Coating dubbel glas

[jkien]

ThermalImage9 1147 keer bekeken

Bron: Thermal imaging blog  

Dit plaatje dat ik op internet vond herinnerde me aan de vraag in dit topic of de plaats van de warmtespiegel in HR-glas herkenbaar is. De foto illustreert dat de warmtecamera alleen een reflectie van het binnentafereel ziet, en niets van een buitentafereel (aangenomen dat de camera zich binnenshuis bevond). De ruit is een ondoorzichtige plaat voor de camera omdat glas LWIR (langgolvige IR, 8-15 micron) geheel absorbeert. De camera kan dus niets zien van eventuele reflecterende coatings op oppervlak #2 en #3 (als het HR-glas zou zijn). De spiegeling op deze foto moet afkomstig zijn van oppervlak #4 (het oppervlak aan kamerzijde), van de lucht/glas overgang die ongeveer 4% reflecteert.
 
Zelfs flinterdun glas zoals een mikroscopie-dekglaasje is ondoorzichtig voor LWIR. Dat kun je eenvoudig aantonen met een infraroodthermometer, die in feite LWIR gebruikt. Die thermometer kan op afstand de temperatuur van een heet of koud voorwerp meten, maar als je er een mikroscopiedekglaasje tussen zet geeft hij alleen de temperatuur van het glaasje aan (kamertemperatuur).

Omdat glas ondoorzichtig is voor LWIR vermoed ik dat het voor het isolatievermogen van HR-glas niet uitmaakt of de coating op oppervlak #2 of #3 zit.

[Benm]

Het lijkt me logisch dat het nauwelijks of niets iets uitmaakt op welk oppervlak die coating zit.

Er bestaat tenslotte niet zoiets als een one-way mirror, als dat laagje de ene kant op straling weerkaatst, doet het dat ook de andere kant op. Thermodynamica verbied dat dat anders zou zijn: Als je een coating had die de ene kant op reflecteert, maar de andere kant op doorlaat, en die midden in een ruimte plaatste, zou het spontaan aan de ene kant warmer worden dan aan de andere.

[Michel Uphoff]

zou het spontaan aan de ene kant warmer worden dan aan de andere.

En dan hebben we een variant op het duiveltje van Maxwell: klik

[jkien]

Of misschien wil men het luchtlaagje tussen de beglazing zo koud mogelijk, om convectie te verminderen, en daarom dus de coating bij voorkeur aan de rechterkant op #3? Dat is misschien beter voor de isolatie in koudere landen?

Dat vermoeden wordt bevestigd in de informatiefolder van een fabrikant (p.17): het advies voor warme landen is om de coating op oppervlak #2 te plaatsen, omdat de lucht in de spouw dan koeler blijft. Dat isoleert beter.

Dubbelglas 1144 keer bekeken

 

Folder

(4.99 MiB) 902 keer gedownload

[Jan van de Velde]

..//.. omdat de lucht in de spouw dan koeler blijft. Dat isoleert beter.

Ik weet niet hoe dat is bedoeld, maar dat zie ik niet echt. Hoezo zou een koele spouw beter isoleren? Ik heb hoe dan ook een temperatuursverschil tussen vlak 1 en 4, en of ik er dan voor kies een groter deel van dat temperatuursverschil te leggen van 1 naar 2 of van 3 naar 4, wat kan dat uitmaken?

[jkien]

Hoezo zou een koele spouw beter isoleren? Ik heb hoe dan ook een temperatuursverschil tussen vlak 1 en 4, en of ik er dan voor kies een groter deel van dat temperatuursverschil te leggen van 1 naar 2 of van 3 naar 4, wat kan dat uitmaken?

De informatiefolder van de glasfabrikant verklaart inderdaad niet waarom koude lucht beter zou isoleren. Voorlopig kunnen we alleen maar wat raden. De warmtegeleidingscoëfficiënt van een gas is evenredig met de wortel uit de temperatuur. Dat de warmtegeleiding van het gas in de spouw niet verwaarloosbaar is, blijkt uit het feit dat de spouw vaak gevuld wordt met zwaardere gassen zoals argon.

Ik denk dat het temperatuursverschil beperkt blijft tot de spouw, want gas geleidt de warmte veel slechter dan glas.

[317070]

Ik weet niet hoe dat is bedoeld, maar dat zie ik niet echt. Hoezo zou een koele spouw beter isoleren? Ik heb hoe dan ook een temperatuursverschil tussen vlak 1 en 4, en of ik er dan voor kies een groter deel van dat temperatuursverschil te leggen van 1 naar 2 of van 3 naar 4, wat kan dat uitmaken? [/size]

Isolatie kun je best vergelijken met elektrische weerstanden. Iedere laag komt overeen met een weerstand, en de 3 lagen samen zijn 3 weerstanden in serie. In de praktijk worden convectie (tussen 2 stoffen in een andere fase) en conductie (binnen een stof) weerstanden ook van elkaar gescheiden.

De temperatuur komt overeen met de spanning, de stroom met het vermogen dat je verliest. Denk eens goed na over dit beeld, want eenmaal je het vat, worden alle isolatieverhalen heel eenvoudig te begrijpen (als je iets van elektriciteit kent, helaas)

We hebben dus:

1) spanning buitenlucht

2) convectie1

3) conductie1

4) convectie2

5) conductie2

6) convectie3

7) conductie3

8) convectie4

9) temperatuur binnenlucht

De conductie van de glasplaten en de convecties met de binnen- en buitenlucht liggen al vast. Maar we willen de weerstand toch zo groot mogelijk. Hoe doen we dat? Door de weerstanden van convectie2, conductie2 en convectie3 zo groot mogelijk te maken. Deze zijn het grootst bij een zo laag mogelijke temperatuur/spanning. Wat je dus doet is de weerstanden van convectie1, conductie1 en convectie2 wat verminderen, zodat de temperatuur tussen de glasplaten meer overeenkomt met de temperatuur buiten. Hierdoor vergroot de weerstand en stroomt er minder vermogen weg door je isolatie.

Je kunt ze natuurlijk niet willekeurig klein maken, maar je moet zoeken naar die sweet-spot waar het meer helpt dan het weg doet.

En over het waarom koude lucht minder conductie en convectie heeft:

1) warme moleculen bewegen sneller en geven warmte dus sneller door

2) warme stoffen zijn over het algemeen ook minder viskeus, wat stromingen vergemakkelijkt waardoor warmte sneller van de interface getransporteerd kan worden.

[Benm]

Dat klinkt op zich wel aardig, maar ik zie er 1 probleem mee: Is het gas in de tussenruimte niet compleet transparant voor de langolvige IR straling die het laagje weerspiegelt? Wil het gas tussen de ruiten in opwarmen dan zal het wel de straling die er doorheen gaat moeten absorberen.

Bovendien is het wel afhankelijk van de worten van de absolute temperatuur, en het quotient van de wortel uit 270K en 295K is niet bepaald specactulair te noemen.

[317070]

Dat klinkt op zich wel aardig, maar ik zie er 1 probleem mee: Is het gas in de tussenruimte niet compleet transparant voor de langolvige IR straling die het laagje weerspiegelt? Wil het gas tussen de ruiten in opwarmen dan zal het wel de straling die er doorheen gaat moeten absorberen.

Minder gas neemt inderdaad minder licht op, maar heeft ook minder nodig om op te warmen. Beide effecten heffen elkaar op. En geen enkele medium is perfect transparant op een bepaalde golflengte.

Bovendien is het wel afhankelijk van de worten van de absolute temperatuur, en het quotient van de wortel uit 270K en 295K is niet bepaald specactulair te noemen.

2,5% betere isolatie niet spectaculair? Dat is 2,5% minder verwarmingskosten gezien goede huizen nagenoeg enkel via ramen lekken. Voor een volledig huis met die beglazing is dat dus een goede 2% minder verwarmingskosten, en dat is niet weinig in vele gevallen.

[jkien]

2) warme stoffen zijn over het algemeen ook minder viskeus, wat stromingen vergemakkelijkt waardoor warmte sneller van de interface getransporteerd kan worden.

Dat geldt voor vloeistoffen maar niet voor gassen. Als je een gas verwarmt wordt het viskeuzer. [1]

[Fred F.]

Dat vermoeden wordt bevestigd in de informatiefolder van een fabrikant (p.17): het advies voor warme landen is om de coating op oppervlak #2 te plaatsen, omdat de lucht in de spouw dan koeler blijft. Dat isoleert beter.

Die coating heeft een veel lager emissiecoefficient (emissivity) dan gewoon glas, zoals te zien is in tabel op pagina 16.

Om straling van warm naar koud te beperken is het dus logisch die coating bij dubbel glas aan te brengen op het warmste glasoppervlak want straling gaat immers met absolute temperatuur tot de vierde macht. In een koud klimaat is dat vlak #4, in een warm klimaat vlak #1. Maar om de coating te beschermen plaats men de coating bij dubbel glas aan de binnenzijde, dus niet op #4 maar op #3 in koud klimaat (en #2 in warm klimaat). Meer wetenschap zit er denk ik niet achter, maar ik ben geen expert op dit gebied.

De temperatuur van het gas in de spouw (lucht of argon of krypton) zal daardoor inderdaad ook ietsje dalen, en dat betekent inderdaad een ietsje betere isolatie, maar dat effect lijkt me erg klein.

[Benm]

Dat zou wel wat verklaren. Die coating is dus geen spiegel, maar een blackbody met een laag albedo voor langgolvig IR?

Maar de vraag blijft waarom het tussen de ruiten in zit. Bescherming lijkt een logisch argument, maar ze leveren dat glas ook als enkel glas met de coating aan de binnenkant (plaatje onderaan p17).

En geen enkele medium is perfect transparant op een bepaalde golflengte.

Wat heet perfect transparant - droge lucht is voor zichtbaar licht behoorlijk transparant. Zicht is met gemak tien kilometer, waarbij de beperkende factor eerder de horizon is dan absorptie van het licht door de lucht. Wat zichtbaar licht betreft durf ik gerust te stellen dat de absorptie in het gas tussen de platen praktisch 0 is. Hoe dat met kort en langgolvig IR is is een iets ander verhaal, maar als 1cm dikte een praktisch merkbare absorptie had, dan zouden die stralen letter geen meter ver komen.

[Fred F.]

Maar de vraag blijft waarom het tussen de ruiten in zit. Bescherming lijkt een logisch argument, maar ze leveren dat glas ook als enkel glas met de coating aan de binnenkant (plaatje onderaan p17).

Binnenkant is nou eenmaal minder gevoelig voor beschadiging door weer en wind en UV dan buitenkant.
Bovendien: vaak is de bedoeling van de coating warmte binnen te houden dus dan is binnenkant zo wie zo beste keuze.

het advies voor warme landen is om de coating op oppervlak #2 te plaatsen, omdat de lucht in de spouw dan koeler blijft. Dat isoleert beter.

Bedoeld wordt niet dat een koelere spouw beter isoleert omdat de warmtegeleidingscoefficient (Lambda) van het spouwgas daalt, maar dat het temperatuursverschil over de ruit tussen spouw en koudste omgeving daalt en dus de warmteflux. Maar dat is in feite de boel omkeren: de temperatuursdaling van de spouw is een gevolg, niet de oorzaak van een lagere U-waarde van het venster.

[jkien]

Om straling van warm naar koud te beperken is het dus logisch die coating bij dubbel glas aan te brengen op het warmste glasoppervlak want straling gaat immers met absolute temperatuur tot de vierde macht.

Van die vierde macht merk je niets als .ΔT<<T. In beide richtingen ondergaat de warmtestraling die verzwakkingsfactor ε. In evenwicht geldt een lineair verband: netto warmtestroom Q = ε(σT⁴ - σ(T+ΔT)⁴) ≈ ε'ΔT, met ε' = 4εσ/T.

[Fred F.]

Elk oppervlak met absolute temperatuur T straalt een hoeveelheid warmte uit gelijk aan q = εσT⁴

Een glasoppervlak van 15 ^oC straalt daardoor 15 % meer warmte uit dan een oppervlak van 5 ^oC.

Dat is ongeacht eventuele warmte die dat glasoppervlak ontvangt door straling of convectie of geleiding.

Als men de keuze heeft om straling te verminderen zal men bij dubbel glas dus best het warmste ruitoppervlak van coating voorzien om zijn ε te verlagen, en daarmee zijn q.

Overigens geldt de formule Q = εσ(T₁⁴ - T₂⁴) alleen als beide oppervlakken dezelfde emissiecoëfficiënt ε hebben, en dat is na aanbrengen van de coating niet meer zo. En ook geldt die formule alleen als absorptiecoëfficiënt = emissiecoëfficiënt.