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Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 1 Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch Weiterbildungskurs für Baufachleute 05. November 2013 Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 2 Gliederung 1. Einleitung 2. Kenntnisstand 3. Versuchsaufbau 4. Ergebnisse Hauptversuch 5. Diskussion 6. Zusammenfassung Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 3 1. Problemstellung • Hohe Sonneneinstrahlung an Sommertagen • Teilweise keine gedämmten Dächer • Schlechte Querlüftung des Außenklimastalls • Wegfall großer Baugruppen (Massivbauwände) als Wärmepuffer starke Temperaturerhöhung im Stall Leistungseinbußen der Hochleistungsmilchkuh ab 22 °C Stalltemperatur (Heidenreich u. Pache, 2009) Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 4 2. Kenntnisstand Klimatische und standortspezifische Bedingungen • Bei Temperaturen über 30°C über einen längeren Zeitraum kommen Bauhüllen an ihre Grenzen (Quelle: Forkel, 2011) Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 5 2. Kenntnisstand Wärmebilanz einer Hochleistungskuh • Etwa 2/5 der zugeführten Energie wird bei Stoffwechselvorgängen in Wärme umgesetzt. • Pache (2009) beziffert die produzierte Wärmemenge auf mehr als 1800 Watt. • Hohe Luftwechselraten notwendig. • Raumvolumen von 30m³ je Kuhplatz oder mehr. (Müller et al., 2009) • Verschiedene Mechanismen zur Thermoregulation (Quelle: Pache, 2009) Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 6 2. Kenntnisstand Unterschiedliche Wärmedurchgangkoeffizienten U für verschiedene Dacheindeckungen z.B.: - Dachziegel mit Dämmung U= 0,23 W/m²K - Trapezblech U= 5,88 W/m²K - Sanwichpaneel (30 mm) U= 0,6 W/m²K (Quelle: Baunetzwissen, 2011; Krause M., 2010) Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 7 2. Kenntnisstand Versuchsmodell zur Messung des Wärmeschutzes von Dämmstoffen • Modellversuch des Forschungsinstituts für Wärmeschutz, München • Holzplatte als Abdeckung • Infrarotglühlampen (Quelle: IVPU, 2007) Elektromotor Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 8 3. Versuchsaufbau Lüfter zur Kühlung Strahlungssimulator: • 4 Lampen mit je 500 W Maximalleistung • Einstrahlung im Versuch ca. 1000W. Lampen Transformatoren Abstand der Lampen zur Dachoberfläche: • im Vorversuch 240 mm • im Hauptversuch 200 mm Versuchmodell Aufhängung Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 9 3. Versuchsaufbau Messpunkte an den Dachflächen Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 10 3. Versuchsaufbau Sensoranordnung • Nettoradiometer über und unter der Dachfläche jeweils im Abstand von 70 mm • Wärmefluss über Heat Flux Plates • Temperatursensoren für den Modellraum • Infrarotthermometer zur Messung der Dachoberhaut und –unterhaut Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 11 4. Ergebnisse Hauptversuch Temperatur und Nettostrahlung der Dachoberhaut Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 12 4. Ergebnisse Hauptversuch Temperatur und Nettostrahlung der Dachunterhaut Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 13 4. Ergebnisse Hauptversuch Temperatur im (Stall-)Modellraum Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 14 5. Diskussion Hauptversuche: • konstanter Abstand Dach – Lichtquelle bei allen Dacheindeckungen • Nettostrahlung und Temperatur über der Dachfläche • Abstrahlung nimmt beim Trapezblech stetig zu • emittierte Strahlung nimmt beim Sandwich und Doppel-Trapezblech ab • mehr Strahlung wird absorbiert (Aufwärmung des Bauteils) • Randeinflüsse beim Doppel-Trapezblech (Konvektion?) • Nettostrahlung und Temperatur unter der Dachfläche • Erwärmung des Modellraums hängt direkt ab von der Temperatur der Dachunterseite • Temperaturdifferenz im Modellraum zwischen Sandwich und Trapezblech ca. 5 K Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 15 6. Zusammenfassung • Temperaturunterschiede deutlich erkennbar • Dämmung hat positiven Effekt auf die Raumtemperatur • Doppel-Trapezblech als Alternative • Nutzung des Kamineffekts? • weitere Untersuchungen in der Praxis notwendig • Übertragbarkeit der Werte auf große Dachflächen? • Große Differenzen bei den Materialkosten Fragen??? Markus Neuhauser Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 16 Literatur Agricultura (2011): Homepage Agricultura modular, http://www.agricultura-modular.de/ index.php?option=com_content&view=article&id=66&Itemid=63, 13.10.2011. Baumarkt (2011): Homepage Baumarkt, http://www.baumarkt.de/nxs/748/// baumarkt/ schablone1/Reetdaecher-sind-romantisch-aberproblematisch, 13.10.2011. Baunetzwissen (2011): Homepage Baunetzwissen, http://www.baunetzwissen.de/ standardartikel/Solar_Direkte-und-diffuseSolarstrahlung_165608.html,13.04.2011. Dach-Zentrum (2011): Homepage Dachzentrum, http://www.dach-zentrum.de/ tools/dachlexikon/waermeuebergangskoeffizient/, 19.10.2011 . Flaig, B. (2011): Einfluss der Sonneneinstrahlung auf das Stallklima in Kälberiglus Bachelor-Arbeit, Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik, unveröffentlicht. Forkel (2011): Homepage Klima der Erde, http://www.m-forkel.de/klima/strahlungshshlt.html, 30.06.2011. Hanffaser (2011): Homepage Hanffaser, http://www.hanffaser.de/Info_Material/Fotos_Bilder/kl_K_Dach_Untershttp://www.hanffaser.de/uckermark/index.php/haeufigefragen/untrespannbahn&usg=__-1VmPNU8XEbcOi2yuEiKuYB8rTY=&h=110&, 13.10.2011. Heidenreich, T., S. Pache (2009): Mit hellen Dächern den Hitzestress stoppen. Top agrar (2009) , Heft 7, S. R26-28. IVPU, (2007): Industrieverband für Polyurethan und Hartschaum e.V., Sommerliches Raumklima im Dachgeschoß: Vergleichende Untersuchungen von Dämmstoffen unter Berücksichtigung instationärer Effekte in einem Modellversuch. Untersuchungsbericht des Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.V. in München., S. 1-21. Agrartechnik Hohenheim Markus Neuhauser | Einfluss unterschiedlicher Dacheindeckungen auf das Mikroklima im Modellversuch| 17 Literatur Krause, M. (2010). Vorlesungsunterlagen zum Modul Bauen und Stallklima, Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik, Bauphysik Wärme, SS 2010. Müller, H.-J., M. Schultz und Ch. Loebsin (2009): Einfluss wärmegedämmter Dächer auf den Hitzestress bei Milchkühen. Landtechnik 2009, Heft 2, S. 112-115. Pache, S. (2009): Einfluss der Dachkonstruktionen auf die Thermoregulation von Milchkühen, Freistaat Sachsen, Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie: 1.Düsser Milchforum am 04./05.03.2009. Profiltec, S. (2011): Homepage Profitec Bausysteme, S. 1-21, http://www.profiltec-bausysteme.de/pdfs/sandwichdach/sandwichdach.pdf, 28.03.2011. Thies (2011): Homepage Thies Clima. http://www.thiesclima.com/ waermefluss.html#HeatFluxPlateHFP01, 13.10.2011. Waller, G. (2011): Fachbereich Informatik und Elektrotechnik an der FH Kiel, Fachhochschule Kiel, http://rze-falbala.rz.e-technik.fhkiel.de/~waller/ftp/Reg-Energie/AE1.pdf, 13.04.2011 . .
