Bauphysik 5 Wrmespeicherung und instationrer Wrmedurchgang E K

Bauphysik 5. Wärmespeicherung und instationärer Wärmedurchgang E. K. Tschegg, Labor für Materialwissenschaften E 206 -4, TU Wien SS

5. WÄRMESPEICHERUNG UND INSTATIONÄRER WÄRMEDURCHGANG Gebäudehülle mit großer thermischer Masse größere Behaglichkeit Sonneneinstrahlung oder schwankenden Temperaturen der Außen- bzw. Raumluft sind die Außenbauteile ständigen zeitlichen Änderungen des Temperatur- und Wärmestromfeldes unterworfen. k-Wert beschreibt Wärmedurchgang im stationären Zustand!!!! Zeitliche Temperaturänderungen Tagesperiode, schwankende Außen- rsp. Innentemperatur, Effekte der Wärmespeicherung berücksichtigen. Bauteilen speichern Wärmeenergie momentane Reduktion des Heizbedarfes und zu einer Erhöhung des Komforts führt. Berechnung des instationären Wärmeaustauschproblemes recht kompliziert Normale instationären Wärmebedarfsberechnungen kaum Anwendung Architekten wichtig eine korrekte Vorstellung vom Ablauf dieser Vorgänge.

5. 1 Eindringen von Temperaturschwankungen in homogenes Material Die durch eine ebene Oberfläche begrenzte Masse eines homogenen Materials erfahre eine periodische Veränderung der Oberflächentemperatur. Ein solcher Zustand kann etwa in einer sehr dicken Wand oder homogenen Erdboden auftreten. Der Zustand dieser Masse wird durch die Fourier'sche Differentialgleichung beschrieben: Unter der Annahme einer periodischen Schwankung der Oberflächentemperatur (0, t) = cos t von +/- l°C ergibt sich aus vorhergehender Differentialgleichung folgende Lösung für den Temperaturverlauf im Innern des Materials: "gedämpfte Wärmewelle" mit räumlich periodischer Temperaturvariation T Periode der Temperaturschwankg Dämpfungsfaktor

Stoff Rohdichte kg/m 3 Stahl 7850 Blei 11300 Wärmeleitzahl W/m. K Spez. Wärm e c Wh/m 3 K Temp. Leitfähigkeit a= /c m 5/h kg 58 1092 531 35 395 886

Eindringtiefe (Halbwertstiefe) Phasenverschiebung

Analyse der dargestellten Temperaturverläufe zeigt folgende Eigenschaften dieser "Wärmewellen": Die örtlichen Maximalwerte der Temperatur (x)max nehmen mit zunehmender Eindringtiefe exponentiell ab. Die Halbwertstiefe, nach welcher die Werte jeweils auf die Hälfte abgesunken sind/ beträgt: Tiefe ist also sowohl von den Materialwerten , c, , wie auch von der Periodendauer T abhängig. Langsame Schwingungen dringen tiefer ein als schnelle: Temperaturverlauf erfährt eine Phasenverschiebung, welche mit der Tiefe linear zunimmt. Die Tiefe, in welcher die Phase gerade umgekehrt wird, beträgt:

Zahlenwerte für Baustoffe, berechnet für eine Periodendauer T von 24 h; Von diesen Materialien besitzt Al zwar das größte Wärmespeichervermögen (c- ), die Dämpfung ist aber trotzdem am schlechtesten, da die Wärmeleitfähigkeit groß ist. Von den Baustoffen Beton, Backstein, Holz zeigt Beton trotz größer thermischer Masse eine geringe Dämpfung, so dass dieser Baustoff nur in Kombination mit einem Wärmedämmstoff optimal eingesetzt werden kann. Groß ist die Dämpfung bei Holz. Die Phasenumkehrung 20 cm ein. Die gleiche Wirkung erzielt eine Backsteinschicht von 30 cm Stärke

Temperaturverlauf in einer Wandkonstruktion mit grauem Verputz an einem hellen Sommertag, Westwand

Die Einhüllende des nichtstationären Temperaturverlaufs Zeitlicher Verlauf der Temperatur der Außenund Innenluft der Wand Sinnvoll für Sommer