Entwicklung einer neuen Methode zur Messung der spezifischen Wärmekapazität von Dämmstoffen an ganzen Platten Roxana Künzel

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1 Entwicklung einer neuen Methode zur Messung der spezifischen Wärmekapazität von Dämmstoffen an ganzen Platten Roxana Künzel

2 Bauphysikalische Relevanz der spezifischen Wärmekapazität für den Baubereich Simulation des (hygro-) thermischen Verhaltens gewinnt immer mehr an Bedeutung Sommerlicher Wärmeschutz Beitrag zur Reduzierung von Tauwasserausfall an Fassaden (Einfluss auf mikrobiellen Bewuchs)

3 Fachartikel zur Idee A simple method to determine the specific heat capacity of thermal insulations used in building construction K. Ghazi Wakili, B. Binder, R. Vonbank Section of Applied Physics in Building. Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research (EMPA) CH-8600 Duebendorf, Switzerland Received 22 May 2002; received in revised form 15 July 2002; accepted 18 July

4 Vorteile des neuen Messverfahrens Möglichkeit zur Nutzung weit verbreiteter Versuchsapparaturen zur Messung der Wärmeleitfähigkeit Messung an ganzen Platten Laufende Erweiterung der Datenbasis möglich (z. B. im Rahmen der WPK) Repräsentative Messwerte

5 Versuchsaufbau im Messplattengerät

6 Was muss beachtet werden Kontinuierliche Aufzeichnung der Messwerte mit hoher Abtastrate (min. alle 30 Sekunden) Homogene Temperatur der Probe vor Start der Messung sicherstellen Heizplatten vorgewärmt und hohe Wärmekapazität Homogene Temperaturverteilung auf der Probenoberfläche Abkühlung an den Rändern möglichst vermeiden

7 Probekörper und Aufbau Platzierung der Thermoelemente Probenvorbereitung

8 Probekörper und Aufbau

9 Analytischer Ansatz Wärmeleitungsgleichung: Allgemein: 1D: (xx,tt) (xx,tt) = aa TT(xx, tt) = aa 22 TT(xx,tt) xx 22 Außerdem gilt: aa = λλ ρρ cc Lösen der partiellen Differentialgleichung

10 Analytischer Ansatz Analytische Lösung: TT(xx, tt) = 4 ππ (TT 0 TT RR ) 1 2nn + 1 nn=0 ssssss [2nn + 1] ππ ππ 2 λλ tt dd xx ee (2nn+1)2 dd 2 ρρ cc + TT RR tt 0 tt 0 < tt < tt eeeeee tt eeeeee xx TT ffffff TT RR = 40 CC TT 0 = 20 CC TT 0 = 20 CC TT RR = 40 CC TT 0 > TT > T R TT 0 > TT > T R TT RR = 40 CC TT = T R T = T R TT RR = 40 CC TT RR = 40 CC TT RR = 40 CC

11 Temperaturverlauf: XPS Temperatur [ C] gemessen gefittet (c=1370) exemplarisch (c=1270) exemplarisch (c=1470) Zeit [h]

12 Temperaturverlauf: Mineralwolle Temperatur [ C] gemessen gefittet Zeit [h]

13 Ergebnisse der Messkurven Alle Angaben in J/(K kg): Quelle: DIN EN (2000)]

14 Messungen an hygroskopischen Dämmstoffen Beitrag der Feuchte zur Wärmekapazität Trockener Dämmstoff: 1200 J/(kg K) Wasser: 4185 J/(kg K) Annahme: Holzfaser 8 M-% Ausgleichsfeuchte 0,08 kg/kg x 4185 J/(kg K) = 335 J/(kg K) 28 %!!! Potentielle Probleme bei der Anwendung der Methode an hygroskopischen Dämmstoffen: Feuchtegehalt im Material verlagert sich Diffusionsstrom führt Energie mit Latente Wärmen durch Ad- und Desorption

15 Messungen an hygroskopischen Dämmstoffen Orientierende Versuche an Holzfaserdämmstoffen Tauglichkeit des Aufbaus für hygroskopische Dämmstoffe? Vergleich mit Literaturwerten möglich?

16 Temperaturverlauf: Holzfaserdämmstoff Getrocknet: Temperatur [ C] gemessen gefittet Zeit [h]

17 Temperaturverlauf: Holzfaserdämmstoff Temperatur[ C] gemessen gefittet Zeit [h]

18 Latentwärmeeffekte

19 Latentwärmeeffekte

20 Ergebnisse der Messkurven Alle Angaben in J/(K kg):

21 Fazit Neue Messmethode Nur für nichthygroskopische oder getrocknete Materialien geeignet Adaption des Messaufbaus: Messung in Ergänzung an eine normale λ-messung Thermische Berechnungen Prüfung unter welchen Bedingungen der höhere Literaturwert von hygroskopischen Stoffen für thermische Berechnungen verwendet werden kann

22 Kontakt Roxana Künzel Forschungsinstitut für Wärmeschutz e. V. München Forschung und Entwicklung im Wärmeschutz Lochhamer Schlag 4, DE Gräfelfing Telefon Telefax Kurzvita Roxana Künzel kommt aus einer Familie mit langer Bauphysik-Tradition. Sie hat ihre Abschlussarbeit im Rahmen des Bachelorstudiengang Ingenieurwissenschaften an der Paris Lodron Universität Salzburg am FIW München durchgeführt. Derzeit studiert sie im Masterstudiengang Medizintechnik an der Technischen Universität München.

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