Was ist Schaumglas – Zellglas – Definition

Schaumglas – Zellglas

Zellglas ( Schaumglas ) ist ein Glasschaumstoff, der aus einer Reaktion zwischen Glas und Kohlenstoff bei hohen Temperaturen entsteht. Schaumglas hat eine zelluläre Struktur und ist undurchlässig. Es hat gute thermische Eigenschaften und daher kann eine Wärmedämmung verwendet werden. Seine hohe Undurchlässigkeit macht es ideal als Barriere gegen Bodenfeuchtigkeit. Da Schaumglas vollständig aus anorganischen Materialien besteht, ist es nicht brennbar. Schaumglas hat auch eine hohe Druckfestigkeit, wodurch das Material sehr gut für die Dämmung von Flachdächern geeignet ist, die mit Bitumen anderer schwerer Substanzen bedeckt sind. Andererseits ist Schaumglas wegen seiner hohen Undurchlässigkeit nicht für die Dämmung von Holzböden geeignet.

Wärmeleitfähigkeit von Schaumglas

Wärmeleitfähigkeit ist definiert als die Wärmemenge (in Watt), die aufgrund eines Temperaturunterschieds durch eine quadratische Materialfläche gegebener Dicke (in Metern) übertragen wird . Je niedriger die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist, desto widerstandsfähiger ist das Material gegen Wärmeübertragung und desto wirksamer ist die Isolierung. Typische Wärmeleitfähigkeitswerte für das Schaumglas  sind zwischen 0,038 und 0.055W / m ∙ K .

Im Allgemeinen beruht die Wärmedämmung in erster Linie auf der sehr geringen Wärmeleitfähigkeit von Gasen . Gase besitzen im Vergleich zu Flüssigkeiten und Feststoffen schlechte Wärmeleitungseigenschaften und sind daher ein gutes Isolationsmaterial, wenn sie eingeschlossen werden können (z. B. in einer schaumartigen Struktur). Luft und andere Gase sind im Allgemeinen gute Isolatoren. Der Hauptvorteil liegt jedoch in der Abwesenheit von Konvektion. Daher funktionieren viele Isoliermaterialien (z. B. Schaumglas ) einfach dadurch, dass sie eine große Anzahl gasgefüllter Taschen aufweisen, die eine großflächige Konvektion verhindern .

Der Wechsel von Gastasche und festem Material führt dazu, dass die Wärme über viele Grenzflächen übertragen werden muss, was zu einer raschen Abnahme des Wärmeübergangskoeffizienten führt.

Beispiel – Schaumglas

Eine 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 Schaumglasisolierung  (L ₂ ) mit einer Wärmeleitfähigkeit von k ₂ = 0,04 W / mK und berechnen Sie den Wärmefluss ( Wärmeverlust ) durch diese Verbundwand.

Lösung:

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei vielen Wärmeübertragungsprozessen um Verbundsysteme und sogar um 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 :

Der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient ist mit dem im Zusammenhang 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:

Der Gesamtwärmeübergangskoeffizient beträgt dann:

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

Der Wärmestrom kann dann einfach wie folgt berechnet werden:

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

Der gesamte Wärmeverlust durch diese Wand beträgt:

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

2. Verbundwand mit Wärmedämmung

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

Der Gesamtwärmeübergangskoeffizient beträgt dann:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,040 + 1/30) = 0,359 W / m ² K

Der Wärmestrom kann dann einfach wie folgt berechnet werden:

q = 0,359 [W / m ² K] × 30 [K] = 10,78 W / m ²

Der gesamte Wärmeverlust durch diese Wand beträgt:

q _loss = q. A = 10,78 [W / m ² ] × 30 [m ² ] = 323 W

Wie zu sehen ist, bewirkt eine Zugabe eines Wärmeisolators eine signifikante Verringerung der Wärmeverluste. Es muss hinzugefügt werden, ein Hinzufügen der nächsten Schicht Wärmeisolator führt nicht zu so hohen Einsparungen. Dies ist am Wärmewiderstand besser zu erkennen, mit dem der Wärmeübergang durch Verbundwände berechnet werden kann . Die Geschwindigkeit der gleichmäßigen Wärmeübertragung zwischen zwei Oberflächen ist gleich der Temperaturdifferenz geteilt durch den gesamten Wärmewiderstand zwischen diesen beiden Oberflächen.