Vergleich der wärmeschutztechnischen. von VDI 2055, EN ISO und ASTM C680. Karin Wiesemeyer

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1 Vergleich der wärmeschutztechnischen Berechnungsmethoden von VDI 2055, EN ISO und ASTM C680 Karin Wiesemeyer

2 Überblick Für welche Objekte brauchen wir die Berechnungsmethoden? Typische Fragestellungen. Von welchen Berechnungsmethoden sprechen wir? Wo sind die Unterschiede, was ist gleich? Beispiele. Fazit.

3 Für welche Objekte brauchen wir die Berechnungsmethoden? Betriebstechnische Anlagen wie Kessel, Behälter Quelle: FIW München

4 Für welche Objekte brauchen wir die Berechnungsmethoden? Verteilerstation Technische Gebäudeausrüstung, Rohrleitungen Quelle: FIW München Quelle: FIW München

5 Typische Fragestellungen Oberflächentemperatur? Wärmestrom? Notwendige Dämmschichtdicke? Tauwasserfreiheit?

6 Berechnungsmethoden Identisches Ergebnis?

7 Was ist identisch, was ist unterschiedlich? Gleichungen zum Wärmedurchgang λ Temperatur der Kesselwand Strahlungsanteil des äußeren Wärmeübergangskoeffizienten Oberflächentemperatur außen Integraler (effektiver) Mittelwert der temperaturabhängigen Wärmeleitfähigkeit Quelle: EN ISO 12241

8 Was ist identisch, was ist unterschiedlich? Exkurs integraler Mittelwert der Wärmeleitfähigkeit = 1 2 ) ( ) ( m ϑ ϑ ϑ ϑ λ ϑ ϑ λ d λ(ϑ) ) ( ϑ ϑ ϑ ϑ λ = a a a a Quelle: VDI 2055:2008

9 Was ist identisch, was ist unterschiedlich? Gleichungen zum Wärmedurchgang Konvektiver Anteil des äußeren Wärmeübergangskoeffizienten Strahlungsanteil des äußeren Wärmeübergangskoeffizienten Oberflächentemperatur außen λ Temperatur der Kesselwand Integraler (effektiver) Wert der temperaturabhängigen Wärmeleitfähigkeit Bestimmung der Betriebswärmeleitfähigkeit (Fugen/Verdichtung) Quelle: EN ISO 12241

10 Gleichungen zur Berücksichtigung von Konvektion Beispiel senkrechte Wand VDI 2055 EN ISO ASTM C680 NNNN nn,ll Freie turbulente Konvektion αα k = 1,74 3 Δϑ h cv = 1,74 3 ΔΘ = 0, ,387 RRRR LL 1/ (0,492 PPPP ) 8/27 2 Erzwungene turbulente Konvektion αα k = 11 ll ll ww 8 + 5,8 ll ww 5 ww 4 ll h cv = 5,76 5 vv 4 HH 4 5 NNNN ff,ll = 0,037 RRRR LL 871 PPPP 1 3

11 Berechnungsbeispiel 1: Ummantelung mit Emissionsgrad ε= 0,15 Kesselwand Höhe 15 m Breite 5 m Lufttemperatur = 20 C Oberflächentemperatur =? Wärmestromdichte =? Mineralwolle- Dämmung (Drahtnetzmatten) mit der Wärmeleitfähigkeit der Grenzkurve 2 (AGI Q 132), fges = 1,1 s= 120 mm Kesselwandtemperatur = 500 C

12 Berechnungsbeispiel 1: Abhängigkeit des Wärmeübergangskoeffizienten vom Wind

13 Berechnungsbeispiel 1 Windgeschwindigkeit Standort Holzkirchen Jahresverlauf der Monatsmittelwerte Durchschnittlicher Sommerund Wintertag Quelle: Holm, Künzel, Zirkelbach

14 Berechnungsbeispiel 1: q und ϑ Oberfläche

15 Berechnungsbeispiel 2: Ummantelung mit Emissionsgrad ε= 0,15 Kesselwand Höhe 15 m Breite 5 m Lufttemperatur = 20 C Mineralwolle- Dämmung Oberflächentemperatur = 60 C (Drahtnetzmatten) Kesselwandtemperatur = 500 C mit der Wärmestromdichte =? Wärmeleitfähigkeit der Grenzkurve 2 (AGI Q 132), fges = 1,1 s=?

16 Berechnungsbeispiel 2: s

17 Berechnungsbeispiel 2: q

18 Berechnungsbeispiel 2: s / q Berechnungsnorm Erforderliche Dämmschichtdicke in mm Wärmestromdichte für den Auslegungsfall in W/m² DIN EN ISO ASTM C VDI 2055, Blatt Auslegung nach Oberflächentemperatur 60 C, bei einer Windgeschwindigkeit von 0 m/s

19 Fazit Unterschiede vor allem bei den Gleichungen zur Bestimmung des konvektiven Wärmeübergangs außen und der Berechnung der Betriebswärmeleitfähigkeit. Bei vorgegebener Oberflächentemperatur und Dämmstoff teilweise deutliche Unterschiede in der Dämmschichtdicke und somit auch der Wärmestromdichte (ASTM ggü. EN und VDI). Ergebnisse aus einer Berechnungsmethode sollten nicht auf eine andere Berechnungsmethode übertragen werden.

20 Karin Wiesemeyer Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München FIW München Lochhamer Schlag 4, D Gräfelfing Telefon , Telefax wiesemeyer@fiw-muenchen.de Nach dem Abschluss des Studiums Energiesystemtechnik an der Technischen Universität Clausthal-Zellerfeld im Jahr 2009 wissenschaftliche Mitarbeiterin bei der Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh mit Projekten im Bereich der Energieeffizienz in der Industrie und in den Kommunen. Seit 04/2011 als Ingenieurin im FIW München im Bereich des technischen Wärmeschutzes tätig. Hauptaufgaben sind wärmeschutztechnische Berechnungen sowie Finite- Elemente-Berechnungen und die Betreuung der Prüfungen im Bereich der technischen Dämmungen.