Modellierung des Wärmetransports in Schüttungen im erweiterten Temperaturbereich Dipl.-Ing. Roland Schreiner Robert Hofmockel, M.Sc.

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

Gebäudedämmung Innovation und Qualität

Numerische Modellierung des Wärmetransports bei der Messung der Wärmeleitfähigkeit von Dämmstoffen

Wann ist die Dämmung einer Wärmebrücke effizient und wann effektiv? VDI 4610 Blatt 2

Erweiterung einer Apparatur zur winkelabhängigen Bestimmung des Emissionsgrades bei hohen Temperaturen

Energieeffizienzklassen der VDI 4610 Beispiel Rohrdämmungen in der EnEV Roland Schreiner

Die neue DIN nach dem EuGH- Urteil Wolfgang Albrecht

Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v.

Temperatur. Temperaturmessung. Grundgleichung der Kalorik. 2 ² 3 2 T - absolute Temperatur / ºC T / K

Berechnung von Transport - und Lagerbehältern für Brennelemente Herausforderungen bei thermischen und thermo-mechanischen Simulationen

SCHREINER LERN-APP: « SCHUTZFUNKTIONEN, TEMPERATUR, LUFTFEUCHTIGKEIT»

Physik für Mediziner im 1. Fachsemester

Projektabschlussworkshop KES Messungen zur Wärmeleitfähigkeit von Speicher-Dämmstoffen

Hürden bei der Markteinführung innovativer Hochleistungsdämmstoffe Christoph Sprengard

3.8 Wärmeausbreitung. Es gibt drei Möglichkeiten der Energieausbreitung:

Gefachdämmstoffe: Messkonzept und Erkenntnisse zur Funktionstüchtigkeit Max Engelhardt

Modellierung des Strahlungstransports in porösen Materialien

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

Auftraggeber: Südtirol Fenster GmbH Industriezone Gais Italien. Bauvorhaben/Projekt: --

Stand der Messungen und Berechnungen an Materialien, Systemen und großformatigen Bauteilen

Thermodynamik. Springer. Peter Stephan Karlheinz Schaber Karl Stephan Franz Mayinger. Grundlagen und technische Anwendungen Band 1: Einstoffsysteme

Energieeffiziente Dämmung in der Industrie und der technischen Gebäudeausrüstung - Energieeffizienzklassen zur Bewertung

Einflussfaktoren auf die bauphysikalischen Eigenschaften von VIPs: vom Labormesswert zum anwendungsbezogenen Bemessungswert

Einfluss der Feuchte auf die Wärmedämmwirkung

Laborversuche und Wahlpflichtfächer

13.Wärmekapazität. EP Vorlesung 14. II) Wärmelehre

5. Numerische Ergebnisse Vorbemerkungen

Betrachtung der Stoffwerte und ihrer Bezugstemperatur. Von Franz Adamczewski

Flüssigkeitsthermometer Bimetallthermometer Gasthermometer Celsius Fahrenheit

KOSMISCHE HINTERGRUNDSTRAHLUNG (CMB) Philipp Zilske Universität Bielefeld Physikalisches Proseminar

Blitzblau und die Sonne geht im Süden auf (Anton Ferle) VAKUUMDÄMMUNG IM NEUBAU UND IN DER SANIERUNG. BM Dipl. HTL Ing. Anton Ferle MAS, MSc

Einführung in die Thermografie

Auftraggeber: Fieger Lamellenfenster GmbH Auf der Aue Birkenau i. Odw. Bauvorhaben/Kunde/Projekt: Lamellenfenster FLW40 ungedämmt

D = 10 mm δ = 5 mm a = 0, 1 m L = 1, 5 m λ i = 0, 4 W/mK ϑ 0 = 130 C ϑ L = 30 C α W = 20 W/m 2 K ɛ 0 = 0, 8 ɛ W = 0, 2

BAUPYHSIKALISCHE BERECHNUNGEN

Druckverhalten von Vakuum- Isolations-Paneelen nach EN 826 Gerald Coy

WinSLT / SommerGlobal. Wärmetechnische und strahlungsphysikalische. Glas in Kombination mit Sonnenschutz

Herzlich Willkommen bei

Hochschule Düsseldorf University of Applied Sciences. 13. April 2016 HSD. Energiespeicher Wärmetransport

Evakuierte Isolationen im Überblick

Geografie, D. Langhamer. Klimarisiken. Beschreibung des Klimas eines bestimmten Ortes. Räumliche Voraussetzungen erklären Klimaverlauf.

Dipl.- Geol. Martin Sauder / Ö. b. u. v. Sachverständiger für mineralische Baustoffe / Institut für Baustoffuntersuchung und

Theoretische Modellierung von experimentell ermittelten Infrarot-Spektren

Zertifizierung und weiteres Vorgehen bei Dämmstoffen - nach der Umsetzung des EuGH-Urteils Claus Karrer

Dunkle Putze - TSR-Wert im Bezug zum Hellbezugswert. Dr. Andreas Weier

Wärmelehre/Thermodynamik. Wintersemester 2007

Atomabsorptionsspektroskopie (AAS)

Laserzündung von Verbrennungsmotoren

Seminar zum Praktikumsversuch: Optische Spektroskopie. Tilman Zscheckel Otto-Schott-Institut

Emissionsgradmessungen unter Vakuum an der PTB im Temperaturbereich von -40 C bis 500 C und Wellenlängenbereich von 4 μm bis 100 μm

4 Wärmeübertragung durch Temperaturstrahlung

Infrarot-Thermografie

Leistungserklärung Nr gemäß Anhang III der Verordnung (EU) Nr. 305/2011 für das Produkt: thermotec BEPS-WD 100R

CheMin. Wärmeauskopplung in Strahlungszügen am Beispiel der Abfallverbrennung. -Messverfahren und Diagnose - Wärmeauskopplung in Strahlungszügen

Webinar: Thermische Simulation hilft bei der Auswahl des richtigen Wärmemanagementkonzeptes Würth Elektronik Circuit Board Technology

Mitschrift zu Wärmetransportphänomene bei Prof. Polifke SoSe 2010

3ω Messung an dünnen Schichten Eine Unsicherheitsanalyse

Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik

Messstand zur optischen Oberflächencharakterisierung von Absorbercups in Solarturmkraftwerken

Anlage zur Akkreditierungsurkunde D-ZE nach DIN EN ISO/IEC 17065:2013

22. April Energiespeicher Wärmetransport

Propädeutische Physik und Chemie (2. Klasse)

FIW Forschungsnachmittag 4. Juni 2014

4 an Beispielen Energiefluss und Energieentwertung quantitativ darstellen.

Struktur der Materie: Grundlagen, Mikroskopie und Spektroskopie

Eine kurze Einführung von Prof. Dipl.-Ing. Eckhard Franke

Schulcurriculum für das 6. Schuljahr am Cornelius-Burgh-Gymnasium Erkelenz. auf der Grundlage vom KLP GY 8 NRW

Physik A Wintersemester 2012/2013 Dr. Johann P. Klare FB Physik, Universität Osnabrück

H mm. H mm

www. cogito-gmbh.de Professionelle Wärmedämmung

Bildung von 3-MCPD- und Glycidyl-Fettsäureestern während der Herstellung von Lebensmitteln

Physikalische Aufgaben

Thermische und strömungstechnische Untersuchung zur Ertüchtigung historischer Kastenfenster im Rahmen des Projekts denkmalaktiv

Auslegung von Solargeneratoren für eine Merkur-Mission mit Pro/MECHANICA. Dr.-Ing. Stefan Reul, PRETECH GmbH

Mikroporöse Hochleistungsdämmstoffe

Name und des Einsenders

Wärmetransport im Supertube Quantum Technology Group

Entwicklung einer netzbasierten Methodik zur Modellierung von Prozessen der Verdunstungskühlung

Bestimmung der feuchte- und temperaturabhängigen Wärmeleitfähigkeit von Dämmstoffen

Optische Eigenschaften fester Stoffe. Licht im neuen Licht Dez 2015

Schulcurriculum des Faches Physik. für die Klassenstufen 7 10

Vakuumisolierglas (VIG) Eine Perspektive für den Wintergartenbau!

Prüfstände für Receiver von Parabolrinnenkraftwerken B. Schiricke, E. Lüpfert, J. Pernpeintner, N. Lichtenthäler, A. Macke

Praxis der Wärmeübertragung Grundlagen - Anwendungen - Übungsaufgaben

EP Vorlesung 15. II) Wärmelehre

Beispiel für ein thermodynamisches System: ideales Gas (Edelgas)

5.4 Thermische Anforderungen

Projekt: Isothermendarstellung:

Methoden. Spektroskopische Verfahren. Mikroskopische Verfahren. Streuverfahren. Kalorimetrische Verfahren

Leseprobe. Hilmar Heinemann, Heinz Krämer, Peter Müller, Hellmut Zimmer. PHYSIK in Aufgaben und Lösungen. ISBN (Buch):

Die Anwendung druckbarer Heatsinks zur Lösung thermischer Probleme auf Leiterplatten

Wärmestrom in Hohlräumen

Syllabus. Thermografieprüfung Stufe IRT 2

Wärmedämmung eine Übersicht

Tutorium Physik 2. Optik

Schulinternes Curriculum im Fach Physik Klasse 6, 1. Halbjahr

Flächenheizungs- und Kühlungssystem. Das revolutionäre Decken- und Wandsystem. Leonardo

Vorbereitung. Wärmestrahlung. Versuchsdatum:

5.1. Wellenoptik d 2 E/dx 2 = m 0 e 0 d 2 E/dt 2 Die Welle hat eine Geschwindigkeit von 1/(m 0 e 0 ) 1/2 = 3*10 8 m/s Das ist die

Auftraggeber: TEHNI S.A. PANTELOS 2o klm Kimmeria - Pigadia Xanthi Greece

Transkript:

Modellierung des Wärmetransports in Schüttungen im erweiterten Temperaturbereich Dipl.-Ing. Roland Schreiner Robert Hofmockel, M.Sc. Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing

Übersicht Schüttungen Modellierung - Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit Arten der Wärmeübertragung Allgemein Schüttungen Wärmetransfer in Schüttungen (Beispiel Blähglas) Fazit Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 2

Schüttungen Stoff Porosität (Anteil Fluid) Partikeldurchmesser Wärmedämmstoffe > 0,8 < 0,5 mm Pulver < 0,8 < 1 mm Schüttungen < 0,8 > 1 mm Kugelschüttungen 0,48 /0,32 /0,26 - sc bcc fcc Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 3

Schüttungen Blähglas- oder Blähtonpartikel (Porosität ca. 0,8) Porosität ca. 0,4 Emissionsgrad ca. 0,9 (Blähglas Partikel 1 bis 10 mm 1 bis 2 mm Schüttdichte 200 bis 300 kg/m³ 220 kg/m³) Feststoffdichte ca. 2000 kg/m³ Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 4

Modellierung - Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit Temperaturabhängige Messungen Mathematische Ausgleichskurven (z.b. Polynome) Parameterbestimmung mit mathematischer Bedeutung Physikalische Ausgleichskurven Parameterbestimmung mit physikalischer Bedeutung FE-Methoden, Kopplung aller Wärmeübertragungsmethoden Analytische Modelle Bestimmung von Stoffeigenschaften nötig Messung der Wärmeleitfähigkeit Andere Messverfahren (Emissionsgrad) Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 5

Arten des Wärmetransportes Allgemein Wärmeleitung Gasphase Festkörper Strahlung Konvektion Schüttungen Porosität Strahlungstransport Keine Konvektion Kopplungseffekt Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 6

Wärmetransport - effektive Wärmeleitfähigkeit Effektive Wärmeleitfähigkeit eff Festkörperkontakt Festkontakt Messung Gasleitung Gas Formel (VDI 2055) Strahlung Strahlung Modell Kopplungseffekt Kopplung Messung eff ( ) = Festkontakt + Gas ( ) + Strahlung ( ) + Kopplung ( ) Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 7

Festkörperkontakt (evakuiert, Blähglas) Strahlung 0,004 W/(m K) Festkörperkontakt Quelle: ZAE Bayern Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 8

Festkörperkontakt (evakuiert, Blähglas) Festkörperkontakt bei 1000 mbar = 0,004 + 0,005 = 0,009 W/(m K) +0,005 W/(m K) 1000 mbar Quelle: ZAE Bayern Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 9

Wärmestrahlung Wechselwirkung der Strahlung mit Materie Absorption (Aufnahme) Emission (Abstrahlung) Streuung (Brechung, Beugung, Reflektion) Extinktion = Streuung + Absorption (Strahlungsabschwächung) I 0 I 1 Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 10

Wärmestrahlung in Schüttungen Geometrische Optik Geometrie und Emissionsgrad der Partikel Strahlungsaustausch von Oberflächen Modell für Schüttungen nach William Schotte* Strahlungsdurchlässigkeit gering, da optisch dick *Schotte, William. "Thermal conductivity of packed beds." AIChE Journal 6.1 (1960): 63-67. Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 11

Dicke in m Wärmestrahlung (Blähglas) 1,0E+00 1,0E-01 1,0E-02 Optisch dick Schüttungen sind ab 3 mm Probendicke optisch dick 3 mm 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-05 Optisch dünn 1,0E-06 1,0E+02 1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 Extinktionskoeffizient in 1/m Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 12

Infrarot-Blocker (Emission, Geometrie) Reflektor (verspiegelt) Strahlung zwischen Objektwänden Niedriger Emissionsgrad Große Partikel Hohe Porosität Keinen Dickeneffekt Ganzmetalldämmungen Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 13

Infrarot-Blocker (Extinktion) Absorption (Graphit, schwarz) Durchgehende Strahlung durch Zellwände Hoher Emissionsgrad Erhöhung der Absorption Streuung (Aluminiumflitter) Niedriger Emissionsgrad Erhöhung der Streuung Dickeneffekt Dämmstoffe mit hoher Porosität EPS Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 14

Kopplungseffekt bei Raumtemperatur, Blähglas Festkörperkontakt (evakuiert, externer Druck: 1000 mbar) = 0,009 W/(m K) Luft einkoppeln, 1000 mbar Festkörper + Luft 0,009 + 0,025 = 0,034 W/(m K) Blähglas (300 K) = 0,070 W/(mK) Kopplungseffekt = 0,030 W/(m K) Quelle: ZAE Bayern Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 15

Kopplungseffekt bei Raumtemperatur, Blähglas Festkörperkontakt (evakuiert, externer Druck: 1000 mbar) = 0,009 W/(m K) Luft einkoppeln, 1000 mbar Festkörper + Luft 0,009 + 0,025 = 0,034 W/(m K) Blähglas (300 K) = 0,070 W/(mK) Kopplungseffekt = 0,030 W/(m K) Quelle: ZAE Bayern Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 16

Wärmetransfer in Dämmstoffen / Schüttungen Parzinger, Stephan. Dissertation: Analytische Modellierung der temperatur-und gasdruckabhängigen effektiven Wärmeleitfähigkeit von Pulvern. Verlag Dr. Hut, 2014. Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 17

Wärmetransfer in Dämmstoffen / Schüttungen Parzinger, Stephan. Dissertation: Analytische Modellierung der temperatur-und gasdruckabhängigen effektiven Wärmeleitfähigkeit von Pulvern. Verlag Dr. Hut, 2014. Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 18

Wärmeleitfähigkeit W/(mK) Wärmetransfer in Schüttungen, Blähglas 0,190 0,180 0,170 0,160 0,150 0,140 0,130 0,120 0,110 0,100 0,090 0,080 0,070 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 VDI/Keymark Referenzkurve (eff. Wärmeleitfähigkeit) Summe Leitung (Luft, Festkörper) + Strahlung Strahlung (Modell Schotte) Festkörperkontakt Luft Leitung Kopplungseffekt 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Temperatur in C Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 19

Anteil Wärmetransfer Wärmetransfer in Schüttungen, Blähglas (Anteile) 100% 90% 80% Strahlung (Modell Schotte) 70% 60% Kopplungseffekt 50% 40% 30% Luft Leitung 20% 10% 0% Festkörperkontakt 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Temperatur in C Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 20

Fazit Verständnis des Wärmetransports in Schüttungen vertieft Minimierung der effektiven Wärmeleitfähigkeit Wirksamkeit von Infrarot-Blocker Kopplungseffekt quantifiziert Ausblick: Modellierung der Geometrie von Schüttungen sowie alle Methoden des Wärmetransports durch Finite-Elemente möglich. Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing 21