Wie sieht die Dämmung der Zukunft aus?

Vergleich der wärmeschutztechnischen Berechnungsmethoden
von VDI 2055, EN ISO 12241 und
ASTM C680
Karin Wiesemeyer
Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.V. München | Lochhamer Schlag 4 | 82166 Gräfelfing
27.06.2016
Überblick
 Für welche Objekte brauchen wir die Berechnungsmethoden?
 Typische Fragestellungen.
 Von welchen Berechnungsmethoden sprechen wir?
 Wo sind die Unterschiede, was ist gleich?
 Beispiele.
 Fazit.
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Für welche Objekte brauchen wir die
Berechnungsmethoden?
Betriebstechnische Anlagen wie Kessel, Behälter
Quelle: FIW München
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Für welche Objekte brauchen wir die
Berechnungsmethoden?
Verteilerstation
Technische Gebäudeausrüstung,
Rohrleitungen
Quelle: FIW München
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Quelle: FIW München
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Typische Fragestellungen
 Oberflächentemperatur?
 Wärmestrom?
 Notwendige Dämmschichtdicke?
 Tauwasserfreiheit?
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Berechnungsmethoden
Identisches
Ergebnis?
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Was ist identisch, was ist unterschiedlich?
Gleichungen zum Wärmedurchgang
λ
Temperatur der Kesselwand
Strahlungsanteil des
äußeren Wärmeübergangskoeffizienten
Integraler (effektiver) Mittelwert
der temperaturabhängigen
Wärmeleitfähigkeit
Oberflächentemperatur
außen
Quelle: EN ISO 12241
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Was ist identisch, was ist unterschiedlich?
Exkurs integraler Mittelwert der Wärmeleitfähigkeit
λ(ϑ)
λ (ϑ ) = a 0 + a1 ⋅ ϑ + a 2 ⋅ ϑ 2 + a 3 ⋅ ϑ 3
ϑ
1
λm =
⋅ ∫ λ (ϑ )dϑ
(ϑ1 − ϑ2 ) ϑ
1
2
Quelle: VDI 2055:2008
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Was ist identisch, was ist unterschiedlich?
Gleichungen zum Wärmedurchgang
Konvektiver Anteil des
äußeren Wärmeübergangskoeffizienten
λ
Temperatur der Kesselwand
Strahlungsanteil des
äußeren Wärmeübergangskoeffizienten
Oberflächentemperatur
außen
Integraler (effektiver)
Wert der temperaturabhängigen
Wärmeleitfähigkeit
Bestimmung der Betriebswärmeleitfähigkeit
(Fugen/Verdichtung)
Quelle: EN ISO 12241
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Gleichungen zur Berücksichtigung von
Konvektion – Beispiel senkrechte Wand
Erzwungene
turbulente
Konvektion
Freie turbulente
Konvektion
VDI 2055
3
𝛼𝛼k = 1,74 ⋅ Δϑ
11
𝑙𝑙 ⋅ 𝑤𝑤 − 8 5 𝑤𝑤 4
𝛼𝛼k =
+ 5,8 ⋅
⋅
𝑙𝑙
𝑙𝑙 ⋅ 𝑤𝑤
𝑙𝑙
EN ISO 12241
𝑁𝑁𝑁𝑁𝑛𝑛,𝐿𝐿
3
ℎcv = 1,74 ⋅ ΔΘ
ℎcv = 5,76 ⋅
5
ASTM C680
𝑣𝑣 4
𝐻𝐻
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= �0,825
+
1/6
0,387 ⋅ 𝑅𝑅𝑅𝑅𝐿𝐿
1 + (0,492⁄𝑃𝑃𝑃𝑃)
9⁄16
⁄5
𝑁𝑁𝑁𝑁𝑓𝑓,𝐿𝐿 = 0,037 ⋅ 𝑅𝑅𝑅𝑅𝐿𝐿4
⋅ 𝑃𝑃𝑃𝑃 1⁄3
2
8/27 �
− 871
27.06.2016
Berechnungsbeispiel 1:
Ummantelung mit
Emissionsgrad
ε= 0,15
Kesselwand
Höhe 15 m
Breite 5 m
Lufttemperatur = 20 °C
Oberflächentemperatur = ?
Wärmestromdichte = ?
MineralwolleDämmung
(Drahtnetzmatten)
mit der
Wärmeleitfähigkeit
der Grenzkurve 2
(AGI Q 132),
fges = 1,1
s= 120 mm
Kesselwandtemperatur = 500 °C
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Berechnungsbeispiel 1:
Abhängigkeit des Wärmeübergangskoeffizienten vom Wind
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Berechnungsbeispiel 1
Windgeschwindigkeit Standort Holzkirchen
Jahresverlauf der
Monatsmittelwerte
Durchschnittlicher Sommerund Wintertag
Quelle: Holm, Künzel, Zirkelbach
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Berechnungsbeispiel 1: q und ϑ Oberfläche
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Berechnungsbeispiel 2:
Ummantelung mit
Emissionsgrad
ε= 0,15
Kesselwand
Höhe 15 m
Breite 5 m
Lufttemperatur = 20 °C
Oberflächentemperatur = 60 °C
Wärmestromdichte = ?
MineralwolleDämmung
(Drahtnetzmatten)
mit der
Wärmeleitfähigkeit
der Grenzkurve 2
(AGI Q 132),
fges = 1,1
s= ?
Kesselwandtemperatur = 500 °C
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Berechnungsbeispiel 2: s
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Berechnungsbeispiel 2: q
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Berechnungsbeispiel 2: s / q
Berechnungsnorm
Erforderliche
Dämmschichtdicke
in mm
Wärmestromdichte
für den
Auslegungsfall
in W/m²
DIN EN ISO 12241
159
280
ASTM C680
235
189
VDI 2055, Blatt 1
205
217
Auslegung nach Oberflächentemperatur 60 °C, bei einer
Windgeschwindigkeit von 0 m/s
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Fazit
 Unterschiede vor allem
 bei den Gleichungen zur Bestimmung des konvektiven
Wärmeübergangs außen und
 der Berechnung der Betriebswärmeleitfähigkeit.
 Bei vorgegebener Oberflächentemperatur und Dämmstoff
 teilweise deutliche Unterschiede in der Dämmschichtdicke und
somit auch der Wärmestromdichte (ASTM ggü. EN und VDI).
 Ergebnisse aus einer Berechnungsmethode sollten nicht auf eine
andere Berechnungsmethode übertragen werden.
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Karin Wiesemeyer
Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.V. München
– FIW München –
Lochhamer Schlag 4, D – 82166 Gräfelfing
Telefon +49 89 85800-75, Telefax -40
www.fiw-muenchen.de
[email protected]
Nach dem Abschluss des
Studiums „Energiesystemtechnik“
an der Technischen Universität
Clausthal-Zellerfeld im Jahr 2009
wissenschaftliche Mitarbeiterin bei
der Forschungsgesellschaft für
Energiewirtschaft mbH mit
Projekten im Bereich der
Energieeffizienz in der Industrie
und in den Kommunen.
Seit 04/2011 als Ingenieurin im
FIW München im Bereich des
technischen Wärmeschutzes tätig.
Hauptaufgaben sind
wärmeschutztechnische
Berechnungen sowie FiniteElemente-Berechnungen und die
Betreuung der Prüfungen im
Bereich der technischen
Dämmungen.

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