3 . b . 4

MESSTECHNISCHE BEWERTUNG

DER TEMPERATURTRAGHEIT VON AUSSENWANDELEMENTEN

ULRI CH \1 I NKLER Prof. DT . Dip~ . P~dS . ETH

ANDREAS EGGENBERGER Ing . Hn

Abtei lungs~eiter Bauphysi~

BauphysikaUsches Insti tut AG, Bern , Schweiz

EVALUATION OF THE THERMAL INERTIA OF

OUTSIDE WALLS ON A MEASUREMENT BASIS

Heat transmission coefficient, amortizing of temper­

ature amplitudes , and the de-phasing, are the most

important characteristic values for the appreciation

of outside walls from a thermal point of view . Xhe

inertia of temperature has been ca~culated very

often on the basis of theonetica l models .

This paper concerns a research which aims to measure

the thermal inertia of waZ-ls under natura l con­

ditions , including sunshine. The most importan t

factors are global sunshine, and colour and form of

the bui lding e lemen ts .

The measuring methods , the research building and the

sizes are brie fly exp~ained. The influence of coloU!'

and foUow- up of the waU sheets on the thermal

inertia is demonstrated, on the basis of measurement

of two lightweight e~ements.

MESSTECHNISCHE BEWERTUNG DER 1EMPERATVR­

TRAFXlHEIT VON AUSSEJV(;ANDELEMENTEN

Die Warmedurchgangszah l , die Temperaturampl'it:men ­

dámpf ung und die bauphysikalische Phasenverschiebung

sind die wichtigsten charakteristischen Grossen zur

wa-rmetechnischen Bewertung von Aussenwandelementen .

Die Temperaturtragheit ist mehrfach anhand von

theoretischen Rechenmodellen untersucht worden .

Es wird úoer eine Untersuchung berichtet , der en

Ziel es ist , die Temperaturtragheit von wéinden mess ­

technisch unter der natürlichen Sonne im Freien ,

unter Einbezug aller massgebenden Einflussfaktoren,

zu ermitteln . Diese sind insbesondere die Global­

strahlung , sowie die Farb - und Formges taltung der

Bauteile .

Das Messverfahren , der Versuchsaufbau und die Be ­

zugsgrosse werden kU1'z erlautert . Anhand von Mess ­

werten zweier ausgewélhlter Leichtbauelemente wird

der Einfluss der Bauteilfarbe sowie des SChichtauf­

baus auf die Temperaturtrá'gheit ausgewiesen.

3. b. 4 -0

EVALUATION DE L' INERTIE THERMIQUE

DE MURS EXTERIEURS SUR BASE DE MESURES

Les facteurs les ·plus importants pour la caractéri­

sation de s murs extérieurs sont le coefficient de

transmission de la chaleur, l 'amor tissement des ampli­

tudes et le déphasage des ondes de chale~~ .

L' inertie thermique a été souvent démontrée sur base

de calculs théoriques .

Cette communication se rapporte à une recherche dont

le but est de mesurer l ' inertie thermique d 'un mur

sous conditions naturelles, dans le soleil et en

tenant compte de t ous les facteurs importants . Ces

facteurs sont principalement le rayonnement total,

la couleur et la forme des éléments de construction .

La méthode d 'essai, le dispositif d ' essai et les di­

mensions sont brievement énoncés . Sur base des me­

sures sur deux éléments légers, l ' influence de la

couleur ainsi que de la disposition des couches dif­

férentes est démontrée.

MEETTECHNISCHE BEOORDELING VAN DE TF:MPERATUURTRAAGHEID

VAN BUITENWANDELEMENTEN

De warmtepermeantie, de temperatuurampZitudendemping

en bouwfysische faz everschuiving zijn de belangrijk­

ste karakteristieken voor de warmtetechnische waarde­

ring van buitenwandelementen . De temperatuurtraag­

heid is reeds vaak op grond van theoretische reken­

modellen onderzocht . Er wordt een verslag gegeven

over een onderzoek met als doel de temperatuurtraag­

heid van wanden meettechnisch vast te stellen, en

dit onder natuurlijke zonnestraling buiten, en r eke­

ning houdend met aUe belangrijke invloedsfaktoren .

Deze zijn vooral de globale strali,~ alsmede de

kleur- en vormopbouw van de bouwelementen .

De meetmethode, de proefopsteUing en de referentie­

grootten worden kort verklaard . Aan de hand van

meetwaarden bij twee uitgezochte lichte gebouwen

wordt de invloed van de kleur en van de laagopbouw

van de temperatuurtraagheid aangetoond.

1 . Untersuchungsgegenstand und Zielsetzung

Die Warmedurchgangszahl. die Temperaturamlitudenda~­fung und die bauphysikalische Phasenverschiebung sind die charakteristischen Gr osse n zur warmetech­nischen Bewertung einer Aussenwand. Eichler. Hafer­land u . a . 1 haben theoretische Untersuchungen durch­geführt und wertvolle Rechenmode lle erarbeitet . um das instationare Tempera tu rve rhalten der Bauteile berechnen und bewe rten zu kõnnen. Zur Zeit wird an verschiedenen Instituten versucht . den expe rimen­tellen Sachverhalt an Prüflingen in Klimakammern abzuklaren, wobei der Einfluss der Globalstrahlung in Zusammenhang mit der Farb- und Formgestaltung des Aussenwandelementes nicht in das Messresultat ein ­geht . Die Aussagekraft derartiger Messungen für die Praxis ist daher beschrankt . Das Ziel unserer mess­technischen Untersuchung ist, die Temperaturtrãgheit von Aussenwandelementen unte r der natürlichen Sonne im Freien, unter Einbezug aller massgebenden Einflus s ­faktoren zu ermitteln , sodass signifikante Messergeb ­niss e resultieren . die analysiert . den Resultaten der Rechenverfahren gegenübergestellt werden kõnnen

2 . Di e Bewertungsgrãssen der Temperaturtragheit

Für nichtk1imatisierte Rãume sind die wichtigsten Kenn­grossen zur Bewertung des thermischen Verha1tens von Aussenbauteilen:

a . Warmedurchgangszah1 k (W/m2K) :

Diese Grosse dient haupt sach lich zur Beurtei1ung der thermis chen Behaglichkeit und der Bestimmung des Wãrmebedarfs im Winter .

b. Temperaturamplitudendampfung v (-):

Sie ste1lt das Verhaltnis eine r noch zu defi nieren ­den Aussentemperaturamplitude zu der Amplitude der raumseitigen Dbe rflãche ntemperat ur dar .

AI s Bezugstemperatur für die Berücksichtigung der aussenklimatischen Einflüsse haben wir für unsere Untersuchungen die "Sonnen1uftte mp e ratur" T gewahlt . Sie wird festgelegt mit der Beziehung s

Sonnen1ufttemperatur T = T s a

A' G a

a

wobei die s imu1tan bestimmten Grõssen bedeuten: T : Aussenlufttemperatur (Schattentemperatur). (K) G~ Globalstrah1ung (Wlmf) A: Absorptionsve rmOgen der ãusse ren Bauteilober-

flache 2 aa: Gesamtwãrmeübergangszahl (W/m K) der ausseren

Bautei1grenze (be inhaltet Strahlungs- und Kon­vektionsantei1e (Wind))

Aus verschiedenen Gründen ist es zweckmassig, aIs Bezugstemperatur die Sonnen1ufttemperatur für A ~ I festzulegen (T

s1) .

3.b.4-1

c . Phasenverschiebung n (h):

Zei tliches Nachhinken der Tempe raturmaxima der ~ne­ren Oberf1ãche gegenüber der Aussenbezugstemperatur.

d . Maximale Oberflachentemperat ur der inne r en Ober flãche Twi (K) :

max

Bestimmt in hohem Masse die thermische Behagli chkeit . Bei klimatisierten Raumen interessieren neben den obigen Grôssen noch die weiteren Kennwerte , wie die ~ármestromamplitudendampfung und die dazugehorige Phasenverschiebung; der Wechselwarmeflusswiderstand und die entsprechende Phasenverschiebung . Bei der vorliegenden Untersuchung we r den diese Werte eben­fal l s ermittelt . hier aber beiseite gelassen .

3 . Das Messverfahren

3.1 Anforderungen an die Messanordnung

Oie Messtechnische Ermitt l ung der Bewertungsgrõssen muss derart geschehen . dass

- die Globalstrah l ung des Gebaudestandortes (geogra ­f ische r Ort. Himme l srichtung und Lage des Aussen ­baut8ils) zeitlich und im Betrag richtig berücksich­tigt wird

- der Tagesgang der Aussenlufttemperatur (Schatten ­temperatur) seinem Gewicht entsprechend zur Aus ­wirkung korrrnt

- die Windverhaltnisse ihren Einfluss aus'üben konnen

- der Bauteil nicht 10sgelost vom thermischen Verhal -ten des Baukorpers geprüft wird (thermische Koppe­lung F assade/Raum)

- der Einfluss der Gestaltung der Bau tei l -Aussenhaut . d . h . die Farbe (Absorpt10nsverm5gen ) und eventuel1 vo rhandene hinter1üftete Wetterverkleidungen sich praxisgerecht im Messresultat niederschlagen .

3.2 Versuchseinrichtung

Diese besteht im wesent1ichen aus einem fenster10sen Versuchsraum. der eine grosse Temeraturtragheit auf­weist . Die Südwand besteht aus dem Prüf1ing. de r der­art montiert isto dass Querwãrmestrome und Randein­flü sse vermieden we rden . Zu Ve rgleichsmessungen liegen zwei in al1en Tei1en identische Messraume nebeneinan­de r. Sie befinden sich i n Bern. Ihre Prüffassaden si~rl

genau gegen Süden gerichtet.

Jeder Prüfling wird wahrend mehreren Tagen gemessen. vornehm1ich in einer stabilen Schonwetterperiode, so­dass sich das thermisch gekoppe1te System Aussenwand / Versuchsraum aufeinander einpendelt und reproduzier ­bare Messreihen entstehen . Oie zur Ze1t vorliegenden Messresu l t a te wur den in de r Schonwetterze1t Juli/Au­gust 1975 gewonnen .

3.b.4-2

4. Messwerte ausgewãhlter Pr"Uflinge

Prüflingsaufbau (Innen nach aussenJ (Innen nach aussenJ 1 nrn Stahlblech 18 mm zementgeb. Holz-

40 nrn extr. Polysty- faserpl atte. rol-Hartscha um 1100 kg/m3

35 kg/m3 1 mmStahlblech 1 mm Stahlblech 40 nrn extr. Polysty-

rol-Hartschaum 35 kg/m3

1 mm Stahlblech

OberfIãchenfarbe aussen schwarz weiss schwarz weiss

Temperaturamplitudendampfung und Phasenverschiebung, bezogen auf

Sonnenluft- \isl temperatur nsl

Aussenlufttempe- \ia ratur (SchattenJ na

)\ussere Ober- \iWa flachentempe- nwa ratur

MaximaIwert der inne-ren OberfIachentempe-ratur bei RaumlufÕ-temperatur von 26 C

k-Wert (Wm2KJ

FIachenmasss (kg/m2 )

Ois erstsn Ergsbnisse zeigen eindeutig, dass

- die Farts der ausseren Bauteiloberflache einen gewich­tigen Einfluss ausübt

- dis ãussere Bezugstemperatur problemorientiert ge­wahlt werdsn muss, um signifikante Aussagen übsr die Tsmperaturtragheit einss Bautsils machen zu konnen.

- die · innere maximaIe Oberflãchentemperatur (Kriterium der thsrmischsn BehaglichkeitJ in Relation zur Temps­raturampIitudendampfung steht (BildJ.

Zur vsrglsichenden AnaIyse müssen weitere Messungen ab­gswartst wsrdsn.

5,9 9,5 7,2 11 1,5 h 2,3 h 3,3 h 4,3 h

2,5 4,0 3,0 4,6 0,5 h 1,3 h 1,3 h 2,3 h

7,3 6,7 8,2 7,2 1,5 h 1,5 h 2,5 h 3,0 h

30°C 28°C 29,SoC 27,8 0C

0,77 0,71

17,1 38,7

MaximaIe Tsmperaturübsrhohung der innenseitigen Ober­flachentempsratur des Prüflings über ~er mittleren Raumlufttemperatur des Vers uchsraumss, aufget ragen übsr der Temperaturamplitudendampfung (Bezug: Sonnen­lI,JfttemperaturJ.

Literatur:

EICHLER, F.: Bauphysikalische Entwurfslehre

2 HAFERLANO, F.: Das warmetechnische Verhal ten mehr­schichtiger Aussenwãnde

3 ZELLER, M.: Oie SimuIation dss instationaren °c 8 thermischen Verhaltsns klimatisierter

• Raume mit einem slektrischen Analogis-7 modell nach Beuken

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4 RECKNAGEL-SPRENGER: Taschenbuch für Heizung- und Klimatechnik

5 VERBANO SCHWEI ZERISCHER HEIZUNGS - UNO LUEFTUNGS­FIRMEN: RsgeIn fü r die KühIlastbsrechnung