Das Beispiel – Aerogelisolationsberechnung – Definition

Beispiel – Berechnung der Aerogelisolation. Berechnen Sie den Wärmefluss (Wärmeverlust) durch die isolierte Wand. Verwenden Sie eine 10 cm dicke Aerogel-Isolierung. Vergleichen Sie es mit einer bloßen Wand. Wärmetechnik

Beispiel – Aerogel

Wärmeverlust durch Wand - Beispiel - BerechnungEine Hauptquelle für den Wärmeverlust eines Hauses sind Wände. Berechnen Sie die Wärmestromrate durch eine Wand mit einer Fläche von 3 mx 10 m (A = 30 m 2 ). Die Wand ist 15 cm dick (L 1 ) und besteht aus Ziegeln mit einer Wärmeleitfähigkeit von k 1 = 1,0 W / mK (schlechter Wärmeisolator). Angenommen, die Innen- und Außentemperaturen betragen 22 ° C und -8 ° C, und die Konvektionswärmeübertragungskoeffizienten an der Innen- und der Außenseite betragen h 1 = 10 W / m 2 K und h 2 = 30 W / m 2K jeweils. Beachten Sie, dass diese Konvektionskoeffizienten stark von den Umgebungs- und Innenbedingungen (Wind, Luftfeuchtigkeit usw.) abhängen.

  1. Berechnen Sie den Wärmefluss ( Wärmeverlust ) durch diese nicht isolierte Wand.
  2. Nehmen Sie nun die Wärmedämmung an der Außenseite dieser Wand an. Verwenden Sie eine 10 cm dicke Aerogel-Isolierung  (L 2 ) mit einer Wärmeleitfähigkeit von k 2 = 0,03 W / mK und berechnen Sie den Wärmefluss ( Wärmeverlust ) durch diese Verbundwand.

Lösung:

Wie bereits erwähnt, beinhalten viele der Wärmeübertragungsprozesse Verbundsysteme und sogar eine Kombination aus Wärmeleitung und Konvektion . Bei diesen Verbundsystemen ist es häufig zweckmäßig, mit einem Gesamtwärmeübergangskoeffizienten zu arbeiten , der als U-Faktor bezeichnet wird . Der U-Faktor wird durch einen Ausdruck definiert, der dem Newtonschen Gesetz der Abkühlung entspricht :

U-Faktor - Gesamtwärmeübergangskoeffizient

Der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient ist , bezogen auf den Gesamtwärmewiderstand und ist abhängig von der Geometrie des Problems.

  1. nackte Wand

Unter der Annahme eines eindimensionalen Wärmeübergangs durch die ebene Wand und ohne Berücksichtigung der Strahlung kann der Gesamtwärmeübergangskoeffizient wie folgt berechnet werden:

Gesamtwärmeübergangskoeffizient - Wärmeverlustberechnung

Der Gesamtwärmeübergangskoeffizient beträgt dann:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m 2 K.

Der Wärmefluss kann dann einfach berechnet werden als:

q = 3,53 [W / m 2 K] × 30 [K] = 105,9 W / m 2

Der gesamte Wärmeverlust durch diese Wand beträgt:

Verlust = q. A = 105,9 [W / m 2 ] × 30 [m 2 ] = 3177 W.

  1. Verbundwand mit Wärmedämmung

Unter der Annahme einer eindimensionalen Wärmeübertragung durch die ebene Verbundwand, ohne Wärmekontaktwiderstand und ohne Berücksichtigung der Strahlung kann der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient wie folgt berechnet werden:

Gesamtwärmeübergangskoeffizient - Wärmedämmungsberechnung

Aerogel-IsolierungDer Gesamtwärmeübergangskoeffizient beträgt dann:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,013 + 1/30) = 0,125 W / m 2 K.

Der Wärmefluss kann dann einfach berechnet werden als:

q = 0,125 [W / m 2 K] × 30 [K] = 3,76 W / m 2

Der gesamte Wärmeverlust durch diese Wand beträgt:

Verlust = q. A = 3,76 [W / m 2 ] × 30 [m 2 ] = 113 W.

Wie zu sehen ist, bewirkt eine Zugabe eines Wärmeisolators eine signifikante Verringerung der Wärmeverluste. Es muss hinzugefügt werden, eine Zugabe der nächsten Schicht Wärmeisolator verursacht keine so hohen Einsparungen. Dies ist besser aus der Wärmewiderstandsmethode ersichtlich, mit der der Wärmeübergang durch Verbundwände berechnet werden kann . Die Geschwindigkeit der stetigen Wärmeübertragung zwischen zwei Oberflächen ist gleich der Temperaturdifferenz geteilt durch den gesamten Wärmewiderstand zwischen diesen beiden Oberflächen.

Wärmewiderstand - Gleichung

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.