Wärmeleitfähigkeit von Bettungsmaterial optimieren

Wir messen die Wärmeleitfähigkeit bzw. den thermischen Widerstand von Hinterfüllungen und Bettungsmaterialien für Kabeltrassen und geothermische Anwendungen wie Erdwärmesonden in Abhängigkeit von Feuchtegehalt und Verdichtungsgrad und ermitteln Möglichkeiten zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften eines gegebenen Materials.

Materialzusammensetzung

Bettungsmaterialien bestehen aus einem festen Kornanteil (Matrix) und dem Porenraum. Die höchste Matrix-Wärmeleitfähigkeit natürlicher Materialien hat reiner Quarzsand mit 6.5 bis 12.5 W/mK, Kalksand liegt deutlich darunter. Kalk- bzw. Quarzanteil beeinflussen daher die Eignung als Bettungsmaterial. Wärmeleitfähigkeitsmessungen bieten eine Entscheidungsgrundlage zur Auswahl eines Materials.

Zuschlagstoffe

Zuschlagstoffe wie Zement oder Bentonit erhöhen zwar die Dichte, weisen aber i. d. R. eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit auf als Quarzsand und können daher die Wärmeleitfähigkeit sogar verringern. Wärmeleitfähigkeitsmessungen helfen bei der Entscheidung, ob und welche Zuschlagstoffe im konkreten Fall sinnvoll sind.

Kornverteilung und Verdichtungsgrad

Die Kornverteilung bestimmt, wie gut sich ein Sand verdichten läßt. Die beste Verdichtung und damit die höchste Wärmeleitfähigkeit erzielt man mit einer weitgestuften Kornverteilung mit hohem Ungleichförmigkeitsgrad. Mit feinkörnigen Materialien ohne Grobanteil lassen sich keine hohen Wärmeleitfähigkeiten erzielen. Die Messung der Wärmeleitfähigkeit von Bettungsmaterialien muss immer bei dem Verdichtungsgrad erfolgen, der später auch beim Einbau verwendet werden soll.

Feuchtegehalt

Da der Wassergehalt einen erheblichen Einfluß auf die Wärmeleitfähigkeit hat, muß entweder die Abhängigkeit vom Wassergehalt durch Messungen bei mehreren Feuchtegehalten erfaßt werden, oder es wird der Worst Case gemessen (d. h. der maximale thermische Widerstand, der im vollkommen ausgetrockneten Zustand erreicht wird).

Unsere Dienstleistung

Sie liefern uns entweder fertige Proben mit dem gewünschten Verdichtungsgrad oder die Grundmaterialien und wir stellen die Proben selbst her. Wir messen die Wärmeleitfähigkeit mindestens im vollständig trockenen Zustand (niedrigster Wert) oder bei verschiedenen Wassergehalten in Absprache mit dem Auftraggeber. Dazu werden die Proben nach der Herstellung zuerst vollständig gesättigt und die Wärmeleitfähigkeit gemessen. Dann werden die Proben sukzessive im Trockenofen getrocknet und weitere Wärmeleitfähigkeitsmessungen bei verschiedenen Feuchtegehalten durchgeführt.