Messverfahren zur Ermittlung des Strahlungswirkungsgrades von ...

Picture 2 Measuring system of a radiant heaterBild 1 Kalibrierung des RadiometersPicture 1 Calibration of the radiometerZur Kalibrierung wird bei einer bestimmtenAbschattfrequenz und Temperatur dieverstärkte Ausgangsspannung despyroelektrischen Sensors aufgezeichnet. DasRadiometer wird dabei mit Hilfe der Kühlungauf 20 °C gehalten, so dass einStrahlungsfluss stattfindet.Die so ermittelte Spannungsfunktion inAbhängigkeit der Temperatur wächstexponentiell und wird bei der Umrechnungder gemessenen Spannung in dieäquivalente Strahlungsleistung E verwendet.2. MessdurchführungIn der Messhalle der DVGW Forschungsstellewerden die Heizstrahler in einer Messhöhevon ca. 1,5 m nach Herstellerangabenaufgehängt. Die Strahlungsmessung mit demRadiometer erfolgt auf einer Messebene ineinem Abstand von 0,1 m (Konvention)unterhalb der Bezugsebene des Strahlers(Bild 2). Die Fläche wird dabei so großgewählt, dass die gemessene Spannung anden Rändern weniger als 1% des maximalenSpannungsmesswertes der Strahlungbeträgt.Das Raster der Messpunkte wurde empirischauf 0,1 m in der Breite und Länge festgelegt.Auf einem Gestell wird mit dem Radiometernacheinander jeder Punkt angefahren undein Spannungsmesswert aufgezeichnet.Dieser wird als Mittelwert von dreiSpannungswerten mit dem dazugehörigenTemperaturwert in einer Tabellenmatrixgespeichert. Die Messwerte des Radiometerswerden über eine digitale Messwerterfassungmit einem PC aufgenommen.Erst wenn sich das zu prüfende Gerät ineinem stationären Zustand befindet und einekonstante Wärmebelastung Q M [kW](gemessen nach EN 416-2 Abschnitt7.2.2.4.3) aufweist, so kann die Messung derStrahlungsleistung beginnen.3. Auswertung der MesswerteZunächst besteht die Matrix noch aus Wertenbestimmter Spannungen. Zur Bestimmungder gesamten Bestrahlungsstärke werdenzuerst vier benachbarteSpannungsmesswerte zusammengefasst undgemittelt. Dies dient der Einbeziehung vonniedrigen Randwerten und der Bestimmungdes Wertes einer Fläche von einem dm². Esfällt somit eine Spalte und eine Reihe derMesswerte in der Matrix weg. Die gemitteltenSpannungsmesswerte werden dann mit Hilfeder Umkehrfunktion der eingangs bestimmtenSpannungsfunktion in Temperaturen derentsprechenden schwarzen Strahlungüberführt. Mit diesen Temperaturen in °Cergeben sich aus der GleichungE = σ ⋅ ((273 + T )4 −2934)nach Stefan-Boltzmann die äquivalenteStrahlungsenergien E [W/dm²] bei 20 °C. DieSumme der einzelnenStrahlungsenergieflächen mal 100 dm² ergibtdann die abgegebene Strahlungsenergie Q Sin Watt. Der Strahlungswirkungsgrad des zuprüfenden Gerätes berechnet sichschlussendlich aus der GleichungBild 2 Messaufbau eines DunkelstrahlersabgegebeneStrahlungsenergieQ=aufgenommeneEnergieQM[%]Sη .DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut der Universität Karlsruhe (TH) · Prüflaboratorium Gaswww.dvgw-ebi.de

Bei Dunkelstrahlern verschiedener Bauartergibt sich so ein Strahlungswirkungsgradzwischen 50% und 70%.Die erzielten Messergebnisse lassen sichdann auch grafisch sehr gut auswerten. Zuerkennen sind die Rohrführungen bei U-Rohren, Aufhängungen oderWärmestromumlenkungen (Bild 3). Dabeiwurde festgestellt: Je größer die gesamteMessfläche ist, desto kleiner wird der Einflussder Messungenauigkeit. An denRandbereichen tritt die größte Ungenauigkeitauf, da die Kalibrierkurve nur sehr langsamsteigt. Entscheidend für die Berechnung desWirkungsgrades sind also die hohenStrahlstärken.In weiteren Versuchen wurden dieStrahlungseigenschaften bei Dunkelstrahlernmit verschiedenen Reflektormaterialienuntersucht. Es zeigte sich, dass z.B. beiAluminium- oder Edelstahlreflektoren sich nurgeringe Vorteile für die zweitgenanntenergeben.Hingegen ergaben Messungen von Gerätenmit und ohne isolierter Reflektoren merklicheUnterschiede in der nach untenabgegebenen Strahlung und damit auch imGesamtwirkungsgrad.von Messungenauigkeiten die Ergebnissebestätigt haben.[1] Krisch, Willi: Entwicklung eines Verfahrenszur Messung der Strahlungswirkungsgradesvon gasbetriebenen Infrarotstrahlern, gwfGas-Erdgas (1995) Nr.4, S. 165-172[2] Ulbrichtkugel: Bauelement dertechnischen Optik. Sie dient zum erzeugendiffuser Strahlung aus gerichteter Strahlungoder zur Integration des Lichtes starkdivergenter Quellen. Sie ermöglichtverschiedene Lichtquellen zu vermessen,ohne dass durch deren Richtcharakteristik dieMessungen verfälscht werden:de.wikipedia.org/wiki/Ulbrichtkugel (2006)[3] Deutsche Fassung DIN EN 416-2:Gasgeräte-Heizstrahler - Dunkelstrahler miteinem Brenner mit Gebläse für gewerblicheund industrielle Anwendung - Teil 2:Rationelle EnergienutzungVerfasser:Bild 3 Spannungsmesswerte eines DunkelstrahlersPicture 2 Measured voltage of a radiant heaterDie in der DVGW Forschungsstelle erzieltenErgebnisse sind nicht nur untereinandervergleichbar und reproduzierbar, sondernsind auch mit anderen Messverfahrenverglichen worden, wobei sich unter AbzugDVGW-ForschungsstellePrüflaboratorium GasEine Einrichtung des DVGWDeutsche Vereinigung des GasundWasserfaches e.V.und der Universität Karlsruhe (TH)Adresse:Engler-Bunte-Ring 1-7D-76131 KarlsruheTel: +49 721 96402-40Fax:+49 721 96402-99http://www.dvgw-ebi.deDVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut der Universität Karlsruhe (TH) · Prüflaboratorium Gaswww.dvgw-ebi.de