FTI 2022 WFN 0049
Abstract
Im Projekt „Intrinsische Taupunktheizung“ ist ein sensor- und regelungsfreies flexibles textiles Heizsystem zur Mauerwerkstrocknung entwickelt worden.
Aufgabenstellung
Die selbstregulierende textile Taupunktheizung soll nur heizen, wenn an der Wand der Taupunkt unterschritten wird. Die textile Heizung benötigt dafür keine elektronische Regelung. Der Heizleiter ist das Wasser, welches sich bei Taupunktunterschreitung in der textilen Heizungsstruktur niederschlägt. Die Leitfähigkeit des Tauwassers wird mit einer elektrolytischen Textilausrüstung eingestellt.
Lösungsweg
Technische Grundlage der textilen Heizfläche ist eine Interdigitalstruktur, welche mit Wechselspannung beaufschlagt wird. Durch eine Feuchteabscheidung auf der Fläche verändert sich der Widerstand zwischen den mit Spannung beauflagten Fäden der gewebten Interdigitalstruktur (Abbildung 1).
Abbildung 1: Schematische Darstellung der textilen Taupunktheizung = selbstregulierende Heizung zur Trocknung und zur Vermeidung von Bauschäden
Über die aus korrosionsstabilen Garnen (Stahlfasergarn Bekinox, Edelstahldrähte) gewebte Interdigitalstruktur muss dabei nur eine Kleinspannung in Form einer Wechselspannung angelegt werden. Die spannungszuführenden Elektroden, über die größere Ströme fließen, werden mit strombelastbaren CuAg-Litzen realisiert. Sie müssen zum Korrosionsschutz vor Feuchtigkeitseinwirkung geschützt werden. Abbildung 2 zeigt ein Heizgewebe, bei dem die Spannungszuführung auf einer Gewebeseite realisiert ist.
Abbildung 2: Heizgewebe
Im Projekt ist ein Versuchsaufbau zur Simulation der durch Taupunktunterschreitung entstehenden Wandfeuchte entwickelt worden. Bei diesem wird eine Aluminiumplatte durch 2 Peltierelemente gekühlt, so dass sich bei Taupunktunterschreitung Feuchtigkeit auf der Aluminiumplatte ausbildet. Die entstehende Wärme auf der anderen Seite der Peltierelemente wird mit einem CPU-Kühler abgeführt.
Somit steht ein funktionsfähiger Simulator für die Wandfeuchtigkeit zur Verfügung, der für die Untersuchungen der im Projekt entwickelten Heizgewebe verwendet wurde. Bei den Versuchen sind die Messwerte optisch mit einer Kamera aufgezeichnet worden. Somit können alle Messwerte am PC erfasst und ausgewertet werden. Abbildung 3 zeigt den finalen Versuchsaufbau.
Abbildung 3: Versuchsaufbau Simulation WandfeuchteMit dem Simulator sind Untersuchungen mit verschiedenen elektrolytisch und hydrophil ausgerüsteten Heizgeweben durchgeführt worden.
Aus den gemessenen Strömen kann die Flächenheizleistung in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt werden. Diagramm 1 zeigt beispielhaft das Heiz- und Regelverhalten einer mit NaCl ausgerüsteten Taupunktheizung. Die Heizung ist nach 25 Minuten Feuchtigkeitsbelastung bei einer Temperatur von 9 °C auf dem Aluminiumblech eingeschaltet worden.
Diagramm 1: Flächenheizleistung der TaupunktheizungEs zeigt sich anfangs eine hohe Flächenheizleistung von fast 400 W/m², die innerhalb weniger Sekunden auf ca. 40 W/m² absinkt.
Aus den Simulationsrechnungen und den ermittelten Messwerten kann der notwendige Elektrolytgehalt NaCl zum Erreichen der gewünschten Heizleistung ermittelt werden. In Diagramm 2 ist die Flächenheizleistung in Abhängigkeit von der Kochsalzkonzentration bei einem Abstand der Interdigitalelektroden von 5 mm im Detail dargestellt.
Diagramm 2: Flächenleistung in Abhängigkeit der NaCl-Beauflagung in Milligramm pro QuadratmeterDer notwendige Elektrolytgehalt NaCl beträgt bei einem Abstand der Heizelektroden von 5 mm ca. 25–45 mg/m², um eine Heizleistung von 100–200 W/m² zu erzielen.
Ergebnis und Anwendungen
Im Projekt „Intrinsische Taupunktheizung“ wurde nachgewiesen, dass mit gewebten Interdigitalstrukturen selbstregulierende textile Taupunktheizungen realisiert werden können, bei denen keine zusätzlichen elektronischen Regelungen notwendig sind und die mit Kleinspannungen betrieben werden können. Somit können kostengünstig Schädigungen an der Bausubstanz und Schimmelbildung durch Tauwasser verhindert werden.
Ansprechpartner
Dr. Andreas Neudeck
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Das diesen Ergebnissen zugrundeliegende Vorhaben wurde vom Freistaat Thüringen unter der Nummer 2022 WFN 0049 gefördert und durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert.
