Entwicklung eines Meßsystems zur Bestimmung der Luftdichtigkeit von Bauteilen in situ

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1 Nachdruck aus Bauhysik 17 (1995), H. 4, S Etwicklug eies Meßsystems zur Bestimmug der Luftdichtigkeit vo Bauteile Achim Geißler ud Gerd Hauser Dil.-Ig. Achim Geißler ist wisseschaftliche Mitarbeiter im Fachgebiet Bauhysik der Uiversität Kassel Dr.-Ig. Gerd Hauser ist Professor für Bauhysik der Uiversität Kassel Schlüsselwörter: Luftdichtigkeit; Meßtechik; Zusammefassug Der riziielle Aufbau eies Meßsystems zur Bestimmug der Luftdichtigkeit vo Bauteile wird vorgestellt. Testmessuge zeige gute Übereistimmug der Meßwerte mit de ahad eies Laborrüfstades zum ergleich ermittelte Werte. Das zugrudeliegede Meßrizi Schutzzoemethode ( Guardzoe Techique ) scheit für diese Awedug geeiget. Kerrobleme sid die Abdichtug der Zoe gegeeiader, die Ausregelug der Druckdifferez zwische der Schutz ud der Meßzoe sowie die zerstörugsfreie Befestigug des Meßsystems. 1 Eiführug Die Bestimmug der Luftdurchlässigkeit vo Bauteile wird im allgemeie im Labor durchgeführt. Dies hat zur Folge, daß der Ketisstad über die Auswirkuge der reale Gegebeheite im eigebaute Zustad auf die Dichtigkeit vo Bauteile sehr iedrig ist. Gerade diese Iformatio ist aber für die Eischätzug vo Bauteile ausschlaggebed. Ei Bauteil ka für sich geomme beliebig luftdicht sei, solage es sich icht auch dauerhaft luftdicht i ei Gebäude eibaue läßt, ist im Hiblick auf die Luftdichtigkeit der Gebäudehülle ichts gewoe. I größerem Umfag sid auch im Labor lediglich Fester ud Türe auf ihre Luftdichtigkeit hi utersucht worde [1]. o Kublauch/Schaefer/Sido [2] wurde, ebefalls im Labor, Steildachkostruktioe i verschiedee Kombiatioe vo Dämmstoff ud Raumabschluß auf ihre Luftdichtigkeit utersucht. Bei alle diese Utersuchuge, wie auch bei der Bestimmug der Luftdurchlässigkeit vo Holzverschaluge [3] wurde Differezdruckmethode eigesetzt. Diese Methode werde ebeso für gesamte Gebäude agewedet. Im folgede wird die Kozetio ud Kostruktio eies Meßsystems zur Bestimmug der Luftdurchlässigkeit vo Bauteile beschriebe. Um eizele Bauteile im eigebaute Zustad auf ihre Luftdurchlässigkeit hi utersuche zu köe, muß es möglich sei, diese Bauteile eiem Druckgefälle auszusetze. Das bedigt die Zugäglichkeit zum iteressierede Bauteil. Eie abgehägte Decke beisielsweise verhidert die Dichtigkeitsmessug a der darüberliegede, eigetliche Decke. Ei weiteres Problem bei der Messug der Luftdurchlässigkeit vo Bauteile ist die Möglichkeit der Strömug i der Bauteilebee (vgl. Bild 1). Diese Strömug ka sowohl im Bauteil selbst erfolge als auch, i mehrschichtige Bauteile, zwische zwei Schichte. Soll die Luftdichtigkeit des gesamte Bauteilquerschittes gemesse werde, führt diese Strömug zu falsche Ergebisse. Läßt sich diese Strömug icht verhider, ist eie Messug der Luftdurchlässigkeit des gesamte Querschittes icht durchführbar [4]. Es ka i eiem solche Fall lediglich die Luftdurchlässigkeit der zugägliche Schicht bis zu der Ebee, i der diese Querströmug stattfidet, gemesse werde. 2 Aufbau des Meßsystems Ausgeführt wird ei ach der Schutzzoe Methode (guardzoe techique [4]) fuktioieredes Zweikammersystem. Die Realisierug dieses Meßsystems erfordert zwar ei aufwediges Regelsystem, da die Druckdifferez zwische der Meßkammer ud der Ausgleichskammer so gerig wie möglich sei muß um Strömuge im Bauteil gerig zu halte. Die Eisatzgreze i Bezug auf mögliche Meßobjekte eies solche Systems sid jedoch weiger eigeschräkt. Zwei ieiader assede Kammer bilde das Grudgerüst des Meßsystems. Beide Kammer habe eie voeiader uabhägige Luftzufuhr ud olumestromregelug. Die iere Kammer ist zusätzlich mit eier orrichtug zur olumestrombestimmug ausgestattet. Die Druckdifferez zwische der iere (der Meßkammer) ud der äußere Kammer (der Ausgleichskammer) sowie der zwische der iere Kammer ud der

2 Nachdruck aus Bauhysik 17 (1995), H. 4, S Der für die Erfassug der Meßwerte ud der Regelug der etilatore otwedige PC ist i 19 Techik aufgebaut. I dem 19 Eischubgehäuse mit Trasortkoffer habe ebe dem eigetliche Recher alle weitere Periheriegeräte wie Differezdrucksesore mit Saugsversorgug ud elektroische Drehzahlregler Platz. Durch diese Aufbau ist die Meß- ud Regeleiheit komakt ud relativ gut gege mechaische Belastuge, die beisielsweise beim Trasort vorkomme köe, geschützt. Bild 1: Durchströmug eies Bauteiles, Querströmug im Bauteil ach Roulet/adaele. 1 Differezdruckmessug Drehzahlmessug Meßstelle Regler Umgebug werde gemesse. I Bild 2 ist der riziielle Aufbau skizziert. Das olume zwische de beide Kammer diet als Schutzzoe, d.h. der Druck i diesem Zwischeraum wird regelugstechisch stets auf demselbe Niveau gehalte wie derjeige i der iere Kammer. Aders ausgedrückt, 2 soll stets gleich ull sei. Damit ist der olumestrom, welcher der iere Kammer zugeführt werde muß, um die gewüschte Druckdifferez zur Umgebug aufrechtzuerhalte derjeige, der durch das Bauteil im Bereich der iere Kammer hidurchströmt. 2 2 etilator olumestrommessug Bild 3: Priziskizze des Meß- ud Regelaufbaus Die Regelug erfolgt über zwei Software -Regler. Der Sollwert ist die gewüschte Druckdifferez, für die Druckdifferez zwische Kotrollkammer ud Meßkammer stets ull, für die Druckdifferez zwische Meßkammer ud Umgebug ei Wert zwische eiem ud zeh Dekaascal. Der Istwert ist etsreched die aktuelle Druckdifferez ud die Stellgröße ist die Regelsaug für de elektroische Drehzahlregler des jeweilige etilators. Prüfkörer Luftzufuhr bzw. -abfuhr 2.2 Die zerstörugsfreie Befestigug des Meßsystems 1 Bild 2: Priziieller Aufbau des 2-Kammer Meßsystems mit Meß ud Regelgröße 2.1 Meß- ud Regeleirichtug I Bild 3 ist der riziielle Meß- ud Regelaufbau für das Meßsystem aufgezeigt. Zetrales Problem ist die Ausregelug der Druckdifferez 2 zwische der Meßkammer ud der Ausgleichskammer. Erreicht wird dies idirekt durch die Drehzahlregelug der etilatore. Die mögliche Güte dieser Ausregelug zeigte sich als stark abhägig vo der Abdichtug der Kammer gegeeiader sowie als absolut maßgeblich für die Meßgeauigkeit. Die Befestigug des Meßsystems erfolgt durch ei akuumsystem mit sechs Saugäfe. Diese habe bei Holz als Uterlage ud bei dem Neuterdruck vo,85 bar bei Belastug ormal zur Holzoberfläche eie Haltekraft vo je ca. 65 N. Bei dem Prototye des Meßsystems ergibt das mit der Gewichtskraft des Systems vo ca. 45 N ud der theoretisch aufzubrigede Preßkraft für die Komressio des hochkomressible Dichtugsbades auf de Sollwert vo 5:1, die eier Gewichtskraft vo ugefähr 5 N etsricht, eie Sichterheit vo ca. vier. orläufig ist i dem akuumsystem och kei Puffervolume vorhade, so daß bei Störuge der akuumume, Stromausfall oder bei Leckage eies akuumschlauches das System raktisch sofort heruterfällt. Bei Messuge, die mit dem Prototye a eier ersuchsdachschräge durchgeführt werde, erweist sich icht die Haltekraft der Saugäfe als begrezeder Faktor der Aufhägug ud Abdichtug durch Komressio der Dichtugsbäder,

3 Nachdruck aus Bauhysik 17 (1995), H. 4, S soder die Festigkeit der mit Kralle befestigte Nut- ud Federbretter der ersuchsdachschräge. Bei zu große Kräfte reiße die Nute teilweise aus. Es ist icht möglich, die agestrebte Komressiosrate der hochkomressible Bäder vo 5:1 zu erreiche. 3 Testmessuge 3.1 ergleichsmessuge ahad eies eifache Saltes Ahad eies Saltes eifacher Geometrie, der sowohl mit dem zur erfügug stehede Laborrüfstad [3] als auch mit dem Meßsystem erfaßt werde ka, werde vergleichede Messuge durchgeführt, um das Prizi des Meßsystems zu verifiziere. Der Salt veräderbarer Höhe h, mit der kostate Tiefe t vo 25 mm, besteht aus zwei Alumiium L-Wikel, die verschiebbar auf eier Serrholzlatte motiert werde (vgl. Bild 4). Aufgrud des sehr eifache Aufbaus ist es icht möglich, die Salthöhe exakt eizustelle. Die Usicherheit i der Eistellug der Salthöhe ist größer als,5 mm. Für de ergleich zwische dem Laborrüfstad ud dem Meßsystem ist der Absolutwert der Salthöhe icht bedeutsam. Es sollte jedoch sichergestellt werde köe, daß sich die Salthöhe zwische de Messuge mit de uterschiedliche Meßsysteme ud dem damit verbudee Umbau icht verädert. Eie eräderug der Salthöhe ka bei de durchgeführte Messuge icht völlig ausgeschlosse werde. t = 25 mm Bild 4: Eifacher Salt für ergleichsmessuge zwische dem Laborrüfstad ud theoretische Werte ach [5]. h köe ergleichsmessuge ohe die zusätzliche Komlikatio der Überkofbefestigug durchgeführt werde. I Bild 5 sid die Ergebisse dieser erste ergleichsmessuge dargestellt. Die Übereistimmug der hierbei mit dem Meßsystem gemessee Werte ud de Werte der Messuge mit dem Laborrüfstad ka für Saltgröße über,5 mm als gut bezeichet werde. Die mittlere Abweichuge sid für die Messug mit der Salthöhe,5 mm ca. 12% ud bei der Salthöhe 2, mm ca. 2%. Die relativ große Abweichug bei der Salthöhe,5 mm ist im wesetliche auf mögliche eräderuge der eigestellte Salthöhe bei dem icht vermeidbare Umbau der Platte mit dem Salt zwische de Meßgeräte zurückzuführe. Uter der Aahme, daß die absolute Äderug bei dem Umbauvorgag i etwa kostat bleibt, ist die relative Äderug bei eiem kleiere Salt atrlich größer. Es ist zu erkee, daß die mit dem i situ Meßsystem ermittelte Werte für die Luftdurchlässigkeit des Saltes tedeziell etwas zu hoch liege Messuge mit dem Meßsystem überkof befestigt Da die Abdichtug der Kammer voeiader ei zetrales Elemet des Meßsystems darstellt, werde die Messuge a dem eifache Salt überkof wiederholt. Bei der Überkofmotage ist die Abdichtug der Kammer voeiader, die bei der Ausführug des Prototye vo der Komressio eies hochkomressible Dichtugsbades abhägt, icht so gut wie im Falle des eifache Aufstelles, bei dem das Gewicht des Prototye für eie ausreichede Komressio der Bäder sorgt. Bild 6 zeigt das Ergebis eier Überkof ergleichsmessug. Die mittlere rozetuale Abweichug der mit dem Meßsystem gemessee olumeströme vo de Werte, die mit dem Laborrüfstad ermittelt werde, liegt i dem abgebildete Bereich bei 15% für die Überdruckmessug bzw. bei 25% für die Uterdruckmessug, we alle Werte berücksichtigt werde. Für die Betrachtug der Druckdifferez über dem Salt zwische 4 ud 6 Pa wird die mittlere Abweichug für die Überdruckmessug zu 8% bzw. zu 18% für die Uterdruckmessug. Auch im Betrieb überkof liege die mit dem Meßsystem ermittelte Werte jeweils über de ahad des Laborrüfstades gemessee Messuge mit dem Meßsystem auf dem Bode lieged Zuächst wird das Meßsystem eifach auf die Probe mit dem Salt gestellt. Hierdurch 3.2 Messuge a eiem ersuchsdachaufbau Die zerstörugsfreie Befestigug ud der Betrieb überkof wird a eiem zu diesem Zweck er-

4 Nachdruck aus Bauhysik 17 (1995), H. 4, S olumestrom [m 3 /(h m)] olumestrom [m 3 /(h m)] Labor.5 mm [dapa] Labor 2. mm [dapa] Bild 5: ergleichsmessuge zwische Meßsystem ud Laborrüfstad ahad eies eifache Saltes uterschiedlicher Höhe. Das i situ Meßsystem wurde hierbei icht überkof befestigt. olumestrom 1 [m 3 /(m h)] theoretisch (mit Fehlerbalke ±.5 mm) Uterdruck Uterdruck Überdruck Überdruck Laborrüfstad Ausregelug [dapa] 8 Druckdifferez [dapa] Bild 6: ergleichsmessuge ahad eies eifache Saltes der Höheh=,5mmmitBefestigug des Meßsystems überkof. richtete Dachsegmet mit Nut ud Federbrettverschalug robeweise durchgeführt. Hierbei köe wertvolle Erketisse über das erhalte des Systems gewoe werde. Die größte Schwierigkeite ergebe sich bei diese ersuchsmessuge zuächst hisichtlich der Abdichtug der Kammer utereiader ud der Abdichtug der äußere Kammer zur Umgebug. Sid diese Bereiche im liegede Testbetrieb durch das relativ hohe Eigegewicht des Meßsystems kei Problem, wird u durch die geeigte Aufhägug überkof die Komressio des hochkomressible Dichtugsbades roblematisch. Das sich aus dem Eigegewicht des Systems ud der für die hochkomressible Bäder aufzubrigede Komressioskraft zusammefidede Gesamtgewicht des Systems erweist sich als deutlich zu hoch. Bei de erste Befestigugsversuche reiße die mit Kralle befestigte Profilbretter teilweise a de Nute aus, bevor eie ausreichede Komressio der verwedete Dichtugsbäder erreicht werde ka. Erst ach der errigerug der beötigte Komressioskraft durch orabrofilierug des Dichtugsbades im Muster der Profilbretter ud der damit erzielte bessere Abdichtug der beide Kammer gegeeiader köe die erste Messwerte mit dem System überkof a dem Dachversuchsaufbau mit Nut ud Federbretter ermittelt werde. Hierbei ist jedoch die Abdichtug der Kammer gegeeiader och icht gut geug, um die Meßwerte vergleiche zu köe Ausregelug ( Meß - Kotroll ) 4 Schlußbemerkug Ei fertiggestellter Prototy des Meßsystems zur Bestimmug der Luftdurchlässigkeit vo Bauteile

5 Nachdruck aus Bauhysik 17 (1995), H. 4, S ach der Schutzzoemethode wird i ergleichsmessuge mit eiem vorhadee Laborrüfstad errobt. Hierbei köe wertvolle Erketisse gewoe werde, i welche Bereiche bei eiem derartige System Probleme zu erwarte sid. Das gewählte Meßrizi Schutzzoemethode (Guardzoe) scheit für ei solches Meßsystem geeiget. Die vergleichede Messuge ahad eies eifache Saltes ergebe Abweichuge zwische dem Laborrüfstad ud dem Prototye des Meßsystems zur Bestimmug der Luftdurchlässigkeit vo Bauteile vo ca. 1 bis 2%. Die Behebug der im Laufe der durchgeführte Testmessuge erkate Schwierigkeite sowie die Erfüllug der bislag och icht berücksichtigte Forderug, das Messe vo Kate mit bis zu 9 o zu ermögliche, sid bei der Kozetioierug eier zweite, verbesserte ersio des Meßsystems zur Bestimmug der Luftdurchlässigkeit vo Bauteile kostruktiosweised. Die Forderuge a eie weiteretwickelte ersio des Meßsystems im Überblick: [4] Roulet, C. ud adaele, L. Air flow atters withi buildigs measuremet techiques. Tech. Ber. 34, AIC, Dec [5] Esdor, H. ud Rheiläder, J. Zur recherische Ermittlug vo Fugedurchlaßkoeffiziete ud Druckexoete für Bauteilfuge. Heizug Lüftug Haustechik 29 (März 1978), 3. Das am Bauteil zu befestigede System muß leichter werde Auch das Messe vo Kate (18 o bis 9 o ) soll möglich sei Die Kammer solle i gewisse Greze seitlich gegeeiader verschiebbar sei Die Saugebee für die Befestigug des Meßsystems soll möglichst dicht a der Dichtebee liege, um Hebelwirkuge zu verhider ud die Abdichtug der Kammer gegeeiader ud gegeüber der Umgebug zu verbesser Die kostruktive Ausführug eies verbesserte Meßsystems zur Bestimmug der Luftdichtigkeit vo Bauteile ist derzeit i Arbeit. Die Utersuchug wurde im Auftrag des AIF, AZ.: 8795, über die Deutsche Gesellschaft für Holzforschug e.. durchgeführt. Literatur [1] Schüle, W. Utersuchuge über die Luft- ud Wärmedurchlässigkeit vo Fester. Gesudheits Igeieur 83 (1962), 6. [2] Kublauch, E., Schäfer, H. ud Sido, S. Über die Luftdurchlässigkeit geeigter Dächer. Gesudheits Igeieur 18 (1987), 1. [3] Hauser, G. ud Geißler, A. Utersuchug der Luftdichtheit vo Holzverschaluge. Bauhysik 17 (1995), H. 6, S

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