Globale Stressklassifikation: Kartierung und Messung
Karolina Slamova Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
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Agenda Definition der Beanspruchung für solarthermische Kollektoren Vorstellung der SpeedColl Standorte und derer klimatischen Charakteristik Definierte SpeedColl Belastungsprofile für Prüfverfahren Globale Klassifikation der SpeedColl Belastungsprofile Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Ortsabhängige Stressklassifikation und ihre Ziele Weitere Beispiele der Stressklassifikation Zusammenfassung und Ausblick
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Definition der Beanspruchung Klimaklassifikation nach Köppen und Geiger TROPISCH
SCHNEEKLIMA
Af
Dfa
Am
Dfb
As
Dfc
Aw
Dfd Dsa
TROCKEN BWk AWh BSk
Dsb Dsc Dwa Dwb Dwc
BSh
WARMGEMÄßIGT
Dwd
POLARKLIMA
Cfa
EF
Cfb
ET
Cfc Csa Csb Csc Cwa Cwb Cwc
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Quelle: Kottek, M. et al., 2006: World Map of the Köppen-Geiger climate classification updated. Meteorol. Z., 15, 259263.
Definition der Beanspruchung Outdoor Exposition
© Bosch Thermotechnik GmbH
Und weitere globale und lokale Umwelteinflüsse (z.B. Luftschadstoffe) und Kombination dieser Einflüsse © SpeedColl
Definition der Beanspruchung Outdoor Exposition
© Bosch Thermotechnik GmbH
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Vorstellung SpeedColl Standorte Outdoor Exposition Sede Boqer
Stuttgart
Zugspitze
Freiburg
Gran Canaria
Kochi, Indien Kochi
Meteorologische Parameter
Materialspezifische Parameter
Freiburg, Deutschland (moderat)
Kochi, Indien (tropisch)
Stuttgart, Deutschland (moderat)
Sede Boqer, Israel (arid)
Zugspitze, Deutschland (alpin)
Gran Canaria, Spanien (maritim)
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Definierte Belastungsprofile in SpeedColl: Aus erfassten meteorologischen Daten wurden Belastungsprofile für alle SpeedColl Standorte erzeugt:
Außentemperatur
4500
Relative Luftfeuchtigkeit
3500
Counts
Atmosphärische Korrosivität
4000
Stunden pro Jahr
Ultraviolettstrahlung
Fr1 GC1 UFS1 Neg1 St1 Ko1 Fr2 GC2 UFS2 Neg2 St2 Ko2
3000 2500 2000 1500 1000 500
-3
0 .. -2 . -2 5 5 .. -2 . -2 0 0 .. -1 . -1 5 5 ... 1 -1 0 0 ... -5 5 ... 0 0 ... 5 5 ... 10 1 0 ... 15 15 ... 20 20 ... 2 5 25 ... 30 30 ... 35 35 ... 40 40 ... 45 45 ... 50
0
Umgebungstemperatur (°C)
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Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Bestimmung der Korrosivität nach ISO 9226/1992 Die Korrosionsmessung wird anhand einer Exposition von Standardmetallen (Cu, Al, Fe, Zn) durchgeführt Die Korrosionsgeschwindigkeit (rcorr) wird anhand des Massenverlustes ∆ , der Expositionszeit und der Größe der exponierten Fläche nach der Formel aus ISO 9226:1992 berechnet:
∆ ∗
∗
ΔmGB
Massenverlust der Gebrauchsnormale in g
AGB :
Exponierte Oberfläche der Gebrauchsnormale in m²
tE
:
Expositionsdauer in a
Die Korrosionsklasse (C1-C5 von „sehr gering“ bis „sehr hoch“ plus CX Klasse als extrem hohe Korrosion) wird von rcorr für jedes Metall ermittelt
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Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität
Exposition von metallischen Gebrauchsnormalen (Karbonstahl, Kupfer, Aluminium und Zink) über ein Jahr an 23 Standorten mit diversen Klimaten und Emissionsbelastungen
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Belastungsprofil: Atmosphärische Korrosivität ID
Test site
Country
Annual average temperature (°C)
Annual precipitation (mm)
64.7
21.2
160
70.5 81.1 78.2 68.8 75.1 76.1 76.7 70.2 Urban atmosphere Cfb 68.0 Cfb 73.4 Cfb 72.7 Cfb 67.6
15.8 9.1 3.3 15.9 9.7 18.5 26.9 14.1
901 771 1031 750 630 1341 3254 1174
12.7 9.0 9.9 11.5
887 888 623 1209
Climate (KöppenGeiger)
Annual average relative humidity (%)
Marine atmosphere 1
Pozo Izquierdo
Spain
BWh
2
Portici Petten Hnifsdalur Estoril Loughborough Sao Paulo Kochi Bilbao
Italy Netherlands Island Portugal Great Britain Brazil India Spain
Csa Cfb Cfc Csb Cfb Csb Am Cfb
Freiburg Ennepetal Vienna Cannobio KarlsbadLangensteinbach 2
Germany Germany Austria Switzerland Germany
Cfb
71.9
9.6
790
Sede Boqer Zugspitze Ispra Eberstalzell KarlsbadLangensteinbach 1 Dettenhausen
Israel Germany Italy Austria
Bwh ET Cfb Cfb
Rural atmosphere 58.9 74.3 68.7 77.0
19.2 -1.1 11.5 8.3
99 2003 1137 1078
Germany
Cfb
71.9
9.6
790
Germany
8.7
759
Bangalore Beijing Jinan
India China China
Cfb 72.7 Industrial atmosphere As 68.8 Dwa 52.6 Cwa 54.9
23.6 12.1 14.5
831 610 613
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21 22 23
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Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität
Freiburg
Gran Canaria
Kochi
Visuelle Betrachtung der exponierten Kupferproben nach einem Jahr Exposition
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Pe tte n Bil ba o Hn if s Lo d a ug lur hb oro ug h Po r t ic i Es to r Sa i oP l au lo Ko Po ch zo i Iz q u ir do Fr e ib u rg Vie nn a Ca nn ob io En ne pe ta l Ka r ls ba d2 Zu gs pit Eb ze er s ta h l z Se ell de Bo qe r De Isp tte ra nh au s en Ka r ls ba d1 Be ijin g Be ng alo re Jin an
Copper corrosion (g/m²*a)
Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität 90
80
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Kupfer
70 CX
60
50
40 C5
30
20 C4
10 C3
0 C2 C1
marine urban rural industrial
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Pa o
lo Bil ba o Ko ch i Pe tte n Hn ifsd alu r Es t or il Po Lo rtic ug i hb or o Po u g zo h Izq uir do Ka rls ba d Fre 2 ibu rg Vie nn a En ne pe t al Ca nn ob io Isp De tte ra nh au s en Ka rls ba d1 Zu gs p Se itze de Bo q Eb er s uer tah lze ll Jin a n Be ng alo re Be ijin g
Sa o
Aluminium corrosion (g/m²*a)
Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität 6
Aluminium
0
marine urban rural industrial
C5
5
4 C4
3
2
1 C3
C2
Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität
Standort
Al [g/(m²*a)]
Cu [g/(m²*a)]
Fe [g/(m²*a)]
Zn [g/(m²*a)]
Freiburg
0.85
5.38
29.1
3.98
Gran Canaria
5.5
86.74
1307.53
816.33
Sede Boqer
1.39
9.42
154.2
4.7
UFS
1.12
4.28
1.8
3.34
Stuttgart
Kochi
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Keine Auswertung im Keine Auswertung im Keine Auswertung Keine Auswertung im betrachteten im betrachteten betrachteten betrachteten Zeitraum Zeitraum Zeitraum Zeitraum
1.31
35.67
341.4
9.64
Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität
Standort
Al
Cu
Fe
Zn
Freiburg
C3
C3
C2
C2
Gran Canaria
C5
CX
C5
>CX
Negev
C3
C3
C2
C2
UFS
C3
C2
C1
C2
Stuttgart Kochi
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Keine Auswertung im Keine Auswertung im Keine Auswertung Keine Auswertung im betrachteten betrachteten betrachteten im betrachteten Zeitraum Zeitraum Zeitraum Zeitraum
C3
C5
C3
C3
Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Vergleich der Korrosionsraten für Kupfer in Pozo Izquierdo mit der internationalen Korrosivitätsdatenbank Korrfield und ISOCORRAG (1968-2010) Standort
Köppen-Geiger Klimaklassifikation
Alicante 30 m to coast Pozo Izquierdo
BWh
Piura
BWh
Rio De Janeiro
Am
Hualien ChangQing 1, Shandong Colon
BSh
Atmosphäre marine, industrial marine, urban
Kupfer Korrosionsrate (g/(m²*a))
Jahr
89.2
1978
86.74
2013
81.89
1990
77.07
1989
Cfa
marine, rural marine, industrial marine, urban
68.15
1992
Cfa
industrial
66.90
1983
Am
marine, urban
64.85
1989
marine, urban
59.76
1978
Campeche
As As
marine, urban
58.3
1993
GuiYang 1, Guizhou
Cwa
industrial
57.98
1997
Barcelona
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Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Vergleich der Korrosivität von Karbonstahl und Aluminium in Pozo Izquierdo mit internationalen Korrosivitätsdatenbank Korrfield und ISOCORRAG (1968-2010)
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Metal
Korrosivität Pozo Izquierdo [g/(m²*a)]
Ranking weltweit
Maximal Wert [g/(m²*a)]
Fe
1307.53
15
3290.04
Hualien (Taiwan)
Al
5.5
21
21.393
Badalona (Spanien)
Maximal Wert Standort
Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Entwicklung der Schadstoffe in Europa SO2
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NOx
Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Die technische Umsetzung der Korrosivitätskartierung basiert auf der Verwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS) Für die Berechnung wird die Formel ISO 9223/2012 verwendet
von
Grundlagedaten für die Berechnung sind frei verfügbare aktuelle globale Rasterdaten mit ausreichender räumlicher Auflösung: Parameter
Datenquelle
Tamb
Worldclim
1950‐2000
RH
Climatic Research Unit The European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP) Interpolation von punktuellen Daten von Korrfield
1961‐1990
SO2 dep.
Cl dep.
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Jahr
2011 © http://www.giscom.cz/en/gis-data-1
1950‐2003
Globale Klassifikation der atmosphärischen Korrosivität Temperatur
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Feuchtigkeit
Emissionen
Salzgehalt der Luft
Ortsabhängige Stressklassifikation und ihre Ziele Belastungsfaktoren in Abhängigkeit von der geographischen Lage der Probe Materialstress als Funktion des Standorts und der Zeit
S = f (lat,lon,t)
Ziel: Globale Belastungskarte Ähnlichkeiten mit Köppen-Geiger Klimaklassifikation Vergleich der Indoor- und Outdoor-Alterung Stresszonen-angepasste Indoor-Prüfzyklen Rückschlüsse auf die Lebensdauer der Materialien
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Ortsabhängige Stressklassifikation Datengrundlage
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Globale Klassifikation der SpeedColl Belastungsprofile
Trotz gleicher Klimagruppe sehr unterschiedliche klimatische Charakteristik sehr unterschiedliche Materialbeanspruchung Klimadiamgramm von Riad in Saudi Arabien: Trockenklima
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Klimadiagramm von den Altai Gebirgen in der Mongolei
Stressklassifikation
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Ortsabhängige Stressklassifikation: UV Strahlung
Globale Karte der UV Strahlung für verschiedene Wellenlängen am 07/06/2010 © SpeedColl
Ortsabhängige Stressklassifikation: Staubbelastung
Regen
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Ausblick: Ortsabhängige Stressklassifikation
Entwicklung eines globalen Belastungs–KlassifikationsSystems Gezielte Anpassung an Materialien für die Solarenergie Vergleich der Indoor- und OutdoorAlterung Stresszonen-angepasste IndoorPrüfzyklen Rückschlüsse auf die Lebensdauer der Materialien Nachhaltige Nutzung der Solarenergie
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