Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Wärmestrommessung an Außentestständen zur Bestimmung der Betriebsparameter von Außenwandbauteilen
Außenwände von Gebäuden werden nach ihrem Wärmeschutz beurteilt, transluzente Bauteile darüber hinaus auch nach ihren Eigenschaften bezüglich der solaren Gewinne bzw. dem Sonnenschutz. Besonders bei großflächigen, komplexen und inhomogenen Bauteilen bietet die Messung im Außenteststand Vorteile gegenüber der Labormessung: Hier können Außenwandbauteile in ihrer Originalgröße unter realen Wetterbedingungen getestet werden. Labormessungen sind dagegen auf Sonnensimulatoren angewiesen, welche sich dem Strahlungsspektrum der Sonne nur annähern, ihm aber nicht gleichkommen. Im Gegensatz zu Labormessungen liegen beim Test von Außenwandbauteilen im Außenteststand naturgemäß instationäre Randbedingungen vor. Um auf die Betriebsparameter der Testwand (Wärmedurchgangskoeffizient k, Gesamtenergiedurchlaßgrad g und Wärmekapazität C) schließen zu können, muß eine vollständige Wärmebilanz unter Berücksichtigung der Wärmespeicherung über die gesamte Testraumhülle aufgestellt werden. Neben der zugeführten Heizleistung bzw. der abgeführten Kühlleistung müssen auch die Wärmeströme durch die Testraumhülle gemessen werden. Mit Hilfe der Parameteridentifikation, einem numerischen Verfahren zur Anpassung von Rechenmodellen, werden die thermophysikalischen Parameter aus diesen Meßwerten bestimmt. In der vorliegenden Arbeit werden die unterschiedlichen Konzepte zur Messung der Wärmeströme durch die Testraumhülle, nämlich die geregelte Schutzheizung PAS (Pseudo Adiabatic Shell) und die großflächige Wärmestrommessung HFS bzw. LAH (Heat Flux Sensitive Tiles bzw. Large Area Heat Flux Sensors), experimentell und theoretisch untersucht. Letztere wurde vom Autor entwickelt und speziell für den Einsatz in Außentestständen konzipiert und gebaut. Im Gegensatz zu konventionellen Wärmestrommeßplatten wurden die Temperaturmeßstellen nicht in Richtung des Wärmestroms angeordnet, sondern quer dazu. Durch Einbringen von Aluminium-Zylinderstiften in das Grundmaterial der Wärmestrommeßplatten wird das Isothermenfeld im Bereich dieser Inhomogenitäten verzerrt. Folglich treten auch zwischen Punkten einer Ebene parallel zur Plattenoberfläche Temperaturdifferenzen auf, diese sind proportional zum Wärmestrom durch die Platte. Diese Bauweise bietet fertigungstechnische Vorteile, weil die Thermoelementketten in einer Ebene parallel zur Plattenoberfläche mit geringem Aufwand verlegt werden können. Die Oberflächentemperaturmessung erfolgte über die Widerstandsmessung an einem Nickeldraht, welcher unter einer Aluminiumschicht verlegt war. Die Herstellung der Thermoelementketten erfolgte mit Hilfe der Galvanotechnik. Die Galvanisierapparatur mußte speziell für diese Anwendung entwickelt und gebaut werden. Um die Funktionsweise der neuartigen Wärmestrommeßplatten zu überprüfen und die Bauart zu optimieren, waren drei verschiedene Prototypen hergestellt und getestet worden. Theoretische Untersuchungen wurden mit Hilfe von Simulationsrechnungen für verschiedene Prototypen durchgeführt. Über die Einführung eines modifizierten Formkoeffizienten konnte der Einfluß der Geometrie auf die Sensorempfindlichkeit quantifiziert werden. Auf diese Weise können beliebige Konstruktionen weitgehend unabhängig vom verwendeten Grundmaterial direkt miteinander verglichen werden.
Wärmestrommessung an Außentestständen zur Bestimmung der Betriebsparameter von Außenwandbauteilen
Außenwände von Gebäuden werden nach ihrem Wärmeschutz beurteilt, transluzente Bauteile darüber hinaus auch nach ihren Eigenschaften bezüglich der solaren Gewinne bzw. dem Sonnenschutz. Besonders bei großflächigen, komplexen und inhomogenen Bauteilen bietet die Messung im Außenteststand Vorteile gegenüber der Labormessung: Hier können Außenwandbauteile in ihrer Originalgröße unter realen Wetterbedingungen getestet werden. Labormessungen sind dagegen auf Sonnensimulatoren angewiesen, welche sich dem Strahlungsspektrum der Sonne nur annähern, ihm aber nicht gleichkommen. Im Gegensatz zu Labormessungen liegen beim Test von Außenwandbauteilen im Außenteststand naturgemäß instationäre Randbedingungen vor. Um auf die Betriebsparameter der Testwand (Wärmedurchgangskoeffizient k, Gesamtenergiedurchlaßgrad g und Wärmekapazität C) schließen zu können, muß eine vollständige Wärmebilanz unter Berücksichtigung der Wärmespeicherung über die gesamte Testraumhülle aufgestellt werden. Neben der zugeführten Heizleistung bzw. der abgeführten Kühlleistung müssen auch die Wärmeströme durch die Testraumhülle gemessen werden. Mit Hilfe der Parameteridentifikation, einem numerischen Verfahren zur Anpassung von Rechenmodellen, werden die thermophysikalischen Parameter aus diesen Meßwerten bestimmt. In der vorliegenden Arbeit werden die unterschiedlichen Konzepte zur Messung der Wärmeströme durch die Testraumhülle, nämlich die geregelte Schutzheizung PAS (Pseudo Adiabatic Shell) und die großflächige Wärmestrommessung HFS bzw. LAH (Heat Flux Sensitive Tiles bzw. Large Area Heat Flux Sensors), experimentell und theoretisch untersucht. Letztere wurde vom Autor entwickelt und speziell für den Einsatz in Außentestständen konzipiert und gebaut. Im Gegensatz zu konventionellen Wärmestrommeßplatten wurden die Temperaturmeßstellen nicht in Richtung des Wärmestroms angeordnet, sondern quer dazu. Durch Einbringen von Aluminium-Zylinderstiften in das Grundmaterial der Wärmestrommeßplatten wird das Isothermenfeld im Bereich dieser Inhomogenitäten verzerrt. Folglich treten auch zwischen Punkten einer Ebene parallel zur Plattenoberfläche Temperaturdifferenzen auf, diese sind proportional zum Wärmestrom durch die Platte. Diese Bauweise bietet fertigungstechnische Vorteile, weil die Thermoelementketten in einer Ebene parallel zur Plattenoberfläche mit geringem Aufwand verlegt werden können. Die Oberflächentemperaturmessung erfolgte über die Widerstandsmessung an einem Nickeldraht, welcher unter einer Aluminiumschicht verlegt war. Die Herstellung der Thermoelementketten erfolgte mit Hilfe der Galvanotechnik. Die Galvanisierapparatur mußte speziell für diese Anwendung entwickelt und gebaut werden. Um die Funktionsweise der neuartigen Wärmestrommeßplatten zu überprüfen und die Bauart zu optimieren, waren drei verschiedene Prototypen hergestellt und getestet worden. Theoretische Untersuchungen wurden mit Hilfe von Simulationsrechnungen für verschiedene Prototypen durchgeführt. Über die Einführung eines modifizierten Formkoeffizienten konnte der Einfluß der Geometrie auf die Sensorempfindlichkeit quantifiziert werden. Auf diese Weise können beliebige Konstruktionen weitgehend unabhängig vom verwendeten Grundmaterial direkt miteinander verglichen werden.
Wärmestrommessung an Außentestständen zur Bestimmung der Betriebsparameter von Außenwandbauteilen
Pfluger, R. (Autor:in)
2002
148 Seiten, 71 Bilder, 11 Tabellen, 95 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Wärmestromdichte , Wärmeflussmessung , Betriebsdaten (technische Parameter) , Mauerwerk , Gebäudebauteil , Wandverkleidung , Wärmeschutzschicht , Sonnenschutz , Laboruntersuchung , praktische Untersuchung , Witterungsbeständigkeit , Simulationsmodell , Wärmedurchgangszahl , Transmissionsvermögen , Wärmekapazität , Wärmebilanz , Wärmespeicher , Heizleistung , numerisches Verfahren , mathematisches Modell , Temperaturmessung , Thermoelement , Oberflächentemperatur , Widerstandsmessung , Galvanotechnik , Sensor , konstruktive Gestaltung
Wärmestrommessung an Außentestständen zur Bestimmung der Betriebsparameter von Außenwandbauteilen
| UB Braunschweig | 2002
TÜRSYSTEM, INSBESONDERE AUFZUGTÜRSYSTEM, MIT WENIGSTENS EINEM EINSTELLBAREN BETRIEBSPARAMETER
| Europäisches Patentamt | 2023
Türsystem, insbesondere Aufzugtürsystem, mit wenigstens einem einstellbaren Betriebsparameter
| Europäisches Patentamt | 2023