Speksteenverwarming

Speksteen

Mensen die in de winter op vakantie geweest zijn in Het oosten van Europa, of bij onze oosterburen in Duitsland, kennen vaak de spekstenen kachels die daar gebruikt worden. In Oost-Europa zijn het vaak gemetselde kachels waarin hout wordt gestookt. De spekstenen waar gebruik van gemaakt wordt tempert de hitte tijdens bedrijf iets, en straalt uren nadat de kachel uit is nog aangename warmte af. Hierin zit volgens sommigen de winst in. Die uitstraling zou gratis energie zijn. Helaas klopt dat niet. Energie is niet gratis en komt niet uit het niets. De energie die gebruikt is om de spekstenen op te warmen moet er eerst in gestopt worden, om het er later weer uit te halen. Bij voornoemde houtkachels ideaal. De warmte wordt nu beter over de tijd verdeeld, waardoor men aangenamere warmte tegen minder kosten krijgt. In Duitsland, vooral in Rheinland-Pfalz en het Saarland waar geen gasnetwerk is, wordt naast oliestook ook veel elektrisch verwarmd. Ze doen dat met elektrische speksteenkachels. Met het goedkope nachttarief worden de spekstenen opgewarmd, om overdag hun warmte af te staan voor een comfortabele woning. Vandaar dat deze kachels vaak nachtspeicherheizung genoemd worden. Energetisch wordt er niets bespaart, financieel wel.

Speksteen-radiatoren in de lage landen.

Er bestaan inmiddels ook speksteenradiatoren. Dit zijn vaak elektrische radiatoren met daarin spekstenen. Vandaar dat deze radiatoren vrij dik zijn en zwaar wegen. Zoals eerder uitgelegd: Voor het energieverbruik maakt het niet uit of men spekstenen verwarmd of de ruimte. Een infraroodradiator levert evenveel warmte, alleen met spekstenen is er sprake van uitgestelde warmte. Financieel was dit vroeger in Nederland toch aantrekkelijk, omdat men net als in Duitsland de radiator op kon warmen met goedkoop stroom. Tegenwoordig is het nachttarief bijna net zoveel als het dagtarief, en het zou in de toekomst zo maar kunnen zijn, zodra iedereen een slimme meter heeft, dat het dagtarief lager wordt dan het nachttarief op zonnige dagen, vanwege ruim aanbod van zonne-energie. Het enige voordeel is mogelijk dat het elektrisch verwarmingselement van een speksteenradiator als die eenmaal op temperatuur is, langere tijd uitblijft, voordat deze weer inschakelt om op te warmen. Dat is waar, maar eigenlijk maakt dat niets meer uit omdat niemand kijkt wanneer een infraroodpaneel nou in- of uitschakelt op zijn thermostaat. Dit gaat elektronisch en dus geruisloos. Helaas levert speksteenverwarming geen kostenbesparing op en kan men mijns inziens beter een infraroodpaneel kopen en die goed regelen met een thermostaat.

Come back Nachtspeicherheizung

Nadat in Duitsland de speksteenkachel niet meer aantrekkelijk was, en de verkoop er van na 2009 zelf bij wet verboden was, is deze vanaf 2013 weer in ere hersteld. Nu wordt de speksteenverwarming gezien als een component die kan bijdragen aan het verduurzamen van een woning. In combinatie met wind- en zonne-energie wordt de speksteen gezien als een doelmatige en goedkope vervanging van de thuisbatterij (elektrische accu) of warmteopslagbuffer. Uiteraard moet er dan wel zon zijn, of moet het waaien… Voor bezitters van zonnepanelen geld zolang salderen in Nederland is toegestaan het elektriciteitsnet de ideale accu is. Nadat fabrikanten hun speksteenkachels uit hun assortiment verwijderd hadden, zijn die nu weer volop verkrijgbaar. Weliswaar veel geavanceerder door de digitale regeltechniek, maar het principe is onveranderd.

Voordelen

• In combinatie met windmolen of zonnepanelen voordeliger en minder CO2-uitstoot
• Neemt weinig plaats in, en de aanschafprijs is laag
• Eenvoudig te installeren
• Geen schoorsteen nodig
• Onderhoudsarm
• De stralingswarmte wordt als aangenaam ervaren

Nadelen

• Verwarmen met elektriciteit is duurder dan verwarmen met olie of gas
• Laag rendement, hoog energieverbruik
• Vanwege convectieverwarming slecht voor mensen met een allergie

Rekenen aan warmteopslagmaterialen

Materiaal	Soortelijk gewicht ρ kg/m³	Soortelijke warmte c kJ/kg.K	Warmte capaciteit C kJ/m³.K
Water	1000	4,187	4187
Speksteen	2980	0,98	2920
Chamotte	1700	0,84	1428
Magnetiet	2980	0,98	3000
Beton	2400	0,92	2208

Tabel: Eigenschappen van enkele materialen in Joules

Hoeveel warmte kan een stof opslaan?

Materiaal	Soortelijk gewicht ρ kg/m³	Soortelijke warmte c Wh/kg.K	Warmte capaciteit C Wh/m³.K	Warmte capaciteit C kWh/m³.K	Warmte geleidings- coefficiënt λ W/mK
Water	1000	1,16	1160	1,16	0,6
Speksteen	2980	0,2722	811,11	0,81	6,4
Chamotte	1700	0,2333	396,67	0,40	1,1 - 1,3
Magnetiet	2980	0,2722	833,33	0,83	6,4
Beton	2400	0,2556	613,13	0,61	2,0

Tabel: Eigenschappen van enkele materialen in Watt-uren

Opwarmen van materiaal

Het ene materiaal kan meer warmte opslaan dan het andere. We gaan een aantal materialen vergelijken en be-oordelen op hun warmteopslageigenschappen. Enkele begrippen die hier van belang zijn, zijn:
De soortelijke massa (ook wel dichtheid genoemd, symbool ρ): Geeft aan hoeveel kg er aanwezig is in 1 m³.
De soortelijke warmte (symbool kleine letter c): Geeft aan hoeveel energie er nodig is om 1 kg materiaal 1 graad in temperatuur te laten stijgen. Dit noemt men ook wel het warmteopslagvermogen.
Warmtecapaciteit C (symbool hoofdletter C): De energie die nodig is om 1 m³ materiaal 1 graad in temperatuur te laten stijgen. C = c ^. ρ.
De warmtegeleidingscoefficiënt λ: Geeft aan hoeveel energie door een vlak van 1 m² gaat bij een dikte van 1 m per graad temperatuurverschil tussen beide uiteinden van het vlak. Hoe lager de λ-waarde, des te beter het materiaal isoleert. Van water, speksteen, chamotte, magnetiet en beton staan deze gegevens in bovenstaande tabel.

Voorbeeld 1.
Als we water nemen dan zien we dat om 1 m³ water (dat is 1000 liter) 1 graad in temperatuur te verhogen 1,16 kWh nodig is. Willen we een boiler met 1000 liter water opwarmen van 10 naar 50 C, dan is 40 ^. 1,16 = 46,4 kWh nodig. Willen we 1 m³ magnetiet opwarmen van 10 naar 50 °C dan is 40 ^. 0.83 = 33.2 kWh aan energie nodig. Vergelijken we magnetiet met water dan is het grote voordeel van magnetiet dat het makkelijk warmte kan opslaan met temperaturen tot 1000 °C, waar water beperkt is tot ca. 90°C.
Voorbeeld 2.
De betonnenvloer van 40 m² is ca. 10 cm dik en voorzien van vloerverwarmingsslangen, gevuld met water. De vloertemperatuur is 10 °C. Hoeveel energie is er nodig om de vloer op te warmen tot 20 °C. Als we de waterinhoud voorhet gemak verwaarlozen komen we op 40 ^. 0,1 = 4 m3 beton, d.w.z. 4 ^. 0,61 ^. 10 = 24.4 kWh.
Voorbeeld 3.
Een radiator met 20 l waterinhoud moet opgewarmt worden van 15 naar 80 °C. Hoeveel energie is hier voor nodig?
Q = 20/1000 ^. 1,16 ^. (80 – 15) = 1.5 kWh

Afkoelen van materiaal

Nu we ‘ons materiaal’ opgewarmd hebben, is de volgende vraag: Hoe lang blijft onze radiator met water, of onze magnetiet-speksteen warm? Dit is mede afhankelijk van de omgevingstemperatuur. Hoe kouder de omgeving, des te sneller koelt ons materiaal af. We hebben het hier over de transmissie, en hier is de λ-waarde van belang. Warmteverlies wordt berekend met warmtedoorgangscoëfficiënten en warmteweerstandcoëfficiënten.

Disclaimer: Bovenstaande voorbeelden zijn bedoeld voor de uitleg van de begrippen, en zijn daar door gesimplificeerd voorgesteld. Bijvoorbeeld een boiler wordt uiteraard niet ongeïsoleerd opgesteld.

Verduurzaam uw huis
in 10 stappen. De energietransitie van uw woning.

Geluid warmtepomp
Bereken het geluidsniveau van uw warmtepomp

Electriciteitsverbruik
Bereken uw toekomstig elektriciteitsverbruik met de tool

Soorten warmtepompen
Vergelijk warmtepompen en kies uw warmtepomp