Dämmbox: Prüfstand für kostengünstige Dämmstofftests
Im Sommersemester 2024 beschäftigten sich Studierende der Hochschule Niederrhein mit einem wichtigen Thema: der Energieeffizienz von Gebäuden. Ziel des Projekts war es, einen Weg zu finden, um mit einfachen Mitteln und ohne teure Geräte zuverlässige Aussagen über die Dämmleistung von Baustoffen treffen zu können. Das Ergebnis: ein kompakter, transportabler Behälter, der wie eine „Hot-Box“ funktioniert und die Dämmfähigkeit präzise bestimmen kann - die Dämmbox.
Grundlagen
Der U-Wert ist eine der zentralen bauphysikalischen Größen, die die Energieeffizienz von Gebäuden beeinflusst. Ein niedriger U-Wert bedeutet weniger Wärmeverlust – und genau darum geht es bei der Gebäudedämmung. Ein Großteil der Gebäude in Deutschland ist sanierungsbedürftig und die energetische Sanierung spielt eine Schlüsselrolle, um bis 2045 einen klimaneutralen Gebäudebestand zu erreichen. In der Bauindustrie wird zur Bestimmung des U-Werts häufig die „Hot-Box-Methode“ verwendet – ein Verfahren, bei dem ein Prüfstand mit einer „heißen“ und einer „kalten“ Seite verbunden wird, um den Wärmestrom durch ein Material zu messen. Diese Tests erfordern jedoch teure Prüfgeräte oder die Beauftragung spezialisierter Laboratorien, was eine schnelle Entwicklung für kleine Anwendungsfälle erschwert.
Die Kurzfassung
Die Dämmbox der Projektgruppe basiert auf einem einfachen Prinzip: Sie ist in eine Warm- und eine Kaltkammer unterteilt, die durch den Prüfling (das zu prüfende Dämmmaterial) getrennt sind. Ein Heizmodul erzeugt Wärme in der heißen Kammer, während die kalte Kammer ungeregelt bleibt und die Außentemperatur widerspiegelt. Die Temperaturdifferenzen auf beiden Seiten werden gemessen und daraus der Wärmeverlust durch den Dämmstoff berechnet. Durch die Entwicklung der Projektgruppe konnte dies in einem kostengünstigen Rahmen umgesetzt werden, mit dem reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Die hohen Kosten für konventionelle Wärmestromsensoren konnten vermieden werden.
Die Vorgehensweise
Die Projektgruppe testete verschiedene Ideen für die Konstruktion der Box. Zuerst wurde eine Kunststoffbox in Betracht gezogen, aber diese Option musste verworfen werden, da Kunststoff eine zu hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und die Messungen verfälschen würde. Ein Selbstbau aus Dämmplatten schien vielversprechender, brachte aber Probleme wie Leckagen und Wärmeverluste mit sich.
Das finale Design – Die Pizzabox als Dämmbox:
Die Wahl fiel schließlich auf eine handelsübliche Warmhaltebox, auch bekannt als Pizzabox. Diese Box ist bereits industriell gefertigt, besitzt eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und ist hochgradig luftdicht – ideale Eigenschaften für die Dämmbox. Die Box ist leicht zu transportieren und zu handhaben, da sie über Griffe und einen klemmbaren Deckel verfügt, der die Kammern sicher abschließt.
Nach der Auswahl des Designs folgte die präzise Konstruktion des Prüfstands. Einige der technischen Details:
- Heizelement: Ein dünnes Silikon-Heizelement wurde zentral in der Heizkammer angebracht. Es sorgt für eine gleichmäßige Wärmeverteilung und ermöglicht eine präzise Temperaturregelung.
- Temperatursensoren: Auf beiden Seiten der Isolierung sind wasserdichte Temperatursensoren angebracht, die die Temperaturunterschiede messen.
- Ventilatoren: Kleine Ventilatoren wurden integriert, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen und die Messbedingungen konstant zu halten.
Kalibrierung und Optimierung:
Besonderen Wert legten die Studierenden auf die genaue Kalibrierung des Prüfstands. Um auf teure Wärmestromsensoren verzichten zu können, wurde die Leistung des Heizelements genau berechnet und der Wärmeverlust über die Boxkonstruktion detailliert angepasst. So konnten sie sicherstellen, dass die Dämmbox zuverlässige Ergebnisse liefert und den gängigen Normen entspricht. Die Enedergebnisse zeigen eine gute reproduzierbarkeit aber weiter tests wären notwendig, um die Genauigkeit zu verbessern.
Zusammenfassung
Die Dämmbox bietet eine einfache und kostengünstige Lösung zur Bestimmung des U-Wertes von Dämmstoffen. Das optimierte Design der Dämmbox ermöglicht eine zuverlässige und normgerechte Messung, die ohne aufwändige Wärmestromsensoren auskommt. Für eine genauere Anwendung müssen jedoch noch Kalibrierungsversuche durchgeführt werden. Die Dämmbox an sich stellt eine flexible und anwendungsfreundliche Lösung für U-Wert-Messungen dar und könnte insbesondere in der Baubranche kostengünstige Alternativen für Standardprüfgeräte und -wege bieten.
Weiterführende Einträge
Für eine detailliertere Betrachtung der einzelnen Themen haben wir jeweils eigene Einträge erstellt. Alle Beiträge laufen hierbei unter dem Namen Dämmbox. Dazu gehören:
- Dämmbox: Prüfstand für kostengünstige Dämmstofftests
Dieser Eintrag fasst das Projekt zusammen und stellt die Ziele und Ergebnisse dar.
- Dämmbox: Die Entwicklung der Konstruktion
In diesem Blogpost beschreiben wir, wie die Idee der Dämmbox entstand und sich durch verschiedene Prototypen bis zum finalen Entwurf entwickelte. Dabei gehen wir auf die Herausforderungen und die kreativen Lösungsansätze der Studierenden ein. - Dämmbox: Sensorik und Elektronik
Die präzise Messung von Temperaturen und die Steuerung der Dämmbox standen im Mittelpunkt dieses Projekts. Dieser Artikel beleuchtet die technische Ausstattung der Dämmbox und erklärt die Funktionen der eingesetzten Sensoren, Heizelemente und des Steuerungssystems. - Dämmbox: Validierung und Optimierung
Nach der Konstruktion war die Validierung ein wichtiger Schritt. Dieser Artikel beschreibt die Testreihen mit verschiedenen Dämmmaterialien und wie die Ergebnisse genutzt wurden, um die Dämmbox zu optimieren und zu kalibrieren.
Fragen?
Die Betreuer dieses Projekts waren Prof. Dr. Joachim Schettel und Thomas Leidenbach vom SWK E² – Institut für Energietechnik und Energiemanagement der Hochschule Niederrhein (https://www.hs-niederrhein.de/swk-e2). Nehmen Sie hier gerne Kontakt auf, um mehr Informationen zu erhalten.