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Was ist eigentlich der Unterschied...

...zwischen Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion?

Eine Wärmebildkamera erfasst ausschließlich Wärmestrahlung, hier am Beispiel eines Hauses. Bild: Flir

 

Wärme wird immer vom Wärmeren zum Kälteren übertragen. Dies ist ein physikalisches Grundgesetz und lässt sich nicht ändern. Notwendig ist dafür ein Temperaturunterschied, in der Fachsprache auch Temperaturdifferenz bezeichnet. Je größer der Temperaturunterschied, desto größer ist der Wärmestrom. Dabei gibt es die folgenden drei Wärmeübertragungsarten: Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion.
Wärmeleitung ist der Wärmetransport in Materialien. Dabei wandert die Wärme mittels schwingender Atome durch das Material. Gute Wärmeleiter sind Metalle, schlechte Wärmeleiter sind Materialien, die man als Dämmstoffe bezeichnet. Wie gut ein Material Wärme leitet, wird mit dem Wärmeleitkoeffizient λ (Lambda)mit der Einheit W/(m · K)beschrieben. Ein typisches Beispiel ist der Boden eines Kochtopfs, dieser leitet die Wärme von der Herdplatte zum Inhalt.
Wärmestrahlung wird auch als Infrarotstrahlung bezeichnet und ist eine elektromagnetische Strahlung. Mit einer Infrarotkamera nimmt man Wärmebilder auf, die nur die Oberflächentemperatur der fotografierten Objekte darstellt. Deutlich spürbar für den Menschen ist die Wärmestrahlung, wenn man in die Nähe einer heißen Oberfläche kommt. Ein typisches Beispiel für die Wärmestrahler sind Deckenstrahlplatten, die von oben die Objekte im Raum erwärmen.
Konvektion ist der Wärmetransport mit Wasser, Luft oder einem anderen strömenden Medium. Es wird unterschieden zwischen freier und erzwungener Konvektion.
Die freie oder auch natürliche Konvektion findet statt durch Dichteunterschied in dem erwärmten Stoff. Ein typisches Beispiel ist die erwärmte Raumluft an einem Heizkörper, die nach oben steigt, sich im Raum verteilt, abkühlt und am Boden entlang wieder zum Heizkörper strömt und wieder erwärmt
wird.
Für die erzwungene Konvektion werden Ventilatoren oder Pumpen benötigt, die das wärmetransportierende Medium bewegen. Zwei typische Beispiele sind die Pumpen-Warmwasserheizung oder der Föhn.
Im Alltag treten die drei Wärmeübertragungsarten meistens zusammen und vielfach nacheinander auf. Am Beispiel Heizungssystem soll dies klarer werden. Der Brenner erzeugt eine heiße Flamme, die ihre Wärme an das Kesselwasser über Wärmestrahlung abgibt, zudem wird das Kesselwasser auch über die Konvektion der heißen Abgase in den Wärmeübertragerrohren erwärmt. In diesen Rohren wird über Wärmeleitung die Abgaswärme ins Kesselwasser geleitet. Von dort transportiert die Heizungspumpe das Heizungswasser zur Fußbodenheizung, also erzwungene Konvektion. In der Fußbodenheizung findet dann die Wärmeleitung statt vom Rohr durch den Estrich zum Fußbodenbelag. Der Fußboden heizt dann über Wärmestrahlung den Raum. Ein kleiner Anteil der Heizleistung wird auch mittels freier Konvektion an die Raumluft übertragen.
Zusammengefasst kann man sagen: Für Wärmeleitung braucht man leitendes Material, für Konvektion ein strömendes Fluid und für Wärmestrahlung nichts. Deshalb ist Vakuum auch der beste Dämmstoff, weil kein Material und kein Fluid vorhanden ist.

Autor: Frank Lorenz, Heinrich-Meidinger-Schule – Bundesfachschule für Sanitär- und Heizungstechnik, Karlsruhe

 


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