CH663095A5

CH663095A5 - Messverfahren und einrichtung zur ermittlung des waermedurchlasswiderstandes an baukoerpern, insbesondere aussenwaenden.

Info

Publication number: CH663095A5
Application number: CH1475/84A
Authority: CH
Inventors: Paul Prof Dr Szabo
Original assignee: Digana Ag
Priority date: 1984-03-23
Filing date: 1984-03-23
Publication date: 1987-11-13
Also published as: WO1985004479A1; US4647221A; JPS61501526A; EP0174348A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Ermittlung des Wärmedurchlasswiderstandes an Baukörpern, insbesondere Aussenwänden, durch Messung des Temperaturgefälles zwischen den Oberflächen des Baukörpers, insbesondere der Innenfläche und Aussenfläche der Aussen-wand.

Die Verteuerung und die absehbare Verknappung der Energie haben die Probleme des wirksamen baulichen Wärmeschutzes in den Vordergrund gerückt. Dabei ist der dynamische Wärmedurchgang durch die Gebäudehülle dominierend, weshalb im Mittelpunkt der Wärmeschutzmass-nahmen die thermische Optimierung der Gebäudehülle steht, die in erster Linie durch die Einschränkung des Wärmedurchganges durch die Bauteile der Gebäudehülle mittels Wärmedämmung erfolgt.

Diese Wärmedurchlässigkeit wird mit dem k-Wert gekennzeichnet und nach der heute üblichen Praxis aus den Rechenwerten der Wärmeleitfähigkeit der Baustoffe rechnerisch ermittelt. Diese Rechenwerte wurden wiederum durch zahlreiche Messungen festgelegt.

Die messtéchnische Ermittlung des k-Wertes ist dabei eigentlich die Messung vom Wärmedurchlass der Konstruktion. In der Baupraxis spricht man deshalb von der k-Wert-Messung, worunter eben diese Wärmedurchlass-Messung zu verstehen ist.

Da der k-Wert die Wärmedämmfähigkeit der Konstruktion quantifiziert, wird er in den Normen eingeschränkt bzw. festgelegt. Der Planer kann diesen Normforderungen mit entsprechenden Berechnungen folgen. Ausführungsunge-nauigkeiten, Änderungen der Pläne, Verwendung von Baustoffen mit abweichender Qualität, nicht koordinierte Arbeitsabschnitte etc. können aber dazu beitragen, dass die ursprünglich geplanten Wärmedämmfähigkeiten (k-Werte) nicht eingehalten werden. Die Notwendigkeit der Nachprüfung des Wärmedurchgangskoeffizienten drängt sich daher auf.

Die Prüfung des Wärmedurchlasses am Bauwerk ist aber vor allem deshalb problematisch, weil die Messung unter instationären Verhältnissen d.h. unter ständig wechselnden Temperaturen und Luftströmungen sowie unter wechselnden Wärmestrahlungsbedingungen stattfinden muss. Die Messung des k-Wertes unter diesen instationären Verhältnissen erfolgt dabei über die Wärmeflussmessung, wobei drei Grundbedingungen bestehen, nämlich eine lange Zeit gleichbleibende Wärmestromrichtung; ausreichende Integrationszeit, um repräsentative Durchschnittswerte zu erhalten ; und kontinuierliche Überwachung der Messung.

Diese Grundbedingungen führen zu Erschwernissen, die eine routinemässige Durchführung von solchen Messungen unmöglich machen, indem die bekannten Messverfahren Messungen nur in der kalten Jahreszeit ermöglichen ; der

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natürliche Temperaturunterschied während der Messung über 10 K liegen muss; besonnte Aussenkonstruktionen nicht gemessen werden können; eine nahezu stationäre Raumtemperatur notwendig ist und nur sehr lange Messzeiten die Ermittlung von repräsentativen Resultaten erlauben.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messmethode zu schaffen, die mit der notwendigen Messgenauigkeit von den Randbedingungen nur wenig beeinflusst praxisgerecht generell eingesetzt werden kann.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zur Erzeugung eines quasi stationären bzw. kontrollierten instationären Zustandes im Messbereich diesem Messbereich ein Temperaturgefälle aufgezwungen wird, vergleichsweise dem das natürliche, instationäre Temperaturgefälle vernachlässigbar ist.

Um hierbei Messungenauigkeiten durch seitlichen Wär-meabfluss im Bauwerk zu vermeiden, kann das erfindungs-gemässe Messverfahren weiter so ausgestaltet werden, dass sich der Messbereich innerhalb einer flächigen Ausdehnung befindet, die von einem Randfeld umgeben ist, in dem dem Baukörper ebenfalls ein Temperaturgefälle aufgezwungen wird.

Durch diese Massnahme wird ein relativ breites Feld mit identischen Wärmeverhältnissen geschaffen, in dessen Kern, ähnlich wie bei der punktuellen Messung, ein angenähert paralleler, zu den Wandflächen senkrechter Wärmefluss besteht. Mit diesen Massnahmen wird also sozusagen ein Wärmevorhang um das Messfeld gelegt.

Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Messverfahrens, welche sich erfindungsgemäss auszeichnet durch eine erste, an die Innenseite bzw. Warmseite des Baukörpers anstellbare Messeinheit, welche eine Messplatte aus wärmeleitendem Material mit vorgegebenem Wärmedurchlasswiderstand umfasst, deren eine Seite zur Anlage an den Baukörper bestimmt ist und deren andere Seite in Wärmeübergangskontakt mit einem regelbaren flächigen Heizkörper steht, wobei die Messplatte über beidseitige Thermoelemente ein dem Wärmefluss durch die Messplatte entsprechendes Bezugssignal an einen elektronischen Steuer- und Auswerteteil der Einrichtung liefert; sowie eine zweite, an die Aussenseite oder Kaltseite des Baukörpers anstellbare Messeinheit, welche mindestens eine, den Messbereich überdeckende Kontaktplatte aus wärmeleit-fähigem Material umfasst, die über mindestens ein weiteres Thermoelement mit dem Steuer- und Auswerteteil verbunden ist.

Durch diese Massnahmen lässt sich eine Messeinrichtung konzipieren, die leicht zu handhaben und somit praxisgerecht einsetzbar ist und die eine, von Randbedingungen nur vernachlässigbar beeinflusste, hohe Messgenauigkeit gewährleistet. Wesentlich ist dabei eine grossflächige Übertragung der vom flächigen Heizkörper abgegebenen Wärme über die Messplatte auf den Baukörper, so dass mindestens in einem mittleren Bereich des Messfeldes nur ein vernachlässigbar kleiner seitlicher Wärmeabfluss im Baukörper erwartet werden muss.

Um Messungenauigkeiten durch seitlichen Wärmeabfluss weiter zu verringern, ist es, wie bereits erwähnt, notwendig, ein möglichst grosses Messfeld mit identischen Wärmeverhältnissen zu schaffen, um im Kern dieses Feldes einen möglichst parallelen, zu den Wandungsflächen senkrechten Wärmefluss zu erreichen.

Dies kann erfindungsgemäss zunächst dadurch erreicht werden, dass man den flächigen Heizkörper in einzelnen Flächenbereichen unterschiedlich erwärmbar macht, wobei natürlich die Temperaturen im Randbereich grösser sein müssen als im Zentrum. Dies kann beispielsweise mittels einer Wärmematte mit spiralförmigem Heizwiderstand erreicht werden, dessen Windungen im Randbereich dicker sind oder enger beieinanderliegen.

Eine wesentliche Verbesserung wird aber insbesondere dann erzielt, wenn sich die Messplatte mit einem rahmenför-migen Randfeld über den flächigen Messbereich hinaus erstreckt, mit welchem Randfeld ein weiterer, rahmenförmig ausgebildeter, den flächigen Heizkörper thermisch getrennt umgebender Heizkörper in Wärmeübergangskontakt steht.

Für eine optimale Temperaturabnahme bei einem ausreichenden Temperaturgefälle zur Gewinnung eines auswertbaren Vergleichssignals sowie zur Optimierung der Wärmeleitfähigkeit an der Messplatte besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Messeinrichtung dann, wenn die Messplatte innerhalb ihres Randfeldes beidseitig eine metallische Beschichtung aufweist, welche der Grösse des Messfeldes am Baukörper entspricht.

Um eine solche Messeinrichtung dann vorprogrammiert steuern und die Messresultate sofort erkennbar machen zu können ist es vorteilhaft, wenn die warmseitige Messeinheit mindestens einen, die Temperatur im Randbereich des Messfeldes am Baukörper ermittelnden Fühler umfasst, der ein Regelsignal für die Temperaturregelung am rahmenför-migen Heizkörper liefert und wenn ferner der flächige Heizkörper sowie der rahmenförmige Heizkörper je über mindestens ein Thermoelement ein Rückkopplungssignal für einen Stromregler an den Steuer- und Auswerteteil liefern.

Ein weiteres Problem sind, wie vorerwähnt, die Einflüsse der Klimaschwankungen auf den Wärmestrom durch eine Aussenmauer oder dgl.. Ein vollkommenes Ausschalten solcher Schwankungen kann natürlich nicht in Betracht kommen. Abgesehen davon, dass eine derart perfekte Abschirmung des Messbereiches nicht möglich ist, muss eine neue Messmethode so sein, dass der Aufwand eher kleiner als grösser wird.

Die Abschirmung soll also so sein, dass die kurzfristigen Schwankungen den Messbereich nicht oder nur sehr geschwächt erreichen. Vor allem die direkten Strahlungseinflüsse müssen vermieden werden. Dabei muss der Temperaturausgleich mit der Umgebung d.h. zur Lufttemperatur erhalten bleiben. Eine starke Luftströmung ist zu vermeiden und die umschlossene Luft soll etwa die durchschnittliche Tagestemperatur der Umgebung halten. Hierbei ist jedoch zu vermeiden, dass dieser geschützte Luftraum zu einer zusätzlichen Isolierschicht wird.

Eine solche Abschirmung wird nun erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Kontaktplatte auf ihrer Aussenseite von einer Thermoglocke mit perforierter Wärmeaustauschfläche umgeben ist, wobei vorteilhaft die Thermoglocke einen sich über den die Kontaktplatte überdeckenden Innenflächenbereich hinaus erstreckenden perforierten Rahmenflächenbereich umfasst und ferner die Aussenseite der Wärmeaustauschflächen der Thermoglocke verspiegelt sind.

Für eine leichte Handhabung der erfindungsgemässen Messeinrichtung ist es zudem von erheblichem Vorteil, wenn sich die warmseitige Messeinheit am freien Ende von Stellhebelmitteln einer Stativanordnung abstützt und wenn die kalt-seitige Messeinheit am freien Ende einer am Bauwerk abstützbaren Gelenkarmanordnung befestigt ist.

Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschema der erfindungsgemässen Messeinrichtung zur Ermittlung des Wärmedurchlasswiderstandes bei einem Baukörper; und s

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Fig. 2 in einer Seitenansicht und in.schçmatisehôr Darstellung eine Anwendungsform der erfindung$gem|ssen_Mes-seinrichtung gemäss Fig. 1. , >,j ;^yr ^ ■-

Die erfindungsgemässe M esseinrichtungzur Ermittlung des Wärmedurchlasswiderstandes;an Baukörpern, beispielsweise an der in der Zeichnung angedeuteten Aussenwand 16 eines Gebäudes beruht auf dem erfindungsgemässen;Messverfahren, im Messbereich am Baukörper dies erti eirtTempe-raturgefälle aufzuzwingen, um den.Einfluss von Randbedingungen, welche die Messergebnisse verfälschen können, weitgehendst auszuschalten, wie dies einleitend ausführlich erläutert ist. . •. «

Hierfür umfasst die Messeinrichtung eine erste, an die Innenseite bzw. Warmseite des Baukörpers 16anstellbare Messeinheit 1, welche u.a. eine Messplatte 3 aus wärmeleitendem Material mit vorgegebenem Wärmedurehlasswider-stand umfasst, deren eine Seite zur Anlagean deij Baukörper bestimmt ist und deren andere Seite in Wärmeü.bergangskon-takt mit einem regelbaren flächigen Heizkörper 4 steht. Hierbei liefert die Messplatte 3 über beidseitige Thermoelemente 5 und 5' ein dem Wärmefluss durch die Messplatte entsprechendes Bezugssignal an einen elektronischen Steuer-und Auswerteteil 6 der Einrichtung.

Weiter umfasst die-erfindungsgemässe Messeinrichtung eine zweite, an die Aussenseite oder Kaltseite des Baukörpers anstellbare Messeinheit 2, welche mindestens eine, den Messbereich überdeckende Kontaktplatte 7 aus wärmeleitfähigem Material umfasst, die über mindestens ein weiteres Thermoelement 8 mit dem Steuer- und Auswerteteil 6 verbunden ist.

Insbesondere aus Fig. 1 ist weiter zu entnehmen, dass sich die Messplatte 3 mit einem rahmenförmigen Randfeld 3'

über den flächigen Messbereich hinaus erstreckt, mit welchem Randfeld 3' ein weiterer, rahmenförmig ausgebildeter, den flächigen Heizkörper 4 thermisch getrennt umgebender Heizkörper 15 in Wärmeübergangskontakt steht.

Wie bereits einleitend erwähnt, sollte der flächige Heizkörper 4 in einzelnen Flächenbereichen unterschiedlich erwärmbar sein, was hier nicht näher veranschaulicht ist. Die Heizelemente 4' werden dabei von einem Regler 10 gesteuert, welcher seine Stellsignale von einer Steuerelektronik 26 des Steuer- und Auswerteteils 6 erhält, die mit einem Prozessor 26' verknüpft ist, der in üblicher Weise einen Rechner, einen Monitor und einen Drucker umfassen kann. Ferner ist für eine optimale Temperaturregelung vorgesehen, dass die warmseitige Messeinheit 1 mindestens einen, die Temperatur im Randbereich des Messfeldes am Baukörper ermittelnden Fühler 17 umfasst, der ein Regelsignal für die Temperaturregelung am rahmenförmigen Heizkörper 15 liefert. Die betreffenden Heizelemente 15' der Rahmenheizung 15 werden dabei ebenfalls vom Regler 10 angesteuert. Hierbei sind zweckmässig Thermoelemente 9 bzw. 9' am flächigen Heizkörper 4 bzw. am rahmenförmigen Heizkörper 15 vorgesehen, welche für eine insbesondere automatische Regelung Rückkopplungssignale an die Steuerelektronik 26 liefern. - '

Wie vorstehend bereits erläutert, liefert die Messplatte 3 das für die rechnerische Ermittlung des k-Wertes notwendige Bezugssignal. Für eine Optimierung der Verhältnisse ist deshalb die vorzugsweise aus PVC bestehende Messplatte 3 innerhalb ihres Randfeldes 3' beidseitig mit einer metallischen Beschichtung versehen, welche der Grösse des Messfeldes am Baukörper entspricht.

Die Grösse dieser Metallfolien oder Beschichtung wird so gewählt, dass sie auch bei Grossblockstein-Mauerwerken die Mörtelfugen noch etwa anteilgerecht erfassen können. Bei einer Grösse von 0,6x0,6 m werden zwei Lagerfugen sicher und zwei Stossfugen wahrscheinlich erfasst. Dabei spielen die Stossfugen eine geringere Rolle, da sie in der Regel mit Dämmstoff gefüllt sind. Die Temperaturabnahme von den Folien kann, wie erwähnt, mit Thermoelementen, die mit dem Metall in Vollkontakt gebracht werden, erfolgen. Da die Temperaturverteilung gewährleistet ist, werden je Folie zwei Abnahmepunkte ausreichen (nur eine Abnahme gezeigt).

Zur wesentlichen Ausschaltung der Änderungen des Aussenklimas an der Kaltseite des Bauwerkes 16 ist, wie vorerwähnt, eine sogenannte Thermoglocke 11 vorgesehen,

welche die äussere Kontaktplatte 7 auf ihrer Aussenseite überdeckt. Für eine staufreie Luftzirkulation ist dabei die Wärmeaustauschfläche 13 der Thermoglocke 11 mit Durchbrechungen 13' versehen. Dabei ist die Thermoglocke 11 so ausgestaltet, dass diese einen sich über den die Kontaktplatte 7 überdeckenden Innenflächenbereich 13 hinaus erstrek-kenden Rahmenflächenbereich 14 umfasst, der ebenfalls mit Durchbrechungen 14' versehen ist. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Aussenseite der Wärmeaustauschflächen 13, 14 der Thermoglocke 11 verspiegelt sind.

Aus dem Vorbeschriebenen ergibt sich somit ein erfin-dungsgemässes Messverfahren sowie eine erfindungsgemässe Messeinrichtung zur Ermittlung des Wärmedurchlasswiderstandes an Baukörpern, insbesondere Aussenwänden, welche alle vorgestellten Bedingungen erfüllt, wobei natürlich über das Vorbeschriebene hinaus beliebige Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Erfindungsgedanken zu verlassen. Insbesondere bestehen bezüglich Grösse, Materialwahl, Fühlermittel und Teile der Steuer- und Auswerteanordnung keine erfindungswesentlichen Beschränkungen.

Selbstverständlich ist auch, dass sowohl die Elemente der warmseitigen Messeinheit 1 als auch die Elemente der kalt-seitigen Messeinheit 2 in geeigneter Weise zu einem kompakten, leicht zu handhabenden einstückigen System zusam-mengefasst sind.

Hierbei kann die Fixierung der beiden Systeme 1 und 2 auf der einen bzw. anderen Wandungsseite ansich ebenfalls beliebig sein.

Aus Fig. 2 ist eine spezifische Anordnung entnehmbar, wo sich die warmseitige Messeinheit 1 am freien Ende von Stellhebelmitteln 18 einer Stativanordnung 19 abstützt und wo die kaltseitige Messeinheit 2 am freien Ende einer am Bauwerk abstützbaren Gelenkarmanordnung 20 befestigt ist.

Letztere kann hierfür beispielsweise einen Fenstersims 16' des Baukörpers 16 hintergreifen.

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1 Blatt Zeichnungen

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663095 PATENTANSPRÜCHE

1. Messverfahren zur Ermittlung des Wärmedurchlasswiderstandes an Baukörpern, insbesondere Aussenwänden, durch Messung des Temperaturgefälles zwischen den Oberflächen des Baukörpers, insbesondere der Innenfläche und Aussenfläche der Aussen wand, dadurch gekennzeichnet,

dass zur Erzeugung eines quasi stationären bzw. kontrollierten instationären Zustandes im Messbereich diesem Messbereich ein Temperaturgefälle aufgezwungen wird, vergleichsweise dem das natürliche, instationäre Temperaturgefälle vernachlässigbar ist.

2. Messverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Messbereich innerhalb einer flächigen Ausdehnung befindet, die von einem Randfeld umgeben ist, in dem dem Baukörper ebenfalls ein Temperaturgefälle aufgezwungen wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Messverfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste, an die Innenseite bzw. Warmseite des Baukörpers anstellbare Messeinheit (1), welche eine Messplatte (3) aus wärmeleitendem Material mit vorgegebenem Wärmedurchlasswiderstand umfasst, deren eine Seite zur Anlage an den Baukörper bestimmt ist und deren andere Seite in Wärmeübergangskontakt mit einem regelbaren flächigen Heizkörper (4) steht, wobei die Messplatte (3) über beidseitige Thermoelemente (5,5') ein dem Wärmefluss durch die Messplatte entsprechendes Bezugssignal an einen elektronischen Steuer- und Auswerteteil (6) der Einrichtung liefert;

sowie eine zweite, an die Aussenseite oder Kaltseite des Baukörpers anstellbare Messeinheit (2), welche mindestens eine, den Messbereich überdeckende Kontaktplatte (7) aus wärmeleitfähigem Material umfasst, die über mindestens ein weiteres Thermoelement (8) mit dem Steuer- und Auswerteteil (6) verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Messplatte (3) mit einem rahmenför-migen Randfeld (3') über den flächigen Messbereich hinaus erstreckt, mit welchem Randfeld (3') ein weiterer, rahmen-förmig ausgebildeter, den flächigen Heizkörper (4) thermisch getrennt umgebender Heizkörper ( 15) in Wärmeübergangskontakt steht.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die warmseitige Messeinheit (1) mindestens einen, die Temperatur im Randbereich des Messfeldes am Baukörper ermittelnden Fühler (17) umfasst, der ein Regelsignal für die Temperaturregelung am rahmenförmigen Heizkörper ( 15) liefert.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Heizkörper (4) in einzelnen Flächenbereichen unterschiedlich erwärmbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messplatte (3) innerhalb ihres Randfeldes (3') beidseitig eine metallische Beschichtung aufweist,

welche der Grösse des Messfeldes am Baukörper entspricht.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Heizkörper (4) sowie der rahmenförmige Heizkörper (15) je über mindestens ein Thermoelement (9 bzw. 9') ein Rückkopplungssignal für einen Stromregler ( 10) an den Steuer- und Auswerteteil (6) liefern.

9. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatte (7) auf ihrer Aussenseite von einer Thermoglocke ( 11 ) mit perforierter Wärmeaustauschfläche (13) umgeben ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoglocke (11) einen sich über den die Kontaktplatte (7) überdeckenden Innenflächenbereich (13)

hinaus erstreckenden perforierten Rahmenflächenbereich (14) umfasst.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite der Wärmeaustauschflächen (13,14) der Thermoglocke (11) verspiegelt sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die warmseitige Messeinheit (1) am freien Ende von Stellhebelmitteln (18) einer Stativanordnung abstützt.

13. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kaltseitige Messeinheit (2) am freien Ende einer am Bauwerk abstützbaren Gelenkarmanordnung (20) befestigt ist.