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Wärmeübergang durch Konvektion


Flüssigkeiten oder Gase, die an einer Körperoberfläche entlang strömen, geben Wärmeenergie ab, wenn sie selbst eine höhere Temperatur haben oder nehmen Wärmeenergie auf, wenn die Temperatur niedriger ist. Diesen Wärmetransport aus einem strömenden Stoff an eine Oberfläche beziehungsweise umgekehrt nennt man Wärmeübergang durch Konvektion oder durch Berührung.
Die Wärme muss aus dem Inneren der Flüssigkeit an die Wand transportiert werden beziehungsweise umgekehrt. Die Wärmeleitung in Flüssigkeiten ist schlecht und bei Gasen noch schlechter. Die Flüssigkeits- oder Gasteilchen müssen sich zusätzlich quer zum Stoffstrom, also in Richtung Oberfläche bewegen. Die Intensität der Bewegungen hängen von vielen Einflüssen ab, wie Entstehung der Strömung, Strömungsform (laminare oder turbulente), Stoffeigenschaften und von der Abmessung der überströmten Körperoberfläche.
Bei einer erzwungenen Strömung wird ein Druckunterschied mit Hilfe von Pumpen oder geodätisches Gefälle erzeugt und aufrechterhalten. Der Stoff strömt so an der Oberfläche entlang, unabhängig ob Wärme übertragen wird oder nicht. Die freie Strömung entsteht durch die Dichteunterschiede zwischen warmen und kalten Flüssigkeits- oder Gasteilchen. Bei einem beheizten Raum strömt die Luft an der Heizkörperoberfläche vorbei nimmt dabei Wärmeenergie auf, wird spezifisch leichter und steigt nach oben und gibt an die Bauteiloberflächen Wärmeenergie ab und sinkt so wieder an einer anderen Stelle nach unten. Es entsteht so eine Luftwalze im Raum.
Weitere Ausführungen unter "Die Einflussnahme der Wärmekonvektion auf die Oberflächentemperatur - geometrische Wärmebrücken" und Wärmeübergangskoeffizient durch Konvektion (innen).

Unterschied zwischen Konvektionsheizung und Strahlenheizung.

Luftströmung in einem Raum bei Konvektionsheizung und Strahlungsheizung

Hier soll auch auf ein Forschungsprojekt "Beispielhafte Vergleichsmessung zwischen Infrarotstrahlungsheizung und Gasheizung im Altbaubereich" von Dr.-Ing. Peter Kosack, Arbeitskreis Ökologisches Bauen, Technische Universität Kaiserslautern, Gottlieb-Daimler-Straße 42, 67663 Kaiserslautern verwiesen werden. In der Heizperiode 2008/2009 wurde eine Vergleichsmessung zwischen einer Infrarotstrahlungsheizung und einer Gasheizung durchgeführt. www-user.rhrk.uni-kl.de

Die Strahlungsheizung überträgt auch einen Teil Wärme über die Konvektion. Ebenso ist es bei einer Konvektionsheizung, hier strahlt der Heizkörper auch einen Teil Wärme in den Raum. Es ist daher zu untersuchen, ob bei einer Strahlenheizung mit hoher Temperatur nicht der Anteil der Wärmeübertragung durch Konvektion zu hoch ist und der Vorteil teilweise aufgehoben wird. Bei niedrigerer Strahlungstemperatur ist die Konvektion geringer. Hier ist jedoch eine größere Strahlungsoberfläche erforderlich.

Vortrag zur Strahlungsheizung von Prof. Dr.-Ing. Meier

Beispiel einer Strahlungsheizung

Strahlungsheizkörper in einer Küche Großplattenbau in Vinnitsa
Strahlungsheizkörper in einer Küche in Vinnitsa

Strahlungsheizkörper im Wohnzimmer Großplattenbau in Vinnitsa
Strahlungsheizkörper im Wohnzimmer in Vinnitsa

Beispiel einer eingeschränkten Funktion bei einer Konvektionsheizung

Dieser Heizkörper gibt Wärme sowohl über Strahlung und Konvektion ab. Da ein Küchenschrank unter dem Fenster steht, wird ein Teil der Strahlungsfläche verstellt. Nachträglich wurde eine Wandverkleidung eingebaut. Ein Teil der warmen Luft strömt in den Hohlraum zwischen der Verkleidung und der Außenwand. Ebenso ist das Fensterbrett zu groß und behindert die Strömung (Kiew).

Bispiel der einer schlechten Funktion einer Konvektionsheizung

Beim nächsten Beipiel ist die Fensterbank zu groß. Die Luftströmung wird stark behindert (Deutschland).

zu große Fensterbank.

 ©  www.ib-rauch.de | BaulexikonEmail | 8/2004