Einleitung
Porenbeton ist ein vielseitiger Baustoff, der aufgrund seiner Leichtigkeit und guten Dämmwerte häufig im Bauwesen eingesetzt wird. Seine Struktur besteht aus feinen Luftporen, die durch chemische Prozesse während der Herstellung entstehen. Porenbeton wird häufig in Form von Blöcken, Platten oder Elementen verwendet. Dank seiner Wärmedämmung eignet sich Porenbeton besonders für energieeffiziente Gebäude. Zudem ist er leicht zu verarbeiten, was ihn zu einem beliebten Material im Bauwesen macht.
Die Kenntnis der WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit von Porenbeton ist entscheidend, um seine Wärmedämmeigenschaften für energieeffiziente Gebäude zu bewerten und einen minimierten Heiz- und Kühlbedarf zu erzielen. Dadurch können Bauplaner geeignete Materialien auswählen, um gesetzliche Anforderungen an die Energieeffizienz zu erfüllen und den Wohnkomfort zu verbessern.
Die Laser oder Light Flash Analyse (LFA) ist eine anerkannte Methode zur Bestimmung der TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit, die gemeinsam mit der DichteDie Massen-Dichte ist definiert als Verhältnis zwischen Masse und Volumen.Dichte und spezifischen Wärmekapazität die Berechnung der Wärmeleitfähigkeit erlaubt. Eigentlich bestehen idealen Proben für eine LFA-Messung aus festen, nicht porösen Materialien. Durch die Wahl des geeigneten Analyse-Modells (hier das Penetration-Modell) können auch teilweise poröse Werkstoffe, wie z.B. Porenbeton charakterisiert werden.
Der Vorteil der LFA gegenüber den oft verwendeten Plattengeräten (Heat Flow Meter und Guarded Hot Plate) ist die kleine Probengröße. Auch bereits kleine Mengen, die bei der Forschung und Entwicklung oft verwendet werden, können somit problemlos untersucht werden.
Versuchsdurchführung
Eine LFA-Probe (ø 12,7mm; Dicke 4 mm) wurde bei 25 °C, 50 °C und 75 °C in der LFA 717 HyperFlash® untersucht. Die Dichte wurde über Masse und Volumen bei Raumtemperatur bestimmt. Zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität (cp) wurde die DSC-Methode verwendet.
Ergebnisse und Diskussion
Abbildung 1 zeigt die thermophysikalischen Eigenschaften von Porenbeton zwischen 25 °C und 75 °C. Die Wärmeleitfähigkeit weist auf leicht steigende Werte mit höherer Temperatur hin. Dies ist ein typisches Verhalten für poröse Werkstoffe, da die Wärmeübertragung über Strahlung mit höheren Temperaturen zunimmt.
Die Auswertung der LFA-Signale wurde in der Proteus®®- Software mittels Penetration-Modell durchgeführt. Dieses Modell nimmt aufgrund der Poren ein Eindringen der Energie in die Probe an. Dies wird vor allem am Anfang des Signals deutlich, siehe Abbildung 2. Mit dem Penetration-Modell kann dieser Anstieg besser gefittet werden als mit dem Standard-Modell, das von einer Absorption der Energie ausschließlich an der Oberfläche der Probe ausgeht.
Zusammenfassung
Die Messungen mit der LFA 717 HyperFlash® zeigen, dass mit dem geeigneten Modell die thermophysikalischen Eigenschaften auch von Proben mit einer porösen Oberfläche charakterisiert werden können. Dies bringt Vorteile bei der Neuentwicklung von Wärmedämmstoffen, wie z.B. Porenbeton, und trägt damit zur Effizienzsteigerung von Wärmedämmungen bei.