Warmtecapaciteit

Betekenis

Warmtecapaciteit C (hoofdletter C) geeft de hoeveelheid energie aan die nodig is om de temperatuur van een voorwerp of materiaal met 1 graad te laten stijgen; de eenheid is Joule per Kelvin. In formule: C = ΔQ / ΔT [J/K], en de toe te voeren warmte bij een temperatuursverandering ΔT is Q = C * ΔT [J].

Toepassing

Warmtecapaciteit wordt toegepast in situaties waar energieopslag en temperatuurverandering relevant zijn.

• Berekenen van de benodigde energie voor het verwarmen van water in een boiler.
• Ontwerp en beoordeling van massa in vloeren en muren voor thermisch comfort.
• Ontwerp van warmteopslag (bijv. een geïsoleerde ton water).
• Materiaalkeuze bij thermische buffering en temperatuurregeling.

Aandachtspunten

• Onderscheid maken tussen warmtecapaciteit van een geheel (C) en per massa-eenheid: soortelijke warmte (c).
• Materialen verschillen sterk in soortelijke warmte (bijv. water ~4200 J/kgK, beton 840–920 J/kgK, staal 500 J/kgK).
• Grote warmtecapaciteit verlaagt de snelheid van opwarming en afkoeling; opwarmen van massa kan veel tijd vragen.
• Massa met hoge warmtecapaciteit kan in de zomer warmte opnemen die ’s nachts in huis blijft hangen; nachtventilatie kan dit beperken.
• Bouwkundige massa beïnvloedt naleving van energie-eisen; voor woningen met lichte constructies geldt een hogere BENG-eis (de eis is voor die woningen met 5 kWh/m2 verhoogd).

Soortelijke warmte

De soortelijke warmte c (kleine letter c) is de energie die nodig is om 1 kg van een materiaal 1 graad te verwarmen; eenheid J/kgK. Formules:

• c = ΔQ / (m * ΔT)
• Q = c * m * ΔT
• c = C / m

Voorbeelden van soortelijke warmte (ongeveer): water ca. 4200 J/kgK, ijs 2200 J/kgK, beton 840–920 J/kgK, staal 500 J/kgK, polyesterplaat 1470 J/kgK, kurk 1760 J/kgK, hout 1880 J/kgK. Bij gassen wordt onderscheid gemaakt tussen soortelijke warmte bij constante druk (cp) en bij constant volume (cv).

Voorbeeldberekening: De soortelijke warmte van water is 4187 J/kgK; om 50 liter (50 kg) water 40 K te verwarmen: Q = 4187 J/kgK * 50 kg * 40 K = 8.374.000 J ≈ 8,5 MJ (zonder rekening te houden met warmteverliezen).

Volumieke warmtecapaciteit

De volumieke warmtecapaciteit geeft de opgeslagen energie per volume-eenheid per graad en heeft de eenheid J/m3K. Voor water wordt in de tekst een waarde genoemd van 4187 kJ/m3K, wat overeenkomt met ca. 4,2 MJ/m3K.

Invloed op gebouw en comfort

• Massa met hoge warmtecapaciteit zorgt voor geleidelijke temperatuurstijging en -daling, wat als comfortabel wordt ervaren.
• In de winter kan zoninstraling op zware muren leiden tot langere afgifte van warmte na zonsondergang, waardoor minder verwarmingsenergie nodig is.
• In sterk geïsoleerde woningen is nachtelijk warmteverlies klein, waardoor de tijd en energie om massa op te warmen is verminderd; dit beïnvloedt de keuze voor massa in bouwkundige oplossingen.
• Faseverschuiving wordt gebruikt om uit te drukken hoeveel uur het duurt tussen de piektemperatuur buiten en binnen; grotere massa kan deze faseverschuiving vergroten.