Einführung
Fördernde Institution
Das auf diesen Webseiten beschriebene Projekt zur Entwicklung einer schnellen, nicht-invasiven Wärmeleitwertbestimmung für opake Wandstrukturen wird vom BMBF unter den Förderkennzeichen 01LY0806A und 01LY0806B gefördert. Die durchführenden Institutionen bedanken sich für diese Förderung, ohne die ihnen die Entwicklung eines solchen Messgeräts nicht möglich wäre.
Zielsetzung
Bei älteren, zu renovierenden Gebäuden besteht häufig aufgrund der nur teilweise bekannten Historie und vieler einzelner Ausbau- und Änderungsmaßnahmen das Problem, objektive und quantitativ bezifferende Daten zu Wärmeleitwerten einzelner Wände zu erhalten, um die Sinnhaftigkeit möglicher energetischer Verbesserungsmaßnahmen zu evaluieren: Wenn in einer Wand teilweise schon isolierende Gestaltung vorgenommen worden ist, können deutlich größere energetische Einspareffekte durch Zuwendung zu anderen Renovierungsmaßnahmen erreicht werden. Die konkrete Struktur der Wand ist aber vielfach nicht bekannt bzw. nur grob qualitativ beschreibbar, weil frühere Maßnahmen nicht entsprechend genau beziffert werden können --- z.B. durch Verweis auf Materialstärken, konkrete Materialienauswahl oder genaue geometrische Angaben etwa zu eingearbeiteten Luftvolumina. Eine hinreichend genaue Auskunft über das Wärmeleitverhalten würde hier nur eine durch den gesamten Wandaufbau erfolgende Materialprobe bringen, verbunden mit der entsprechenden Perforierung der Gebäudehülle.
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| Bei diesem Gebäude dürfte sich eine Renovierung jedoch erübrigen ... |
Das Ziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung eines schnellen, nicht-invasiven Messsystems für Wärmeleitwerte architektonischer Wandelemente. Dieses soll auf der Basis einer direkten Vermessung der Wärmeleitung mit fehlerminimierender numerischer Integration und Anpassung der Wärmeleitungs-Differenzialgleichung beruhen, wobei durch flächig verteilte Mehrfach-Messfühler auch nicht-homogene Wandaufbauten erfasst werden können. Die Messgröße ist hierbei die an mehreren Orten auf der Außenseite der Wand zeitaufgelöst verfolgte Temperaturerhöhung von etwa ein bis zwei Grad, die durch einen gezielten Wärmestoß auf der Innenseite der Wand mit einer Temperaturerhöhung von etwa 20 Grad ausgelöst wird.
Sozioökonomische Bedeutung
Die Vermögenssituation einer großen Anzahl von Hausbesitzern ist duch die langfristigen Vorgaben zur energetischen Sanierung gefährdet, da häufig nicht die erforderlichen Mittel für eine technisch ideale Totalsanierung der Wohngebäude zur Vefügung stehen. In dieser Situation ist es dringend erforderlich, auf die Bedürfnisse des Einzelfalls eingehen zu können, um Fehlinvestitionen zu vermeiden und die (energetisch) bestmögliche Wirkung aus begrenzten Einzelmaßnahmen heraus zu holen. Von besonderer Bedeutung ist hier die Quantifizierung des Potenzials einer typischen Maßnahme, der Mauerwerk-Dämmung, die stark von den bestehenden thermodynamischen Eigenschaften der vorhandenen Struktur abhängt. Unter entsprechenden Voraussetzungen kann es sowohl für den Eigentümer als auch volkswirtschaftlich deutlich günstiger sein, bei begrenztem Budget andere Maßnahmen zur Energieeinsparung zu forcieren.
Erst nach einer Quantifizierung können sinnvolle individuelle Abschätzungen zur Sinnhaftigkeit gemacht werden: So kann etwa die technische aufwändige Fassadendämmung auf einer stark verglasten und strukturierten, sonnenbeschienenen Südseite eines Hauses ökonomisch unsinnig sein, die Dämmung einer mit identischen Materialien aufgebauten, aber weitestgehend ohne Fensterflächen gestalteten Nordfassade des gleichen Hauses hingegen sehr sinnvoll.
Vorgehensweise
- Erarbeitung des Funktionskonzepts. Die Wärmeleitungs-Differenzialgleichung wird zunächst für verschiedene geometrische Anordnungen von Wärmestoß-aufprägenden Einkoppelgeometrien und dazu definiert angeordneten Messfühlern integriert und auf mögliche Fehlerfortpflanzungssensitivitäten geprüft.
- Technische Vorentwicklung des Messsystems zu Versuchszwecken. Die Details des zuvor entwickelten Funktionskonzepts für die Datenerfassung werden prototypisch in eine Messdatenerfassung und Ablaufsteuerung implementiert.
- Testmessungen an bekannten und gezielt zusammen gestellten Wandstrukturen. Das prototypische Messsystem wird zunächst unter Laborbedingungen, später in definierten Realbedingungen zur testweisen Vermessung typischer Wandstrukturen eingesetzt.
- Auslegung des praxisbezogenen Messsystems. Nach erfolgreicher Qualifizierung des Messprinzips und seiner Fehlergrenzen unter nahezu idealen Randbedingungen muss die markttaugliche Ausgestaltung des Messsystems konzipiert werden.
- Technische Realisation des Messsystems, Laboruntersuchungen. Die für eine Kleinserienfertigung erforderlichen Komponenten werden beschafft und ein prototypisches Mustergerät aufgebaut. Mit diesem Mustergerät werden die zur Qualifizierung des Prototypen durchgeführten Messungen von Wandstrukturen wiederholt, um auf diese Weise die reale Qualität des zu vertreibenden Geräts und seine mechanische und elektronische Zuverlässigkeit zu ermitteln und seine Handhabung zu optimieren.
- Vorbereitende, qualitäts- und normenerfüllungsnachweisende Zertifizierungsschritte. Nach Festlegung der konkreten Geräteauslegung müssen die üblichen Prüfungen für technische Qualität des zu vertreibenden Geräts vorbereitet werden. Hierzu gehören die Vorbereitung für VDE- Prüfung, die CE- Kennzeichnung und die ROHS- und WEEE-Anmeldung.