21.02.2024 von Aileen Sammler
Über die Ermittlung der Wärmetransporteigenschaften von komplexen Bauteilen und Fertigprodukten
Heizkasten-Prüfkammern made by NETZSCH TAURUS Instruments
In einer Welt, die sich zunehmend auf Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Sicherheit konzentriert, spielt die genaue Kenntnis der Wärmeübertragungseigenschaften von Baumaterialien eine entscheidende Rolle. Ob es um die Isolierung von Gebäuden, die Effizienz von Fenstern und Türen oder die Gesamtenergiebilanz von Fassaden geht – die präzise Bestimmung dieser Eigenschaften ist unerlässlich. Hier kommen die Heizkasten-Prüfkammern, die sogenannten „HotBoxes“ von NETZSCH, ins Spiel: Die Lösung zur Messung und Analyse der Wärmeübertragungseigenschaften von Wandelementen, Mauern, Fenstern und Türen.
Die NETZSCH TAURUS Instruments GmbH bietet neben verschiedenen geschützten Plattenapparaturen auch große, normgerechte Heizkasten-Prüfkammern an, die kompakte und komplexe Bauteile wie Fassadenelemente und Mauerwerke zur Bestimmung der Wärmetransporteigenschaften aufnehmen können: Mit den Hotbox-Systemen ist die Messung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) großer und komplexer Bauteile wie Fenster, Türen und Fassaden möglich. Die Prüfkammern sind gemäß verschiedenen Normen wie beispielsweise DIN EN 1934, DIN EN ISO 8990, DIN EN 1946-4, DIN EN ISO 12567, DIN EN 12412-2 und ASTM C1363 konzipiert.
Was ist eine HotBox und wie funktioniert sie?
Eine Hotbox ist eine Prüfkammer zur Bestimmung der Wärmeübertragungseigenschaften von Wand-elementen, Mauern, Fenstern und Türen. Ein zentrales Merkmal dieser Prüfkammern ist ihre Fähigkeit, reale Bedingungen wie an einer Gebäudewand zu simulieren. Dies umfasst die präzise Einstellung und Erfassung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit und Strahlungseigenschaften auf beiden Seiten der Prüfwand.
In der Regel gibt es zwei Prüfkammern (Warm-und Kaltseite) und in der Mitte befindet sich ein Prüfrahmen mit der zu untersuchenden Probe. Zu prüfende Steinwände werden zunächst auf einem Untersatz gemauert, in Trockenkammern getrocknet, und Fenster, Türen bzw. Fassadenteile werden direkt in den Prüfrahmen eingesetzt. Der präparierte Prüfrahmen wird dann zwischen Warm- und Kaltseite eingebracht und vermessen.
In unseren NETZSCH HotBox-Systemen wird die normgerechte Homogenität der Strömungs- und Temperaturprofile mit hohem Aufwand gewährleistet. Dies bedeutet, dass an der Prüfwand an jeder Stelle der Warm- oder Kaltseite die gleiche Temperatur und Luftgeschwindigkeit vorliegen. NETZSCH Taurus Instruments bietet hierbei zwei unterschiedliche Systeme an: Das TDW 4040 und das TDW 4240. Wir erläutern die Unterschiede weiter unten im Artikel.
Wozu sind HotBox-Tests notwendig?
Der Wärmefluss durch eine Ziegelwand oder ein Fensterteil ist durch den U-Wert festgelegt, der die Wärmeübertragung durch den Gebäudeteil definiert: Je niedriger der U-Wert, desto geringer der Verlustwärmestrom und desto besser die Dämmeigenschaften und somit die Energieeffizienz eines Gebäudeteils. Der U-Werts ist das entscheidende Maß für die Energieeffizienz von Teilen einer Gebäudehülle wie Ziegelmauerwerk, Fassaden, Fenster und Türen. Hersteller müssen den U-Wert ihrer Produkte spezifizieren.
Unterschied zu konventionellen Methoden der Wärmeleitfähigkeitsmessung
Im Gegensatz zu herkömmlichen Analyseverfahren zur Bestimmung 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 - z.B. Laser Flash Analyse oder Plattenverfahren - berücksichtigen diese Prüfkammern nicht nur die Wärmeübertragung durch das Material selbst, sondern auch die Wärmeübergangsbedingungen, die durch Umgebungseinflüsse wie Oberflächenstrukturen und Luftströmungen beeinflusst werden. Somit haben beispielsweise Oberflächenstrukturen von Wänden oder Transmissionseigenschaften von Fensterscheiben direkten Einfluss auf die effektive Wärmeübertragung.
Als Messergebnis erhält man entweder die effektive Wärmeleitfähigkeit der gesamten Prüfwand (Wärmestrom-Verfahren) oder den U- bzw. k-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) bezogen auf den Wärmestrom zwischen der Luft auf der Warm- und Kaltseite (Verfahren mit geschützter HotBox).
TDW 4040 oder 4240? Sie haben Sie Wahl!
Die Heizkasten-Prüfkammern von NETZSCH TAURUS Instruments bieten verschiedene Systeme, einschließlich solcher mit Wärmefluss-Sensoren und Kombinationen aus Heizkasten-Prüfkammer-Systemen, um diese Messungen durchzuführen.
Das TDW 4040 System
NETZSCH verfügt dabei über zwei Standard-Prüfkammersysteme: Das TDW 4040 ist die Prüfkammer der Wahl zur Ermittlung der stationären Wärmeübertragungseigenschaften nach dem Verfahren mit Wärmestrommesser gemäß Standard DIN EN 1934.
Die TDW 4040 Prüfkammer ist speziell für die Prüfung von Mauerwerk aus Mauersteinen, wie beispielweise Ziegel, Kalksandstein, Beton oder Porenbeton, konzipiert und simuliert die Temperaturverhältnisse und natürliche Konvektion in Innenräumen und der Umgebung eines Gebäudes. Die Software zur Steuerung, Messwerterfassung und -auswertung zur Ermittlung der stationären Wärmetransporteigenschaften ist im Gesamtsystem enthalten.
Die kompakte Prüfkammer besteht aus einer Kalt- und einer Warmsektion sowie einem Prüfrahmen, der zwischen diesen Sektionen positioniert ist, um seitliche thermische Einflüsse zu minimieren. Während der Prüfung ist der Rahmen luftdicht mit beiden Kammerhälften verriegelt, um genaue Messungen zu gewährleisten.
Das TDW 4240 System
Mit dem TDW 4240 bieten wir ein weiteres Prüfkammersystem zur Ermittlung der stationären Wärmeübertragungseigenschaften – im Unterschied zum TDW 4040 nach dem Verfahren mit geregeltem Heizkasten gemäß Standards DIN EN ISO 8990, DIN EN 1946-4, DIN EN ISO 12567, DIN EN 12412-2, ASTM C-1363.
Die kompakte Prüfkammer TDW 4240 ist für Prüfungen von Bauteilen und Bauelementen, wie beispielsweise Fenster, Profile, Türen und Kuppeln konzipiert und simuliert im Wesentlichen die Temperaturverhältnisse und die natürliche Konvektion des Innenraumes und der Umgebung eines Gebäudes.
Je nach Bedarf kann zusätzlich die Luftfeuchtigkeit der beiden Kammersegmente eingestellt werden. Die Auswahl aller Parameter, Erfassung sämtlicher Daten, umfangreiche Auswertungen und Ausdruck der Messprotokolle erfolgt wie auch beim TDW 4040 mittels Standard-Hotbox-Software über die Mess- und Steuerkonsole.
Fazit
Die Bedeutung der NETZSCH HotBoxes kann nicht hoch genug eingeschätzt werden, insbesondere in einer Zeit, in der der CO2-Fußabdruck und die Energieeffizienz von Gebäuden zunehmend in den Fokus rücken. Durch die Simulation realer Bedingungen ermöglichen diese Prüfkammern eine genaue Analyse der Wärmeübertragung, was für die Entwicklung energieeffizienter und umweltfreundlicher Bauprodukte unerlässlich ist. Dies trägt nicht nur zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes bei, sondern hilft auch, die Betriebskosten zu senken und die Lebensqualität in Gebäuden zu verbessern.
