Die physikalischen Grundlagen des Styrodur-Schutzbaus

J.D. aus NRW · 28. Dezember 2010, 22:51

TheChemist schrieb:

Nein: Sie sind zwar aus dem gleichen Polymer hergestellt, haben auch in etwa die gleiche Wärmeleitfähigkeit, aber doch einige unterschiedliche Materialeigenschaften.

Nagut Thomas

Nächste Denksportaufgabe ;))

:

Das Polymer hat die selben Wärmeleitfähigkeit von 0,08 und die eingeschlossene Luft in den Blasen einen 0,026 W / (m • K). Wer also isoliert besser? Beides hat IMHO die selbe Dichte beim m³, nur wiel sichtbares Licht durch die kleineren Blasen besser reflektiert werden sagt dis nicht über das Wärmeleitverhalten aus. Styrodur ist einzig und alleine statisch stabieler durch die höhere Anzahl an Blasen im Schaumstoff.

TheChemist · 28. Dezember 2010, 23:47

J.D. aus NRW schrieb:

TheChemist schrieb:

Nein: Sie sind zwar aus dem gleichen Polymer hergestellt, haben auch in etwa die gleiche Wärmeleitfähigkeit, aber doch einige unterschiedliche Materialeigenschaften.

Nagut Thomas

Nächste Denksportaufgabe :

Das Polymer hat die selben Wärmeleitfähigkeit von 0,08 und die eingeschlossene Luft in den Blasen einen 0,026 W / (m • K). Wer also isoliert besser? Beides hat IMHO die selbe Dichte beim m³, nur wiel sichtbares Licht durch die kleineren Blasen besser reflektiert werden sagt dis nicht über das Wärmeleitverhalten aus. Styrodur ist einzig und alleine statisch stabieler durch die höhere Anzahl an Blasen im Schaumstoff.

Sag ich doch: Die Isolierwirkung (Wärmeleitfähigkeit) von Styrodur und Styropor ist praktisch gleich, aber nicht die mechanische Stabilität und auch nicht die Durchlässigkeit für sichtbares Licht! In dunkler Umgebung wirst Du keinen Unterschied feststellen, bei Lichteinfall jedoch schon (=> die Lichtdurchlässigkeit geht nicht in die Berechnung der Wärmeleitfähigkeit ein!).

Gruß
Thomas

Volker · 29. Dezember 2010, 14:06

Hallo.

Ich habe eben einmal für mein Haus, genau auf meine Adresse bezogen, die Wärmebedarfsrechnung auf einen Erdboden - Flächenkollektor beim LBEG durchrechnen lassen.
Das Ergebnis ist eigentlich sehr ernüchternd:

Der Standort Ihres Gebäudes ist für einen Erdwärmekollektor geeignet. Die Entzugsleistung bei 1800 Jahresbetriebsstunden der Heizung beträgt ca. 20-30 W/qm.

Das würde bedeuten, in 1,5m Tiefe stehen 20 - 30Watt Wärmeleistung für 1800 Stunden zur Verfügung.

Preisfrage.
Wieviel Watt stehen davon an der Erdoberfläche bereit, um einen passiven Winterschutz zu betreiben?

Noch etwas ernüchterndes auf unser Haus bezogen:

Kollektorfläche:
Bezogen auf die aus energetischer Sicht vertretbare Wärmeentzugsleistung aus dem Boden sollte für Ihren Haustyp und Ihre beheizte Wohnfläche die abgeschätzte notwendige Kollektorfläche ca. 660 qm bis 990 qm betragen.

Das Grundstück ist inklusive Haus nur 550qm groß. ;;g

Kosten (ca.):
Nach einer Preiserhebung in 2010 bei ausgewählten niedersächsischen Anbietern betragen die Kosten ca. 20 € - 25 € pro qm (bezogen auf den Bau eines 300 qm großen Kollektors mit einem Standard-Flächenkollektor). Die Kosten beziehen sich auf Standardbedingungen. Besondere Bauhindernisse, Schwierigkeiten bei der Baustelleneinrichtung etc. wurden nicht berücksichtigt. Unter der Berücksichtigung Ihres Standortes Ihres Gebäudes und Ihrer Wohnfläche bzw. Ihres Energieverbrauchs berechneten Kollektorfläche müssen Sie mit Kosten von ca. 16500 € bis 19800 € rechnen.

nibis.lbeg.de/geothermie/

Volker

TheChemist · 29. Dezember 2010, 15:09

Volker schrieb:

Das würde bedeuten, in 1,5m Tiefe stehen 20 - 30Watt Wärmeleistung für 1800 Stunden zur Verfügung.

Preisfrage.
Wieviel Watt stehen davon an der Erdoberfläche bereit, um einen passiven Winterschutz zu betreiben?

Diese Frage ist recht einfach zu beantworten:
Die Wärmeleistung pro m² Erdboden hängt von der Zieltemperatur im Schutzbau und der Außentemperatur ab! Siehe Eingangsposting!
Bei außen - 7,2 °C und Innen - 3,1 °C liefert der Boden im Beispiel des Eingangspostings (an der Oberfläche) ca. 27 W/m². Bei Innentemperaturen oberhalb von + 2,5 °C kannst Du getrost davon ausgehen, dass dann die Wärmeleistung des Bodens gegen 0 W tendiert. Und wolltest du gar ein Temperaturniveau von + 10 °C im Schutzbau halten, kämst Du auf eine negative Heizleistung des Erdbodens, d. h. der Boden würde den Schutzbau abkühlen.

Dahinter steht ganz primitive Physik:
Je größer das Delta-T, desto größer ist die Heizleistung des Erdbodens! Die Wärmeabgabefähigkeit des Bodens ist direkt proportional zum Delta-T zwischen Bodentemperatur und Temperatur im Inneren des Schutzbaues. Ein Vergleich mit den Werten für eine Wärmepumpe macht nur Sinn, wenn du diese auf eine Kreislauftemperatur des Primärkreislaufes von unter - 3 °C auslegst. Dann muss das Wasser aber reichlich Frostschutz beinhalten und du solltest auch mit einer Temperatur von + 10 °C im Heizkreislauf und damit ca. 0 °C im Haus zufrieden sein ... :whistling:

Gruß
Thomas
PS: Zur Heizung mit Wärmepumpe:
- Bei Altbauten ist die Umrüstung der Heizkörper auf die niedrigeren Vorlauftemperaturen ein wesentlicher Kostenfaktor. I. d. R. ist das nur mit sehr größer Heizkörperfläche möglich, was meist zwingend zur Verlegung von Fussbodenheizung führt. Das wird richtig teuer ...

Volker · 29. Dezember 2010, 15:30

Hallo Thomas.

Noch einmal leicht Off Topic, eigentlich passt es ja auch zum Thema.

was meist zwingend zur Verlegung von Fussbodenheizung führt. Das wird richtig teuer ...

Das ist nicht das Problem, eine Fußbodenheizung habe ich ohnehin schon.

Abschreckend sind die Kosten.
Bei mir ginge es also nur mit einer Tiefeinbohrung.

Nach einer Preiserhebung im Juni 2010 bei ausgewählten niedersächsischen Bohrfirmen betragen die Kosten bei Sand- und Lehmboden (Lockergestein) ca. 48 € - 60 € pro Meter (1./3. Quartil). Bei Bohrungen im Fels (Festgestein Bodenklassen 6 und 7) betragen die Kosten ca. 58 € bis 67 € pro Meter. Die Meterpreise sind bezogen auf den Bau zweier 100m langen Sonden, pro Meter Bohrung, mit Ausbau zu einer Standard Doppel-U-Sonde. Die Kosten beziehen sich auf Standardbedingungen. Besondere Bohrhindernisse, Schwierigkeiten bei der Baustelleneinrichtung etc. wurden nicht berücksichtigt. Der Meterpreis wurde mit der für Ihren Gebäudebedarf ermittelten Sondenmeterlänge multipliziert. Bei den für Ihren Standort und Haustyp/Wohnfläche berechneten Sondenmetern müssen Sie mit Kosten für die Sondenanlage von ca. 17100 € bis 21400 € bei Sand- und Lehmboden (Lockergestein) rechnen.Bei Fels (Festgestein Bodenklassen 6 und 7) müssen Sie mit Kosten für die Sondenanlage von 20600 bis 23900 € rechnen.

Dazu kämen noch kosten für die Wärmepumpe, schon wäre man bei weit über 30.000€.
Daher bleibe ich bei meiner Gas - Brennwertheizung.

Denn wie viel Gas kann ich verballern um die Kosten einer Erdwärmeheizung wieder rein zu bekommen?
Ganz ohne Energie läuft die Erdwärmeanlage ja ebenfalls nicht.

Noch einmal zurück zu deinem Beitrag:

liefert der Boden im Beispiel des Eingangspostings (an der Oberfläche) ca. 27 W/m².

Die Leistung von 20 bis 30Watt habe ich bei uns im Garten leider erst in 1,5m Tiefe zu erwarten, nicht an der Erdoberfläche.

Volker

TheChemist · 29. Dezember 2010, 16:19

Volker schrieb:

Die Leistung von 20 bis 30Watt habe ich bei uns im Garten leider erst in 1,5m Tiefe zu erwarten, nicht an der Erdoberfläche.

Volker

Hallo Volker,
so eine Ausage kannst Du gar nicht treffen! Die Heizleistung des Bodens ist weder bei dir noch bei mir konstant, sondern direkt proportional mit der Temperaturdifferenz zwischen Bodenoberfläche und Schutzbau-Innerem! Bei + 2,5 °C Innentemperatur ist die Heizleistung ca. 0 W/m², bei kälteren Boden als bei mir sogar negativ! Bei -3 ,2 °C Innentemperatur war in meinem Beispiel (s. Eingangsposting) die Heizleistung ca. 27 W/m², in kälteren Regionen mit niedrigeren Bodentemperaturen sind es vielleicht auch nur 20 oder 15 W/m². Und wenn Du mit - 6 °C Innentemperatur leben kannst, dürfte die Heizleistung bei ca. 50 W/m² liegen. Die Heizleistung des Bodens in W/m² ist keine konstante Größe, sondern sie variiiert für ein und denselben Schutzbau an ein und demselben Standort und jeweils identischen Bodentemperaturen mit der Temperaturdifferenz zwischen Erdboden und Innenraum des Schutzbaus!!!

Du machst einen Fehler, wenn Du die Heizleistung des Bodens mit (vom Menschen) wahrgenommener Wärme oder positiven Temperaturen assoziierst. Je niedriger der Anspruch an die Innentemperatur, desto mehr trägt der Boden an Heizleistung bei.

Gruß
Thomas

Gruß
Thomas

Volker · 29. Dezember 2010, 16:27

so eine Ausage kannst Du gar nicht treffen!

Doch Thomas.

Das sind genau die Berechnungen, speziell auf mein Grundstück bezogen, des LBEG Niedersachsen.
Die Daten sind Koordinaten - genau, in 1,5m Tiefe erhoben und entsprechen dort einer Leistung zwischen 20 und 30 Watt, je nach Jahreszeit.

Volker

TheChemist · 29. Dezember 2010, 16:43

Von heute nachmittag habe ich noch ein schönes Beispiel für die Wirkung der Bodenheizung (zumindest wenn der Boden wie beim Trachyschutzbau aus meinem Eingangspost gut isoliert ist).
Ich habe ein paar Minuten nach 13:00 Uhr die zwei oberen Styrodurplatten auf der Südseite des Trachyschutzbaus zum Lüften abgenommen. Sofort fiel die Innentemperatur von vorher ca. + 0,5 °C auf - 0,3 °C. Die Außentemperatur wird an anderer Stelle (ca. 15 m entfernt) gemessen und lag zu dem Zeitpunkt bei + 0,8 °C. Um ca. 14:45 Uhr habe ich dann den Schutzbau wieder geschlossen, weil auch die Außentemperatur auf ca. -0,5 °C abgesunken war. Und langsam aber stetig steigt die Temperatur im Schutzbau wieder auf + 0,5 °C an, obwohl die Außentemperatur weiter fällt auf zuletzt - 1,4 °C und die Sonne nicht mehr auf den Schutzbau trifft.

Gruß
Thomas

TheChemist · 29. Dezember 2010, 16:53

Volker schrieb:

so eine Ausage kannst Du gar nicht treffen!

Doch Thomas.

Das sind genau die Berechnungen, speziell auf mein Grundstück bezogen, des LBEG Niedersachsen.
Die Daten sind Koordinaten - genau, in 1,5m Tiefe erhoben und entsprechen dort einer Leistung zwischen 20 und 30 Watt, je nach Jahreszeit.

Volker

Nein Volker, das ist schlichtweg falsch:
Der Boden hat nur für einen bestimmten Auslegungsfall eine Heizleistung von 20 oder 30 Watt pro m²! Bei einer Hausheizung ist das ziemlich klar definiert:
Du willst immer eine Innentemperatur von ca. 18 bis 22 °C haben, das bedingt eine bestimmte Vorlauftemperatur (sagen wir mal 35 bis 40 °C) und damit auch eine bestimmte Temperatur im Primärkreislauf der Wärmepumpe (muss ich raten: vielleicht irgendwo um die - 0 bis + 3 °C).

Bei einem Schutzbau ist aber keine konstante Temperatur zu halten. Sinkt diese bei sehr niedrigen Außentemperaturen auf innen z. B. - 6 °C ab, ist das gar kein Problem für die Pflanze. Aber der Boden hat natürlich bei z. B. 1 °C Bodentemperatur viel leichteres Spiel, sprich eine höhere Wärmeleistung, wenn die Temperaturdifferenz 7 °C ist (+ 1 °C -(-6 °C) = 7 °C) als wenn die Innentemperatur -3 °C beträgt (Temperaturdifferenz 4 °C). Im ersten Fall kann hat er fast die doppelte Heizleistung (in W/m²) wie im zweiten Fall, obwohl der Boden beide mal 1 °C warm ist!

Gruß
Thomas

Volker · 29. Dezember 2010, 17:21

Es sind doch nur 20 und 30 Watt Wärmeleistung verfügbar.

Dabei ist es doch ziemlich wurscht, wofür diese 20 bis 30Watt verwendet werden, es ist lediglich eine messbare Leistung.
Auf jeden Fall muss man doch davon ausgehen, das diese Wärmeleistung an der Erdoberfläche gegen 0 tendiert.
Das würde doch bedeuten, 0 Leistung, 0 Wärmegewinn.

Ich glaube das Ganze kann man von mehreren Seiten betrachten, allein durch Messungen bei moderaten negativen Außentemperaturen lässt sich da nichts belegen.
Interessant wäre es bei Werten jenseits der -15°C und tief dringendem Bodenfrost Messungen durchzuführen.
In diesem Fall wäre der geringe Wärmefluss sicherlich komplett lahm gelegt.

Volker

TheChemist · 29. Dezember 2010, 18:04

Volker schrieb:

Es sind doch nur 20 und 30 Watt Wärmeleistung verfügbar.

Dabei ist es doch ziemlich wurscht, wofür diese 20 bis 30Watt verwendet werden, es ist lediglich eine messbare Leistung.

So funktioniert die Thermodynamik nicht! Die Wärmeleistung eines gegebenen Wärmereservoirs auf einer bestimmten Temperatur T1 (z. B. T1 = 0 °C) kann man nur in Bezug zu einer zweiten Temperatur T2 definieren! Ist die Differenz Delta-T z. B. = 1 °C (also T2 = T1 - 1 °C), dann ist die Wärmeleistung des Reservoirs nur halb so hoch als wenn T2 um 1 °C niedriger läge und Delta-T = 2 °C betrüge (also T2 = T1 - 2 °C). Ohne Angabe einer Bezugstemperatur ist die Angabe einer Wärmeleistung purer Unfug! Die "gemessene Leistung" unterscheidet sich in beiden Fällen um den Faktor 2, obwohl in beiden Fällen T1 = 0 °C war.

Ganz allgemein ist die thermische Leistung Pth (in W) so definiert:

(1) Pth = Is * (T1 - T2) mit Is = Entropiestrom (in W/K; hier als konstant anzusetzen)

T1, T2: Temperaturen in Kelvin

Oder mit einfachen Worten:
Die thermische Leistung ist direkt proportional zur Temperaturdifferenz der beiden Temperaturniveaus, zwischen denen der thermische Energiefluß stattfindet.

Gruß
Thomas

Volker · 29. Dezember 2010, 18:13

So weit okay.

Das kann man aber auch umkehren.

Was passiert, wenn die Umgebungstemperatur so tief liegt, dass die Kälte das Styropor von Außen nach Innen durchdringt?

Die vom Boden nachgelieferte Wärme nicht mehr ausreicht um den Innenraum zu erwärmen.
Kehrt sich der Effekt dann nicht um, kühlt dann der Boden nicht aus und wir haben einen Eisschrank?

Edit.

Je kälter es außen ist, desto tiefer liegt die Taupunkttemperatur im Isomaterial.
Ist der Taupunkt erst einmal an der Innenseite, ist der Isoeffekt gleich Null.
Es ist anschließend Innen annähernd gleich kalt wie Außen.

Volker

TheChemist · 29. Dezember 2010, 18:38

Volker schrieb:

So weit okay.

Das kann man aber auch umkehren.

Was passiert, wenn die Umgebungstemperatur so tief liegt, dass die Kälte das Styropor von Außen nach Innen durchdringt?

Die vom Boden nachgelieferte Wärme nicht mehr ausreicht um den Innenraum zu erwärmen.
Kehrt sich der Effekt dann nicht um, kühlt dann der Boden nicht aus und wir haben einen Eisschrank?

Volker

Ja, der Boden kühlt dabei auf Dauer aus. Wie schnell er auskühlt, hängt von der Güte der Isolierung ab. Am schnellsten kühlt er aus, wenn weder ein Schutzbau noch Schnee den Boden bedecken, am langsamsten, wenn ein hoch isolierender Styrodurschutzbau über dem Boden angebracht ist. Wie lange der "Wärmeakku Boden" reicht, kann man vielleicht rechnerisch abschätzen. Ich verlasse mich da aber schlicht auf meine Erfahrungen.

Aber eine Erkenntnis ist dabei ganz wichtig: Der Boden kühlt am langsamsten ab, wenn ein hoch isolierender Schutzbau darüber steht.

Jetzt kommt wieder die Temperaturdifferenz ins Spiel:
Bei einer Innentemperatur von - 3,1 °C und einer Außentemperatur von - 7,2 °C konnte mein Schutzbau über den Boden einen Wärmeverlust von ca. 42 W ausgleichen. Was passiert nun, wenn es draußen sehr kalt ist und im Schutzbau die Temperatur auf z. B. - 6 °C sinkt? Wie ist dann die Heizleistung des Bodens? Um die Frage zu beantworten, muss man auch die Oberflächentemperatur des Bodens kennen. Ich setze hier mal die + 1,5 °C an, die ich neulich gemessen habe.

T1 = 1,5 °C
T2 = - 3,1 °C
(T3 = Außentemperatur = - 7,2 °C)
Damit ist im ersten Fall die Temperaturdifferenz 4,6 °C.

Zweiter Fall:
T1 = 1,5 °C
T2 = - 6 °C
(T3 = Außentemperatur = ?)
Damit ist im zweiten Fall die Temperaturdifferenz 7,5 °C

Die Heizleistung des Bodens im ersten Fall war 42 W. Im zweiten Fall beträgt die Heizleistung (bis der Boden deutlich weiter abkühlt, und das dauert!) :
42 W * 7,5/4,6 = 68 Watt! Damit läßt sich sogar ausrechnen, bei welcher Außentemperatur die - 6 °C im Beispielschutzbau erreicht werden, denn 42 W reichten im Beispielfall für 4,1 °C Temperaturdifferenz zwischen außen und innen. - 6 °C Innentemperatur kann damit bei einer Temperaturdifferenz von 4,1 * 68/42 = 6,6 °C gehalten werden. Und jetzt kommts:
Außentemperatur = - 6 °C - 6,6 °C = - 12,6 °C.

Das heißt, der gleiche Schutzbau könnte auf längere Zeit - 6 °C Innentemperatur halten, wenn die Außentemperatur längere Zeit bei - 12,6 °C läge. In der Praxis sind die Temperaturpeaks jedoch nur kurzzeitig und damit liegen die Innentemperaturen höher ...

Nehmen wir noch einen dritten Fall mit Innentemperatur T2 = - 8 °C:
Dann wäre die Wärmeleistung 42 * 9,5/4,6 = 87 W, die mögliche Differenz Innen/Außen = 4,1 * 87/42 = 8,5 °C und die mögliche Außentemperatur (stationärer Fall) = - 8 - 8,5 = -16,5 °C!

Gruß
Thomas

Volker · 29. Dezember 2010, 18:47

So ungefähr meinte ich es.

Meinen Beitrag oben hatte ich noch einmal um dieses ergänzt:

Edit.

Je kälter es außen ist, desto tiefer liegt die Taupunkttemperatur im Isomaterial.
Ist der Taupunkt erst einmal an der Innenseite, ist der Isoeffekt gleich Null.
Es ist Innen annähernd gleich kalt wie Außen.

Somit wäre der passive Schutz bei extremer Kälte nicht brauchbar.
Gerade bei Temperaturen unterhalb, sagen wir mal -6°C, wird er ja erst interessant, vorher benötigen wir ja keinen Winterschutz, nicht einmal für Phoenix und co.

Alles nicht so einfach.....

Volker

TheChemist · 29. Dezember 2010, 19:26

Volker schrieb:

Je kälter es außen ist, desto tiefer liegt die Taupunkttemperatur im Isomaterial.
Ist der Taupunkt erst einmal an der Innenseite, ist der Isoeffekt gleich Null.

Es ist Innen annähernd gleich kalt wie Außen.

Das stimmt vielleicht für Steinwolle, aber auf gar keinen Fall für Styrodur! Styrodur ist wasserdicht, d. h. es dringt kein Wasser in das Styrodur ein. Ob eine Eisschicht an der Oberfläche klebt ist dabei vollkommen belanglos: Die wärmedämmende Wirkung des Styrodur wird dadurch nicht gemindert. Je kälter es wird, desto stärker wirkt dieses Schutzkonzept.

Bei meinen obigen Berechnungen mußt Du auch berücksichtigen, dass es sich um Rechnungen für lang anhaltende, statische Temperaturverhältnisse handelt. Die Realität ist deutlich günstiger: Nächtliche Temperaturspitzen nach unten werden locker ohne Beheizung abgefangen. Auch bei einer Außentemperatur von - 15 °C bin ich noch nie auf Innentemperaturen unter - 5 °C gekommen (ohne Zusatzheizung!)!

Ich bin dir übrigens noch eine Abschätzung schuldig, wie weit die Bodentemperatur wohl abfallen wird (von derzeit 1,5 °C an der Oberfläche im unbeheizten Schutzbau). M. E. wird sich die Änderung im Bereich von +-0,5 °C bewegen. Die Durchschnittstemperatur im Schutzbau war bisher im Monat Dezember - 0,3 °C.

Gruß
Thomas

Volker · 29. Dezember 2010, 19:49

Das sind nun deine Erfahrungen im recht milden Münsterland.

Wie mag es hier sein?
Wir haben nun schon über einen Monat Dauerfrost, mit sehr kurzen, nicht wirklich merklichen Unterbrechungen, bei Temperaturen bis Minus 15,9°C in 2m Höhe und -22°C über dem Erdboden.
Selbst am Tag lag z.B. Heute die Temperatur nur bei max. -5,1°C, in der Nacht erwarten wir je nach Aufklaren bis zu -20°C.

Wie schon erwähnt, auch die Erdbodentemperaturen liegen ja deutlich unter denen bei dir.

Ich denke nicht, dass bei uns die tiefste Temperatur im Innenraum ebenfalls nur bei -5°C liegen würde.

Wie würde es erst bei Freddy und Lutz im "arktischen" Dresden aussehen? Der WinterWetterKlimaThread 2010/2011

Ich denke um eine Heizung kommen wir, selbst bei Trachys, nicht herum.

Volker

TheChemist · 29. Dezember 2010, 20:01

Volker schrieb:

Das sind nun deine Erfahrungen im recht milden Münsterland.

Wie mag es hier sein?
Wir haben nun schon über einen Monat Dauerfrost, mit sehr kurzen, nicht wirklich merklichen Unterbrechungen, bei Temperaturen bis Minus 15,9°C in 2m Höhe und -22°C über dem Erdboden.
Selbst am Tag lag z.B. Heute die Temperatur nur bei max. -5,1°C, in der Nacht erwarten wir je nach Aufklaren bis zu -20°C.

Wie schon erwähnt, auch die Erdbodentemperaturen liegen ja deutlich unter denen bei dir.

Ich denke nicht, dass bei uns die tiefste Temperatur im Innenraum ebenfalls nur bei -5°C liegen würde.

Wie würde es erst bei Freddy und Lutz im "arktischen" Dresden aussehen? Der WinterWetterKlimaThread 2010/2011

Ich denke um eine Heizung kommen wir, selbst bei Trachys, nicht herum.

Volker

Ich gehe mit dir jede Wette ein, dass auch bei dir ein mit den Maßen und in der Ausführung wie von mir im Eingangsthread beschriebener Schutzbau ungeheizt immer über - 8 °C bleiben wird (ich will die Wette gewinnen, deshalb etwas Sicherheitsreserve ... :gri

). Hier lag Tmin im Dezember 2010 (bisher) bei -13,5 °C und die Durchschnittstemperatur bei - 2,59 °C (strahlungsgeschützt, in 2m Höhe gemessen).

Also: Styrodur 6 cm dick zu allen Außenseiten, Grundriß 1,25m*1,25m, Höhe 2,45 m, mindestens 4 cm dicke Styropor-Drainplatten 50 cm tief im Rastermaß des Schutzbaus im Boden eingelassen, kein Mulch im Schutzbau auf dem Boden, Schutzbau geschlossen, sobald die Außentemperatur unter 0 °C fällt.

Gruß
Thomas

PS: Zu den Temperaturen in Borken:
Letzte Woche waren wir unter den Rekordhaltern für die bodennahen Tiefstwerte. Die Station in Borken hatte - 20,0 °C gemessen. Soooo tropisch ist das hier gar nicht ...

Volker S · 29. Dezember 2010, 23:35

@Thomas,

die Rechnung mit Deinen 2 Feststoffttemperaturen (Kontakttemperatur Innenwand Styrodur: -3,1°C / Kontakttemperatur Außenwand Styrodur: -7,2°C / mit dem zugehörigen Wärmeleitwert lässt sich nun die Verlustwärme berechnen) sind ja schon idealisiert (da sie ja in der Luft gemessen werden), aber das Du nun auch noch eine dritte Temperatur (die Bodentemperatur) in die 3-Satz-Rechnung einfließen lässt ist wirklich grob überschlägig, weil wir (wenn sich der Schutzbau durch den Boden erwärmen sollte) hier nun wirklich im Bereich des Wärmeüberganges durch (freie) Konvektion gekommen sind.

Lass uns doch zu dem Konsens kommen, das die zur Verfügung stehende Wärmemenge des Bodens sehr sehr groß ist (und somit sehr sehr lange die oberflächennahe Temperatur von 1-1,5°C gehalten werden kann), die maximal zur Verfügung stehende Wärmeleistung (also pro Zeiteinheit) im thermodynamischen GG aber konstant ist.

Wenn der Wärmestrom/Zeiteinheit (Wärmeverlustleistung) durch Wärmeleitung aus dem Schutzbau heraus größer wird, als der Boden ersetzen kann, dann wird es im Schutzbau halt kälter und die obere Grenzschicht kühlt langsam aus.

Wenn der Boden daran gehindert wird, seine maximale Wärmeleistung abzugeben (durch Isolierungen, wie Schnee oder auch relativ warme Schutzbauten) verringert sich die Wärmeleistung/Wärmeabgabe und die obere Grenzschicht wird langsam wärmer.

Und dieses Wechselspiel haben wir andauern, da sich die Außentemperaturen stetig ändern.
Das mit den Rechnungen ist mir irgendwie zu viel, weil wir nie diesen idealen Zustand haben.

-volker-

TheChemist · 30. Dezember 2010, 00:06

Die Rechnungen sind dicht am Worst case, der so nicht eintritt, und sehr weit weg vom "idealen Fall":
In diesen überschlägigen Rechnungen wird eine statische Temperaturdifferenz angenommen, die aber normalerweise nur als Peak-Differenz auftritt (nämlich in den kältesten Nachtstunden). Auch ist die Konvektion in erster Näherung vernachlässigbar, da die Temperaturdifferenzen im Schutzbau, zwischen Boden und Luft, ziemlich klein sind (im unteren bis mittleren einstelligen °C-Bereich).

Im Prinzip hast Du aber recht, den Boden als ein sehr großes, nur sehr langsam erschöpfliches Reservoir für thermische Energie anzusehen. Und man braucht für eine Abschätzung der thermischen Leistung mindestens drei Temperaturen:
T1: Bodenoberfläche im Schutzbau
T2: Lufttemperatur im Schutzbau
T3: Lufttemperatur außen

Die thermische Heizleistung des Bodens (als interne Heizquelle) PthB berechnet sich als:
(1) PthB = IsB * (T1 - T2) mit IsB = Entropiestrom Boden-Luft (in W/K; hier als konstant anzusetzen)

Die thermische Verlustleistung des Schutzbaues über die Außenhaut PthAh berechnet sich als:
(2) PthAh = IsAh * (T2 - T3) mit IsAh = Entropiestrom Luft innen - Luft außen (in W/K; hier als konstant anzusetzen)

Im Gleichgewichtszustand (Temperaturen außen, innen und Boden bleiben - für eine gewisse Zeit - konstant) gilt:
(3) PthB = PthAh
und damit auch:
(3a) (T1-T2)/(T2-T3) = IsB/IsAh = konstant

Mit anderen Worten:
Im Gleichgewicht (wenn die Außentemperatur lange genug konstant war) ist das Verhältnis der sich einstellenden Temperaturdifferenzen zwischen Bodenoberfläche und Innenraum und zwischen Innenraum und Außen konstant. Aus diesem Grund hatte ich in der Beispielrechnung im Eingangsposting (Abschätzung der Heizleistung) auch Temperaturverhältnisse von einem Tag ausgewählt, wo schon die Vortage über ähnliche Temperaturen - Tag wie Nacht - geherrscht haben, eine eigentlich eher ungünstigere Situation als im Normalfall. Ich wollte dort aber nicht diese drei Formeln bringen, weil der Begriff "Entropie" (in dieser Betrachtung zwei unterschiedliche Konstanten in den Gleichungen (1) und (2)) die meisten nur noch mehr verwirrt hätte ...

Wenn man diese für das Schutzbaukonzept fundamentalen Gleichungen verstanden hat, weiß man, wie die Erdbodenheizung im Grundsatz funktioniert. M. E. ist das die größtmögliche Vereinfachung.

Gruß
Thomas

PS: Ich rechne mit einer Festkörpertemperatur (T1, Bodenoberfläche) und zwei Gastemperaturen (T2 Innenraum, T3 Außentemperatur)!

Andreas1968 · 30. Dezember 2010, 00:39

Ich versteh nur noch Bahnhof

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