Wärmeleitfähigkeiten von Dämmstoffen, die mit verschiedenen Verfahren gemessen wurden, zeigen in vielen Fällen Differenzen, deren Ursachen bisher nicht eindeutig geklärt werden konnten. In der Arbeit werden die Ergebnisse der systematischen experimentellen Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von isotropen und anisotropen Dämmstoffen mit verschiedenen stationären und instationären Messverfahren im Temperaturbereich 20 – 1200 °C dargestellt. Mit Hilfe numerischer Simulationsmodelle werden Fehlerquellen an ausgewählten stationären Messapparaturen analysiert. Unter Beachtung materialbedingter Schwankungen und von Veränderungen der Materialien unter Temperaturbelastung zeigen sich beim Vergleich der Messergebnisse keine systematischen Unterschiede zwischen den verwendeten Verfahren. Es werden Empfehlungen zur Auswahl geeigneter Messverfahren abgeleitet, die neben der Probenpräparation speziell die Isotropie / Anisotropie der verschiedenen Dämmstoffe berücksichtigen.

In porösen Dämmstoffen können Dämpfe bei Unterschreitung der Taupunkttemperatur kondensieren. Durch das entstehende Kondensat verändert sich u.a. das Temperaturfeld im porösen Dämmstoff. Die Kondensation wird normalerweise an der Wandaußenseite beginnen. Hierbei sind Schäden an den tragenden Elementen des Ofens zu erwarten. Durch entstehendes Kondensat werden außerdem die wärmetechnischen Eigenschaften des Dämmmaterials verändert. Der Dampftransport im Dämmmaterial findet auf verschiedene Weise statt. Die Hauptmechanismen sind Diffusion sowie Strömung. Poröse Dämmstoffe wie z.B. Fasermaterialien setzen dem Transport des Dampfes nur einen sehr geringen Widerstand entgegen. Bei der Diffusion liegen die Diffusionskoeffizienten in der gleichen Größenordnung wie die der reinen Gase. Der Dampftransport ist dementsprechend schnell. Die Menge des anfallenden Kondensats kann abgeschätzt werden.

In porösen Dämmstoffen können Dämpfe bei Unterschreitung der Taupunkttemperatur kondensieren. Durch das entstehende Kondensat verändert sich u.a. das Temperaturfeld im porösen Dämmstoff. Die Kondensation wird normalerweise an der Wandaußenseite beginnen. Hierbei sind Schäden an den tragenden Elementen des Ofens zu erwarten. Durch entstehendes Kondensat werden außerdem die wärmetechnischen Eigenschaften des Dämmmaterials verändert. Der Dampftransport im Dämmmaterial findet auf verschiedene Weise statt. Die Hauptmechanismen sind Diffusion sowie Strömung. Poröse Dämmstoffe wie z.B. Fasermaterialien setzen dem Transport des Dampfes nur einen sehr geringen Widerstand entgegen. Bei der Diffusion liegen die Diffusionskoeffizienten in der gleichen Größenordnung wie die der reinen Gase. Der Dampftransport ist dementsprechend schnell. Die Menge des anfallenden Kondensats kann abgeschätzt werden.

Wärmeleitfähigkeiten von Dämmstoffen, die mit verschiedenen Verfahren gemessen wurden, zeigen in vielen Fällen Differenzen, deren Ursachen bisher nicht eindeutig geklärt werden konnten. In der Arbeit werden die Ergebnisse der systematischen experimentellen Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von isotropen und anisotropen Dämmstoffen mit verschiedenen stationären und instationären Messverfahren im Temperaturbereich 20 – 1200 °C dargestellt. Mit Hilfe numerischer Simulationsmodelle werden Fehlerquellen an ausgewählten stationären Messapparaturen analysiert. Unter Beachtung materialbedingter Schwankungen und von Veränderungen der Materialien unter Temperaturbelastung zeigen sich beim Vergleich der Messergebnisse keine systematischen Unterschiede zwischen den verwendeten Verfahren. Es werden Empfehlungen zur Auswahl geeigneter Messverfahren abgeleitet, die neben der Probenpräparation speziell die Isotropie / Anisotropie der verschiedenen Dämmstoffe berücksichtigen.

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Erarbeitung von Verfahrenskonzepten zur stofflichen Nutzung von Fichtenrinde und im Nachweis deren technischer Realisierbarkeit. Dabei wurden drei Verfahrensvarianten zur Herstellung eines festen Rindenwerkstoffes mit guter Dämmwirkung, einem schüttfähigen Dämmstoff in Form von Pellets und Granulaten und einem Werkstoff mit hoher Festigkeit und Oberflächengüte erarbeitet. Zu Beginn der Arbeit wurden Qualitätsziele der Produktkennwerte formuliert, die für Rindenprodukte bisher nicht erreichbar waren. Diese sollten trotz der Maßgabe, auf synthetische Bindemittel zu verzichten, erreicht werden. Die konsequente Anwendung verfahrenstechnischer Grundoperationen mit bewährten Apparaten, erweitert durch ein neues System aus Heizung und Kühlung während der Pressverdichtung, ermöglichten das Erreichen und zum Teil Übertreffen der geforderten Qualitätsziele. Die technische, aber auch wirtschaftliche Umsetzung ist möglich.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchung der gekoppelten Einflüsse ‎von Gasart, Porengröße und Porengrößenverteilung auf die effektive ‎Wärmeleitfähigkeit nicht-durchströmter poröser Materialien (Dämmstoffe). Diese ‎Zusammenhänge sind bisher nur ansatzweise bekannt und für eine spätere ‎praktische Anwendung von zunehmend großer Bedeutung. Um dies zu erreichen ‎wurden 12 verschiedene hoch poröse Materialien (Porosität höher als 70 %) ‎ausgewählt, die unterschiedlichen Porengrößenverteilungen im Makro- Mikro- und ‎Nanobereich haben. Die effektive Wärmeleitfähigkeit wurde hauptsachlich in zwei ‎unterschiedlichen Messverfahren untersucht. Die Messungen erfolgt bei normalem ‎Druck in vier Gas Atmosphären ‎(Kr, Ar, N2 and He) bei Temperaturen bis maximal 900 °C. Kritische Analyse zum ‎jeweiligen Messverfahren und Auswertungsalgorithmus wurden durchgeführt. Ein ‎mathematisches Model basiert auf die Porengrößenverteilung mit Berücksichtigung ‎des Knudsen Effekts wurde entwickelt um die Änderung der effektiven ‎Wärmeleitfähigkeit beim Wechsel der Gas Atmosphäre auszuwerten. Diese führt zu ‎besser Ergebnisse als die ausgewertet Ergebnisse von den vorhandenen Modellen ‎aus der Literatur. ‎ / In the present work, the influences of exchanging the filling gas accompanied with Knudsen effect on effective thermal conductivity were investigated with experiments and physical mathematical modeling. This work is thought to be the first intensive study in this area of the research, which includes twelve different porous insulation materials. Analysis of the huge number of experimental results leaded to new observations regarding various coupling effects. An improved model for predicting the change in effective thermal conductivity due to exchanging the filling gas has been developed with regards to the Knudsen effect based on models for rarefied gases and parallel arrangements models for effective thermal conductivity.

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Erarbeitung von Verfahrenskonzepten zur stofflichen Nutzung von Fichtenrinde und im Nachweis deren technischer Realisierbarkeit. Dabei wurden drei Verfahrensvarianten zur Herstellung eines festen Rindenwerkstoffes mit guter Dämmwirkung, einem schüttfähigen Dämmstoff in Form von Pellets und Granulaten und einem Werkstoff mit hoher Festigkeit und Oberflächengüte erarbeitet. Zu Beginn der Arbeit wurden Qualitätsziele der Produktkennwerte formuliert, die für Rindenprodukte bisher nicht erreichbar waren. Diese sollten trotz der Maßgabe, auf synthetische Bindemittel zu verzichten, erreicht werden. Die konsequente Anwendung verfahrenstechnischer Grundoperationen mit bewährten Apparaten, erweitert durch ein neues System aus Heizung und Kühlung während der Pressverdichtung, ermöglichten das Erreichen und zum Teil Übertreffen der geforderten Qualitätsziele. Die technische, aber auch wirtschaftliche Umsetzung ist möglich.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchung der gekoppelten Einflüsse ‎von Gasart, Porengröße und Porengrößenverteilung auf die effektive ‎Wärmeleitfähigkeit nicht-durchströmter poröser Materialien (Dämmstoffe). Diese ‎Zusammenhänge sind bisher nur ansatzweise bekannt und für eine spätere ‎praktische Anwendung von zunehmend großer Bedeutung. Um dies zu erreichen ‎wurden 12 verschiedene hoch poröse Materialien (Porosität höher als 70 %) ‎ausgewählt, die unterschiedlichen Porengrößenverteilungen im Makro- Mikro- und ‎Nanobereich haben. Die effektive Wärmeleitfähigkeit wurde hauptsachlich in zwei ‎unterschiedlichen Messverfahren untersucht. Die Messungen erfolgt bei normalem ‎Druck in vier Gas Atmosphären ‎(Kr, Ar, N2 and He) bei Temperaturen bis maximal 900 °C. Kritische Analyse zum ‎jeweiligen Messverfahren und Auswertungsalgorithmus wurden durchgeführt. Ein ‎mathematisches Model basiert auf die Porengrößenverteilung mit Berücksichtigung ‎des Knudsen Effekts wurde entwickelt um die Änderung der effektiven ‎Wärmeleitfähigkeit beim Wechsel der Gas Atmosphäre auszuwerten. Diese führt zu ‎besser Ergebnisse als die ausgewertet Ergebnisse von den vorhandenen Modellen ‎aus der Literatur. ‎ / In the present work, the influences of exchanging the filling gas accompanied with Knudsen effect on effective thermal conductivity were investigated with experiments and physical mathematical modeling. This work is thought to be the first intensive study in this area of the research, which includes twelve different porous insulation materials. Analysis of the huge number of experimental results leaded to new observations regarding various coupling effects. An improved model for predicting the change in effective thermal conductivity due to exchanging the filling gas has been developed with regards to the Knudsen effect based on models for rarefied gases and parallel arrangements models for effective thermal conductivity.

Der thermische Akkommodationskoeffizient α spielt als Teil der effektiven Wärmeleitfähigkeit von hochporösen Dämmstoffen (basierend auf SiO2 oder CaSiO3) eine nicht zu unterschätzende Rolle beim Wärmetransport. In vorhandenen Modellen zur Bestimmung der effektiven Wärmeleitfähigkeit wird er häufig, jedoch nicht bewiesen mit α = 1 für Gase wie Argon oder Stickstoff bzw. α = 0,3 für Helium angenommen. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, jene Annahme zu überprüfen als auch erstmalig α an CaSiO3 zu bestimmen. Dazu wurde eine eigens entwickelte Versuchsapparatur ähnlich einer Guarded-Hot-Plate aufgebaut und umfangreich mit Literaturdaten kalibriert. Die bisher allgemein gültige Annahme konnte für beide Materialien mit Argon, Stickstoff und Helium experimentell verifiziert und damit die Gültigkeit vorhandener Modelle zur Bestimmung der effektiven Wärmeleitfähigkeit unterstrichen werden. Parallel dazu wurde kooperativ eine Molekulardynamik Simulation durchgeführt, wodurch die Messergebnisse ebenfalls bestätigt werden konnten.