Test report

Versuch zur Wärmedämmung und Heizleistung

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Test report
Physics

University, School

HWI Hamburg

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Labor Elektrotechnik Versuchsauswert­ung und Laborprotokoll Student: Matrikelnummer: 1099760 Studiengang: Wirtschaftsinge­nie­urwesen Studienzentrum: München Versuchstag: 11.10.2014 Versuch 2: Oszilloskop im Grundstromkreis Messungen mit dem Tastkopf Der Tastkopf ist ein kompakter frequenzkompens­ier­ender Spannungsteiler­. Es handelt sich dabei um einen komplexen Widerstand, bestehend aus einem Ohm’schen Widerstand und einem Kondensator. Das Teilverhältnis für alle Frequenzen muss gleich sein, um die erforderliche Frequenzkompens­ati­on zu erreichen. Das Oszilloskop wurde mit einem Signalgenerator verbunden. Anschließend wurde der Tastkopf am Oszi angeschlossen. Mit einem Kunststoffschra­ube­ndreher wurde dann der Kondensator verstellt,, um folgende Bilder zu erhalten: Abbildung 1: richtig kompensiert Abbildung 2: unterkompensier­t Abbildung 3: überkompensiert Da keine Messungen durchgeführt wurden, sind leider keine Werte vorhanden. Darstellung sinusförmiger Größen Am Signalgenerator wurden eine Spannung von 10V und eine Frequenz von 50Hz eingestellt und das Signal anschließend auf CH1 des Oszilloskops gelegt. Daraus erg..

Versuch zur Wärmedämmung und Heizleistung


Versuchsaufbau:


Modellhaus (Innenansicht von oben):

Abb.1: Aufbau Modellhaus (Innenansicht von oben) ohne Wärmedämmung


Verwendete Geräte:


Pyrometer: Wattmeter: (SN 004)

Messunsicherheit: ±1% Zeitfehler: 1%

Reproduzierbarkeit: ±0,5% Drift: Digit/Minute

Emissionsgrad: 0,90 Nullpunktfehler: max. 3 Digit


Temp. Meter: Temp. Meter: (Handgerät)

“PHYWE” 4-1 SN 006 „PHYWE“ Order No. 07140.00


Voltmeter:

„FLUKE“ 8845A 6-½ Digit

Messunsicherheit: ±(% Messwert + % Bereich)

Volt AC 0,1 + 0,02

Volt DC 0,002 + 0,0004



Micro-Foil Heat Flux Sensor:

RdF P/N 27060-2

Serial No. 0/048888 2,18


_____________

1 abgemessene Werte

Aufgabenstellung:


       I.      Heizleistung, die benötigt wird um das Haus auf konstanter Temperatur zu halten

    II.      Wärmedurchgangskoeffizient k der Glasscheiben

III.      Wärmeleitkoeffizient λ der Einfachverglasung

IV.      Berechnung des mittleren k – Wertes des Thermohauses


Lösungsansatz:

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  1. Das Modellhaus wird so aufgeheizt, dass bei den Messungen ein stationäre Wärmeleitung vorliegt (die Temperaturdifferenz ∆T bleibt konstant)
  2. Zur Lösung führt uns der „Energieerhaltungssatz“ (Er sagt aus, dass die Gesamtenergie eines abgeschlossenen konservativen Systems nicht verändert werden kann.)
  3. Zur Berechnung werden folgende Werte gemessen (siehe Abb.2: Wandquerschnitt)


-          T1: Temperatur innen (1-2cm Abstand von der Glasscheibe)

-          T1*: Temperatur innen (direkt an der Glasscheibe)

-          T2*: Temperatur außen (direkt an der Glasscheibe)

-          T2: Temperatur außen (1-2cm Abstand von der Glasscheibe)


Abb. 2: Wandquerschnitt


  1. Zusammenhang der physikalischen Größen:


Wärmeleitkoeffizient: λ


in


Wärmeübergangskoeffizient: α


in


Wärmedurchgangskoeffizient: k


oder in


Gemessene Maße:


Breite

Höhe

Stärke

Styropordach

38,2cm

38,2cm

4,3cm

Grundfläche (Holz)

38,2cm

38,2cm

2cm

Holzwand

24cm

25,3cm

6cm

Einfachglas (1)

25,2cm

25,2cm

0,5cm

Doppelglas (2)

25,2cm

25,2cm

2,5cm

2-fach-Glas mit Bedampfung (3)

25,2cm

25,2cm

2,6cm

3-fach-Glas mit Bedampfung (4)

25,2cm

25,2cm

2,9cm

Tab.1: Maße des Versuchsobjektes


Ermittelte Werte:

Die Oberflächentemperatur wurde mit Hilfe seiner Wärmestrahlung anhand eines Pyrometers, die Zimmer- und die weiteren Temperaturen durch Thermoelemente ermittelt und der Wärmestrom mit Hilfe der Wärmedurchgangssonde und dem Voltmeter.


Glas:

T1

T1*

T2

T2*

U

Glas (1)

46,7°C

42°C

21,8°C

38,3°C

0,26 mV

119,27 W/m²

Glas (2)

43,9°C

48,8°C

21,8°C

31,5°C

0,15 mV

68,81 W/m²

Glas (3)

45,9°C

50,0°C

21,8°C

27,3°C

0,09 mV

41,28 W/m²

Glas (4)

47,5°C

50,5°C

21,8°C

25°C

0,05 mV

22,94 W/m²

I.) Bestimmung der Heizleistung:


Messung anhand von Thermoelementen, Stoppuhr und Wattmeter.


Haus

konstante Temperatur T

Messzeit

t

abgelesene Werte c

Heizleistung c: t

ungedämmt

51°C

300s

1,201*104Ws

40,03 W

Tab.3: Messungen zur Bestimmung der Heizleistung


II. & III.) Berechnung der Werte:


Wärmedurchgangskoeffizienten k


Aufgrund von ∆T = ∆T1 + ∆T2 + ∆T3


und = = =


folgt:


1.) 2.)


3.) 4.)


Somit ergibt sich:


; in


Glas (1):

=


Glas (2):

=


Glas (3):

=

Glas (4):

=


IV.) Berechnung des mittleren k-Wertes:


Material

A

s

λ

k

k*A

Glas (1)

0,0635

0,0050 m

0,024

4,79

0,3042

Glas (2)

0,0635

0,0025 m

--

3,11

0,1975

Glas (3)

0,0635

0,0026 m

--

1,71

0,1086

Glas (4)

0,0635

0,0029 m

--

0,89

0,0565

Holz

0,0607

0,0600 m

0,130

1,58

0,0959

Holz (Boden)

0,1459

0,0200 m

0,130

3,09

0,4508

Styropor

0,1459

0,0430 m

0,030

0,62

0,0905

Tab.4: Berechnung des mittleren k-Wertes


à kHolz = 1,58


à kStyropor = 0,62


è kMittel = = 2,15


Aus der Gleichung 4.)


folgt = = = 38,08 W





Anmerkung zur Temperatur T1 :

Der Wert der Temperatur erscheint uns fehlerhaft, da die Temperatur vor der Einfachverglasung nach unserer Vermutung deutlich geringer sein müsste. Als Ursache vermuten wir entweder eine Fehlfunktion oder eine Fehlstellung (Abstand zur Glühlampe) des Thermoelementes. Im weiteren könnte die zeitliche Differenz der Messungen von T1 und T1* und durch die Messung bedingte Öffnung des Deckels des Versuchsobjektes zu fehlerhaften Messwerten geführt haben.


Der über die k-Werte berechnete Energieverbrauch von 38,08 W liegt in der Nähe des gemessenen Wertes unter I.) von 40,03 W.


Anhand der ermittelten k-Werten erkennen wir, dass der Wärmedurchgangskoeffizient k von den unterschiedlichen Verglasungen von Glas (1) bis hin zu Glas (4) abnimmt.

Somit ist die Energie die eingespart werden könnte, bei dem 3-fach-Glas mit Bedampfung (4) am höchsten.


Der Übergang von der Einfach- zur Doppelverglasung hat die größte Differenz (1,68 ) des k-Wertes. Von der Doppelverglasung zum 2-fach-Glas mit Bedampfung ist die Differenz ähnlich der vorherigen (1,40 ).

Die geringste Differenz liegt von dem 2-fach-Glas mit Bedampfung zum 3-fach-Glas mit Bedampfung vor (0,82 ).



Literaturverzeichnis


Taschenbuch der Physik

Horst Kuchling
19. Auflage, 2007, ISBN 978-3-446-41028-2


Website zum Physik Praktikum

Versuch zur Wärmedämmung und Heizleistung: “PHYWE” 4-1           SN 006                                   „PHYWE“ Order No
Versuch zur Wärmedämmung und Heizleistung: Somit sollten die k-Werte für die weitere Betrachtung eine gute Grundlage bilden

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