DD288892A5

DD288892A5 - Verfahren und vorrichtung zur messung der waermestromdichte von stoffen unter der wirkung des feuchtetransportes

Info

Publication number: DD288892A5
Application number: DD33426489A
Authority: DD
Inventors: Egbert Christiani; Paul Rieger
Original assignee: Bauakademie Inst. F. Baustoffe,De
Priority date: 1989-11-06
Filing date: 1989-11-06
Publication date: 1991-04-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Waermestromdichte von Stoffen unter Wirkung des Feuchtetransportes, insbesondere von faserigen Stoffen in einem Temperaturgefaelle, die als Waermedaemmaterialien zum Einsatz kommen. Unter Verwendung eines plattenfoermigen Pruefkoerpers zwischen zwei Temperierplatten mit einem Temperaturgradienten sollen mit einem neuartigen Verfahren und einer Vorrichtung die Waermestromdichte von Stoffen unter der Wirkung des Feuchtetransportes gemessen und daraus die Waermeleitfaehigkeit und der Wasserdampfdiffusionswiderstandsfaktor ermittelt werden. Erfindungsgemaesz wird soviel Feuchtigkeit gleichmaeszig ueber die Oberflaeche einer waermeren Pruefkoerperseite verteilt, bis dort eine gesaettigte Atmosphaere vorherrscht und waehrend des Feuchtigkeitsdurchganges durch den Pruefkoerper im Temperaturgradienten bekannterweise im stationaeren Zustand der Waerme- und Feuchtigkeitsleitung die Waermestromdichte und die diffundierte Feuchtigkeitsmenge mesztechnisch erfaszt werden. Zur Durchfuehrung des Verfahrens dient ein Pruefkoerper, der zwischen Temperierplatten diffusionsdicht angeordnet ist, wobei zwischen den Pruefkoerperoberflaechen und den Temperierplatten je eine duenne saugfaehige Schicht mit oder ohne einer unmittelbar der Pruefkoerperoberflaeche anliegenden diffusionsdurchlaessigen Schicht angelagert ist, wobei die saugfaehige Schicht, der waermeren Temperierplatte anliegend, mit einer Wassermenge angereichert ist, die groeszer als die hygroskopische Gleichgewichtsfeuchte der saugfaehigen Schicht ist.{Waermestromdichte; Feuchtetransport; Faserstoffe; Temperaturgefaelle; Waermeleitfaehigkeit; Wasserdampfdiffusionswiderstandsfaktor; Temperierplatte; Pruefkoerper; Waermestrommesser}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Ar wendungsgeblot der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Wärmestromdichte von Stoffen unter Wirkung des Feuchtetransportes, insbesondere von fasei igen Stoffen in einem Temperaturgefälle, die als Wärmedämmaterialien zum Einsatz kommen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von feuchten Stoffen mittels stationärer Meßmethoden basiert auf der Messung der Wärmestromdichte. Im DD-WP 210988 wird ein stationäres Meßverfahren an plattenförmigen, diffusionsdicht abgeschlossenen Prüfkörpern, die horizontal in einem Temperaturgefälle liegen, aufgezeigt. Bei einer schrittweisen Änderung der Temperaturdifferenz kjmmt es zur Verlagerung der Feuchtigkeit unter zusätzlicher Einwirkung des Schwerefeldes der Erde. Dabei wird der Zuslrnd konstanter Feuchtigkeitsdichte mit einem Minimum des Dämmwertes des Probekörpers angestrebt und das Maximum der Wärmestromdichte gemessen, aus dem die Wärmeleitfähigkeit ermittelt wird. Die Verfahrensdurchführung ist aufwendig, vor allem im hygroskopischen Feuchtebereich. An faseiigen Dämmstoffen, die einen hohen Anteil der Diffusion am Feuchtetransport besitzen, ist dieses Verfahren nicht geeignet.

Ein Kurzzeitverfahren gemäß DD-WP 236999 für hygroskopisch feuchte Stoffe erfaßt die maximale Wärmestromdichte im Prüfkörper mit aufgeprägtem Temperaturgradienten. Im stationären Zustand der Wärme- und Feuchtigkeitsleistung ist dabei die Feuchtigkeitsdichte konstant. In faserigen Dämmstoffen mit starker Wasserdampfdiffusion wird dieser Zustand konstanter Feuchtigkeitsdichte jedoch nicht erreicht, da im Temperaturgefälle des Wasser an der kälteren Prüfkörperoberfläche kondensiert. Die Bestimmung des Wasserdampfdiffusionswiderstandsfaktors von Stoffen ist an keines der genannten Verfahren oder Vorrichtungen gekoppelt. Er wird nach bekannten Verfahren gemäß DIN 52615 basierend auf einer Anordnung im isothermen Zustand und im konstanten Wasserdampfpartialdruckgefälle bestimmt. In der praktischen Anwendung bei faserigen Dämmstoffen sind diese jedoch der Wasserdampfdiffusion im Temperaturgradienten ausgesetzt und die o.g. Messungen ergeben dafür keine exakten Werte.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anwendung kommen, mittels derer ohne großen meßtechnischen Aufwand und in kurzer Zeit die Wärmestromdichte von Stoffen unter der Wirkung des Feuchtetransportes, insbesondere von faserigen Baumaterialien gemessen und daraus ableitend ihre möglich praktische Verwendung oder ihr Verhalten in feuchter Atmosphäre bestimmt werden kann.

-2- 288 892 Darlegung dos Wesens der Erfindung

Der Erfindung llogt die Aufgabe zugrundo, mit einem neuartigen Verfahren und einer Vorrichtung die Wärmostromdichto von Stoffen unter der Wirkung dos Fouchtetransportos zu messen und daraus die Wärmeleitfähigkeit und don Wasserdampfdiffusionswidorstandsfaktor zu ormittoln.

Erfindungsgomäß unter Verwendung eines plattenförmigen Prüfkörpers zwischen zwei Temporierplatten mit einem Temperaturgradionten wird die Aufgabe erfindungsgomäß dadurch gelöst, daß eine bestimmte Feuchtigkeitsmonge gleichmäßig über die Oberfläche einer wärmeren Prüfkörporsoite verteilt wird und währond des Feuchtigkeitsdurchgangos durch den Prüfkörper im Ten.o^raturgradienten bekannterweiso im stationären Zustand der Wärmo- und Feuchtigkoitsloitung die Wärmestrom lichte und die uffundierte Feuchtigkeitsmenge meßtechnisch erfaßt worden. Aus der Wärmostromdiclito wird die Wärmeleitfähigkeit λ| für den Prüfkörper im Zustand konstanter Wärmostromdichto ermittelt, der sich mit Wiederholung des Verfahrens dann einstellt, wenn riio Feuchtigkeitsmengen an den Prüfkörperoberflächen und in dom im Temperaturgradienten liegenden Prüfkörper eine gesätt'gte Atmosphäre erzeugon

(.1

λ₍ Wärmeleitfähigkeit mit Feuchtetransport

s Dicke des Prüfkörpers

ά,ρ,,ι Wärmestromdichte bei stationärem Wärme- und Feuchtetransport

ΔΤ Temperaturgradient über dem Prüfkörper

Aus der Differenz der gemessenen Wärmestromdichten am Prüfkörper mit Feuchtetransport und im trockenen Zustand im Verhältnis zur äquivalenten Wärmestromdichte bei der Verdampfung und Diffusion von Wasser durch oine Luftschicht, dio der Dicke dos Prüfkörpers entspricht, ergibt sich für den Wasserdampfdiffusionskoeffizienten μ

QPr.O = PP(,f - QPr.t (2)

ό,ι,,ο = gi. · r, (3)

(4)

- Wärmestromdichte am trockenen Probekörper im stationären Zustand

- Wärmestromdichte infolge Wasserdampfdiffusion am Prüfkörper

- Wärmestromdichte durch die Wasserdampfdiffusion an der äquivalenten Luftschicht r_v - Verdampfungswärme von Wasser

g_L - Dampfstromdichte durch Luftschicht mit Probekörperdicke, berechnet nach dom Stefanschen Gesetz

μ - Wasserdampfdiffusionskoeffizient

Es ergeben sich mit dieser Verfahrensweise die gleichen Bedingungen für die Feuchtigkeits- und Wärmetransportvor'jänge. Unter Verwendung von zwei Temperierplatten, zwischen denen diffusionsdicht ein plattenförmiger Prüfkörper aufgenommen und an den Temperierplatten je ein Temperatur- und Wärmestrommesser angeordnet ist, besteht die Vorrichtung zur Messung der Wärmestromdichte von den Stoffen unter Wirkung des Wärmetransportes erfindungsgemäß aus saugfähigen Schichten, die den Oberflächen der Prüfkörper zu den Temperierplatten anliegen und mit in die Diffusionsschicht eingeschlossen sind, wo¹ ei die der wärmeren Temperierplatte anliegende saugfähige Schicht mit einer Wassermenge angereichert ist, die größer als die hygroskopische Gleichgewichtsfeuchte der saugfähigen Schicht ist. Als saugfähige Schicht kommt vorwiegend Filterpapier zum Einsatz.

Die Erfindung ermöglicht erstmals neben der Wärmeleitfähigkeit auch den Wasserdampfdiffusionskoeffizienten unter einheitlichen Meßbedingungen für faserige Stoffe, die vorwiegend zur Wärmedämmung verwendet werden, ermitteln zu können. Es ist damit möglich, beide Materialgrößen in einem Meßvorgang und in Abhängigkeit von der Prüfkörpermitteltemperatur zu untersuchen. Damit ist ein wesentlich geringerer Zeitaufwand zur Bestimmung des Wasserdampfdiffusionskoeffizienten notwendig. Mit der Untersuchung des Wasserdampftransportes in einem Verfahren mit Temperaturgradient und veränderlicher Mitteltemperatur des Prüfkörpers können die Meßbedingungen verschiedenen Einsatzbedingungen der faserigen Stoffe zur Wärmedämmung angepaßt werden. Die Wärmeleitfähigkeit wird dabei unter den durch die Oberflächentemperaturen am Probekörper bestimmten und damit verbundenen Wasserdampfsättigungsdrücken ermittelt. Mit diesen Ergebnissen für den Wasserdampfdiffusionskoeffizienten und der Veränderung des Wärmetransportes unter definierten Feuchtebedingungen am Probekörper kann der Wärme- und Feuchtetransport in Mehrschichtensystemen berechnet werden. Die Feuchtezuschläge der Wärmeleitfähigkeit lassen sich dann in Abhängigkeit von den Temperaturen und den Wasserdampfpartialdruckdifferenzen am faserigen Wärmedämmstoff berechnen.

Ausführungsbeispiel

In einer experimentellen Anordnung zur Messung der Wärmeleitfähigkeit nach DIN 52616 mittels Einplattenverfahren (Figur 1) wird der zu untersuchende plattenförmige Prüfkörper 1 einem Temperaturgradienten ausgesetzt, der sich zwischen der Heizplatte 5 und der Kühlplatte 6 ausbildet. An Grund- und Deckfläche des Prüfkörpers 1 anliegend befindet sich ein Glasgittergewebe 2 als durchlässige Schicht. Daran schließt sich Filterpapier 3 als saugfähige Schicht an. Zwischen Filterpapier 3

und den Temperierplatten 5 bzw. 6 bofindon sich Wärmestromdichtemeßplatten 4. Die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit λ,, erfolgt bei der Mitteltemperatur T_m am trockenen Prüfkörper über die Mossung dor Wärmoströmo q?,, ,ι, j, der Temporaturdifferenz ΔΤ sowie der Prüfkörperdicke d nach der üblichen Vorgohonsweise. Für dio Mossung dor Wärmeleitfähigkeit des Prüfkörpers während des Wasserdampftransportos wird das auf dor wärmeren Oberfläche liogondo Filterpapier so befeuchtet, daß eine gosättigte Atmosphäre an den Prüfkörporoborflächon und im Prüfkörper ontstoht, und die Anordnung nach Bild 1 mit Ausnahme der Temper iorplatton diffusionsdicht vorpackt, In der dargestellten Anordnung vordampft das Wasser aus dem Filterpapier der wärmeren Oberfläche, wandert als Dampf aufgrund des Partialdruckgefälles durch don Prüfkörper und kondensiert im Filterpapier dor kälteren Prüfkörporoborflächo. Während dos Wasserdampftransportes worden nach einer kurzon Eintemporiorphase zur Einstellung eines stationären Zustundos die Wärmeströmo ήρ,, π, ι registriert, Daraus erfolgt die Berechnung der Wärmeleitfähigkeit λ| dos Prüfkörpers unter don Bedingungen dos Wassordampftransportes für die sich aufgrund der unterschiedlichen Oberflächentemperaturon einstellende Partialdruckdifferenz Ap bezogen auf dio Mitteltemperatur T_n, des Prüfkörpers.

Für die Bestimmung des Wasserdampfdiffusionswidorstandsfaktors muß zunächst mit Gloichung (3) aus der Partialdruckdifferenz Ap, der Mitteltemperatur des Prüfkörpers T_n, und der spezifischen Vordampfungswärme r_v, die Wärmestromdichte q_L, _D für eine Anordnung mit Luft entsprechend der Prüfkörperdicko bestimmt werden. Durch Differenzbildung der gemessenen Wärmestromdichten qp,,n, 2 am dampfdurchströmten und q_{Pli n}_ ₂ am trockenen Prüfkörper ergibt sich nach Gleichung (2) die aus dem D impftransport resultierende Wärmestromdichte q_Pl, ₀. Aus c]l υ und ήρ,, ο folgt durch Quotientenbildung nach Gleichung (4) der Wert des Wasserdampfdiffusionswiderstandsfaktors μ. Nachstehende Tabelle enthält die an einer 38mm dicken Mineralwolleplatto P11/100 bestimmton Worte,

T_n,	AT	O₁Pr. ti	5,20 W/m² Quo	λ»	Ap	qpi.ii	qpf,i2	λ,
10⁰C ⁰C	5,01 K g	5,29 W/m² Γν	5,38 W/m²	0,037 W/mK qPr.Dl	4,34 mbar	10,13 W/m² qPr.O2	9,98 W/r ² μ	0,077 W/mK
	0,0048 kg/hm'	590,2 kcal/kg	4,84 W/m²		4,78 W/m²	1,1

Claims

1. Verfahren zur Messung der Wärmestromdichte von Stoffen unter der Wirkung des Feuchtetransportes mittels eines plattenförmigen Prüfkörpers zwischen zwei Tempeiierplatten mit einem Temperaturgradienten, dadurch gekennzeichnet, daß soviel Feuchtigkeit gleichmäßig über die Oberfläche einer wärmeren Prüfkörperseite verteilt wird, bis dort eine gesättigte Atmosphäre vorherrscht und während des Feuchtigkeitsdurchganges durch den Prüfkörper im Temperaturgradienten bekannterweise im stationären Zustand der Wärme- und Feuchtigkeitsleitung die Wärmestromdichte und die diffundierte Feuchtigkeitsmenge meßtechnisch erfaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Wiederholung der Verfahrensdurchführung sich ein Zustand gesättigter Atmosphäre an den Prüfkörperoberflächen und dem im Temperaturgradienten liegenden Prüfkörper einstellt und bei konstanter Wärme- und Feuchtigkeitsleitung die Wärmestromdichte gemessen wird.

3. Vorrichtung zur Messung der Wärmestromdichte von Stoffen unter Wirkung des Feuchtatransportes mit der Verwendung von zwei Temperierplatten, zwischen denen diffusionsdicht ein plattenförmiger Prüfkörper aufgenommen wird, an den Temperierplatten je ein Temperatur- und Wärmestrommesser angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den diffusionsdicht abgeschlossenen Prüfkörperoberflächen und den Temperierplatten (5,6) je eine dünne saugfähige Schicht (3) mit oder ohne einer unmittelbar der Prüfkörperoberfläche anliegenden diffusionsdurchlässigen Schicht (2) eingelagert ist, wobei die saugfähige Schicht (3), die der wärmeren Temperierplatte anliegt, mit einer Wassermenge angereichert ist, die größer als die hygroskopische Gleichgewichtsfeuchte der saugfähigen Schicht (3) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Filterpapier die saugfähigen Schichten (3) bilden.