Analyse der Kundenbedürfnisse und Entwicklung von thermisch getrennten Profilen für Klimagerätgehäuse

Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht wie mit thermisch getrennten Profilen die Anforderungen an Rahmenkonstruktionen für raumlufttechnische Geräte erfüllt werden können. Im Kern dieser Arbeit steht die Erhöhung des Kältebrückenfaktors für eine Klassifizierung von mindestens TB2 nach EN 1886 und die Erhöhung der thermischen Isolation der Profile um im Betrieb auftretende Kondensation zu vermeiden und den Wärmeverlust gering zu halten. Es wird gezeigt, welche Auswirkungen die Verwendung eines verklebten Stahl-Kunststoffverbundes auf die thermischen und mechanischen Eigenschaften der Profile haben. Mit thermischen Modellen wie sie in der Norm EN 10077 für Fenster, Türen und Abschlüssen beschrieben sind, können passende Wärmeleitungssimulationen für raumlufttechnische Geräte erstellt werden. Mechanische Finite-Elemente-Modelle die ähnlich der Querzug und Längsschubprüfung nach EN 14024 sind, können für die Analyse des mechanischen Leistungsvermögens des Stahl-Kunststoffverbundes verwendet werden. Die Simulation eines Biegebalkenmodells lässt weitere Rückschlüsse auf die mechanischen Eigenschaften zu. Eine numerische Optimierung der Kunststoffkerne zeigt Geometrien mit reduziertem Querschnitt und vergleichbaren Festigkeiten gegenüber Erstkonstruktionen. Durch die Verwendung eines Kunststoffes mittlerer Wärmeleitfähigkeit lässt sich eine Klassifizierung von mindestens TB2 nach EN 1886 erreichen. Profile mit thermischer Trennung lassen dessen Verlustwärmestrom auf die Hälfte sinken. Die mechanischen Eigenschaften der thermisch getrennten Profile sind bei Verwendung offener Stahlschalen vergleichbar mit jenen der ursprünglich verwendeten Rohre.

The thesis in hand studies how profiles with thermal barrier can fulfill the requirements on frames for air handling units. At the center of this assay is the improvement of the thermal bridging factor to get a minimum classification of TB2 according to EN 1886 in order to avoid condensation and the increase of thermal insulation to reduce loss of heat. The effects on the thermal and mechanical properties of the objective profiles by the use of a bonded steel-plastic composite are shown here. Thermal models which are described in the standard EN 10077 for windows, doors and shutters, are also appropriate to issue thermal conduction simulations for air handling units. Mechanical finite element models which are similar to the lateral tension test and longitudinal shear test from EN 14024, are able to evaluate the mechanical performance of the steel-plastic composite. The simulation of a cantilever model is suitable to draw further conclusions about the mechanical properties. A numeric optimization of the plastic cores gives geometries with reduced surface areas and comparable strength in comparison to the first core versions. Due to the application of plastics with an average thermal conductivity it is possible to get a classification of TB2 corresponding to EN 1886. Profiles with thermal barrier can reduce the loss heat flow through the profiles by half. The mechanical features of thermally broken profiles with open inner and outer steel shells are comparable with those of the original.