Wärmeleitung Wärmedämmung Kühlsysteme

Präsentation zum Thema: "Wärmeleitung Wärmedämmung Kühlsysteme"—  Präsentation transkript:

1 Wärmeleitung Wärmedämmung Kühlsysteme
Fachdidaktik Seminar Christian Roithner,

2 Wärmeleitung Wärmeleitung Wärmeleitfähigkeit
Spezifische Wärmeleitfähigkeit Wärmewiderstand Fouriersches Gesetz Wärmeleitungsgleichung Diffusion Ficksche Gesetz Konvektion Konvektion am Festkörper

3 Wärmeleitung Ist der Wärmefluss in einem Kontinuum (Feststoff oder ruhendes Fluid) in Folge eines Temperaturunterschiedes Wärmetransport aufgrund von molekularen Stoßprozessen Es geht dabei keine Wärme verloren

4 Wärmeleitfähigkeit von Festkörpern
Die Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes, λ gibt an, welche Wärmemenge Q in der Zeit t und bei einem Temperaturunterschied ΔT durch die Fläche A strömt.

5 Spezifische Wärmeleitfähigkeit
Eigenschaft eines Materials Die spezifische Wärmeleitfähigkeit variiert mit der Absoluttemperatur

6 Beispiele zur Wärmeleitfähigkeit
Stoff Wärmeleitfähigkeit λ [W / (m · K)] Diamant 2300 Kupfer 401 Gold 317 Aluminium 237 Granit 2,8 Eis 2,33 Glas 1,0 Wasser 0,6 Glaswolle 0,04-0,05 Luft 0,024

7 Wärmewiderstand Kehrwert der absoluten Wärmeleitfähigkeit ist der Wärmewiderstand Rλ

8 Analogie zum Ohmschen Gesetz und der Kirchhoffschen Regeln
Wärmewiderstand Elektrischer Widerstand Temperaturdifferenz Elektrische Spannung Wärmestrom Elektrischer Strom Wärmeleitfähigkeit Elektrische Leitfähigkeit

9 Fouriersches Gesetz 1822 von Jean Baptiste Joseph Fourier
Für den vereinfachten Fall eines festen Körpers mit zwei parallelen Wandflächen Tw1 ist die Temperatur der wärmeren Wandoberfläche Tw2 die Temperatur der kälteren Wandoberfläche A die Fläche, durch die die Wärme strömt λ Wärmeleitfähigkeit δ die Dicke der Wand

10 Wärmeleitungsgleichung
Die Wärmeleitungsgleichung/ Diffusionsgleichung ist eine partielle Differentialgleichung Gibt die Temperaturverteilung eines Körpers durch Wärmeleitung oder die Ausbreitung eines gelösten Stoffes durch Diffusion Physikalisches System?

11 Wärmeleitungsgleichung
Wellengleichung? Schrödinger Gleichung? Wärmeleitwert setzt sich zusammen durch die Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität sowie die Dichte des Mediums

12 Diffusion Diffusion ist der Ausgleich von Konzentrationsunterschieden
Jede thermische Fortbewegung und der damit verbundene Transport Adolf Fick zeigt Gesetzmäßigkeiten

13 Ficksches Gesetz (Diffusionsgleichung)
19. Jahrhundert Adolf Fick Diffusion folgt Gesetzmäßigkeiten die gleich der Wärmeleitung sind J Teilchenstromdichte (mol/m²s) D Diffusionskoeffizient (m²/s) Konzentrationsgradient ∂μ/∂x

14 Konvektion Konvektion tritt nur in Flüssigkeiten und in Gasen auf
Thermische Konvektion ist eine durch Temperaturbedingte Dichteunterschiede angetriebene zyklische Strömung in Flüssigkeiten Mechanismus neben Wärmeleitung und Wärmestrahlung um thermische Energie zu transportieren

15 Konvektion an einem Festkörper
Konvektion entsteht wenn das Fluid die Oberfläche eines anderen Volumens überströmt und dabei eine Temperaturangleichung erfolgt

16 Wärmedämmung Wärmedämmung Arten der Wärmedämmung Wärmebrücken
Wärmedurchgangskoeffizient

17 Wärmedämmung Maßnahmen zur Eindämmung der Abgabe thermischer Energie von Gegenständen Dämmung verringert nur den Energieaustausch

18 Arten der Wärmedämmung
Außendämmung Innendämmung Kerndämmung

19 Außendämung Durch Außenwände entstehen % der jährlichen Heizwärmeverluste der Gebäudehülle Für die Außendämmung sind nur Stoffe mit guter kapillarer Leitfähigkeit zu empfehlen

20 Innendämmung Vorteile: Nachteile: einfachere Anbringung
niedrigeren Kosten Nachteile: Platzverbrauch im Inneren negative Auswirkungen auf Mauerwerk und Raumklima

21 Kerndämmung Wärmedämmschicht zwischen einem zweischaligem Mauerwerk
Billiger als die Außendämmung

22 Wärmebrücken Sind Bereiche eines Gebäudes, durch die Wärme schneller nach außen transportiert werden, als durch andere Bauteile Man unterscheidet zwischen konstruktiven (Material, oder fehlende Wärmedämmung) und geometrischen Wärmebrücken (Ecken)

23 Beispiele für Wärmebrücken
Balkone Rollladenkästen Mauersohlen Fensterrahmen und Fensterstürzen Heizkörperbefestigungen im Mauerwerk Heizkörpernischen Deckenanschlüsse Ecken im Haus ungedämmte Stahlbetonbauteile

24 Wärmedurchgangskoeffizient
U gibt die Energiemenge an, die in einer Sekund durch eine Fläche von 1 m² fließt, wenn sich die beidseitigen anliegenden Lufttemperaturen um 1 K unterscheiden

25 Wärmeabtransport/Kühlung
Beispiele: Wasserkühlung Luftkühlung Heat Pipes

26 Wasserkühlung Wasser wird als Wärmeabführmittel verwendet
Wird bei Kraftwerken, Motoren, PC, Klimaanlagen verwendet

27 Luftkühlung Kühlung erfolgt durch ein Gebläse, Fahrtwind oder durch Konvektion Anwendung bei Verbrennungsmotoren, PC, usw. …

28 Unterschied Luft - Wasserkühlung
Luftkühlung auch bei minus Temperaturen möglich Luftkühlung braucht keine Kühlflüssigkeit – hält daher länger Wasserkühlung hat aber einen höheren Wärmeübergangskoeffizienten

29 Heat Pipes

30 Heat Pipes Antriebslose Zirkulation des Fluids
Anwendung in der Raumfahrt, Wärmetauschersysteme, Mikroelektronik Verwendete Flüssigkeiten/Gase: Flüssiggase (Helium, Stickstoff, usw. …) Wasser Alkohole (Methanol, Ethanol, usw. …) Metalle (Quecksilber)