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Warum ein Plattengerät anschaffen?

Warum ein Dämm- oder Baustoffhersteller ein eigenes Wärmeleitfähigkeitsmessgerät benötigt und warum er sich für ein Plattengerät (guarded hot plate apparatus) gemäß EN 1946-2, ISO 8302, ASTM C177 und nicht für ein Wärmestrommessplattengerät (heat  flow meter) gemäß ISO 8301,  EN 1946-3  entscheiden sollte:

Gemäß der Anhänge A der Europäischen Dämmstoffproduktnormen EN 13163ff. muss man für die CE-Zertifizierung mindestens 10 Prüfergebnisse (davon müssen am Anfang lediglich 4 und dann jährlich nur einer aus der Fremdüberwachung sein) der Wärmeleitfähigkeit haben. Aus diesen Messwerten wird nach der Formel

 

Wie erreicht man ein kleines k?

Der Faktor k ist umso kleiner, je mehr Messungen man durchgeführt hat. Gemäß Tabelle A.1 der Europäischen Dämmstoffproduktnormen beträgt er bei der Mindestanzahl von 10 Messungen 2,07. Hat man aber 50 Messergebnisse, verringert sich k auf 1,56.

Produziert man z. B. den Typ EPS S (gemäß EN 13163) und hat bei der angestrebten Produkt­qualität 0,040 mit einem Wärmestrommessplattengerät (heat flow meter) gemäß ISO 8301, das bei einer max. Messabweichung von 2,5 % eine Standardabweichung der Wärmeleitfähigkeit sλ von 0,577 mW/(m∙K) erreicht, ein λmittel von 38 mW/(m∙K) ermittelt, ergibt sich allein durch diese höhere Messanzahl (nicht 10, sondern 50) ein um 0,74 % geringerer (besserer) Wert.

λmittel

k

sλ

λ90,90

Δλ90,90

Verbesserung in %

38

2,07

0,577

39,19

 

 

38

1,56

0,577

38,90

-0,29

-0,74

Lässt man diese Messungen für alle produzierten Produkte außer Haus durchführen, kostet das mehr als ca 35…40.000 € der Preis für ein hochwertiges Plattengerät (guarded hot plate apparatus) gemäß ISO 8302.

 

Wie erreicht man ein kleines sλ?

Nutzt man für diese Messungen kein Wärmestrommessplattengerät (heat flow meter) gemäß ISO 8301, sondern ein hochwertiges Plattengerät (guarded hot plate apparatus) gemäß ISO 8302 wie unser Wärmeleitfähigkeitsmessgerät λ-Meter EP500e, das eine maximale Messabweichung von 1 % garantiert, eine durchschnittliche Messabweichung von 0,7 % hat und damit eine Standardabweichung der Wärmeleitfähigkeit sλ von 0,129 mW/(m∙K) erreicht, ergibt sich durch diese höhere Messgenauigkeit bei einem gleichen λmittel von 38 mW/(m∙K) ein um 2,53 % geringerer (besserer) Wert

λmittel

k

sλ

λ90,90

Δλ90,90

Verbesserung in %

38

2,07

0,577

39,19

 

 

38

1,56

0,129

38,20

-0,99

-2,53

 

Welche Kosteneinsparungen kann z.B. ein EPS-Hersteller damit erreichen?

Wie das Diagramm der Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Rohdichte zeigt, kann man im dargestellten Beispiel die Rohdichte bei der Produktion um ca 0,7 kg/m³ verringern (von 14,6 auf 13,9 kg/m³).

Bereits bei einer Jahresproduktion von 30.000 und einem Kilopreis von ca. 1,70 € für das Granulat wären das eingesparte Kosten von ca. 35.700 € pro Jahr! Und für dieses Geld bekommt man bereits ein (normgerechtes und hochgenaues) Plattengerät (guarded hot plate apparatus), wie das Wärmeleitfähigkeitsmessgerät λ-Meter EP500e!

Ist bei EPS hingegen die Druckspannung als Zielgröße Priorität, so ist die Rohdichte hierdurch nach unten begrenzt. Dennoch bringen auch hier viele präzise Messungen einen wesentlichen Vorteil für den Hersteller. Er erreicht nämlich einen besseren Nennwert der Wärmeleitfähigkeit als ein anderer Hersteller ohne eigenes oder mit einem ungenauen Wärmeleitfähigkeitsmessgerät.

EPS 100 wird oft in verbesserter Wärmeleitfähigkeit verlangt, z. B. mit 0,035 W/m·K. Ein Hersteller mit einem genauen Wärmeleitfähigkeitsmessgerät kann bei diesem Produkt, welches üblicherweise mit Rohdichten zwischen 23 und 26 kg/m³ geschäumt wird, an den unteren Bereich gehen und damit Materialkosten sparen.

Das Erfolgsprodukt Neopor bzw. Lambdapor, das sich ausschließlich durch die verbesserte Wärmeleitfähigkeit auszeichnet und überall dort eingesetzt wird, wo für größere Dämmdicken nicht genügend Platz ist, kann ohne hochgenaue Wärmeleitfähigkeitmessungen nicht wirtschaftlich hergestellt werden.

Ähnliches gilt auch bei Mineralwolle und anderen Dämmstoffen.

Warum ergibt das Messprinzip eines Plattengerätes eine höhere Messgenauigkeit als das eines Wärmestrommessplattengerätes?

Ein Wärmestrommessplattengerät (heat flow meter) muss durch den Nutzer kalibriert werden. Das muss oftmals wiederholt erfolgen! Und da auch für das Kalibriernormal kein absolut fehlerfreier Messwert bestimmt werden kann, wird dessen Messfehler beim Kalibrieren in das Wärmestrommessplattengerät „mit eingebaut“. In der EN 12667 ist deshalb im Punkt 9.q festgelegt:

Ein Wärmestrommessplattengerät (heat flow meter) verfügt über einen Sensor, der eine elektrische Spannung als Funktion des Wärmestromes liefert, der bei den Oberflächentemperaturen und der Probendicke, durch die Probe fließt und bestimmt daraus die Wärmeleitfähigkeit, wobei es eine lineare Abhängigkeit des Sensorsignals von der Messtemperatur (mittlere Temperatur des Gerätes) und der Wärmestromdichte voraussetzt.

Das Sensorsignal ist aber nicht exakt linear von der Messtemperatur und der Wärmestromdichte und damit von der Wärmeleitfähigkeit und der Probendicke abhängig. In der EN 12667 ist deshalb im Punkt 5.3.4. festgelegt:

Und da diese lineare Abhängigkeit nicht besteht, ist die Messgenauigkeit eines Wärmestrommessplattengerätes umso besser, je ähnlicher die zur Kalibrierung verwendete Probe in Wärmeleitfähigkeit und Dicke mit der zu messenden Probe übereinstimmt. Oder im Umkehrschluss ist die Messabweichung umso größer, je unähnlicher sich Kalibriernormal und Probe sind. Und Kalibriernormale gibt es nur aus schwerer Mineralwolle und "weißem" EPS hoher Rohdichte!

Das belegt, dass leider nicht alle Aussagen unserer Mitbewerber seriös sind. Wenn z. B. im (uns vorliegenden!) Prospekt eines Herstellers von Wärmestrommessplattengeräten behauptet wird, die Messgenauigkeit ist besser als 1 %, ist das fachlicher Unsinn! Denn von der zur Kalibrierung verwendeten Probe kann die Wärmeleitfähigkeit nicht genauer als 1 % bekannt sein und dazu kommt noch die gesamte Messunsicherheit des Wärmestrommessplattengerätes!

Selbst das FIW München ‒ sicher eine der anerkanntesten Prüfanstalten Europas ‒ garantiert für ihre Messwerte nur eine Messgenauigkeit von ±2 %!

Ein Plattengerät (guarded hot plate apparatus), wie das Wärmeleitfähigkeitsmessgerät λ-Meter EP500e, misst die Energie, die bei den definierten Oberflächentemperaturen und der Probendicke durch die Probe fließt und berechnet aus diesen Werten stoff- und dickenunabhängig direkt die Wärmeleitfähigkeit (thermal conductivity) bzw. den Wärmedurchlasswiderstand (thermal resistance) und damit den k-Wert bzw. den U-Wert. Es muss nicht kalibriert werden (siehe dazu EN 12667 Seite 19 Punkt q) und ist so langzeitstabil, dass auch nach Jahren keine Abweichungen feststellbar sind!

Ein modernes Plattengerät, wie das Wärmeleitfähigkeitsmessgerät λ-Meter EP500e, benötigt keine längeren Messzeiten als ein Wärmestrommessplattengerät, erfordert nur einen minimalen Bedienaufwand, kein besonders qualifiziertes Personal und bietet einen Komfort und Möglichkeiten der Messwertverarbeitung, wie es von keinem anderen Gerät erreicht wird.

Das Wärmeleitfähigkeitsmessgerät λ-Meter EP500e misst die Wärmeleitfähigkeit exakt bei der gewünschten Messtemperatur! Es erfolgt also nicht, wie bei Plattengeräten sonst üblich, beim Erreichen eines annähernd stationären thermischen Zustandes in der Probe ein Abschalten der Regelung und damit ein Einpendeln auf eine Messtemperatur, die meist etwas abweichend von der gewünschten ist.

Für die Bestimmung von λ10 ist also nur eine einzige Messung erforderlich und keine Messreihe bei drei verschiedenen Temperaturen, wie bei anderen Plattengeräten.

Deshalb sollte man sich für ein Plattengerät (guarded hot plate apparatus) gemäß EN 1946-2, ISO 8302, ASTM C177 und nicht für ein Wärmestrommessplattengerät (heat flow meter) gemäß ISO 8301, EN 1946-3 entscheiden ‒ auch wenn diese Geräte billiger sind!

Billiggeräte sind ausnahmslos Wärmestrommessplattengeräte und meist auch nur für geringe Probendicken (50 mm oder gar noch dünner) ausgelegt. Dadurch können Inhomogenitäten in der Probe (wie z. B. bei Mineralwolle geringer Rohdichte) zu Messabweichungen führen. Bei EPS, insbesondere geringer Rohdichte, gibt es bei dünnen Proben zusätzliche Messabweichungen durch die Erfassung der Strahlungswärme. Die Abweichungen sind um so größer, je dünner die Probe und je geringer die Rohdichte ist. Bei einer 20 mm dicken Probe mit einer Rohdichte von ca. 12 kg/m³ (λ10 = 0,046 W/(m∙K)) verursacht die Strahlungswärme z. B. eine Abweichung von 10 %! Selbst bei 50 mm dickem 040er Material 10 = 0,040 W/(m∙K)) sind es schon 3 %! Zur Korrektur dieser Abweichungen enthält die EN 13163 im Anhang B die Tabelle B.3. Diese Korrekturfaktoren sind aber Durchschnittswerte, die aus über 30 Jahre zurückliegenden Messungen bestimmt wurden und nicht mehr den jetzigen Bedingungen entsprechen. Da eine Korrektur mit diesen Faktoren meist eine zu hohe Wärmeleitfähigkeit ergibt, sollte man deshalb von EPS geringer Rohdichte größere Dicken messen (zumindest die tatsächliche Dicke des Produktes).

Billiggeräte werben zudem oft unverfroren mit einer hohen Messgenauigkeit (siehe oben) die nicht einmal eine renommierte Prüfanstalt für sich beansprucht.

Billiger als Plattengeräte (guarded hot plate apparatus) sind auch instationäre Messverfahren, die bei EPS für die Eigenüberwachung (werkseigene Produktionskontrolle) gemäß Anhang B der Europäischen Dämmstoffproduktnorm EN 13163 momentan noch zulässig sind.

Es ist unwirtschaftlich, für die Eigenüberwachung (werkseigene Produktionskontrolle) ein anderes als ein Plattengerät (guarded hot plate apparatus) einzusetzen. Denn wenn man ein normgerechtes und genaues Gerät verwendet, kann man die erzielten Messergebnisse auch für die Bestimmung des Nennwertes der Wärmeleitfähigkeit λD nutzen und erreicht so (ohne technologischen Aufwand oder höheren Materialeinsatz) allein durch mehr und genaue Messwerte einen besseren (geringeren) Nennwert der Wärmeleitfähigkeit λD.

Das bedeutet eine höhere Produktqualität (geringere Wärmeleitfähigkeit), für die man ev. auch einen besseren Preis erzielt. Oder man kann bei Einhaltung einer angestrebten Produktqualität (Wärmeleitfähigkeit) den Materialeinsatz und damit die Kosten reduzieren.