Untersuchungen zur Wärmeleitfähigkeit geschäumter Massen

Wissenschaft, Band 2
Martin H. Spitzner
2001, 128 S., zahlr. Abb. u. Tab.
Fraunhofer IRB Verlag

Inhalt

Zur Zeit werden homogene, grobkeramische Massen entwickelt, die mittels Schaumporosierung bei unterstützender konventioneller Porosierung mit einer Vielzahl kleiner Poren ausgestattet werden. Die gebrannten Produkte können als bauliche oder technische Wärmedämmung bis etwa 800 °C eingesetzt werden. Zur Beeinflussung der Herstellung sind grundlegende Kenntnisse über den Einfluß von Porenmenge, -größe und -größenverteilung auf die Wärmeleitfähigkeit des Produkts erforderlich. In der Arbeit werden anhand theoretischer Modellvorstellungen analytisch und mit Hilfe der Ähnlichkeitstheorie Beziehungen aufgestellt, die die Berechnung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit des geschäumten Stoffes erlauben. Dazu sind die Kenntnis der Stoffeigenschaften und vereinfachende Annahmen zur Geometrie des Porengefüges erforderlich. Der Ausformung des Feststoffgerüsts geschäumter Ziegel entsprechend, werden die Poren als würfelförmig angenähert. Es werden die Wärmeleitung im Feststoff und im Porengas sowie die Wärmestrahlung zwischen den Poreninnenoberflächen berücksichtigt. Ein- und Zwei-Porengrößen-Modelle werden dargestellt und analysiert; der Schwerpunkt liegt dabei auf dem grundlegenden Würfelporenmodell als Mono-Porosierung und auf dem Modell einer allseitig von kleineren Poren umgebenen, größeren Würfelpore. Die hergeleiteten Gleichungen eignen sich für Porositäten oberhalb von etwa 80 bis 85%. Der Einfluß notwendiger Vereinfachungen im Modell auf die Ergebnisse wird mittels eines Anpassungsfaktors berücksichtigt. Anhand der entwickelten Gleichungen wird der Einfluß von Material- und Geometrieparametern auf die äquivalente Wärmeleitfähigkeit schaumporosierter Massen dargestellt.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung und Zielsetzung
2. Grundlagen
2.1 Prinzipielle Möglichkeiten zur Porosierung von Materialien und sich dabei ergebende Geometrie des Feststoffgerüsts
2.2 Eigenschaften von keramischen Wärmedämmplatten (Schaumziegeln)
2.3 Grundlagen des Wärmetransports
2.3.1 Stationäre Wärmeleitung
2.3.2 Wärmetransport durch Strahlung
2.3.3 Verminderung des Wärmetransports im Porengas bei engen Poren (Smoluchowsky-Effekt)
2.4 Überblick über die Literatur zur Wärmeleitung in schaumporosierten, keramischen Massen
2.4.1 Schüttungen
2.4.2 Poröse Stoffe
2.5. Einführung in die Ähnlichkeitstheorie
2.5.1 Einleitung
2.5.2 Voraussetzungen der Ähnlichkeitstheorie
2.5.3 Formale Definition der allgemeinen physikalischen Ähnlichkeit
2.5.4 Prinzipielle Vorgehensweise zur Bestimmung der Kennwerte und der Kennfunktion
2.5.5 Verfahren zur Dimensionsbefreiung und zum Auffinden der Modellgesetze
3. Ein - Porengrößen - Modell: Modell einer Würfelpore
3.1 Annahmen zu Geometrie und Eigenschaften der Würfelpore
3.2 Ersatzschaltbild für den Wärmetransportwiderstand
3.3 Herleitung und Diskussion der einzelnen Widerstände
3.3.1 Innerer Widerstand der Pore
3.3.2 Wärmeleitwiderstand der Umschließungsflächen
3.3.3 Gesamt-Wärmetransportwiderstand RE
3.3 Äquivalente Wärmeleitfähigkeit
3.4 Zusammenstellung der Gleichungen zum Ein - Porengrößen - Modell
4. Zwei - Porengrößen - Modelle
4.1 Zwei - Schicht - Modell
4.2 Zwei-Scheiben-Modell
4.3 Modell einer allseitig von kleinen Würfelporen umgebenen, großen Würfelpore
4.4 Überblick über die wichtigsten Gleichungen zum Modell einer allseitig von kleinen Würfelporen umgebenen, großen Würfelpore
5 Ähnlichkeitstheoretische Herleitung der Modellgesetze
5.1 Ein - Porengrößen - Modell
5.1.1 Herleitung der Ähnlichkeitskennzahlen
5.1.2 Wertebereiche der Kennzahlen für geschäumte, grobkeramische Massen
5.1.3 Gesuchtes Verhältnis Xaq/Xg als Funktion der Kennzahlen
5.1.4 Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der Kennzahlen
5.1.5 Darstellung von XLg als Produktgleichung
5.2 Zwei - Porengrößen - Modelle
5.3 Zusammenstellung der wichtigsten Gleichungen und Größen aus der ähnlichkeitstheoretischen Herleitung (Ein - Porengrößen - Modell)
6. Anwendung der Gleichungen und Validierung anhand von Messwerten
6.1 Überblick zur rechnerischen Bestimmung von
6.2 Zusammenhang zwischen Rohdichte und Wärmeleitfähigkeit für diverse Schaumziegel (p-X-Kurve)
6.2.1 Bestimmung ohne Bezug auf die Kennzahlen
6.2.2 Darstellung der Messwerte im Kennwertdiagramm
6.3 Nachrechnen von Messergebnissen zur Wärmeleitfähigkeit von PC Foamglas
6.3.1 Bestimmung von äq anhand der Summengleichung (3-58)
6.3.2 Bestimmung von X unter Verwendung der Stoffwertfunktionen
6.3.3 Beurteilung
7. Zusammenfassung
8. Literaturverzeichnis
Anhang 1: Für die Beispielrechnungen verwendete Standardwerte

Publikationslisten zum Thema:
Ziegelstein, Wärmeleitfähigkeit, Grobkeramik, Porosierung, Schaum, Porengehalt,

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Die thermische Speicherfähigkeit von Baukonstruktionen kann erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch und die thermische Behaglichkeit von Gebäuden haben. Im Zuge immer genauerer Berechnungs- und Bilanzierungsverfahren ist es notwendig, auch den Einfluss der Wärmespeicherfähigkeit eines Gebäudes auf den Energiebedarf zu berücksichtigen. Hier setzt das vorliegende Forschungsprojekt mit einer Untersuchung und Bewertung der Auswirkungen der Wärmespeicherfähigkeit auf das thermische Verhalten von Gebäuden an. Außerdem wird eine Berücksichtigung der Wärmespeicherfähigkeit auch für moderne Holzkonstruktionen immer wichtiger. Ziel des Forschungsprojektes war zum einen die Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex für Gebäude, welcher es ermöglicht, ohne aufwendige Simulationsrechnungen Aussagen bezüglich des Einflusses der Wärmespeicherfähigkeit auf den Nutzenergiebedarf für Heizen, das sommerliche Überhitzungspotential und die thermische Behaglichkeit treffen zu können.

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Fraunhofer IRB Verlag

Gegenwärtig werden Wände im Übergangsbereich von unbeheizten zu beheizten Räumen nicht oder nur in Teilbereichen gedämmt. Dadurch entstehen erhebliche Wärmebrücken. Durch einen innovativen Wand-Decken-Anschluss könnte eine Verbesserung der wärmedämmenden Eigenschaften des Gebäudes erreicht werden. Derzeit gibt es für Wand-Decken-Anschlüsse im Stahlbetonbau kein geeignetes integrales System mit Dämmwirkung und lastabtragender Funktion. Daher sollten im Forschungsvorhaben die wissenschaftlichen Grundlagen für Anschlüsse zur thermischen Entkoppelung zwischen Stahlbetonwänden und Decken erarbeitet werden. Hinsichtlich der Methodik gliedert sich das Vorhaben in drei Teilbereiche: den theoretischen Teil, den experimentellen Teil sowie den analytischen Teil. Grundlage zur Anwendbarkeit des Wandanschlusses bildet die Erfüllung der bauphysikalischen Einflüsse. Wesentlich ist hierbei die Vorgabe aus dem Brandschutz, dass kraftübertragende Bereiche nur aus nichtbrennbaren Materialien bestehen dürfen. Mithilfe einer numerischen Berechnung zur Bestimmung des Wärmeflusses am Wand-Decken-Knoten konnte die einzuhaltende Wärmeleitfähigkeit für den Wandanschluss bestimmt werden.

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Zeitschriftenartikel

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Liebhart, Heiko; Cremers, Jan; Mirbach, David; Marx, Hannes
Wärmetransport und andere bauphysikalische Aspekte im Membranbau
Stahlbau, 2020

Hallschmid, Brigitte
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Ludwig, Horst-Michael; Remus, Ricardo
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Schlott, Siegfried; Schlott, André
Bewertung der Oberflächentemperaturdifferenzen bei Fußbodenheizung in einem Raum. Mangel oder zulässige Sollwertabweichung?
Der Sachverständige, 2019

Stephan, Dietmar
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BFT International, 2019

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