Globale Stressklassifikation: Kartierung und Messung Karolina Slamova Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE © SpeedColl Agenda Definition der Beanspruchung für solarthermische Kollektoren Vorstellung der SpeedColl Standorte und derer klimatischen Charakteristik Definierte SpeedColl Belastungsprofile für Prüfverfahren Globale Klassifikation der SpeedColl Belastungsprofile Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Ortsabhängige Stressklassifikation und ihre Ziele Weitere Beispiele der Stressklassifikation Zusammenfassung und Ausblick © SpeedColl Definition der Beanspruchung Klimaklassifikation nach Köppen und Geiger TROPISCH SCHNEEKLIMA Af Dfa Am Dfb As Dfc Aw Dfd Dsa TROCKEN BWk AWh BSk Dsb Dsc Dwa Dwb Dwc BSh WARMGEMÄßIGT Dwd POLARKLIMA Cfa EF Cfb ET Cfc Csa Csb Csc Cwa Cwb Cwc © SpeedColl Quelle: Kottek, M. et al., 2006: World Map of the Köppen-Geiger climate classification updated. Meteorol. Z., 15, 259263. Definition der Beanspruchung Outdoor Exposition © Bosch Thermotechnik GmbH Und weitere globale und lokale Umwelteinflüsse (z.B. Luftschadstoffe) und Kombination dieser Einflüsse © SpeedColl Definition der Beanspruchung Outdoor Exposition © Bosch Thermotechnik GmbH © SpeedColl Vorstellung SpeedColl Standorte Outdoor Exposition Sede Boqer Stuttgart Zugspitze Freiburg Gran Canaria Kochi, Indien Kochi Meteorologische Parameter Materialspezifische Parameter Freiburg, Deutschland (moderat) Kochi, Indien (tropisch) Stuttgart, Deutschland (moderat) Sede Boqer, Israel (arid) Zugspitze, Deutschland (alpin) Gran Canaria, Spanien (maritim) © SpeedColl Definierte Belastungsprofile in SpeedColl: Aus erfassten meteorologischen Daten wurden Belastungsprofile für alle SpeedColl Standorte erzeugt: Außentemperatur 4500 Relative Luftfeuchtigkeit 3500 Counts Atmosphärische Korrosivität 4000 Stunden pro Jahr Ultraviolettstrahlung Fr1 GC1 UFS1 Neg1 St1 Ko1 Fr2 GC2 UFS2 Neg2 St2 Ko2 3000 2500 2000 1500 1000 500 -3 0 .. -2 . -2 5 5 .. -2 . -2 0 0 .. -1 . -1 5 5 ... 1 -1 0 0 ... -5 5 ... 0 0 ... 5 5 ... 10 1 0 ... 15 15 ... 20 20 ... 2 5 25 ... 30 30 ... 35 35 ... 40 40 ... 45 45 ... 50 0 Umgebungstemperatur (°C) © SpeedColl Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Bestimmung der Korrosivität nach ISO 9226/1992 Die Korrosionsmessung wird anhand einer Exposition von Standardmetallen (Cu, Al, Fe, Zn) durchgeführt Die Korrosionsgeschwindigkeit (rcorr) wird anhand des Massenverlustes∆ , der Expositionszeit und der Größe der exponierten Fläche nach der Formel aus ISO 9226:1992 berechnet: ∆ ∗ ∗ ΔmGB Massenverlust der Gebrauchsnormale in g AGB : Exponierte Oberfläche der Gebrauchsnormale in m² tE : Expositionsdauer in a Die Korrosionsklasse (C1-C5 von „sehr gering“ bis „sehr hoch“ plus CX Klasse als extrem hohe Korrosion) wird von rcorr für jedes Metall ermittelt © SpeedColl Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Exposition von metallischen Gebrauchsnormalen (Karbonstahl, Kupfer, Aluminium und Zink) über ein Jahr an 23 Standorten mit diversen Klimaten und Emissionsbelastungen © SpeedColl Belastungsprofil: Atmosphärische Korrosivität ID Test site Country Annual average temperature (°C) Annual precipitation (mm) 64.7 21.2 160 70.5 81.1 78.2 68.8 75.1 76.1 76.7 70.2 Urban atmosphere Cfb 68.0 Cfb 73.4 Cfb 72.7 Cfb 67.6 15.8 9.1 3.3 15.9 9.7 18.5 26.9 14.1 901 771 1031 750 630 1341 3254 1174 12.7 9.0 9.9 11.5 887 888 623 1209 Climate (KöppenGeiger) Annual average relative humidity (%) Marine atmosphere 1 Pozo Izquierdo Spain BWh 2 Portici Petten Hnifsdalur Estoril Loughborough Sao Paulo Kochi Bilbao Italy Netherlands Island Portugal Great Britain Brazil India Spain Csa Cfb Cfc Csb Cfb Csb Am Cfb Freiburg Ennepetal Vienna Cannobio KarlsbadLangensteinbach 2 Germany Germany Austria Switzerland Germany Cfb 71.9 9.6 790 Sede Boqer Zugspitze Ispra Eberstalzell KarlsbadLangensteinbach 1 Dettenhausen Israel Germany Italy Austria Bwh ET Cfb Cfb Rural atmosphere 58.9 74.3 68.7 77.0 19.2 -1.1 11.5 8.3 99 2003 1137 1078 Germany Cfb 71.9 9.6 790 Germany 8.7 759 Bangalore Beijing Jinan India China China Cfb 72.7 Industrial atmosphere As 68.8 Dwa 52.6 Cwa 54.9 23.6 12.1 14.5 831 610 613 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 © SpeedColl Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Freiburg Gran Canaria Kochi Visuelle Betrachtung der exponierten Kupferproben nach einem Jahr Exposition © SpeedColl Pe tte n Bil ba o Hn if s Lo d a ug lur hb oro ug h Po r t ic i Es to r Sa i oP l au lo Ko Po ch zo i Iz q u ir do Fr e ib u rg Vie nn a Ca nn ob io En ne pe ta l Ka r ls ba d2 Zu gs pit Eb ze er s ta h l z Se ell de Bo qe r De Isp tte ra nh au s en Ka r ls ba d1 Be ijin g Be ng alo re Jin an Copper corrosion (g/m²*a) Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität 90 80 © SpeedColl Kupfer 70 CX 60 50 40 C5 30 20 C4 10 C3 0 C2 C1 marine urban rural industrial © SpeedColl Pa o lo Bil ba o Ko ch i Pe tte n Hn ifsd alu r Es t or il Po Lo rtic ug i hb or o Po u g zo h Izq uir do Ka rls ba d Fre 2 ibu rg Vie nn a En ne pe t al Ca nn ob io Isp De tte ra nh au s en Ka rls ba d1 Zu gs p Se itze de Bo q Eb er s uer tah lze ll Jin a n Be ng alo re Be ijin g Sa o Aluminium corrosion (g/m²*a) Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität 6 Aluminium 0 marine urban rural industrial C5 5 4 C4 3 2 1 C3 C2 Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Standort Al [g/(m²*a)] Cu [g/(m²*a)] Fe [g/(m²*a)] Zn [g/(m²*a)] Freiburg 0.85 5.38 29.1 3.98 Gran Canaria 5.5 86.74 1307.53 816.33 Sede Boqer 1.39 9.42 154.2 4.7 UFS 1.12 4.28 1.8 3.34 Stuttgart Kochi © SpeedColl Keine Auswertung im Keine Auswertung im Keine Auswertung Keine Auswertung im betrachteten im betrachteten betrachteten betrachteten Zeitraum Zeitraum Zeitraum Zeitraum 1.31 35.67 341.4 9.64 Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Standort Al Cu Fe Zn Freiburg C3 C3 C2 C2 Gran Canaria C5 CX C5 >CX Negev C3 C3 C2 C2 UFS C3 C2 C1 C2 Stuttgart Kochi © SpeedColl Keine Auswertung im Keine Auswertung im Keine Auswertung Keine Auswertung im betrachteten betrachteten betrachteten im betrachteten Zeitraum Zeitraum Zeitraum Zeitraum C3 C5 C3 C3 Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Vergleich der Korrosionsraten für Kupfer in Pozo Izquierdo mit der internationalen Korrosivitätsdatenbank Korrfield und ISOCORRAG (1968-2010) Standort Köppen-Geiger Klimaklassifikation Alicante 30 m to coast Pozo Izquierdo BWh Piura BWh Rio De Janeiro Am Hualien ChangQing 1, Shandong Colon BSh Atmosphäre marine, industrial marine, urban Kupfer Korrosionsrate (g/(m²*a)) Jahr 89.2 1978 86.74 2013 81.89 1990 77.07 1989 Cfa marine, rural marine, industrial marine, urban 68.15 1992 Cfa industrial 66.90 1983 Am marine, urban 64.85 1989 marine, urban 59.76 1978 Campeche As As marine, urban 58.3 1993 GuiYang 1, Guizhou Cwa industrial 57.98 1997 Barcelona © SpeedColl Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Vergleich der Korrosivität von Karbonstahl und Aluminium in Pozo Izquierdo mit internationalen Korrosivitätsdatenbank Korrfield und ISOCORRAG (1968-2010) © SpeedColl Metal Korrosivität Pozo Izquierdo [g/(m²*a)] Ranking weltweit Maximal Wert [g/(m²*a)] Fe 1307.53 15 3290.04 Hualien (Taiwan) Al 5.5 21 21.393 Badalona (Spanien) Maximal Wert Standort Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Entwicklung der Schadstoffe in Europa SO2 © SpeedColl NOx Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Die technische Umsetzung der Korrosivitätskartierung basiert auf der Verwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS) Für die Berechnung wird die Formel ISO 9223/2012 verwendet von Grundlagedaten für die Berechnung sind frei verfügbare aktuelle globale Rasterdaten mit ausreichender räumlicher Auflösung: Parameter Datenquelle Tamb Worldclim 1950‐2000 RH Climatic Research Unit The European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP) Interpolation von punktuellen Daten von Korrfield 1961‐1990 SO2 dep. Cl dep. © SpeedColl Jahr 2011 © http://www.giscom.cz/en/gis-data-1 1950‐2003 Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Temperatur © SpeedColl Feuchtigkeit Emissionen Salzgehalt der Luft Ortsabhängige Stressklassifikation und ihre Ziele Belastungsfaktoren in Abhängigkeit von der geographischen Lage der Probe Materialstress als Funktion des Standorts und der Zeit S = f (lat,lon,t) Ziel: Globale Belastungskarte Ähnlichkeiten mit Köppen-Geiger Klimaklassifikation Vergleich der Indoor- und Outdoor-Alterung Stresszonen-angepasste Indoor-Prüfzyklen Rückschlüsse auf die Lebensdauer der Materialien © SpeedColl Ortsabhängige Stressklassifikation Datengrundlage © Airbus Defence and Space © SpeedColl Globale Klassifikation der SpeedColl Belastungsprofile Trotz gleicher Klimagruppe sehr unterschiedliche klimatische Charakteristik sehr unterschiedliche Materialbeanspruchung Klimadiamgramm von Riad in Saudi Arabien: Trockenklima © SpeedColl Klimadiagramm von den Altai Gebirgen in der Mongolei Stressklassifikation © SpeedColl Ortsabhängige Stressklassifikation: UV Strahlung Globale Karte der UV Strahlung für verschiedene Wellenlängen am 07/06/2010 © SpeedColl Ortsabhängige Stressklassifikation: Staubbelastung Regen © SpeedColl Ausblick: Ortsabhängige Stressklassifikation Entwicklung eines globalen Belastungs–KlassifikationsSystems Gezielte Anpassung an Materialien für die Solarenergie Vergleich der Indoor- und OutdoorAlterung Stresszonen-angepasste IndoorPrüfzyklen Rückschlüsse auf die Lebensdauer der Materialien Nachhaltige Nutzung der Solarenergie © SpeedColl
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