Numerisch-analytische Quantifizierung des Wärmeübergangs und dessen messtechnische Validierung an der Oberfläche einer Kompaktfassade

Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist, zu bestimmen, wie gross der Wärmeübergangskoeffizient an einer senkrechten Wand mit erzwungener Konvektion in Abhängigkeit von Luftgeschwindigkeit und Temperatur ist. Die ermittelten Wärmeübergangskoeffizienten sollen einem Prüfstand zur Überprüfung der Altersbeständigkeit einer Kompaktfassade des Herstellers swisspor dienen. Die Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten erfolgt in Abhängigkeit von Luftgeschwindigkeit und Temperatur. So wird eine Gesetzmässigkeit erstellt, welche den Wärmeübergangskoeffizienten in Abhängigkeit von Luftgeschwindigkeit und Temperatur beschreibt. Da jedoch die Berechnung bzw. Erzeugung einer solchen Gesetzmässigkeit nicht trivial ist, erfordert die Erarbeitung eine spezielle Methode. 

Um die Gesetzmässigkeit zu erzeugen, sind Grundlagen aus dem Bereich des Wärmetransports durch Stoffe erarbeitet worden, welche die Erarbeitung des Berechnungsverfahrens ermöglichten. Zudem erfolgten Literaturrecherchen über vorhandene Formeln, welche die Grössenordnung des Wärmeübergangskoeffizienten aufzeigten. So ergibt sich ein Überblick, in welchem Bereich sich die Gesetzmässigkeit befinden muss. Mithilfe von Berechnungen und Literatur ist die Formulierung einer Gesetzmässigkeit zwischen Wärmeübergangskoeffizient und Luftgeschwindigkeit möglich. Aus messtechnischen Gründen wurde die Integrierung der Temperatur in dieser Gesetzmässigkeit vernachlässigt. Das Resultat ist eine Formel, welche den Wärmeübergangskoeffizienten in Abhängigkeit der Luftgeschwindigkeit beschreibt. 

Mit Hilfe der erstellten Formel (auch Nusselt-Formel genannt) ist es möglich, relevante Wärmeübergangskoeffizienten für den Prüfstand zu berechnen. Zudem lässt sich die Formel in weitere Simulationsprogramme einbinden, wodurch die Genauigkeit des thermischen Verhaltens der Kompaktfassade erhöht wird und genauere Aussagen über die Beständigkeit der Kompaktfassade ermöglicht werden.

Preisträger: Amstein + Walthert AG