Datum
01.11.2011
Projektleiter
Dipl.-Phys. Norbert Sack
Projektlaufzeit
11/2011 bis 11/2012
Ermittlung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit von wärmetechnisch verbesserten Abstandhaltern
Ausgangssituation
Durch die auch in Zukunft weiter steigenden Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz werden Wärmbrücken in der energetischen Gesamtbeurteilung von Gebäuden und entsprechend auch von Bauteilen immer wichtiger. Bei Fenstern und Fassaden kommt der wärmetechnischen Bewertung sowie Optimierung der „Wärmebrücke Glasrandverbund" durch den Einsatz von hochwärmedämmenden Mehrscheiben-Isoliergläsern und hochwärmedämmenden Rahmen in Zukunft ein höherer Stellenwert zu.
Die wärmtechnische Kenngröße zur Beurteilung des Glasrandverbundes ist der sogenannte längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient Y. Die Ermittlung des Psi-Wertes erfolgt durch Berechnung nach EN ISO 10077-2. Hierfür ist neben dem exakten geometrischen Querschnitt des Abstandhalters auch die genaue Kenntnis der Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Materialien notwendig.
Wärmeleitfähigkeiten können z. B. für bestimmte Materialien einschlägigen Normen entnommen werden. Hierbei ist jedoch festzustellen, dass im Speziellen bei wärmetechnisch verbesserten Abstandhaltern Materialien zum Einsatz kommen, deren Wärmeleitfähigkeiten normativ nicht festgelegt sind. Um die Wärmeleitfähigkeit solcher Materialien zu ermitteln, wären nun zugehörige Messungen notwendig. Hierbei sind jedoch folgende „Probleme" ungelöst:
- Es ist kein eindeutiges Messverfahren festgelegt; ob dies überhaupt möglich ist, kann angezweifelt werden, da das „richtige" Messverfahren u.U. vom Material und weiteren Parametern abhängt
- Viele eingesetzte Materialien weisen eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit auf, eine Messung müsste also die Wärmeleitfähigkeit in der Hauptwärmestromrichtung ermitteln. Bei Materialien ist im Allgemeinen die spätere Anwendung nicht bekannt und daher auch nicht der „Hauptwärmestrom"
- Durch die Herstellung der Abstandhalter bzw. der darin verwendeten Komponenten kann sich die Wärmeleitfähigkeit gegenüber anderen Herstellungsverfahren ändern. So werden z.B. Edelstahlfolien auf unter 0,1 mm gewalzt. Durch diese Umformung findet eine Gefügeveränderung statt, welche die Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu dicken Stahlblechen ändern kann.
Es kann vorkommen, dass die Wärmeleitfähigkeit des Materials direkt nicht bestimmt werden kann. So z.B. bei entsprechenden Folien, die eine Beschichtung (z.B. Metall) im µm- bis nm-Bereich aufweisen können.
Eine Lösungsmöglichkeit besteht darin, nicht die Wärmeleitfähigkeit aller eingesetzten Materialien zu ermitteln, sondern eine „äquivalente Wärmeleitfähigkeit" des kompletten Abstandhalters.
Zur Umsetzung wird der Raum zwischen zwei Glasplatten komplett mit Abstandhaltern gefüllt (siehe Abbildung 1). Von diesem wird der Wärmedurchlasswiderstand nach EN 12664 ermittelt. Durch Subtraktion des Wärmedurchlasswiderstandes der beiden Glasscheiben vom Gesamtwärmedurchlasswiderstand kann auf die äquivalente Wärmeleitfähigkeit des Abstandhalters geschlossen werden.
Zielsetzung
Das Vorhaben soll daher dazu dienen, ein eindeutiges Prüfverfahren zur Ermittlung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit von wärmetechnisch verbesserten Abstandhaltern zu definieren. Ebenso sollen in diesem Vorhaben die äquivalenten Wärmeleitfähigkeiten von marktgängigen Systemen ermittelt und hiermit auch das Optimierungspotenzial aufgezeigt werden.
Ergebnisse
Die mit den messtechnisch ermittelten äq. Wärmeleitfähigkeiten berechneten Psi-Werte zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den in den Datenblättern des Bundesverbandes Flachglas publizierten Werten. Vergleicht man die in den Datenblättern veröffentlichen Psi-Werte mit den Y-Werten, die im Rahmen des Forschungsvorhabens ermittelt wurden, so kann festgestellt werden, dass die Abweichungen für alle Systeme, mit Ausnahme eines Systems, geringer als 0,005 W/(m K) sind. Unterschiede von weniger als 0,005 W/(m K) sind im Rahmen der Ermittlung des U-Wertes von Fenstern nicht signifikant. Für eine Vielzahl der Systeme liegt die Abweichung der Psi-Werte auf Grundlage der unterschiedlich ermittelten Wärmeleitfähigkeiten in der Größenordnung von 0,002 W/(m K).
Die im Rahmen des Vorhabens entwickelte Vorgehensweise zur experimentellen Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von wärmetechnisch verbesserten Abstandhaltern führt somit zu äq. Wärmeleitfähigkeiten der wärmetechnisch verbesserten Abstandhalter, die mit der bislang angewandten Methode der numerischen Berechnung vergleichbar sind. Die im Rahmen des Vorhabens entwickelte Vorgehensweise kann somit zukünftig zur wärmetechnischen Charakterisierung von Abstandhaltersystemen herangezogen werden.
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Norbert Sack
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