F&E Projekt Warme Kante

Transkript

1 Seite 1 von 5 Leiter F & E, ift Rosenheim F&E Projekt Warme Kante Äquivalente Wärmeleitfähigkeit als vereinfachter Nachweis für Abstandhalter im Isolierglas Die Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz steigen weiter und damit gewinnen Wärmebrücken immer mehr an Bedeutung, beispielsweise der Glasrandverbund, bei Fenstern und Fassaden. Im Verbund mit hochwärmedämmenden Mehrscheiben- Isoliergläsern und Fensterrahmen ist dies eine bekannte Schwachstelle. Neben der Verringerung von Energieverlusten führt eine Optimierung des Randverbundes auch zu höheren Temperaturen auf der inneren Glasoberfläche und damit zu geringerem Tauwasseranfall. Die wärmetechnische Kenngröße zur Beurteilung des Glasrandverbundes ist der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient, der bei Kenntnis des exakten geometrischen Querschnitts des Abstandhalters und der Wärmeleitfähigkeit der Materialien nach EN ISO berechnet werden kann. Die Wärmeleitfähigkeit kann zwar für einige Materialien aus Normen entnommen werden, aber es gibt viele Materialien für die keine normativen Werte vorhanden sind, die direkt nicht bestimmt werden können (beispielsweise Folien mit Beschichtung im µm bis nm Bereich) oder eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit haben. Zudem ist die Wärmeleitfähigkeit mancher Materialien von der Herstellung und Verarbeitung abhängig, beispielsweise die Kaltverformung (Walzen) bei Metallen. Bild 1 Einfluss von Verglasung, Fensterrahmen und Randverbund auf den Wärmewiderstand von Fenstern und Fassaden

2 Seite 2 von 5 Ziel des Forschungsprojektes Ermittlung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit von wärmetechnisch verbesserten Abstandhaltern war es geeignete Messverfahren zu entwickeln, die die beschriebenen Probleme löst. Das Projekt wurde vom Institut für Bautechnik (DIBt) gefördert und vom Arbeitskreis Warme Kante des BF (Bundesverbandes Flachglas e.v.) unterstützt. Hierzu wurde eine Messung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit des gesamten Abstandhalters entwickelt, anstatt die einzelnen Wärmeleitfähigkeiten aller eingesetzten Materialien zu ermitteln. Die Messung einer äquivalenten Wärmeleitfähigkeit bietet Vorteile, weil nur eine Messung notwendig ist, die Messung in der Hauptwärmestromrichtung der späteren Anwendung entspricht, die Messung am Originalprodukt erfolgt und somit auch die Einflüsse des Herstellungsverfahrens (z.b. Extrusion, Umformung) berücksichtigt werden. Die äquivalente Wärmeleitfähigkeit wird an einem Sandwichaufbau gemessen, der komplett mit Abstandhaltern gefüllt ist und von dem der Wärmedurchlasswiderstand nach EN ermittelt wird. Durch Subtraktion des Wärmedurchlasswiderstandes der beiden Glasscheiben vom Gesamtwärmedurchlasswiderstand kann die äquivalente Wärmeleitfähigkeit des Abstandhalters ermittelt werden. Abstandhalter Float d glas d SZR d glas Trocknungsmittel Klebung Bild 2 Schematische Darstellung des Probekörpers zur Ermittlung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit Die ermittelte äquivalente Wärmeleitfähigkeit kann dann direkt im sog. Two Box Modell zur Berechnung des -Wertes des Abstandhalters verwendet werden. Eine aufwändige detaillierte Modellierung des kompletten Querschnittes ist überflüssig. Das Two Box Modell ist in der ift-richtlinie WA 08/1 beschrieben. Validierung Messverfahren und Einflussfaktoren Durch Vorabmessungen an fünf ausgewählten Abstandhaltern (Hohlprofil aus Edelstahl, Polymer-Hohlprofil mit Diffusionssperre aus Metall sowie ein Abstandhalter mit integriertem Trocknungsmittel) wurden zunächst Aussagen über den Einfluss des Feuchtgehaltes des Trocknungsmittels und der Probekörperherstellung auf die äquivalente Wärmeleitfähigkeit analysiert. Nach einer Befeuchtung im künstlichen Klima wurde bei den Probekörpern mit trockenem und feuchtem Trocknungsmittel der Wärmedurchlasswiderstand gemessen. Zusätzlich wurde der Wärmedurchlasswiderstand an Abstandhalterhohlprofilen

3 Seite 3 von 5 ohne Trocknungsmittel gemessen. Für alle untersuchten Abstandhaltersysteme konnte im Rahmen der Messgenauigkeit kein Unterschied in der Wärmleitfähigkeit zwischen einem trocken und feucht festgestellt werden. Auch die Orientierung von Abstandhaltern aus Hohlprofilen hatte keinen signifikanten Einfluss auf die wärmetechnischen Kenndaten. Allerdings hatten die Hohlprofile, die vorab bereits mit Trocknungsmittel gefüllt waren, geringfügig höhere Werte für die äquivalente Wärmeleitfähigkeit. Um den Einfluss der Mess- Stellen abzuschätzen, wurde ein Ringversuch mit drei weiteren Laboren durchgeführt. Im Rahmen der Ringmessung wurde eine Genauigkeit von % ermittelt. Durch diese Ergebnisse wurde die Bestimmung einer äquivalenten Wärmeleitfähigkeit als praxistaugliches und hinreichend genaues Messverfahren bestätigt. Bild 3 Präparierter Probekörper (noch ohne Füllung von Trocknungsmittel)

4 Seite 4 von 5 Vergleichsrechnungen bekannter Konstruktionen Im zweiten Teil des Forschungsprojekts sollte die äquivalente Wärmeleitfähigkeit aller im Arbeitskreis Warme Kante vertretenen Systeme gemessen und mit den durch Berechnung ermittelten Werten verglichen werden. Es handelt sich hier um bereits im Markt etablierte Systeme, deren technische Werte vom BF in Form eines einheitlichen Datenblattes zur Verfügung gestellt werden. Die Probekörper wurden am ift Rosenheim hergestellt, um Einflüsse aus der Fertigung auszuschließen. Von jedem Abstandhaltersystem wurden 3 Probekörperpaare hergestellt und anschließend mit trockenem Molekularsieb gefüllt. Die Ermittlung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit eq,2b erfolgte durch Messung der Einzelwerte sowie einer statistischen Berechnung der drei Probekörperpaare entsprechend ISO Anhang C für eine 90% Fraktile und den Rundungsregeln nach EN ISO Bild 4 Datenblatt für wärmetechnisch verbesserte Abstandhalter Die im Rahmen des Vorhabens durch Messung ermittelten äquivalenten Wärmeleitfähigkeiten stimmten für die meisten untersuchten Systeme gut mit den bisher genutzten Rechenverfahren überein. Die Ursachen für die wenigen größeren Abweichungen wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens nicht mehr festgestellt, bedürfen jedoch einer Analyse im Nachgang. Ebenso wurde mit den gemessenen Werten der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient nach ift-richtlinie WA-08/1 Wärmetechnisch verbesserte Abstandhalter Teil 1 Ermittlung des repräsentativen -Wertes für Fensterrahmenprofile berechnet und mit den bisher veröffentlichten Werten verglichen. Die auf Basis der gemessenen Werte berechneten Psi-Werte ( zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den in den Datenblättern des Bundesverbandes Flachglas (BF) publizierten Werten und zeigen Abweichungen für nahezu alle Systeme, die geringer als 0,005 W/(m K) sind, die im Rahmen der Ermittlung des U-Wertes von Fenstern nicht mehr signifikant sind. Für viele Systeme liegt die Abweichung der -Werte sogar nur in einer Größenordnung von 0,002 W/(m K).

5 Seite 5 von 5 Fazit Das im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelte Messverfahren zur Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von wärmetechnisch verbesserten Abstandhaltern ist mit der bislang angewandten Methode der numerischen Berechnung vergleichbar und bietet mit der Einführung einer äquivalenten Wärmeleitfähigkeit eine erhebliche Vereinfachung zur Bestimmung der notwendigen technischen Kennwerte. Die erarbeitete Vorgehensweise ist in der ift-richtlinie WA17/1 Wärmetechnisch verbesserte Abstandhalter Teil 2 Ermittlung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit durch Messung beschrieben und bietet so eine anerkannte wissenschaftliche Grundlage. Die ift-richtlinie WA 08/2 wurde entsprechend angepasst; somit können auch die repräsentativen -Werte auf Grundlage der gemessenen äquivalenten Wärmeleitfähigkeit ermittelt werden. Gleichzeitig wurde nachgewiesen, dass der Einfluss des Feuchtgehaltes des Trocknungsmittels und die Herstellverfahren keinen signifikanten Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit haben. Die in den Datenblättern des Bundesverbandes Flachglas dargestellten Werte werden in Zukunft auf Grundlage der gemessenen Kennwerte angegeben. Diese Vorgehensweise soll zukünftig auch normativ in der EN ISO verankert werden und damit eine internationale Gültigkeit erhalten. Der Autor: Dipl- Phys. Norbert Sack leitet im ift Rosenheim den Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung und ist in zahlreichen bauphysikalischen Normenausschüssen vertreten.