Globale Stressklassifikation: Kartierung und Messung

Globale Stressklassifikation: Kartierung und Messung Karolina Slamova Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE © SpeedColl Agenda  Defin...
Author: Irma Albrecht
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Globale Stressklassifikation: Kartierung und Messung

Karolina Slamova Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

© SpeedColl

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

© SpeedColl

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

© SpeedColl

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.

© SpeedColl

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

© Airbus Defence and Space

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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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