Experimentelle Untersuchung von Vakuum-Wärmedämmung mit regelbarem Wärmedurchgang und Konzeption eines integrierten Schaltmechanismus

Kurzfassung

Abstract The cooling requirements in buildings represent an ever-increasing share of global final energy demand. An adaptive building envelope, whose heat transfer can be dynamically adjusted to varying ambient conditions, offers considerable potential for reducing this energy demand. The approach taken by DLR's controllable thermal insulation is to regulate heat transfer through a vacuum insulation panel by using a thermochemical reactor to change the hydrogen pressure in the panel. In this work, the gas pressure-dependent thermal conductivity of four aerogel insulation cores was experimentally characterized in a static measurement procedure, and based on this, an insulation core made of resorcinol-formaldehyde aerogel was selected as suitable. The function¬ality of the controllable thermal insulation, consisting of a vacuum insulation panel, a thermo¬chemical reactor, and a valve, was experimentally verified, whereby the heat transfer could be changed by a factor of 4.0. Additionally, a concept for integrating the reactor and valve into the panel was developed. Both components are controlled thermally from outside the panel. The deve¬loped concept for thermal control has been experimentally verified. The work contributes to research into suitable insulation cores for controllable thermal insulation and forms the basis for the further development of a controllable vacuum insulation panel with an integrated switching mechanism. ---------------------------------------------------------------------------- Kurzfassung Der Kühlbedarf in Gebäuden stellt einen immer größer werdenden Anteil des weltweiten Endenergiebedarfs dar. Erhebliches Potenzial zur Reduktion dieses Energiebedarfs bietet eine adaptive Gebäudehülle, deren Wärmedurchgang dynamisch an variierende Randbedingungen ange-passt werden kann. Bei der regelbaren Wärmedämmung des DLR wird der Ansatz verfolgt, den Wärmedurchgang durch ein Vakuum-Dämmpaneel zu regeln, indem mithilfe eines thermochemischen Reaktors der Wasserstoffdruck im Paneel verändert wird. In der vorliegenden Arbeit wurde die gasdruckabhängige Wärmeleitfähigkeit von vier Aerogel-Dämmkernen in einem statischen Messverfahren experimentell charakterisiert und anhand dessen ein Dämmkern aus Resorzinol-Formaldehyd-Aerogel als geeignet ausgewählt. Die Funktionsfähigkeit der regelbaren Wärmedämmung, bestehend aus Vakuum-Dämmpaneel, thermochemischem Reaktor und einem Ventil, wurde experimentell nachgewiesen, wobei der Wärmedurchgang um den Faktor 4,0 verändert werden konnte. Außerdem wurde ein Konzept zur Integration von Reaktor und Ventil in das Paneel ausgearbeitet, welche zusammen den Schaltmechanismus der regelbaren Wärmedämmung darstellen. Die Ansteuerung beider Komponenten erfolgt thermisch und von außerhalb des Paneels. Das entwickelte Konzept zur thermischen Ansteuerung wurde experimentell nachgewiesen. Die Arbeit leistet einen Beitrag zur Erforschung geeigneter Dämmkerne für die regelbare Wärmedämmung und bildet die Grundlage für die weitere Entwicklung eines regelbaren Vakuum-Dämmpaneels mit integriertem Schaltmechanismus.