Was ist Steinwolle – Mineralwolle – Definition

Mineralwolle – Steinwolle

Mineralwolle, auch Steinwolle genannt,basiert auf natürlichen Mineralien, die in großen Mengen auf der Erde vorhanden sind, z. B. Vulkangestein, typischerweise Basalt oder Dolomit. Neben Rohstoffen können dem Prozess auch recycelte Mineralwolle sowie Schlackerückstände aus der Metallindustrie zugesetzt werden. Es kombiniert mechanische Beständigkeit mit guter Wärmeleistung, Brandschutz und Hochtemperaturtauglichkeit. Glas- und Steinwolle werden aus Mineralfasern hergestellt und werden daher häufig als „Mineralwolle“ bezeichnet. Mineralwolle ist eine allgemeine Bezeichnung für Fasermaterialien, die durch Spinnen oder Ziehen geschmolzener Mineralien entstehen. Steinwolle ist ein Ofenprodukt aus geschmolzenem Gestein mit einer Temperatur von etwa 1600 ° C, durch das ein Luft- oder Dampfstrom geblasen wird.

Zu den Anwendungen von Mineralwolle gehören strukturelle Isolierung, Rohrisolierung, Filtration, Schallschutz und hydroponisches Wachstumsmedium. Mineralwolle ist ein vielseitiges Material, das zur Isolierung von Wänden, Dächern und Böden verwendet werden kann. Während des Einbaus der Mineralwolle sollte diese stets trocken gehalten werden, da eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts zu einer deutlichen Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit führt.

Wärmeleitfähigkeit von Mineralwolle

Die Wärmeleitfähigkeit ist definiert als die Wärmemenge (in Watt), die aufgrund eines Temperaturunterschieds durch eine quadratische Materialfläche mit einer bestimmten Dicke (in Metern) übertragen wird . Je niedriger die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist, desto besser kann das Material der Wärmeübertragung widerstehen und desto wirksamer ist die Isolierung. Typische Wärmeleitfähigkeitswerte für Mineralwolle liegen zwischen 0.020 und 0.040W / m ∙ K .

Im Allgemeinen basiert die Wärmedämmung hauptsächlich auf der sehr geringen Wärmeleitfähigkeit von Gasen . Gase besitzen im Vergleich zu Flüssigkeiten und Feststoffen schlechte Wärmeleitungseigenschaften und bilden 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. Mineralwolle ) einfach durch eine große Anzahl gasgefüllter Taschen, die eine Konvektion in großem Maßstab verhindern .

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

Beispiel – Mineralwolleisolierung

Eine Hauptquelle für Wärmeverluste aus einem Haus sind Wände. Berechnen Sie die Wärmeflussrate 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 Außenseite betragen h ₁ = 10 W / m ² K und h ₂ = 30 W / m ²K jeweils. Beachten Sie, dass diese Konvektionskoeffizienten insbesondere von den Umgebungs- und Innenbedingungen (Wind, Luftfeuchtigkeit usw.) stark abhängen.

1. Berechnen Sie den Wärmefluss ( Wärmeverlust ) durch diese nicht isolierte Wand.
2. Nehmen wir nun eine Wärmedämmung an der Außenseite dieser Wand an. Verwenden Sie eine 10 cm dicke Mineralwolleisolierung (L ₂ ) mit einer Wärmeleitfähigkeit von k ₂ = 0,022 W / mK und berechnen Sie den Wärmefluss ( Wärmeverlust ) durch diese Verbundwand.

Lösung:

Wie geschrieben wurde, umfassen viele der Wärmeübertragungsprozesse Verbundsysteme und sogar eine Kombination aus Leitung und Konvektion . Bei diesen Verbundsystemen ist es häufig zweckmäßig, mit einem Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten zu arbeiten , der als U-Faktor bekannt ist . Der U-Faktor wird durch einen Ausdruck definiert, der dem Newtonschen Gesetz der Kühlung entspricht :

Der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient ist mit dem im Zusammenhang Gesamtwärmewiderstand und ist abhängig von der Geometrie des Problems.

1. kahle Wand

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

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:

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

2. 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:

Der Gesamtwärmeübergangskoeffizient beträgt dann:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,022 + 1/30) = 0,207 W / m ² K.

Der Wärmefluss kann dann einfach berechnet werden als:

q = 0,207 [W / m ² K] × 30 [K] = 6,21 W / m ²

Der gesamte Wärmeverlust durch diese Wand beträgt:

q _Verlust = q. A = 6,21 [W / m ² ] × 30 [m ² ] = 186 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.