Met een theelichtje en een omgekeerde bloempot kan je een kamer(tje) verwarmen. Beweren een massa sites en filmpjes. De Californier Doyle Doss verkoopt zijn Kandle Heeter (heater) zelfs als bouwpakket.
Mijn schoonvader kende het principe, en beweerde jaren geleden al dat vroeger de keuken verwarmd werd door een omgekeerde bloempot op het gasvuur te zetten. (Jawel, het vuur moest dan wel branden.) Destijds dacht ik dat een ketel water efficiënter zou zijn, maar stond er verder niet bij stil. (Dit klopt voor warmteopslag, niet voor de (ogenblikkelijke) benutting.)
Het leek me dat een waxinelichtje evenveel warmte zou geven, of er nu al dan niet 1, 2 of 3 bloempotten overheen stonden. Maar ook dit blijkt niet helemaal te kloppen. Wetenschappelijke studies hierover ontbreken blijkbaar nog, maar uit diverse fora, blogs en sites valt wel wat info te puren. Over welke warmte(overdracht) hebben we het?
Warmte is een vorm van energie-uitwisseling tussen systemen die niet in thermisch evenwicht zijn.
Warmte overdracht gebeurt door geleiding, convectie en/of straling.
Conductie (geleiding via direct contact): energietransport van deeltjes (die zelf stil staan) met hoge energie naar deeltjes met lage energie. In vaste stoffen (muren..) gebeurt warmtetransport enkel door geleiding.
Het komt ook voor bij vloeistoffen en gassen. De warmtestroom is afhankelijk van de dikte van het object, de warmtegeleidingcoëfficiënt (λ) en het temperatuurverschil. Toepassingen: strijkijzer, koude handen rond een warme mok, handwarmers, een bedkruik, een pan op een kachelplaat…
Convectie ("samen bewegen", stroming): energietransport van vaste stoffen naar vloeistoffen of gassen die er in min of meer dezelfde richting langs stromen. Er is natuurlijke convectie, maar ook gedwongen convectie (ventilator, gebogen pijpen). Het convectieproces bestaat o.a. uit conductie.
Warmte stijgt niet, warme lucht wel. Luchtwarmte is, in tegenstelling tot stralingswarmte en geleiding, een indirecte vorm van warmteoverdracht via de lucht als transportmiddel. Lucht is een slechte geleider en heeft tijd nodig om op te warmen. (We gebruiken stilstaande lucht zelfs als isolator!)
De warmtestroom is afhankelijk van gaseigenschappen (thermische conductiviteit, soortelijke warmte, dichtheid, viscositeit), volume, temperatuurverschil (ΔT), snelheid van het medium en vooral de warmteoverdachtscoëfficiënt.
Voordelen i.v.m. stralingswarmte zijn dat de ruimte sneller en gelijkmatiger wordt opgewarmd, en de temperatuurverschillen in de ruimte minder groot zijn.
Een systeem als luchtverwarming is nagenoeg volledig gebaseerd op convectie.
Hiervoor zijn hoge warmwatertemperatuur en dito energieverbruik nodig.
Bij radiatoren is de snelheid waarmee warmte afgegeven wordt afhankelijk van het oppervlak dat contact heeft met de luchtstroom. Convectoren hebben lamellen als koelvinnen op de leidingen om het contactvlak te vergroten, waardoor er veel convectie ontstaat.
Net als in een sauna stijgt de kamertemperatuur met de hoogte. Tussen vloer en plafond kan 10°C verschil zijn. Zo krijg je dus een heethoofd en toch(t) koude voeten.
Radiatie: energietransport door elektromagnetische straling zonder ((in)direct) contact.
Op een halfbewolkt lentedagje met 15°C is het lekker in de zon, en meteen koud als er een wolkje voor schuift. De luchttemperatuur is nochtans niet plots sterk gedaald. Vooral waterdamp houdt infrarood licht tegen. Je voelt dat de wolk de warmtegevende IR stralen blokkeert.
De warmtestroom is afhankelijk van gaseigenschappen, temperatuurverschil, temperatuur, emissiecoëfficiënten en oppervlakte.
Straling met een hoge frequentie hangt samen met een korte golflengte en hoge energie en temperatuur. Van hoog naar laag wordt straling in groepen ingedeeld: gamma, x-stralen, UV, zichtbaar licht, infrarood, microgolf, radiogolven. Mensen zien hiervan maar een beperkt deel (zonder hulpmiddelen). Sommige dieren kunnen wel UV of IR waarnemen.
Warmte is thermische straling, veroorzaakt door de beweging van moleculen en atomen. Ieder object boven het absolute nulpunt (-273,15°K, dan is er geen atoom/molecuul beweging meer) zendt infrarood uit. Gloeiend houtskool meer dan een ijsblokje. Infraroodkijkers maken dit zichtbaar.
Hoe meer atoom- en moleculebeweging, hoe hoger de temperatuur en hoe meer infrarood straling er is.
Naast InfraRood kunnen ook UltraViolet, microgolven en radiogolven / inductie warmte via straling overdragen. UV is dus energierijker en heter. Ook gevaarlijker. Onze huid kan door veel UV rood kleuren of verbranden. (Infrarood bevat geen UV.)
Een infraroodsauna is eigenlijk geen sauna maar een (stralings) warmtecabine. Het infraroodspectrum wordt in drie gebieden ingedeeld: kort (IR-A, 0,76 en 1,5 micron), midden en langgolvig (IR-C, 5,6 tot 1000 micron). Het principe blijft: hoge T° = korte golflengtes. Infrarode warmte dringt dieper in de huid dan warme lucht. Je zweet dus heviger en bij lagere temperatuur dan bij een klassieke sauna.
Stralingswarmte is directe verwarming waarvan de energie wordt omgezet in warmte wanneer de elektromagnetische golven op een oppervlak vallen. Deze warmtestraling verplaatst zich onafhankelijk van luchtbeweging.
Omdat er niet eerst (zoals bij convectie systemen: water en) lucht verhit wordt voor het warmtetransport, kan stralingswarmte met minder energieverbruik meer effect hebben en wordt er minder verspild aan warmte stratificatie (laagjes).
Stralingswarmte geeft eenzelfde comfortabel gevoel als bij een luchttemperatuur van conventionele systemen die 3 °C hoger is. De gevoelstemperatuur is ook (3°C) hoger.
Het zou gezonder zijn dan convectiewarmte omdat je minder warme lucht en stof inademt.
Dus ook beter voor mensen met gevoelige luchtwegen of astma.
Vloer-, wand- en plafondverwarming gebruiken vooral stralingswarmte waarbij het verwarmingswater op een lager temperatuursregime werkt. Er is een minder hoge ketel- en kamertemperatuur vereist, minder distributieverlies en energieverbruik, maar een tragere werking dan bij convectietoestellen.
We kennen het principe ook van (spek)steenkachels. De sterkte van de warmtestraling neemt af met de afstand.
Het rendement wordt gunstig beïnvloed doordat warmte veel minder wordt opgeslagen in de kamerlucht, en dus minder verloren gaat in hoge luchtlagen en door ventilatie. Het verschil in luchttemperatuur tussen vloer en plafond bedraagt doorgaans slechts 2 tot 4 °C.
Warmtetransport kan ook ontstaan door verdamping en condensatie. Bij condenseren komt plaatselijk warmte vrij. Door verdamping wordt warmte onttrokken. (Het principe waarmee de zeer voedsel koel houdt.)
De stralingswarmte van een kampvuur, een winterse vuurkorf of barbecue zijn heerlijk, maar weinig comfortabel als je rug bevriest. Voor ruimteverwarming worden convectie en straling (liefst gelijkmatig) gecombineerd.
Convectietoestellen produceren minimaal 50 % warme lucht, stralingstoestellen meer dan 50% stralingswarmte. Dit is makkelijk herkenbaar in elektrische kacheltjes: met ventilator of stralers.
Optimaliseren
De luchttemperatuur kan in een kamer 3 °C per meter hoogte stijgen. Om tv te kijken kan je de zetel dus beter 1,5 meter hoger (en de thermostaat lager) zetten.
Natuurlijke convectie brengt de warme lucht niet waar je die hebben wil. Zet een Ecofan op je kachel en maak zo zonder extra energieverbruik een gewenste (of gedwongen) convectie.
Je kan verbrandingslucht voorverwarmen. Of met een ventilator warme lucht van het plafond naar beneden stuwen.
Warmtegeleiding is de mate waarin een materiaal de (toegevoerde) warmte doorgeeft. Vooral metalen geleiden goed. Van minder naar beter: lood, staal, ijzer, nikkel, zink, aluminium, goud, koper. Koper is dus een goede keuze voor soldeerbouten en pannen. (Koperoxide is giftig, dus goed schoonhouden!)
Gebruik ketels met een dikke bodem, en een kachel met een dikke, liefst gietijzeren plaat. Bij een kromgetrokken plaat is er veel minder contact, en dus minder warmtegeleiding.
Isoleren
Het heeft weinig zin optimaal warmte te produceren en verspreiden, als je ze vervolgens laat verloren gaan.
Om geleidingswarmte te isoleren gebruik je slechte geleiders: lucht, textiel, kurk, glas, hout, stro, plastic, been en wol, vilt.
Om stralingswarmte te isoleren gebruik je reflecterende barrières, zoals het aluminiumfolie achter een radiator, de rvs spiegel achter een gloei-element.
Bij convectiewarmte kan je ook slechte geleiders waartussen veel lucht gevangen zit als isolatie gebruiken. (Vezelige) kleding in laagjes, dubbel glas, noppenfolie, sneeuw, kranten…
Dit werkt beter als het medium en het ingesloten gas droog zijn. Anders ontstaat er geleiding, en zelfs afkoeling door verdamping.
Uiteraard is ook het beheersen van de luchtcirculatie belangrijk. Tocht, ventilatie en opengaande deuren koelen de lucht sterk af. Maar aangezien verbranding ook zuurstof verbruikt, is ventilatie wel absoluut nodig. Je kan voor de brander een rechtstreekse aanvoerbuis voor buitenlucht voorzien, zodat die niet (of minder) via kieren door de kamer moet gezogen worden. Veel moderne gasketels hebben in of tegen het rookafvoerkanaal ook een invoerbuis. Extra voordeel: de verbrandingslucht wordt al wat voorverwarmd. Je kan de toegevoerde lucht ook (onder of) achter de kachel in een spiraal voorverwarmen.
Een koof (gesloten afkasting) boven de gordijnen kan voorkomen (of verminderen) dat een koude luchtstroom bij het raam ontstaat.
Een inkom hal(letje), sas of gordijn achter de deur vermindert de instroom van koude lucht. Deurborstels en tochtlinten kunnen kieren dichten.
Theelichtjes
Komen we met goed isoleren en efficiënt verwarmen de winter door met een theelichtkacheltje? Je zal er een passiefhuis voor moeten hebben.
Een theelichtje werkt prima voor warmhoudplaaten op tafel, een theepot, en zelfs een (voorverwarmde) kaas- en chocoladefondue.
Een waxinelichtje produceert, afhankelijk van samenstelling, wiek, snelheid van de verbranding, meettechniek (verbruikte massa, afgeleverde warmte..) 40 tot 77 W (+ of min 9W) waarvan een klein gedeelte in licht wordt omgezet. Het bevat 14g paraffine met een verbrandingswarmte van 46 MJ/kg. Dat levert 0,64 MJ/kaarsje (met 4 branduren aan 100% verbrandingsefficiëntie). Gemakshalve gaan we uit van 60W warmteproductie.
Vier kaarsjes leveren circa 240 watt. Een elektrisch kacheltje heeft meestal 2.000 Watt. Als je de warmte van 1.000 Watt wil evenaren zou je dus 16,6 kaarsjes nodig hebben. Lijkt me haalbaar om een ruimte op temperatuur te houden, maar niet om ze op te warmen.
Kaarsjes met 70 gr paraffine gebruiken 150 liter zuurstof, en produceren 100 l CO2 en 100 l waterdamp (26 ml water). Buitenlucht heeft 400 ppm CO2, binnen wordt tussen 800 en 3.000ppm gemeten, waarbij 1.800 al voor een slechte luchtkwaliteit staat. Verluchting is dus zeker nodig. Wat het warmte-effect weer drastisch verlaagt.
(Verschillende benaderende (energetische) berekeningen van bollebozen komen tot de conclusie dat een kaarsvlam en een mens ongeveer evenveel zuurstof per tijdseenheid consumeren.)
Gebruik je veel theelichtjes, besef dan dat deze “open haard” van kaarsjes op petroleum als grondstof werkt. Om de binnenlucht gezond te houden heb je een schoorsteen nodig. Waardoor dan wel nu 90 procent van de warmte verdwijnt. Dus heb je dan 10 keer zoveel theelichtjes nodig hebben om dezelfde temperatuur te krijgen.
Bloempotkachel
17% van de hitte van de kaarsvlam wordt uitgestraald naar de omgeving. 83% stroomt via convectie naar het plafond. Daar voelen we dus geen effect van. Net als bij een open vuur i.v.m. een kachel, kunnen we het effect verbeteren door een behuizing aan te brengen en meer infrarode straling te produceren en te benutten (en minder convectie). Dat kan een omgekeerde bloempot doen. Of meerdere.
Je kan een zware metalen bout in het gat hangen, of 2 à 3 potten ermee samen schroeven. Als goede geleider neemt die massa snel warmte op, en geeft ze vlot door (conductie).
Een deel van de warmte is nodig om paraffine te vergassen voor verbranding. Onder de toch al warme overkapping zal er dus (minuscuul) meer warmte overblijven voor verwarming. Dit effect kan je nog verbeteren door de kaars(en) niet op de (koude) grond te zetten, maar wat hoger, of op isolerend materiaal, of in een extra blikje (laag, niet hoger dan de wiek). De kaars zal harder (en sneller op) branden.
Het werkt uiteraard ook met een andere warmtebron: kachel, radiator, campingvuurtje, petroleumkachel…
En met andere warmte accumulerende en afstralende objecten: (bak)stenen op of rond de kachel,…
Gezien stralingswarmte effectiever ervaren wordt is dit dus een werkbaar idee, in een niet te grote en niet te koude of tochtige ruimte, met verluchting. Als je er dichtbij gaat zitten.
2 extra tips:
Gezien de geproduceerde warmte kan je i.p.v. 3 theelichtkacheltje ook evenveel gasten uitnodigen. (Hoewel de kans bestaat dat die meer verbruiken.)
Warmte stijgt, dus je kan ook een bloempot op je kop zetten.
De efficiëntie van deze spotgoedkope methode kan in de praktijk ook prima afgelezen worden aan het % gezinswoningen dat met een bloempotkachel comfortabel wordt verwarmd.
Voor alle duidelijkheid: het is een prachtig voorbeeld van placeboverwarming.
