Abstract
Energy conservation in buildings, in particular in underground constructions, is strongly affected by the thermal properties of the soil surrounding such buildings.
Experimental results of thermal conductivity studies of different soils are reported based on a quasisteady method [1]. The soil sample is placed in the annular space between two concentric tubes and is heated uniformly on the inside wall keeping the outside wall insulated.
Four different types of soils (Moon Valley, River Sand, In-situ, and Ridgedale), are studied over a temperature range from −5°C to 30°C for three different densities and moisture contents ranging from 0.5 to approximately 12% (by weight). The results indicate that the moisture content is by far the most important parameter. The thermal conductivity may increase by almost an order of magnitude as the moisture content increases. In addition, there may be a strong variation of the thermal conductivity in the phase transition region from unfrozen to frozen soils.
Zusammenfassung
Die Energieeinsparung in Gebäuden wird besonders bei unterirdischen Bauwerken stark von den thermischen Eigenschaften des Bodenmaterials bestimmt.
Es werden in der vorliegenden Arbeit experimentelle Ergebnisse aus Wärmeleitfähigkeitsmessungen an verschiedenen Bodenarten nach einem quasistationären Verfahren [1] dargestellt. Das Probenmaterial befindet sich dabei zwischen zwei konzentrischen Rohren, wobei das innere gleichmäßig beheizt und das äußere isoliert ist.
Bei Untersuchungen vier verschiedener Bodenproben in einem Temperaturintervall von −5°C bis 30°C, drei verschiedenen Dichtewerten und Feuchtigkeitsgehalten von 0,5 bis annäherend 12 Gew.−% erweist sich der Feuchtigkeitsgehalt als der bestimmende Parameter. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt etwa mit derselben Größenordnung wie die Feuchtigkeit zu. Außerdem tritt eine starke Änderung der Wärmeleitfähigeit beim Phasenübergang von ungefrorenem zu gefrorenem Boden auf.
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Abbreviations
- k:
-
thermal conductivity
- q:
-
heat flux per unit area
- r:
-
radius
- t:
-
time
- T:
-
temperature
- ΔT:
-
Ti-T0
- α:
-
thermal diffusivity
- i:
-
at the inside surface
- 0:
-
at the outside surface
References
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This work has been supported by NSF-RANN under grant NSF/AER75-03481.
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Mostaghimi, J., Pfender, E. Measurement of thermal conductivities of soils. Wärme- und Stoffübertragung 13, 3–9 (1980). https://doi.org/10.1007/BF00997628
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DOI: https://doi.org/10.1007/BF00997628