REFERENZBROSCHÜRE WÄRMEDÄMMUNG II. Der dynamische Wärmestrommesser (Eine neue Methode zur Beurteilung von dünnen reflektierenden Wärmedämmungen)

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1 REFERENZBROSCHÜRE WÄRMEDÄMMUNG II Der dynamische messer (Eine neue Methode zur Beurteilung von dünnen reflektierenden Wärmedämmungen)

2 LEITARTIKEL Jede Firma, die Produkte entwickelt, muss deren regelmässige Kontrolle unter beachtung geltender Vorschriften gewährleisten. Da keine Normen zur Beurteilung der Effektivität von Wärmedämmungen existierten, entwickelte actis sein eigenes Mess-System (zur Messung am einsatzort). Im Jahr 2 tat die Abteilung Forschung & Entwicklung unterstützt von unabhängigen labors mit der Entwicklung eines dynamischen messers einen weiteren Schritt nach vorn. Dieses Laborgerät verbindet herkömmliche Messmethoden und Messungen am einsatzort. Die Pragmatisch und exakt durchgeführten Arbeiten tragen dazu bei, die Forschung im bereich der Wissenschaftlichen Erkenntnisse über mehrschichtige reklektierende Wärmedämmungen voran zu bringen. Laurent Thierry Geschäftsführer ACTIS S.A.

3 INHALT 1. MESSUNGEN IM LABOR: Die Bezugsnormen s.3 2. MESSUNGEN VON ACTIS AM EINSATZORT: Vergleichende Messungen von Wärmedämmungen unter reellen Einsatzbedingungen s. 3. VERGLEICH DER DURCHGEFÜHRTEN MESSUNGEN: «Im Labor» und «Am Einsatzort» s.7 4. DER DYNAMISCHE WÄRMESTROMMESSER: Eine neue Methode zur Messung mehrschichtiger reflektierender Wärmedämmungen s.9. BEWERTUNG DER ERGEBNISSE: Des dynamischen messers s.11 Einige anmerkungen zur Wärmeübertragung : Eine Wärmeübertragung findet nur bei einer Temperaturdifferenz ( T ) statt. Wärmeübertragungen finden in Form eines s (φ) statt. Der erfolgt von warm nach kalt. Eine Wärmedämmung dient dazu, das Abfließen der Wärmeströme durch die Wände zu verringern. Je geringer der, desto effektiver die Wärmedämmung.

4 Bei der Berechnung der Effektivität von Wärmedämmungen wird nach einem alten Bezugssystem vorgegangen. In den sechziger Jahren haben Wissenschaftler ein Berechnungsmodell für den Wärmeverlust an Gebäuden eingeführt. Dieses Modell, das für dicke und homogene Wärmedämmungen entwickelt wurde, beruht auf der herkömmlichen Messung der spezifischen Wärmeleitfähigkeit* mit Laborgeräten wie der geregelten Heizkasten oder dem messer. 1. MESSUNGEN IM LABOR*: Obwohl im Jahr 2 neue Bestimmungen für die Wärmemessung eingeführt wurden, änderte sich das herkömmliche Berechnungsmodell im Wesentlichen nicht. Gérard Fleury, ehemaliger Betriebsleiter am CSTB und Wärmespezialist am CSTB, ist der Meinung, dass die herkömmlichen Messgeräte (im Labor) nicht ausreichen, um die wirkliche Effektivität von mehrschichtigen reflektierenden Wärmedämmungen*, insbesondere ihre Strahlungsstärke und ihre gute Anpassungsfähigkeit an klimatische Veränderungen, zu messen. Er unterstützt einen wissenschaftlichen Ansatz auf der Grundlage von Versuchen unter reellen Einsatzbedingungen und mit Messung des Energieverbrauchs. * Siehe Glossar auf S. 14 Referenznormen : NF X1-21 (NF EN 12667) : Bestimmung der Eigenschaften der Wärmeübertragung im stationären Zustand - Messmethode geregelte Plattengeräts. NF X1-22 (NF EN 899) : Bestimmung der Eigenschaften der Wärmeübertragung - Messmethode geregelte Heizkasten. NF X1-2 (NF EN 12939) : Bestimmung der Eigenschaften der Wärmeübertragung im stationären Zustand - Messmethode messer 3

5 Wie erfolgt die Messung im Labor? Bei dieser Methode wird eine Wärmedämmung zwischen zwei Umgebungen unterschiedlicher Temperatur platziert, um eine Temperaturdifferenz ( T) zu erzielen. Anschließend wird die Energiemenge gemessen, die erforderlich ist, um auf jeder Seite der Wärmedämmung eine konstante Temperatur aufrecht zu erhalten. Die Messung erfolgt, wenn der stabil ist. Diese Energiemenge entspricht dem durch das Produkt. Funktionsprinzip des messers Richtung des s } Umgebungstemperatur Wärmedämmung T = 2 C Umgebungstemperatur 2 = T warm - T kalt variabler Messbereich gleichbleibender 2 DIE BEZUGSNORMEN t t1 Zeit Ein Messpunkt ergibt sich aus der Messung des s bei einer festgelegten Temperaturdifferenz T. Um die Wärmedämmfähigkeit eines Dämmstoffes zu messen, können mehrere messungen = T warm - T mit kalt verschiedenen Richtung des s Temperaturdifferenzwerten T ( T= C, 1 C, 1 C, 2 C, 2 C ). durchgeführt werden. Umgebungstemperatur Dank dieser Messpunkte kann ein repräsentatives Diagramm der } Wärmedämmung T = 2 C Umgebungstemperatur 2 Messbereich variabler gleichbleibender Wärmedämmfähigkeit des getesteten Dämmstoffes erstellt werden. t t1 Zeit Messungen im Labor: Für unterschiedliche T gemessene Wärmeströme Temperaturdifferenz ( C) Temperaturdifferenz ( C) Je größer die Temperaturdifferenz ( T) desto stärker der. Diese Wärmeströme werden bei sehr spezifischen Messbedingungen für die Dämmstoffproben erzielt: Dämmstoffprobe mit kleinen Abmessungen. Zuvor in der Trockenkammer behandelte Dämmstoffprobe (Trockenzustand). Eingeschränkte Übertragung von Wärmeströmung- und strahlung Die alleinige Messung der spezifischen Wärmeleitfähigkeit im Labor reicht nicht aus, um die Wärmedämmfähigkeit mehrschichtiger reflektierender Wärmedämmungen zu beurteilen. 4

6 ACTIS hat eine neue Messmethode am Einsatzort entwickelt, um die Wärmedämmfähigkeit von Wärmedämmungen im dynamischen Zustand (unter reellen klimatischen Bedingungen*) zu beurteilen. Schalldämmungen von Gebäuden und Brandschutzdämmungen werden mit ähnlichen Methoden getestet. 2. MESSUNGEN AM EINSATZORT*: VON WÄRMEDÄMMUNGEN UNTER Messungen am einsatzort: - Eine Fläche von mehr als 1 m 2-12 Gebäude - verschiedene Bauarten - Repräsentative Abmessungen: 2 bis 2 m 2 am Boden; 1 bis 2 Ebenen; 6 bis 3 m 2 wärmegedämmte Fläche Aufgezeichnete Messdaten : - Windgeschwindigkeit und - richtung - Innen- / Außentemperatur - Luftfeuchtigkeit - Luftdruck - Niederschläge - Energieverbrauch : ACTIS beginnt die Zusammenarbeit mit dem unabhängigen Labor BM TRADA, um sein Messprotokoll auszuarbeiten. 23: Gérard Fleury, ehemaliger Wärmespezialist am CSTB, beteiligt sich an der Entwicklung einer neuen Generation von Versuchsgebäuden und an der Optimierung der Testprotokolle. 24: ACTIS arbeitet mit anerkannten Fachleuten großer nationaler Unternehmen zusammen, um seine Methodologie im Bereich der Datensammlung und-analyse zu vervollständigen. 2: Die gesamte Arbeit wird von der BVQI nach ISO 91 zertifiziert. * Siehe Glossar auf S. 14

7 Messprotokoll bei der Messung Am Einsatzort : Bei dieser Methode werden zwei vollkommen identische Gebäude mit zwei verschiedenen Wärmedämmungen versehen und dabei die Energiemenge gemessen, die notwendig ist, um eine konstante Innentemperatur aufrechtzuerhalten. Messungen am Einsatzort : Entwicklung des Energieverbrauchs pro Zeit in Abhängigkeit von Klimaveränderung und Tageszeit: VERGLEICHENDE MESSUNGEN REELLEN EINSATZBEDINGUNGEN Ein Gebäude wird mit einer sogenannten Standardwärmedämmung versehen, deren Wärmedämmfähigkeiten bekannt sind und mit herkömmlichen Methoden zertifiziert wurden. Das andere Gebäude wird mit einem Dämmstoff versehen, dessen Wärmedämmfähigkeit mit ersterem verglichen werden soll. Die Tests werden für je sechs Monate im Sommer und im Winter durchgeführt. Jede Woche werden Versuchsberichte angefertigt. Die effektive Dauer eines Tests beträgt zwischen 8 und 1 Wochen Zeit Um gute Ergebnisse zu gewährleisten, führt ACTIS diese Versuche nach einem strengen Protokoll durch: Kontrolle der Gebäude durch einen Vermessungsbeamten, der Abweichungen bei Abmessungen und Ausrichtung aufnimmt. Die größte Abweichung darf nicht mehr als 1 % betragen. Kalibrierung der Gebäude, um sicherzustellen, dass sie sich wärmetechnisch identisch verhalten: Wenn sie mit der gleichen Wärmedämmung versehen sind, muss die Abweichung im Energieverbrauch unter 1 % liegen. Zusammenarbeit mit einer nach QUALIBAT qualifizierten Firma, um das Anbringen der Standardwärmedämmung nach den Vorschriften und Regeln des Herstellers zu gewährleisten. Abnahme der Standardwärmedämmung durch eine Prüfstelle wie QUALICONSULT, APAVE oder BUREAU VERITAS. Überprüfung auf eventuell vorhandene Wärmebrücken durch Infrarotkamera. Kontrolle der Messgeräte und der Geräte zur Datenerfassung durch eine von COFRAC (Französischer Akkreditierungsausschuss) akkreditierte Stelle. Regelmäßige Prüfungen durch Zertifizierungsstellen (TRADA und BVQI) Temperaturdifferenz ( C) Messungen am Einsatzort : bei verschieden Temperaturdifferenzen T für zwei verschiedenen Dämmstoffmaterialen. Je größer die Temperaturdifferenz ( T), desto stärker der. Die Daten werden ständig aufgezeichnet. Somit werden jeden Tag über Daten aller Gebäude gesammelt, verarbeitet und analysiert. 6

8 Vergleicht man die Ergebnisse der messungen im Labor mit denen am Einsatzort (bei gleichem Dämmstoff und gleichen Temperaturdifferenzen), stellt man fest, dass sie sehr unterschiedlich ausfallen. 3.VERGLEICH DER DURCHGEFÜHR Bei einer mehrschichtigen Wärmedämmung von ACTIS : Bei einer Messung vor Ort ist der Energieverbrauch geringer als bei einer Messung im Labor, da der vor Ort immer unter dem liegt, der im Labor gemessen wird. Bei einer mehrschichtgen Wärmedämmung von ACTIS entspricht der im Labor gemessene dem maximalen Labormessungen von mehrschichtigen reflektierenden ACTIS-Wärmedämmungen 2 2 im Labor im Labor Labormessungen einer 1 Standardwärmedämmung 1 Labor gemessene, da der am Einsatzort immer höher ist im Labor im Labor als der im Labor. Bei einer herkömmlichen Wärmedämmung ist der im 1 Labor gemessene ein minimaler am Einsatzort am Einsatzort Temperaturdifferenz Temperaturdifferenz ( C) ( C) Bei Messungen im Labor kann der bei Bei Messungen am Einsatzort kann der verschiedenen Temperaturdifferenzen T gemessen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen 2 2 werden. gemessen werden Messungen am Einsatzort von mehrschichtigen reflektierenden ACTIS-Wärmedämmungen am Einsatzort am Einsatzort Bei Messungen im Labor kann der bei Bei Messungen am Einsatzort kann der verschiedenen Temperaturdifferenzen T gemessen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen 2 werden. 2 gemessen werden Bei einer herkömmlichen wärmedämmung: Der am Einsatzort gemessene Energieverbrauch ist höher als der im im Labor im Labor Messungen einer Standardwärmedämmung am Einsatzort am Einsatzort am Einsatzort Unabhängig von der Art der Wärmedämmung konnten wir beträchtliche Abweichungen zwischen dem im Labor gemessenen (stationären) und dem am 2 Einsatzort gemessenen (dynamischen) von bis zu 3 % feststellen. 1 Aufgrund dieser Abweichungen hat ACTIS ein Laborgerät zur Messung am Einsatzort am Einsatzort mehrschichtiger reflektierender Wärmedämmungen entwickelt. 1 7 im Labor im Labor Temperaturdifferenz Temperaturdifferenz ( C) ( C)

9 Bei Messungen im Labor kann der bei verschiedenen Temperaturdifferenzen T gemessen werden. Bei den Messungen am Einsatzort kann der auch unter verschiedenen klimatischen Bedingungen gemessen werden. Das Prinzip besteht darin, die beiden Messwerte übereinander zu legen, um sie zu vergleichen. TEN MESSUNGEN im Labor «IM LABOR» UND MESSUNGEN 1 «AM 1 EINSATZORT» 1 1 am Einsatzort =1+2 = im Labor am Einsatzort Temperaturdifferenz 2 ( C) im Labor am Einsatzort = = 1 1 am Einsatzort im Labor Temperaturdifferenz ( C) Vergleich der Messungen im Labor und der Messungen am Einsatzort im Labor von mehrschichtiger reflektierender Wärmedämmung am Einsatzort von mehrschichtiger reflektierender Wärmedämmung und Standardwärmedämmung im Labor von Standardwärmedämmung Temperaturdifferenz ( C) 7 = 3 +6 Der bei der dynamischen (instationären) Messung erzielte Messwert ist nur repräsentativ für die generelle Wärmedämmfähigkeit der Dämmstoffe. Der bei der stationären Messung erzielte Messwert ist repräsentativ für die Wärmedämmfähigkeit der Dämmstoffe in einem Teilbereich. 8

10 Actis verbindet Messungen im stationären und im dynamischen Betrieb und entwickelt ein Messgerät, das auch das Verhalten der Dämmstoffe im dynamischen Betrieb berücksichtigt. Außerdem entwickelt Actis eine Berechnungssoftware zur Umwandlung eines traditionellen messers in einen dynamischen. Anhand dieses Geräts lässt sich die tatsächliche Wärmedämmfähigkeit mehrschichtiger reflektierender Wärmedämmungen im Labor ermitteln. 4. ACTIS ENTWICKELT DEN DYNA EINE NEUE METHODE ZUR REFLEKTIERENDEN Dynamischer messer. Die Methodologie der Tests : - Es werden 3 Dämmstoffproben aus mehrschichtigen Wärmedämmungen von 6 x 6 cm vorbereitet. - Diese werden 24 Stunden lang in einer Klimakammer gelagert.. - Sie werden an den messer (FOX 6) angeschlossen. Das Messprotokoll wird aktiviert. Eine Messreihe für verschiedene Temperaturdifferenzen T wird durchgeführt. - Die verschiedenen werte stehen 1 Stunden später fest. - Die Messwerte werden mit der Berechnungssoftware bearbeitet. - 1 Minuten später steht der (dynamische) Messwert Rt fest. 9

11 Berechnungsmethode der von ACTIS entwickelten software Für diese Berechnungsmethode wird eine große Anzahl von Daten benötigt, die unter reellen Einsatzbedingungen aufgezeichnet wurden und das instationäre Verhalten von Wänden berücksichtigen. Dieses Verhalten umfasst viele Parameter ( T, Sonneneinstrahlung, Wind, Niederschlag, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck). Diese Phänomene treten gleichzeitig auf und ihre Verteilung ist zufällig. Seit dem Jahr 23 gibt es einen von Actis initiierten wissenschaftlichen Ansatz, um dieses Verhalten in einer wissenschaftlichen Gleichung auszudrücken. Die ersten Ergebnisse führten zu einer Korrelationsfunktion, die eine Verbindung zwischen den stationären und dynamischen Messungen herstellt. MISCHEN WÄRMESTROMMESSER: MESSUNG VON MEHRSCHICHTIGEN WÄRMEDÄMMUNGEN Der Methode liegen zwei Ansätze zugrunde: 1 - Ein linearer Ansatz, bei dem Modelle mit einer Dimension mit der Temperaturdifferenz T als Eingangswert berücksichtigt werden. A L A i T L / = ƒ ( ) T L T i T i 2 - Ein nicht linearer stärkerer Ansatz, bei dem mehrere Dimensionen mit allen Klimaparametern als Eingangsdaten berücksichtigt werden können: Temperaturdifferenz Windrichtung und stärke; Sonneneinstrahlung; relative Luftfeuchtigkeit; x 1 x 2 x 3 W 1 W 2 W 3 ƒ z usw. x j W j z = ƒ ( W j x j ) 1/(1+e (-x/t) ) si IxI, ƒ (x) = (x- ) (e (-u/t) / ) (1/(1+e (-u/t) ) 2 + (1/(1+e (-u/t) ) si x >, (x+ ) (e (u/t) / ) (1/(1+e (u/t) ) 2 + (1/(1+e (u/t) ) si x <, 1

12 Um die Messungen des dynamischen messers zu bestätigen, hat ACTIS eine Testreihe für mehrere Kategorien mehrschichtiger reflektierender Wärmedämmungen am Einsatzort durchgeführt. Die am Einsatzort erzielten Messergebnisse wurden mit den Ergebnissen des dynamischen messers verglichen.. BESTÄTIGUNG DER ERGEBNISSE Zeit Simulation des Temperaturverhaltens einer ACTIS-Wärmedämmung bei der Messung mit dem dynamischen messer Mit dem messer simulierter Zeit Messung des dynamischen Temperaturverhaltens einer m Einsatzort gemessener ACTIS-Wärmedämmung am Einsatzort. it dem dynamischen messer 2 simulierter Am Einsatzort gemessener 2 Mit Zeit Zeit 2 Am Einsatzort gemessener «Bei der Aufgabe, die ich zusammen mit Mit der dem Abteilung dynamischen Forschung messer & 2 Entwicklung von ACTIS angepackt habe, ging ich nach der gleichen wissenschaftlichen Methode vor, die ich bei vielen Produktinnovationen während meiner Tätigkeit beim CSTB angewandt habe; diese soll zur Entwicklung einer Norm für 1 mehrschichtige reflektierende Wärmedämmungen führen.» 1 Gérard Fleury 11

13 Bei dieser Methode wird die Kurve des durch die Simulation mit dem dynamischen messer erzielten s mit der Kurve des am Einsatzort emessener während mehrwöchiger Tests gemessenen s verglichen. 2 1 WÄRMESTROMMESSERS Zeit Vergleich der Messungen am Einsatzort und der mit dem dynamischen messer simulierten Messwerte. DES DYNAMISCHEN 2 1 Mit dem messer simulie Am Einsatzort gemessener Mit dem dynamischen messer simulierter Zeit - Die Dauer der dynamischen Wärmemessung im Labor betrug 12 Stunden. - Die Dauer der Messreihe des selben Dämmstoffes vor Ort betrug 8 Wochen. - Die Messgenauigkeit bei diesem Test beträgt über 9 %. Die Abweichung zwischen diesen beiden Messmethoden liegt unter %, wodurch wir die Zuverlässigkeit des dynamischen messers nachweisen konnten. Zusammenfassung ACTIS entwickelte ein neues Laborgerät; den dynamischen messer, mit einem einfachen und schnellen Messprotokoll mit dem die Wärmedämmfähigkeit von mehrschichtigen reflektierenden Wärmedämmungen unter reellen Einsatzbedingungen präzise ermittelt werden kann. 12

14 13 PERSÖNLICHE ANMERKUNGEN

15 Glossar Reelle Klimabedingungen: Tages- und Nachtzeiten (Tag, Nacht), verschiedene Wetterverhältnisse (Temperaturen, relative Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und richtung, Sonneneinstrahlung, Nebel, Niederschlag, Luftdruck, Kondensation, Verdunstung, Frost...). Reelle Einsatzbedingungen: Einsatz des Wärmedämmstoffs unter reellen Einsatzbedingungen gemäß den allgemein anerkannten Regeln und den Empfehlungen des Herstellers unter den Bedingungen, für die der Wärmedämmstoff entwickelt wurde. Spezifische Wärmeleitfähigkeit (W/m 2.K) : Die Wärmemenge, die durch Wärmeleitung durch einen m 2 gleichförmigen Materials bei einer Dicke von einem Meter fließt, wenn die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten 1 C beträgt. Mehrschichtige reflektierende Wärmedämmungen: Es gibt zwei Kategorien von mehrschichtige Wärmedämmungen: Zusatzdämmungen: mehrschichtige reflektierende Wärmedämmungen mit Blasenfolie, bestehend aus zwei reflektierenden Folien auf der Außenseite Wärmedämmungen: mehrlagige Wärmedämmungen aus einer oder mehreren reflektierenden Zwischenfolien, getrennt durch Schaummaterial, Watte...zusätzlich zu den Folien auf der Außenseite Polyurethan (PU). Standarddämmstoff: Glaswolle mit einer Dicke von 2 mm, spezifische Wärmeleitfähigkeit ( ) =,4 W/mK, Wärmewiderstand (R) =, m 2.K/W. Messungen im Labor: Bestimmung der Wärmedämmfähigkeit von Dämmstoffen im Labor mit der geregelten Hot Box oder dem messer. Diese nach konventionellen Normen durchgeführten Messungen werden vom stationären Wärmezustand beeinflusst, dem der Dämmstoff während der Messung ausgesetzt ist. Messungen am Einsatzort: Bestimmung der Wärmedämmfähigkeit von Dämmstoffen vor Ort unter reellen Einsatz- und Klimabedingungen. Diese Versuche werden nach einem genauen und strengen Messprotokoll durchgeführt und berücksichtigen den instationären Wärmezustand, dem die verschiedenen Wände des Gebäudes ausgesetzt sind. Dynamischer Zustand: Variabler, nicht stationärer Wärmezustand, der sich ständig ändert, bei dem spontan und ungehindert verschiedene Arten der Energieübertragung mit zufälliger Verteilung erfolgen. Mit den klimatischen Veränderungen zusammenhängender Zustand. Herkömmliche Wärmedämmungen: Dicke gleichförmige Wärmedämmungen mit geringer Wärmeleitfähigkeit (z.b.: Mineralwolle (Glaswolle, Steinwolle), Polystyrol (PSE, XPS), Stationärer Zustand: (auch Beharrungszustand genannt) Stabiler konstanter Wärmezustand, der sich auch mit der Zeit nicht ändert. 14

16 Ref : PZ223 (3/27) Hauptsitz: Avenue de Catalogne Limoux - FRANKREICH Tel.: (+33) Fax: (+33)