Abteilung Heizung

Wärme fliesst immer, wenn zwischen zwei Körpern eine Temperaturdifferenz herrscht

Wärme fliesst immer vom Körper mit der höheren zum Körper mit der tieferen Temperatur

1 2

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Wär

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Abteilung Heizung

Wärmeübertragungsformen

Leitung Innerer Wärmetransport von Molekül zu Molekül.Kann nur im Inneren eines Köpers oder zwischen sich berührenden Körpern stattfinden.

Wär

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Abteilung Heizung

Die Wärmeleitung hängt ab von:

der Stoffstruktur (Aufbau der Moleküle)

der Porosität des Stoffes

dem Feuchtigkeitsgehalt

der Temperatur

Als Mass für die Wärmeleitfähigkeit wird die Wärmeleitzahl benutzt

Die Wärmleitzahl gibt an, wie gross der Wärmestrom in Watt ist, der durch eine 1m2 grosse und 1m dicke Wandschicht hindurchgeleitet wird, wenn die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Oberflächen 1K beträgt

Wär

mel

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ng

Abteilung Heizung

Leichte, stark poröse Stoffe eignen sich gut als Wärmedämmstoffe. Sie leiten dank den vielen Lufteinschlüssen die Wärme sehr schlecht.

Dringt Feuchtigkeit in Dämmstoffe ein, so steigt die Leitfähigkeit stark an und damit verliert der Stoff seine gute Dämmfähigkeit.

Schwere kompakte Stoffe wie zum Beispiel Beton besitzen eine hohe Wärmeleitfähigkeit.Besonders gute Wärmeleiter sind alle Metalle.

Wär

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Abteilung Heizung

Wärmeübertragung durch Leitung

21 A

dQ

d

WKmm

mKW

Q 2

Wärmleitwiderstand R in W

Km2

1

2

Q

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Wär

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Abteilung Heizung

Konvektion

Wärmetransport durch bewegte Medien

Freie Konvektion

Erwärmung der Raumluft am Heizkörper

Die kühlere und damit schwerere Luft fällt nach unten, erwärmt sich am Heizkörper, steigt hoch, verteilt sich im Raum, gibt da Wärme ab und strömt abgekühlt wieder zum Heizkörper.

Ko

nve

rkti

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Abteilung Heizung

Erzwungene Konvektion

16°C

34°C

Luftheizapparat

Die kühle Luft wird über einen Ventilator angesaugt und über das Heizregister geleitet, wo sie sich erwärmt. Die warme Luft wird wieder in den Raum ausgeblasen.

Ko

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Abteilung Heizung

Der Wärmetransport durch Konvektion hängt ab wie gut die Wärme vom Medium hoher Temperatur an das Medium tiefer Temperatur übertragen wird.Die Übertragung wird beeinflusst durch:

die Strömungsgeschwindigkeit

die Strömungsform, turbulent oder laminar

Oberflächenstruktur, rauh oder glatt

die Temperatur

Ko

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rkti

on

Abteilung Heizung

Als Mass für den Wärmeübergang zwischen den Medien dient die Wärmeübergangszahl

Die Wärmeübergangszahl gibt an, welcher Wärmestrom in Watt zwischen einer 1m2 grossen Oberfläche und dem berührenden Medium (oder umgekehrt) übertragen wird, wenn die Temperatur-differenz zwischen Oberfläche und Medium 1K beträgt.

Km

W in

2

Ko

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Abteilung Heizung

Für die Berechnung der Wärmeleistung gilt:

21 AQ

KmKm

WQ 2

2

1

W

Km2

Wärmeleitwiderstand R in

1

2Q

Ko

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rkti

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Abteilung Heizung

Durchgelassene Strahlung

Reflektierte Strahlung

Einstrahlung

Erwärmung durch absorbierte Strahlung

WärmestrahlungW

ärm

estr

ahlu

ng

Abteilung Heizung

Merke:

Trifft Strahlungsenergie auf einem Körper auf, so kann diese:

A) reflektiert, das heisst zurückgeworfen werden keine Erwärmung

B) Durchgelassen werden (Glas, durchsichtige Kunststoffe)

C) Absorbiert das heisst in Wärme umgewandelt werden Erwärmung

Wär

mes

trah

lun

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Abteilung Heizung

Emission

An der warmen Oberfläche wird Wärme in Strahlungsenergie umgewandelt

Wärmeabstrahlung eines Körpers durch StrahlungW

ärm

estr

ahlu

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Abteilung Heizung

Absorption

Strahlungsenergie wird an der Körperoberflächein Wärme umgewandelt.

Wärmeaufnahme eines Körper durch eintreffende StrahlungW

ärm

estr

ahlu

ng

Abteilung Heizung

Emissions- und Absorptionsvermögen eines Körpers hängen von seiner Oberflächenstruktur und seiner Farbe ab.

Allgemein gilt:

Dunkle Körper absorbieren besser als helle Körper.

Dunkle Körper emittieren aber auch besser als helle Körper.

Merke:

Das Absorptionsvermögen a eines Körpers ist genau gleich gross wie sein

Emissionsvermögen . a =

Den grössten Absorptions- bzw. Emissionswert hat der absolut schwarze

Körper. as = s = 1.0

Wär

mes

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lun

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Abteilung Heizung

Multipliziert man die Strahlungszahl des absolut schwarzen Körpers Csmit dem Emissionskoeffizienten so erhält man die Strahlungszahl C.

Die Strahlungszahl C wird meist aus Tabellen entnommen.

sC C

Wär

mes

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lun

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Abteilung Heizung

Stoff bzw. OberflächeC= CS

W/m2K4Stoff bzw. Oberfläche

C= CS

W/m2K4

Absolut schwarzer Körper 5.67 Aluminiumbronze 2.0....2.5

Edle Metalle hochglanzpoliert

0.1....0.3Emaille-Lack schneeweiss

5.2

Nichtedle Metalle hochglanzp.

0.15....0.40Heizkörperlack belieb. Farbe

5.2

Aluminium roh 0.40....0.50Ölfarben beliebige Farben

5.1....5.6

Aluminium poliert 0.29 Schamotte (1000°C) 3.5....4.1

Eisen, Stahl, roh, mit Walz- od. Gusshaut

4.3....4.7Gips, Marmor, Mörtel, Putz, Ziegel

5.2....5.4

frisch geschmirgelt 1.4....2.6 Beton 5.3....5.4

ganz rot verrostet 4.0 Dachpappe, Holz, Papier 5.2....5.4

matt verzinkt 0.5 Kacheln weiss 5.0

verzinkt 1.3....1.6 Eis, Glas, Reif, Wasser 5.4....5.5

Kupfer, geschabt 0.5

schwarz oxidiert 4.5

Messing, poliert 0.3

frisch geschmirgelt 1.2

brüniert 2.4

Wär

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Abteilung Heizung

Wärmeübertragung durch Strahlung

Bei der Wärmeübertragung durch Strahlung stehen mindestens zwei Körper miteinander in einer Wechselbeziehung. Der Körper höherer Temperatur gibt dabei mehr Energie an den Körper mit niedriger Temperatur ab als umgekehrt. In der Summe geht somit Wärmeenergie vom höheren zum tieferen Temperaturniveau über. Damit gilt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik auch für die Wärmeübertragung durch Strahlung.

Wär

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lun

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Abteilung Heizung

Der Wärmestrom infolge Strahlung lässt sich nach dem Gesetz von Stefan und Boltzmann berechnen:

4 4

1 2S 1,2

T T Q C A

100 100

C1,2 ist die mittlere Strahlungszahl der sich gegenseitig anstrahlenden Flächen. Da meist mehr als zwei Körper miteinander in Wechselbeziehung stehen, ist die Berechnung der mittleren Strahlungszahl relativ schwierig. Ausserdem spielt das Verhältnis der Grössen der Oberflächen und ihrer Richtung zueinander (Anstrahlwinkel) eine entscheidende Rolle. Die entsprechenden Formeln können in der Fachliteratur nachgeschlagen werden.

Wär

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Abteilung Heizung

Für einige in der Haustechnik anzutreffende Fälle können die nachfolgenden Formeln verwendet werden.

A

A

CCC

C

S

,

2

1

21

21111

1

A2

A1

CCC

C

S

, 1111

21

21

A1

A2

CC , 121

Eine Fläche ist sehr viel kleiner als die andere

Parallele ungefähr gleich grosse Flächen

Wär

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Eine Fläche umschliesst die andere

Abteilung Heizung

Für die Berechnung der Strahlungswärmeleistung wird häufig auch ein Wärmeübergangswert S definiert. Dies ist vorteilhaft wenn die Wärmeübertragungsleistung infolge Strahlung und Konvektion berechnet werden muss. Der Wärmeübergang für die Strahlung wird wie folgt berechnet:

4 4

1 2

S 1,21 2

T T100 100

C T T

Die Strahlungswärmeleistung wird dann:

s 1 2 Q A

Wär

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