryser, dermed opstår der det som vi kalder
isdannelse, som ofte er utrolig ødelæggende for isolerings- materialet.

KORROSION
Korrosion er en elektrokemisk proces som let opstår i forbindelse med fugtig luft.
Reducering af korrosion foregår bla. ved maling, galvanisering og tætte dampspærrer.

DAMPSPÆRRE
For at undgå vanddampindtrængning i isoleringsmaterialet og konstruktionen skal der altid anvendes en dampspærre.
Dampspærren skal ALTID være på den varme side.

VARMELEDNING
( LAMBDA VÆRDI ) l
Inden for byggebranchen er de to vigtigste varmetekniske udtryk – Lambda værdien og
K-værdien.
Et materiales lambda værdi er et tal der udtrykker hvor godt et materiale leder varme.
Lambda værdien angiver hvor stort et varmetal i watt der passerer 1 m2 af en 1m tyk
plade af et materiale, når temperaturforskellen mellem pladens to flader er 1°C.
Jo mindre lambda værdi, desto bedre isolerer materialet.

VARMELEDNINGSTAL ( K-VÆRDI )
I modsætning til lambda værdien, der altså bruges for at karakterisere en materialeegenskab,
fortæller K-værdien, også kaldet transmissionstallet, hvor meget varme der strømmer ud fra
1 m af en bestemt konstruktion.
K-værdien angiver hvor stor en varmemængde der i løbet at 1 time strømmer igennem
1 m2 af en flade, når der er 1° C. temperaturforskel mellem konstruktionens to sider.
Jo mindre K-værdien er, desto bedre isolerer den pågældende konstruktion.
Man skelner mellem:
Basisvarmeledningstallet for et materiale, målt i laboratorie tør tilstand ved en middeltemperatur på 10°C. og de praktiske varmeledningstal ( Lambda p ), som man kan
forvente at materialet har i praksis og som anvendes ved K-værdiberegninger.

Varmeledningstal lambda.
Kobber 300
Aluminium 170 - 200
Jern 30 - 50
Is med 0°C 1,9
Natursten 1,5 - 2,0
Beton 0,8 - 1,7
Glas 0,7
Vand med 10 - 100°C. 0,50 - 0,58
Asbest 0,25
Alkohol 0,16
Træ 0,15
Sne ved 0°C 0,04 - 0,20
Plast 0,08 – 0,10
Isoleringsmat. 0,03 - 0,10
Stillestående luft 0,022
Varmeledningstallet betegnes næsten over alt i faglitteratur med det græske bogstav lambda
l og denne betegnelse er i den grad gået ind i bevidstheden, så det i dag anvendes over alt.

LEDNING
Varmeledningstallet for de forskellige isoleringsmaterialer er stærkt varierende, idet
det afhænger af følgende poreart, porestørrelse, orden og temperaturforhold. Det afhænger også af de faste bestanddeles kemiske sammensætning og konstruktion.

STRÅLING
Isolering kan også foretages med modsat princip. Her anvendes metaller med et højt ledetal
f.eks. aluminium til at bortlede varmestrålingen.
Taler vi om luft, bliver luften ved stråling ikke opvarmet. Dette bliver den dog ved ledning.
Farver har også en vis betydning. Dette gælder dog kun, når der er tale om lyse varmestråler.
Når det drejer sig om mørke varmestråler, som udsendes af en kakkelovn, en radiator eller et rør, så gælder helt andre love. I sådanne tilfælde er det ligegyldigt om varmegiveren og varmemodtageren er hvid, sort, grøn eller rød.
Der er undertiden blevet spurgt om man tør male sin radiator hvid. Folk spørger der om
idet de frygter at en hvid radiator skulle afgive mindre varme end en sort.
Dette er ikke tilfældet. Derimod er der en anden ting som spiller en rolle.
En metallisk overflade udstråler mindre varme end en ikke metallisk. Dette gælder
navnlig to metaller, nemlig aluminium og kobber.
Aluminium kan således, med fordel, anvendes til isolering imod varmestråling.

VARMEGENNEMGANGSVÆRDIER

Faktorer der benyttes til beregning af den reelle Uw værdi.
Til facade elementer benyttes følgende formel :

Uw = (Af * Uf + Ag * Ug + Lg * Psig + Le * Psie) / (Ag + Af)

Hvor
Uw = Det samlede element
Af = Rammeareal
Uf = Varmegennemgang elementkonstruktion
Ag = Glasareal
Ug = Varmegennemgang glas (Uw værdi)
Lg = Omkreds glas
Psig = Glas parameter kant
Le = Omkreds element
Psie = Væg parameter

UW REFERENCEVÆRDI

Denne Uw værdi er udtryk for varmegennemgangsværdien i et vindueselement
med bredde 1230 og højde 1480 mm, eller en dør med bredde 1230 og højde 2200 mm.

Referenceværdien er kun udtryk for facade elementer i denne specifikke størrelse !!

For at opnå CE mærkning skal der fra producenten forefindes dokumenterede afprøvninger
for 1 stk 1 fags vindueselement i størrelse 1230 x 1480 mm samt en 1 fags trs.dør
med størrelsen 1230 x 2200 mm samt en facadedør med 2 glas i størrelsen
1230 x 2200 mm og en lukket pladedør i størrelse 1230 x 2200 mm.