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© 2004 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin • Bauphysik 26 (2004), Heft 1 1 In dem Forschungsprojekt wurde untersucht, ob Ziegel mit einfa- cher Hohlraumstruktur durch Verwendung einer wärmedämmen- den Hohlraumfüllung einen höheren Wärmedurchlaßwiderstand haben. Als Dämmstoff wurde ein Recyclingdämmaterial aus Rest- stoffen aus der Produktion von Polystyrolplatten sowie Holzbau- teilen, die mittels Zementleim zu einem Gemisch verarbeitet wur- den, verwendet. Es wurde der Einfluß von Anordnung und Stärke der Dämmschicht sowie von Lage und Geometrie der Hohlräume des Ziegelbausteines auf die thermisch-hygrischen Zustände untersucht. Für die Untersuchung der thermischen Eigenschaften und der Ermittlung der Wärmedurchgangskoeffizienten wurde das Programm THERM verwendet, das den Wärmetransport durch Wärmeleitung im Ziegelscherben und die Transportmecha- nismen Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung in den luftge- füllten Hohlräumen berücksichtigt. Zur Untersuchung des Feuch- tigkeitstransports in den Ziegelsteinen wurde das Programmpaket WUFI 2D verwendet. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß die so strukturierten Ziegel-Verbundsteine einen etwa doppelt so hohen Dämmwert haben, wie der ursprüngliche Ziegelstein. Die hygrischen Zustände können im Ziegel teilweise über 80 % Luft- feuchtigkeit betragen. Diese Belastung wird als unkritisch einge- schätzt, weil die Holzpartikel mit Zementschlämme umhüllt sind. Investigation on the thermal-hygral behaniour of bricks with canity filling by recycling meterials. In the investigation pro- ject was examined whether bricks with simple cavity structure have a higher heat resistance by use of a heat insulation mate- rial filling in the cavities. The insulation material is a recycled product made of polystyrene and wood covered and bonded with cement. The influence of the configuration and thickness of the perforated bricks with vertical perforations and the geo- metry of the cavities of the brick on the thermal moisture sta- tes was evaluated. For investigation of the thermal resistance and the heat transmission coefficients were used the simula- tion program THERM, that considered the heat transportation through conduction in the brick fragments and the transport mechanisms conduction, convection and radiation in the air- filled cavities. The software package WUFI 2D was employed for the investigation of moisture transfer in the bricks. The investigations showed that the composite brick insulation stone has a thermal resistance twice as high as the initial brick. The moisture states can be partially in the brick more than 80 % humidity. This load is estimated as uncritical because the wooden particles are covered with cement slime. 1 Einleitung In der Baupraxis besteht für Gebäude eine steigende Nachfrage nach effizienten Dämmaterialien, die bei der Anwendung nur einen geringen Raumbedarf erfordern. Traditionell bewährte Bau- stoffe wie Ziegel erfahren extreme Weiterentwicklungen hinsicht- lich Hohlraumstruktur und Dichte, um heutigen Ansprüchen zu genügen und auf zusätzliche Dämmschichten zu verzichten. Ein anderer Weg ist die Vereinfachung der Ziegelgeometrie und die Verwendung von Dämmstoffen als Hohlraumfüllung. Für diese Hohlraumfüllung erscheint es möglich, die beim Umbau und Abriß anfallenden Baurestmassen oder die bei der Baustoffpro- duktion entstehenden Reststoffe zu nutzen. Durch die Wiederver- wertung von Baureststoffen werden Ressourcen geschont und die Umwelt entlastet. Die Kosten für die Übernahme von Baurest- massen sind in vielen Fällen weit geringer als der Betrag, der bei der Deponierung anfällt. Es ist damit zu rechnen, daß die Entsor- gungskosten in Zukunft weiter steigen werden. Dagegen sind die Recyclingprodukte derzeit um bis zu 30 % kostengünstiger als vergleichbare herkömmliche Baustoffe. Die älteste Form von Recycling im Bauwesen ist die Wiederver- wendung von Abbruchziegelmaterial. Die Ziegel wurden zu Splitt zerkleinert und zur Herstellung zementgebundener Mau- ersteine verwendet. Heute stellt man sich mehr darauf ein, alter- native Dämmstoffe unter ökologischen Gesichtspunkten in den Mittelpunkt zu rücken. In einem Gemeinschaftsprojekt der TU Brünn und der TU Wien „Building Materials from Waste Materials and their Durability“ wurde die Wiederverwendung von Reststoffen aus der Produk- tion von Polystyrolplatten und Holzbauteilen untersucht. In einem neuen Recyclingverfahren wurden Holz- und Polystyrol- reste zu einem Gemisch verarbeitet, das als Ausgangsmaterial für die Herstellung eines neuen Dämmstoffes eingesetzt werden kann. Das Ziel dieser Untersuchungen bestand darin, den Zie- gelstein als traditionell bewährten Baustoff zu erhalten, aber mit einer deutlich höheren Wärmedämmwirkung durch Hohlraum- füllung mit Recyclingmaterial zu produzieren. 2 Gegenstand der Untersuchung Inhalt des Projektes war es zu untersuchen, ob sich mit einem Polystyrol-Holz-Recyclingmaterial gefüllte Ziegel als Bau- material eignen. Der Mehraufwand durch Hohlraumfüllung soll- te durch eine vereinfachte Hohlraumgeometrie ausgeglichen werden und sich letztlich in deutlich erhöhten Wärmedurchlaß- widerständen niederschlagen. Das Forschungsvorhaben ist auf folgende Fragestellungen ausgerichtet: Aufsatz Dipl.-Ing. Dr. techn. Azra Korjenic – Bauingenieurstudium an der TU Sarajevo. 1994 bis 2000 Bautechnisches Planungsbüro in Wien, anschl. bis 2002 wissenschaftliche Mitarbeiterin an der TU Wien, Abteilung Bauphysik. Seit 2002 als Univ.-Assistentin dort tätig. 2003 Promotion. Technische Universität Wien, Karlsplatz 13/206, A-1040 Wien, Tel. +43/1/58801-20662, [email protected] O. Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Dr. Jürgen Dreyer – Promovierte und habilitierte an der Hochschule für Architektur und Bauwesen in Weimar. Hochschullehrer in Dresden, Cottbus und Wismar auf dem Gebiet der Bauphysik. Seit 1995 ordentlicher Universitätsprofessor an der TU Wien, Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brand- schutz, Abteilung Bauphysik. Technische Universität Wien, Karlsplatz 13/206, A-1040 WIEN, Tel. +43/1/58801-20650, [email protected] AO. Prof. Dr. rer. nat. sc. Stanislav Stastnik – Studium des Bauinge- nieurwesens an der TU Brünn und Studium der Mathematik an der Masaryk Universität Brünn, 1991 Promotion zum Dr. rer. nat. in Mathematik, 1994 Habilitation auf dem Gebiet der Baustofftechno- logie. Seit 1981 Dozent am Institut für Baustofftechnologie der TU Brünn. Tel. 00420-541147507, [email protected] Ing. Jiri Zach – Studium des Bauingenieurwesens an der TU Brünn, seit 2000 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Baustoff- technologie der TU Brünn. Institut für Baustofftechnologie, TU Brünn, Veveri 95, CZ-66237 Brünn, [email protected] Azra Korjenic, Jiri Zach, Jürgen Dreyer und Stanislav Stastnik Untersuchung der thermisch-hygrischen Eigenschaften von Ziegeln mit Hohlraumfüllung aus Recyclingmaterial

Untersuchung der thermisch-hygrischen Eigenschaften von Ziegeln mit Hohlraumfüllung aus Recyclingmaterial

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© 2004 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin • Bauphysik 26 (2004), Heft 1

1

In dem Forschungsprojekt wurde untersucht, ob Ziegel mit einfa-cher Hohlraumstruktur durch Verwendung einer wärmedämmen-den Hohlraumfüllung einen höheren Wärmedurchlaßwiderstandhaben. Als Dämmstoff wurde ein Recyclingdämmaterial aus Rest-stoffen aus der Produktion von Polystyrolplatten sowie Holzbau-teilen, die mittels Zementleim zu einem Gemisch verarbeitet wur-den, verwendet. Es wurde der Einfluß von Anordnung und Stärkeder Dämmschicht sowie von Lage und Geometrie der Hohlräumedes Ziegelbausteines auf die thermisch-hygrischen Zuständeuntersucht. Für die Untersuchung der thermischen Eigenschaftenund der Ermittlung der Wärmedurchgangskoeffizienten wurdedas Programm THERM verwendet, das den Wärmetransportdurch Wärmeleitung im Ziegelscherben und die Transportmecha-nismen Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung in den luftge-füllten Hohlräumen berücksichtigt. Zur Untersuchung des Feuch-tigkeitstransports in den Ziegelsteinen wurde das ProgrammpaketWUFI 2D verwendet. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß dieso strukturierten Ziegel-Verbundsteine einen etwa doppelt sohohen Dämmwert haben, wie der ursprüngliche Ziegelstein. Diehygrischen Zustände können im Ziegel teilweise über 80 % Luft-feuchtigkeit betragen. Diese Belastung wird als unkritisch einge-schätzt, weil die Holzpartikel mit Zementschlämme umhüllt sind.

Investigation on the thermal-hygral behaniour of bricks withcanity filling by recycling meterials. In the investigation pro-ject was examined whether bricks with simple cavity structurehave a higher heat resistance by use of a heat insulation mate-rial filling in the cavities. The insulation material is a recycledproduct made of polystyrene and wood covered and bondedwith cement. The influence of the configuration and thickness of the perforated bricks with vertical perforations and the geo-metry of the cavities of the brick on the thermal moisture sta-tes was evaluated. For investigation of the thermal resistanceand the heat transmission coefficients were used the simula-tion program THERM, that considered the heat transportation

through conduction in the brick fragments and the transportmechanisms conduction, convection and radiation in the air-filled cavities. The software package WUFI 2D was employedfor the investigation of moisture transfer in the bricks. Theinvestigations showed that the composite brick insulationstone has a thermal resistance twice as high as the initialbrick. The moisture states can be partially in the brick morethan 80 % humidity. This load is estimated as uncriticalbecause the wooden particles are covered with cement slime.

1 Einleitung

In der Baupraxis besteht für Gebäude eine steigende Nachfragenach effizienten Dämmaterialien, die bei der Anwendung nureinen geringen Raumbedarf erfordern. Traditionell bewährte Bau-stoffe wie Ziegel erfahren extreme Weiterentwicklungen hinsicht-lich Hohlraumstruktur und Dichte, um heutigen Ansprüchen zugenügen und auf zusätzliche Dämmschichten zu verzichten. Einanderer Weg ist die Vereinfachung der Ziegelgeometrie und dieVerwendung von Dämmstoffen als Hohlraumfüllung. Für dieseHohlraumfüllung erscheint es möglich, die beim Umbau undAbriß anfallenden Baurestmassen oder die bei der Baustoffpro-duktion entstehenden Reststoffe zu nutzen. Durch die Wiederver-wertung von Baureststoffen werden Ressourcen geschont und dieUmwelt entlastet. Die Kosten für die Übernahme von Baurest-massen sind in vielen Fällen weit geringer als der Betrag, der beider Deponierung anfällt. Es ist damit zu rechnen, daß die Entsor-gungskosten in Zukunft weiter steigen werden. Dagegen sind dieRecyclingprodukte derzeit um bis zu 30 % kostengünstiger alsvergleichbare herkömmliche Baustoffe. Die älteste Form von Recycling im Bauwesen ist die Wiederver-wendung von Abbruchziegelmaterial. Die Ziegel wurden zuSplitt zerkleinert und zur Herstellung zementgebundener Mau-ersteine verwendet. Heute stellt man sich mehr darauf ein, alter-native Dämmstoffe unter ökologischen Gesichtspunkten in denMittelpunkt zu rücken.In einem Gemeinschaftsprojekt der TU Brünn und der TU Wien„Building Materials from Waste Materials and their Durability“wurde die Wiederverwendung von Reststoffen aus der Produk-tion von Polystyrolplatten und Holzbauteilen untersucht. Ineinem neuen Recyclingverfahren wurden Holz- und Polystyrol-reste zu einem Gemisch verarbeitet, das als Ausgangsmaterial fürdie Herstellung eines neuen Dämmstoffes eingesetzt werdenkann. Das Ziel dieser Untersuchungen bestand darin, den Zie-gelstein als traditionell bewährten Baustoff zu erhalten, aber miteiner deutlich höheren Wärmedämmwirkung durch Hohlraum-füllung mit Recyclingmaterial zu produzieren.

2 Gegenstand der Untersuchung

Inhalt des Projektes war es zu untersuchen, ob sich mit einemPolystyrol-Holz-Recyclingmaterial gefüllte Ziegel als Bau-material eignen. Der Mehraufwand durch Hohlraumfüllung soll-te durch eine vereinfachte Hohlraumgeometrie ausgeglichenwerden und sich letztlich in deutlich erhöhten Wärmedurchlaß-widerständen niederschlagen. Das Forschungsvorhaben ist auffolgende Fragestellungen ausgerichtet:

Aufsatz

Dipl.-Ing. Dr. techn. Azra Korjenic – Bauingenieurstudium an derTU Sarajevo. 1994 bis 2000 Bautechnisches Planungsbüro in Wien,anschl. bis 2002 wissenschaftliche Mitarbeiterin an der TU Wien,Abteilung Bauphysik. Seit 2002 als Univ.-Assistentin dort tätig. 2003Promotion.Technische Universität Wien, Karlsplatz 13/206, A-1040 Wien,Tel. +43/1/58801-20662, [email protected] O. Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Dr. Jürgen Dreyer – Promovierte undhabilitierte an der Hochschule für Architektur und Bauwesen inWeimar. Hochschullehrer in Dresden, Cottbus und Wismar auf demGebiet der Bauphysik. Seit 1995 ordentlicher Universitätsprofessoran der TU Wien, Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brand-schutz, Abteilung Bauphysik. Technische Universität Wien, Karlsplatz 13/206, A-1040 WIEN,Tel. +43/1/58801-20650, [email protected] AO. Prof. Dr. rer. nat. sc. Stanislav Stastnik – Studium des Bauinge-nieurwesens an der TU Brünn und Studium der Mathematik an derMasaryk Universität Brünn, 1991 Promotion zum Dr. rer. nat. inMathematik, 1994 Habilitation auf dem Gebiet der Baustofftechno-logie. Seit 1981 Dozent am Institut für Baustofftechnologie der TUBrünn. Tel. 00420-541147507, [email protected] Ing. Jiri Zach – Studium des Bauingenieurwesens an der TU Brünn,seit 2000 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Baustoff-technologie der TU Brünn. Institut für Baustofftechnologie, TU Brünn, Veveri 95, CZ-66237Brünn, [email protected]

Azra Korjenic, Jiri Zach, Jürgen Dreyer und Stanislav Stastnik

Untersuchung der thermisch-hygrischen Eigenschaftenvon Ziegeln mit Hohlraumfüllung aus Recyclingmaterial

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– experimentelle Ermittlung von Baustoffkennwerten desneuen Dämmstoffes,

– rechnerische Erfassung des Wärmewiderstandes und derTemperaturverteilung dieser Ziegelbausteine sowie Vermei-dung von Schwachstellen,

– Optimierung des Wärmewiderstandes dieser Ziegelbausteinedurch Variierung der Stärke und Lage der Dämmstoffschichtsowie der Geometrie des Ziegelbausteines,

– Durchführung von Simulationsberechnungen zur Abschät-zung des hygrischen Verhaltens der untersuchten Ziegelbau-steine,

– Vergleich zwischen meßtechnischen und rechnerischenErgebnissen.

3 Materialeigenschaften

Zur Untersuchung des Einflusses des Dämmstoffes auf die Tem-peratur- und Feuchtigkeitsverteilung in diesem Verbundziegel-stein ist es erforderlich, die Materialdaten zu kennen. Je nachGröße und Anordnung der Holzpartikel, Anteil des Holzes,Polystyrol oder Bindemittels, Art des Bindemittels und andererwichtiger Faktoren erhält man für den neuen Dämmstoff unter-schiedliche bauphysikalische Eigenschaften. Die Wärmeleitfä-higkeit der Materialien wurde mit dem Plattengerät ermittelt. Fürdie Zuschläge zur Wärmeleitfähigkeit und zur Wasserdampfdif-fusionswiderstandszahl unter Berücksichtigung des Feuchtig-keitsgehaltes wurden Erfahrungswerte benutzt. Feuchtespeicher-funktionen und Flüssigtransportkoeffizienten wurden aus denStoffeigenschaften für den freiwilligen Feuchtigkeitsgehalt wf,die Sorptionsfeuchtigkeit w80 und den Wasseraufnahmewert wermittelt. Die Grundeigenschaften von Ziegel und Dämmstoffsind in Tabelle 1 angegeben.

4 Klimarandbedingungen

Bei den stationären Berechnungen wurde als Außentem-peratur te = 0 °C und als Wärmeübergangskoeffizient außen αe = 25 W/m2K ausgewählt. Für das Innenklima wurde ti = 20 °Cund ein Wärmeübergangskoeffizient innen von αi = 7,69 W/m2Kangesetzt. Diese Randbedingungen wurden in Anlehnung anÖNORM EN ISO 6946 verwendet. Für die thermischen Berech-nungen, die in der Startphase des Projektes am Institut fürBaustofftechnologie der TU Brünn durchgeführt wurden, sindfolgende Randbedingungen verwendet worden: ti = 20 °C, te = –15 °C, αi = 8 W/m2K und αe = 23 W/m2K.Für die instationären hygrothermischen Berechnungen wurdedas Klima Holzkirchen 1991 verwendet. Dieses Klima stellthohe Anforderungen an Wandkonstruktionen. Im Innenbereichwurde von einem Raumklima mit einer Temperatur von 21 ±1 °C und einer relativen Luftfeuchte von 50 ± 10 % ausgegangen. Die Simulationen erfolgten ohne Berücksichtigung des Regen-wassers. Zu Beginn der Rechnung werden die Anfangsbedin-

gungen für die Temperatur und Feuchte vorgegeben. DerAnfangswassergehalt entspricht einem Wassergehalt, der sich bei80 % relativer Luftfeuchte einstellt, die Anfangstemperatur derBaustoffe wurde mit 18 °C angenommen.

5 Thermische Berechnungen

Zusammen mit Experimenten liefern Berechnungen ein tieferesVerständnis für die Vorgänge innerhalb eines Bauteils. Auf derGrundlage der stationären zweidimensionalen Wärmeleitungwurden verschiedene Varianten von Verbundziegeln (gefüllt mitdem Dämmstoff aus Baureststoffen) untersucht. Ziel war es, denWärmedurchgangswiderstand dieser Ziegelsteine durch Variie-rung der Stärke und der Lage der Dämmstoffschicht und derGeometrie des Ziegelsteines thermisch zu optimieren. ZurBerechnung wurden Eigenentwicklungen der TU Brünn und dasProgramm THERM [1] verwendet. Die Ergebnisse der thermi-schen Simulationsberechnungen sind in der Tabelle 2 zusam-

Aufsatz

Tabelle 1 Grundeigenschaften des verwendeten Ziegels und desDämmstoffes aus Recyclingmaterial.

Material Ziegel Dämmstoff

Trockenrohdichte (kg/m3) 1750 200

Wärmeleitfähigkeit (W/mK) 0,4 0,05

Spez. Wärmekapazität (kJ/kg) 900 1900

Wasserdampfdiffusionswider-standszahl (–) 8 1

Tabelle 2 Darstellung der Hohlraumstruktur mit dem Isother-menverlauf und den Wärmedurchgangswiderständen R undWärmedurchgangskoeffizienten U untersuchter Ziegelbausteine.

Geometrie der Ziegelbausteine R [m2K/W] U [W/m2K]

2,795 0,358

4,327 0,231

4,214 0,237

4,221 0,237

3,975 0,252

Ziegel Luftschicht Dämmstoff

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A. Korjenic, J. Zach, J. Dreyer und S. Stastnik • Untersuchung der thermisch-hygrischen Eigenschaften von Ziegeln mit Hohlraumfüllung aus Recyclingmaterial

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mengefaßt. Es sind jeweils die Hohlraumstruktur mit dem Iso-thermenverlauf und die Wärmedurchgangswiderstände R undWärmedurchgangskoeffizienten U dargestellt.Da die Ziegelbausteine in der Regel für tragende Wände verwen-det werden, müssen Druckfestigkeitsanforderungen eingehaltenwerden. Aus diesem Grund wurden die Querstege der gedämm-ten Ziegelsteine sowohl mit als auch ohne Hohlräume im Steg-bereich berechnet. Damit soll bestimmt werden, ob die Ziegel-steine mit durchgehenden massiven Stegen, die eine bessereDruckfestigkeit aufweisen als Stege mit Hohlräumen, einenbedeutend schlechteren Dämmwert aufweisen. Die Geometrie des Ziegelbausteines wurde über Jahre durch ver-schiedene Forschungsarbeiten so weit optimiert, daß theoretischeine äquivalente Wärmeleitfähigkeit des Ziegels bis unter0,1 W/mK erreichbar ist. In Tabelle 3 ist eine an der TU Wienentwickelte Ziegelgeometrie [2] dargestellt, die diesen Ansprü-chen genügt. Neben der vielgliedrigen inneren Hohlraumstruk-tur sind auch in den Längsstegen noch Hohlräume vorhanden,die zu einer zusätzlichen Wärmedämmwirkung beitragen. Eserscheint möglich, mit speziellen Ziegelsteingeometrien nochniedrigere Werte zu erreichen, aber solche Ziegelbausteine sindmit derzeit vorhandener Technologie nicht herstellbar.

Verändert man die innere Hohlraumstruktur wieder so, daß einDämmstoff eingebaut werden kann, so wird auch hier dieDämmwirkung des Ziegels deutlich gesteigert, wie die Ergeb-nisse in Tabelle 3 ausweisen. Hochlochziegel mit geeigneterHohlraumfüllung erweisen sich hinsichtlich der Wärmedämm-wirkung deutlich den luftgefüllten Hochlochziegeln überlegen.Zusammenfassend kann man zu den in Tabelle 2 gegenüberge-stellten Ergebnissen zum Einfluß von Stärke, Lage der Dämm-stoffschicht und Geometrie des Ziegelbausteines folgende Aus-sagen machen:– Durch die Füllung der Hohlräume des Ziegelbausteines mit

dem neuen Dämmstoff könnte der Wärmedurchgangswider-stand bis ca. auf das Doppelte erhöht werden.

– Durch die Variation der Anzahl und Stärken der Dämmstoff-schichten wurden keine größeren Unterschiede in Bezug auf

die Wärmedämmung verzeichnet. In Tabelle 2 ist in den Zei-len 2 und 4 und in den Zeilen 3 und 5 der Einfluß der Anzahlder Hohlräume auf das Wärmedämmvermögen gegenüberge-stellt.

– Verwendet man Querstege ohne Hohlräume im Scherbenbe-reich, so zeigt sich keine signifikante Verschlechterung derWärmedämmung, obwohl generell eine bessere Wärmedäm-mung durch eine große Anzahl von Hohlräumen erreichtwird. Die Ziegel mit Querstegen ohne Hohlräume sind ausSicherheitsgründen günstiger.

6 Untersuchung des hygrischen Verhaltens von dämmstoff-gefüllten Ziegelsteinen

Ziel dieses Teiles der Untersuchung war die Beurteilung deshygrischen Verhaltens. Auf Grund der Geometrie wurden zwei-dimensionale instationäre hygrothermische Berechnungen derhygrischen Zustände des aus Ziegel und Dämmstoff bestehen-den Verbundbausteins durchgeführt. Für die Berechnungenwurde das Programm WUFI-2D [3] des Fraunhofer-Institutes fürBauphysik (IBP) in Holzkirchen verwendet. Der Transport vonFeuchte wird in dem Programm sowohl durch Diffusion als auchdurch Kapillarleitung berücksichtigt. Die zeitabhängige Tempe-ratur- und Feuchteverteilung eines Bauteils unter Verwendungrealer Klimarandbedingungen kann berechnet werden. Berech-net wurde die Feuchtigkeitsbeanspruchung bedingt durch dasAußenklima Holzkirchen 1991 und ein sich periodisch verän-derndes Innenklima. Die Rechnungen wurden für einen Zeit-raum von drei Jahren mit zyklisch wiederholtem Klimadatensatzdurchgeführt.Um die Berechnungen zu ermöglichen, wurde die Geometrie derHochlochsteine etwas vereinfacht, wie in Tabelle 4 angegeben.Einen Einfluß auf die Ergebnisse hat die Geometrievereinfa-chung nicht. Die Berechnung mit dem Programm WUFI-2D erfolgt so, daßman in einem zweidimensionalen Querschnitt die thermisch-hygrischen Zustände berechnet und als Ergebnis an relevantenKonstruktionspunkten, sogenannten Monitoren, den zeitlichenVerlauf von Temperatur, relativer Luftfeuchtigkeit und Feuchtig-keitsgehalt erhält. Die Monitorpositionen können innerhalbeines Querschnittes an einer beliebigen Stelle, in der Regel einebesonders kritische Stelle, festgelegt werden. Für diese Punktekönnen die Berechnungsdaten gesondert ausgegeben werden. Die Ergebnisse der hygrothermischen Berechnungen für alleVarianten sind in Tabelle 4 gegenübergestellt. Die erste Spaltezeigt die Geometrie, die zweite Spalte die zeitliche Entwicklungdes Verlaufes der relativen Luftfeuchte in Monitor 1, 2, 3 und 4während der drei Berechnungsjahre. Die Monitorpositionensind in Tabelle 4 angegeben. Die Monitorpositionen 1 und 2 ander Innenseite der Ziegelwand stehen stark unter dem Einflußdes Innenklimas. Die Monitorposition 3 beschreibt einen inne-ren und Monitorposition 4 einen äußeren Bereich. Interessantist Monitorposition 3, die deutlich das Austrocknungsverhaltender Ziegelsteine beschreibt. Die relativen Luftfeuchtigkeiten imZiegel sind im wesentlichen unkritisch. In den äußeren Berei-chen, wo relative Feuchtigkeiten über 80 und 90 % auftreten,wird sie ebenfalls als unkritisch beurteilt, da die zur Dämmungverwendeten Holzpartikel in Zementschlämme eingebettet sind. Die Diagramme in Spalte 3 zeigen den Verlauf des Partial-druckes und der relativen Luftfeuchtigkeit über den Querschnittdes Ziegelsteins für den Winterzustand. Erwartungsgemäß sinktder Partialdruck von innen nach außen mehr oder weniger ste-tig, in Abhängigkeit davon, ob der Wasserdampfstrom durch Luftbzw. Dämmstoff oder durch die Stege diffundiert. Die relativeLuftfeuchtigkeit steigt im Wesentlichen von innen nach außen

Aufsatz

Tabelle 3 Darstellung der Hohlraumstruktur mit dem Isother-menverlauf und die Wärmedurchgangswiderstände R und Wär-medurchgangskoeffizienten U des in [2] entwickelten Ziegelbau-steines vor und nach dem Einbau des neuen Dämmstoffes.

Geometrie des Ziegelbausteines R [m2K/W] U [W/m2K]

3,364 0,297

4,845 0,206

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an, da auf diesem Weg die Temperatur und gleichermaßen dieSättigungspartialdrücke sinken, wobei durch den relativ größe-ren Diffusionswiderstand der Stege in diesen sich die relativeLuftfeuchtigkeit immer wieder erhöht. Wichtig ist, ob Bereicheim Ziegel existieren, in denen die Luftfeuchtigkeit kritischeWerte erreicht, z. B. größer als 80 bzw. 90 %, da der verwendeteDämmstoff Holzreste enthält. Die Berechnungen zeigen, daßsolche Zustände nur in den außenliegenden Hohlräumen auftre-ten können, so daß die Holzpartikel vollständig in Zement-schlämme eingebettet sein müssen.

7 Meßtechnische Verifizierung der Ergebnisse

Um die Ergebnisse der Simulation zu verifizieren, wurden amInstitut für Baustofftechnologie der TU Brünn zwei Versuchs-wände, eine mit normalem Ziegel ohne Dämmung und eineandere mit gedämmten Verbundziegeln aufgebaut und unter sta-tionären Randbedingungen der Wärmewiderstand gemessen.Die dabei gewonnenen meßtechnischen Ergebnisse bestätigendie Rechnungen innerhalb der erreichten Meßgenauigkeit. DieAbweichungen zwischen den Ergebnissen betragen weniger als5 %. Die meßtechnischen Untersuchungen an der TU Brünn ins-besondere auch zu instationären Belastungen sind noch nichtabgeschlossen. Die Untersuchungen werden im Rahmen des o. g. Projektes fortgeführt.

8 Zusammenfassung

Ziel dieser Untersuchung war es, einen Ziegel mit möglichst ein-facher Geometrie zu entwickeln, dessen Dämmeigenschaftdurch die Verwendung eines Recyclingdämmmaterials aus Rest-stoffen aus der Produktion von Polystyrolplatten sowie Holz-bauteilen möglichst hoch sein soll. In dem Recyclingverfahrenwerden Holz- und Polystyrolreste zu einem Gemisch verarbeitet,

das als Ausgangsmaterial für die Herstellung eines neuen Dämm-stoffes eingesetzt werden kann. In einer ersten Untersuchungsollte ermittelt werden, welche Auswirkungen die Lage und Stär-ke der Dämmschicht sowie die Hochlochgeometrie des Ziegel-bausteines auf die thermisch-hygrischen Zustände haben. DieAnordnung und Größe der Dämmschicht sowie die Lage undGeometrie der Hohlräume wurden variiert. Für die Untersu-chung der thermischen Eigenschaften und der Ermittlung derWärmedurchgangskoeffizienten wurde das Simulationspro-gramm THERM verwendet. Das Programm ist in der Lage, denWärmetransport durch Wärmeleitung im Ziegelscherben und dieTransportmechanismen Wärmeleitung, Konvektion und Strah-lung in den luftgefüllten Hohlräumen zu berücksichtigen. ZurUntersuchung des Feuchtigkeitstransports in den Ziegelsteinenwurde das Programmpaket WUFI 2D verwendet. Die Untersu-chungen haben gezeigt, daß es durch die Füllung der Ziegelstei-ne mit einer Dämmung aus Recyclingmaterial möglich ist, denWärmedurchgangswiderstand etwa auf das Doppelte zu erhö-hen. Die Ergebnisse der hygrischen Berechnungen ergaben, daßin den äußeren Hohlräumen Feuchtigkeiten über 80 % auftretenkönnen. Mögliche Auswirkungen auf den Dämmstoff, der Holz-partikel enthält, werden wegen der Umhüllung mit Zement-schlämme nicht erwartet, sollen aber bei der weiteren Bearbei-tung noch detaillierter untersucht werden.

Literatur

[1] THERM, 1998, Programm Description, A PC Program for Analyzing theTwo-Dimensional Heat Transfer Through Building Products, Regents ofthe University of California

[2] Korjenic S.: Untersuchung von Baustoffen und Bauteilen zur Ermittlungvon deklarierten Wärmeschutzwerten, Dissertation an der TechnischenUniversität Wien, 2002

[3] Künzel H. M.: Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnungdes gekoppelten Wärme- und Feuchtetransportes in Bauteilen mit einfa-chen Kennwerten; Dissertation, Universität Stuttgart, 1994

Aufsatz

Aktuelles

4. Workshop Einsatz von Strömungssimulations-Software zur Berechnungvon Kühl-, Belüftungs-, Erwärmungs- und Rauchausbreitungsvorgängen

Am 17. März 2004 findet in Berlin nunmehr zum vierten Mal inFolge der Workshop „Einsatz von Strömungssimulations-Soft-ware zur Berechnung von Kühl-, Belüftungs-, Erwärmungs- undRauchausbreitungsvorgängen“ statt. Im Rahmen der Veranstal-tung diskutieren die Teilnehmer anhand von Fachvorträgen undpraktischen Beispielen über die Fortschritte bei der Entwicklung und Anwendung der CFX-Software. Interessierten bietet sichhier ein Forum zum Austausch von Informationen aus ersterHand. Der Workshop dient darüber hinaus dazu, praxisrelevan-te Anforderungen für die weitere Entwicklung der CFX-Softwarezu diskutieren.Computergestützte Strömungssimulation (CFD – ComputationalFluid Dynamics) bietet die Möglichkeit, Entwürfe hinsichtlichder Strömungs- und der klimatischen Verhältnisse, wie zum Bei-spiel bei Ausbreitung von Schadstoffen oder Aufheizung durchSonneneinstrahlung, kostengünstig und realitätsnah zu untersu-chen. Kostenintensive nachträgliche Korrekturen im Regreß-und Schadensfall können rechtzeitig verhindert werden. Wesent-

liche Vorzüge der Optimierung mit Hilfe von numerischer Strö-mungsberechnung sind:– schneller Aufbau von Geometriemodellen,– einfache Variation der wesentlichen Einflußparameter,– simultane Betrachtung der Innen- und Außenströmung sowie– detaillierte Informationen über Strömungs- und Temperatur-

verhältnisse im gesamten Berechnungsgebiet.

Information und Anmeldung:CFX Berlin Software GmbHMainzer Str. 2310247 BerlinAnsprechpartner: Sebastian VlachTel.: 030 293 811 30Fax: 030 293 811 [email protected]