Innovative Technologien zur Energieeinsparung und Verbesserung des thermischen Komforts
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Auswirkung NIR reflektierender Materialien und verschiedener Gläser Teil 1 Gerd Hugo IPS An der Point 7 86938 Schondorf, Februar 2010 Im vorliegenden Bericht werden die Ergebnisse von drei Messreihen zur Simulation der Aufheizung eines Fahrzeuginnenraumes bei Sonneneinstrahlung dargestellt. Die Versuche sollen die Temperaturentwicklung im Innenraum aufzeigen, wenn ein Fahrzeug eine Zeit lang in der Sonne steht. Dabei werden sowohl unterschiedliche Materialien im Innenraum der Boxen eingesetzt, wie auch die Ausführung der Verglasung variiert. Der Versuchsaufbau besteht aus zwei großen Glasboxen, bei denen innen Kunstleder auf Styropor ausgelegt wurde. Durch die geringere Größe der Glaskästen im Vergleich zu einem Auto, erwärmt sich der Innenraum schneller, aber der Effekt ist letztlich der gleiche. Die beiden Fotos zeigen den Versuchsaufbau. In der linken Glasbox wurde ein normales schwarzes Kunstleder und im rechten ein schwarzes Kunstleder der Cool Color Serie von Hornschuch ausgelegt. Die beiden Halogenstrahler haben eine Leistung von je 1000 W. Gemessen wird jeweils die Lufttemperatur TL im Glaskasten und die Oberflächentemperatur der schwarzen Kunstleder. Die Oberflächentemperatur der schwarzen Kunstleder wird berührungslos mit IR Strahlungsthermometern gemessen, die im Wellenlängenbereich 8 – 12 µm arbeiten. In den Messdiagrammen ist sie als TS dargestellt.
Das Diagramm auf der folgenden Seite zeigt die spektrale Reflexion der beiden Kunstleder im Wellenlängenbereich 400 bis 980 nm. Im sichtbaren Bereich bis etwa 700 nm sind beide Materialien mit einer Reflexion unter 10% optisch schwarz. Das normale schwarze Kunstleder bleibt auch darüber hinaus schwarz, also absorbierend. Das schwarze Kunstleder aus der Cool Color Serie von Hornschuch hat ab einer Wellenlänge von 720 nm eine Reflexion von etwa 80% und ist damit weiß bzw. reflektierend.
In einem ersten Versuch wurden die Halogenstrahler so ausgerichtet, dass sich auf der normalen schwarzen Kunstlederoberfläche eine Oberflächentemperatur von 80°C ausbildete. Diese Temperatur wird auf dunklen oder schwarzen Frontablagen im Auto unter Sonneneinstrahlung üblicherweise erreicht. Das folgende Diagramm zeigt die spektrale Reflexion des Normalglases.
Die folgende Messung zeigt, dass sich die Temperaturunterschiede zwischen den beiden Glasboxen relativ schnell einstellen. Nach etwa einer Stunde sind die Systeme im Gleichgewicht und es stellt sich keine weitere Veränderung ein. Die Lufttemperatur TL der Glasbox mit dem Cool Color Kunstleder ist 12,3 °C geringer als in der Glasbox mit normaler Oberfläche. Bei den Oberflächentemperaturen TS, also z. B. der Temperatur der Frontablage, ist der Unterschied noch größer. Während die Oberflächentemperatur des Standardkunstleders bei 80°C liegt, ist die Cool Color Oberfläche nur 57°C warm. Diese deutlich geringere Temperatur wirkt sich auch positiv auf die Lebensdauer der eingesetzten Materialien aus.
Bei dem zweiten Versuch wurden alle Seiten der Glasbox mit dem schwarzen Standardleder mit grün getönten Gläsern ausgestattet. Das Messdiagramm auf der nächsten Seite zeigt die spektrale Reflexion des Grünglases über einem weißen und schwarzen Untergrund. Da das Glas im sichtbaren Bereich eine deutlich geringere Transmission hat, als das vorher gezeigte Normalglas, stellt sich die Frage, ob dieses Glas überhaupt als Frontscheibe einsetzbar ist. Die hier beschriebenen Versuchsreihen implizieren jedoch, dass alle Scheiben eines Fahrzeuges mit dem jeweilig eingesetzten Glas ausgestattet sind, da das Fahrzeug beim Parken jede beliebige Position zur Sonne einnehmen kann. Die Messergebnisse des folgenden Diagramms treffen also nur zu, wenn auch die Frontscheibe eines Fahrzeuges mit dem Grünglas ausgestattet werden kann. Ist dies nicht der Fall, würden die Ergebnisse aus dem ersten Versuch mit Normalglas eher zutreffen.
Obwohl hier auch die Frontscheibe mit grün getöntem Glas versehen wurde, ist die Lufttemperatur in der Box mit Standardausrüstung 7,3°C höher als in der Box mit Cool Color Leder.
In einem dritten Versuch wurden alle Seiten der Glasbox mit Standardausrüstung mit einem NIR Reflexglas ausgestattet. Das folgende Diagramm zeigt die spektrale Reflexion des Reflexglases von 400 bis 980 nm. Neben der hohen Reflexion im nahen Infrarot des Spektrums ist aber auch erkennbar, dass die Transmission des Glases im sichtbaren Bereich bei weitem nicht so hoch ist, wie bei dem Normalglas.
Das Reflexglas besteht aus zwei Scheiben, zwischen die eine metallisch bedampfte oder gesputterte Kunststofffolie geklebt ist.
Vorausgesetzt, dass alle Scheiben eines Fahrzeuges mit dem NIR Reflexglas ausgestattet sind, stellen sich die im Messdiagramm dargestellten Temperaturen ein. Die Lufttemperatur der Glasbox mit Standardausrüstung ist nach etwa 2 Stunden unter Sonneneinstrahlung 2°C geringer als die der Box mit Cool Color Ausstattung. Aber auch hier gilt, es müssen alle Scheiben mit Reflexglas ausgestattet sein, sonst gehen die Ergebnisse bezüglich Innenraumtemperatur eher in Richtung des ersten Versuches mit Normalglas. Bei einer vollständigen Verglasung eines Fahrzeuges mit dem hier untersuchten NIR Reflexglas, würde der Innenraum des Fahrzeuges zum Faradayschen Käfig. Handys und auch die GPS Navigation arbeiten bei Frequenzen von 900, 1800 und 1900 MHz, bzw. 1200 und 1500 MHz. Die Schirmdämpfung des NIR Reflexglases wurde mit einem Hewlett Packard Messsender (1000 bis 2000 MHz) vermessen und lag bei – 30 bis -40 dB. Damit wäre ein Handyempfang oder die Nutzung eines GPS Navigationssystems ohne Außenantenne nicht möglich. Es stellt sich natürlich auch die Frage in welcher Relation die Kosten einer Gesamtverglasung mit NIR Reflexionsglas (plus Außenantenne) zum Effekt stehen. Bei dem hier beschriebenen, einfachen Versuchsaufbau wurden Kunstleder eingesetzt, da dies die einfachste Möglichkeit war, die beiden Glasboxen auszurüsten. Natürlich können alle Materialien im Innenraum eines Fahrzeuges, also auch Textilsitze und Plastikteile so ausgestattet werden, dass sie im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot reflektierend sind und damit, wie im ersten Versuch gezeigt, deutliche Temperaturabsenkungen im Vergleich zum derzeitigen Standard bewirken. Im Vergleich zu einer Gesamtverglasung mit NIR Reflexionsgrad, dürften die Mehrkosten hierfür deutlich geringer sein.
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