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3 . b . 4
MESSTECHNISCHE BEWERTUNG
DER TEMPERATURTRAGHEIT VON AUSSENWANDELEMENTEN
ULRI CH \1 I NKLER Prof. DT . Dip~ . P~dS . ETH
ANDREAS EGGENBERGER Ing . Hn
Abtei lungs~eiter Bauphysi~
BauphysikaUsches Insti tut AG, Bern , Schweiz
EVALUATION OF THE THERMAL INERTIA OF
OUTSIDE WALLS ON A MEASUREMENT BASIS
Heat transmission coefficient, amortizing of temper
ature amplitudes , and the de-phasing, are the most
important characteristic values for the appreciation
of outside walls from a thermal point of view . Xhe
inertia of temperature has been ca~culated very
often on the basis of theonetica l models .
This paper concerns a research which aims to measure
the thermal inertia of waZ-ls under natura l con
ditions , including sunshine. The most importan t
factors are global sunshine, and colour and form of
the bui lding e lemen ts .
The measuring methods , the research building and the
sizes are brie fly exp~ained. The influence of coloU!'
and foUow- up of the waU sheets on the thermal
inertia is demonstrated, on the basis of measurement
of two lightweight e~ements.
MESSTECHNISCHE BEWERTUNG DER 1EMPERATVR
TRAFXlHEIT VON AUSSEJV(;ANDELEMENTEN
Die Warmedurchgangszah l , die Temperaturampl'it:men
dámpf ung und die bauphysikalische Phasenverschiebung
sind die wichtigsten charakteristischen Grossen zur
wa-rmetechnischen Bewertung von Aussenwandelementen .
Die Temperaturtragheit ist mehrfach anhand von
theoretischen Rechenmodellen untersucht worden .
Es wird úoer eine Untersuchung berichtet , der en
Ziel es ist , die Temperaturtragheit von wéinden mess
technisch unter der natürlichen Sonne im Freien ,
unter Einbezug aller massgebenden Einflussfaktoren,
zu ermitteln . Diese sind insbesondere die Global
strahlung , sowie die Farb - und Formges taltung der
Bauteile .
Das Messverfahren , der Versuchsaufbau und die Be
zugsgrosse werden kU1'z erlautert . Anhand von Mess
werten zweier ausgewélhlter Leichtbauelemente wird
der Einfluss der Bauteilfarbe sowie des SChichtauf
baus auf die Temperaturtrá'gheit ausgewiesen.
3. b. 4 -0
EVALUATION DE L' INERTIE THERMIQUE
DE MURS EXTERIEURS SUR BASE DE MESURES
Les facteurs les ·plus importants pour la caractéri
sation de s murs extérieurs sont le coefficient de
transmission de la chaleur, l 'amor tissement des ampli
tudes et le déphasage des ondes de chale~~ .
L' inertie thermique a été souvent démontrée sur base
de calculs théoriques .
Cette communication se rapporte à une recherche dont
le but est de mesurer l ' inertie thermique d 'un mur
sous conditions naturelles, dans le soleil et en
tenant compte de t ous les facteurs importants . Ces
facteurs sont principalement le rayonnement total,
la couleur et la forme des éléments de construction .
La méthode d 'essai, le dispositif d ' essai et les di
mensions sont brievement énoncés . Sur base des me
sures sur deux éléments légers, l ' influence de la
couleur ainsi que de la disposition des couches dif
férentes est démontrée.
MEETTECHNISCHE BEOORDELING VAN DE TF:MPERATUURTRAAGHEID
VAN BUITENWANDELEMENTEN
De warmtepermeantie, de temperatuurampZitudendemping
en bouwfysische faz everschuiving zijn de belangrijk
ste karakteristieken voor de warmtetechnische waarde
ring van buitenwandelementen . De temperatuurtraag
heid is reeds vaak op grond van theoretische reken
modellen onderzocht . Er wordt een verslag gegeven
over een onderzoek met als doel de temperatuurtraag
heid van wanden meettechnisch vast te stellen, en
dit onder natuurlijke zonnestraling buiten, en r eke
ning houdend met aUe belangrijke invloedsfaktoren .
Deze zijn vooral de globale strali,~ alsmede de
kleur- en vormopbouw van de bouwelementen .
De meetmethode, de proefopsteUing en de referentie
grootten worden kort verklaard . Aan de hand van
meetwaarden bij twee uitgezochte lichte gebouwen
wordt de invloed van de kleur en van de laagopbouw
van de temperatuurtraagheid aangetoond.
1 . Untersuchungsgegenstand und Zielsetzung
Die Warmedurchgangszahl. die Temperaturamlitudenda~fung und die bauphysikalische Phasenverschiebung sind die charakteristischen Gr osse n zur warmetechnischen Bewertung einer Aussenwand. Eichler. Haferland u . a . 1 haben theoretische Untersuchungen durchgeführt und wertvolle Rechenmode lle erarbeitet . um das instationare Tempera tu rve rhalten der Bauteile berechnen und bewe rten zu kõnnen. Zur Zeit wird an verschiedenen Instituten versucht . den expe rimentellen Sachverhalt an Prüflingen in Klimakammern abzuklaren, wobei der Einfluss der Globalstrahlung in Zusammenhang mit der Farb- und Formgestaltung des Aussenwandelementes nicht in das Messresultat ein geht . Die Aussagekraft derartiger Messungen für die Praxis ist daher beschrankt . Das Ziel unserer messtechnischen Untersuchung ist, die Temperaturtrãgheit von Aussenwandelementen unte r der natürlichen Sonne im Freien, unter Einbezug aller massgebenden Einflus s faktoren zu ermitteln , sodass signifikante Messergeb niss e resultieren . die analysiert . den Resultaten der Rechenverfahren gegenübergestellt werden kõnnen
2 . Di e Bewertungsgrãssen der Temperaturtragheit
Für nichtk1imatisierte Rãume sind die wichtigsten Kenngrossen zur Bewertung des thermischen Verha1tens von Aussenbauteilen:
a . Warmedurchgangszah1 k (W/m2K) :
Diese Grosse dient haupt sach lich zur Beurtei1ung der thermis chen Behaglichkeit und der Bestimmung des Wãrmebedarfs im Winter .
b. Temperaturamplitudendampfung v (-):
Sie ste1lt das Verhaltnis eine r noch zu defi nieren den Aussentemperaturamplitude zu der Amplitude der raumseitigen Dbe rflãche ntemperat ur dar .
AI s Bezugstemperatur für die Berücksichtigung der aussenklimatischen Einflüsse haben wir für unsere Untersuchungen die "Sonnen1uftte mp e ratur" T gewahlt . Sie wird festgelegt mit der Beziehung s
Sonnen1ufttemperatur T = T s a
A' G a
a
wobei die s imu1tan bestimmten Grõssen bedeuten: T : Aussenlufttemperatur (Schattentemperatur). (K) G~ Globalstrah1ung (Wlmf) A: Absorptionsve rmOgen der ãusse ren Bauteilober-
flache 2 aa: Gesamtwãrmeübergangszahl (W/m K) der ausseren
Bautei1grenze (be inhaltet Strahlungs- und Konvektionsantei1e (Wind))
Aus verschiedenen Gründen ist es zweckmassig, aIs Bezugstemperatur die Sonnen1ufttemperatur für A ~ I festzulegen (T
s1) .
3.b.4-1
c . Phasenverschiebung n (h):
Zei tliches Nachhinken der Tempe raturmaxima der ~neren Oberf1ãche gegenüber der Aussenbezugstemperatur.
d . Maximale Oberflachentemperat ur der inne r en Ober flãche Twi (K) :
max
Bestimmt in hohem Masse die thermische Behagli chkeit . Bei klimatisierten Raumen interessieren neben den obigen Grôssen noch die weiteren Kennwerte , wie die ~ármestromamplitudendampfung und die dazugehorige Phasenverschiebung; der Wechselwarmeflusswiderstand und die entsprechende Phasenverschiebung . Bei der vorliegenden Untersuchung we r den diese Werte ebenfal l s ermittelt . hier aber beiseite gelassen .
3 . Das Messverfahren
3.1 Anforderungen an die Messanordnung
Oie Messtechnische Ermitt l ung der Bewertungsgrõssen muss derart geschehen . dass
- die Globalstrah l ung des Gebaudestandortes (geogra f ische r Ort. Himme l srichtung und Lage des Aussen baut8ils) zeitlich und im Betrag richtig berücksichtigt wird
- der Tagesgang der Aussenlufttemperatur (Schatten temperatur) seinem Gewicht entsprechend zur Aus wirkung korrrnt
- die Windverhaltnisse ihren Einfluss aus'üben konnen
- der Bauteil nicht 10sgelost vom thermischen Verhal -ten des Baukorpers geprüft wird (thermische Koppelung F assade/Raum)
- der Einfluss der Gestaltung der Bau tei l -Aussenhaut . d . h . die Farbe (Absorpt10nsverm5gen ) und eventuel1 vo rhandene hinter1üftete Wetterverkleidungen sich praxisgerecht im Messresultat niederschlagen .
3.2 Versuchseinrichtung
Diese besteht im wesent1ichen aus einem fenster10sen Versuchsraum. der eine grosse Temeraturtragheit aufweist . Die Südwand besteht aus dem Prüf1ing. de r derart montiert isto dass Querwãrmestrome und Randeinflü sse vermieden we rden . Zu Ve rgleichsmessungen liegen zwei in al1en Tei1en identische Messraume nebeneinande r. Sie befinden sich i n Bern. Ihre Prüffassaden si~rl
genau gegen Süden gerichtet.
Jeder Prüfling wird wahrend mehreren Tagen gemessen. vornehm1ich in einer stabilen Schonwetterperiode, sodass sich das thermisch gekoppe1te System Aussenwand / Versuchsraum aufeinander einpendelt und reproduzier bare Messreihen entstehen . Oie zur Ze1t vorliegenden Messresu l t a te wur den in de r Schonwetterze1t Juli/August 1975 gewonnen .
3.b.4-2
4. Messwerte ausgewãhlter Pr"Uflinge
Prüflingsaufbau (Innen nach aussenJ (Innen nach aussenJ 1 nrn Stahlblech 18 mm zementgeb. Holz-
40 nrn extr. Polysty- faserpl atte. rol-Hartscha um 1100 kg/m3
35 kg/m3 1 mmStahlblech 1 mm Stahlblech 40 nrn extr. Polysty-
rol-Hartschaum 35 kg/m3
1 mm Stahlblech
OberfIãchenfarbe aussen schwarz weiss schwarz weiss
Temperaturamplitudendampfung und Phasenverschiebung, bezogen auf
Sonnenluft- \isl temperatur nsl
Aussenlufttempe- \ia ratur (SchattenJ na
)\ussere Ober- \iWa flachentempe- nwa ratur
MaximaIwert der inne-ren OberfIachentempe-ratur bei RaumlufÕ-temperatur von 26 C
k-Wert (Wm2KJ
FIachenmasss (kg/m2 )
Ois erstsn Ergsbnisse zeigen eindeutig, dass
- die Farts der ausseren Bauteiloberflache einen gewichtigen Einfluss ausübt
- dis ãussere Bezugstemperatur problemorientiert gewahlt werdsn muss, um signifikante Aussagen übsr die Tsmperaturtragheit einss Bautsils machen zu konnen.
- die · innere maximaIe Oberflãchentemperatur (Kriterium der thsrmischsn BehaglichkeitJ in Relation zur TempsraturampIitudendampfung steht (BildJ.
Zur vsrglsichenden AnaIyse müssen weitere Messungen abgswartst wsrdsn.
5,9 9,5 7,2 11 1,5 h 2,3 h 3,3 h 4,3 h
2,5 4,0 3,0 4,6 0,5 h 1,3 h 1,3 h 2,3 h
7,3 6,7 8,2 7,2 1,5 h 1,5 h 2,5 h 3,0 h
30°C 28°C 29,SoC 27,8 0C
0,77 0,71
17,1 38,7
MaximaIe Tsmperaturübsrhohung der innenseitigen Oberflachentempsratur des Prüflings über ~er mittleren Raumlufttemperatur des Vers uchsraumss, aufget ragen übsr der Temperaturamplitudendampfung (Bezug: SonnenlI,JfttemperaturJ.
Literatur:
EICHLER, F.: Bauphysikalische Entwurfslehre
2 HAFERLANO, F.: Das warmetechnische Verhal ten mehrschichtiger Aussenwãnde
3 ZELLER, M.: Oie SimuIation dss instationaren °c 8 thermischen Verhaltsns klimatisierter
• Raume mit einem slektrischen Analogis-7 modell nach Beuken
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4 RECKNAGEL-SPRENGER: Taschenbuch für Heizung- und Klimatechnik
5 VERBANO SCHWEI ZERISCHER HEIZUNGS - UNO LUEFTUNGSFIRMEN: RsgeIn fü r die KühIlastbsrechnung