Teil 5/5 - Kapitel 13
Wärme-Technik

Behandelt werden die Themen Wärme-Leitung, Wärme-Speicherung und
Wärme-Strahlung. Anwendung: Heizung mit Solar-Kollektoren.

Was Sie im Kapitel 13 lernen:

• Wärme-Leitung:
• Spezifische Wärme-Leitfähigkeit und thermischer Widerstand
• Wärmedurchgangs-Koeffizient und Wärmestrom
• Heizkosten-Berechnung und Heizkosten-Messung
• Thermische Reihen- und Parallel-Schaltung: Kühlkörper-Berechnung
• Kühlung durch Konvektion

• Wärme-Speicherung:
•  thermische Kapazität und Zeit-Konstante
• Brauchwasser-Speicher

• Wärme-Strahlung:
• Strahlungs-Leistung, der Glashaus-Effekt
• Solar-Kollektoren für Brauchwasser oder Fußboden-Heizung
• Berechnung der Kollektor-Leistung

Warum Sie Kapitel 13 lesen sollten:

1. Alle Energie-Wandler erzeugen Verluste in Form von Wärme. Bei der geforderten Nennleistung dürfen sich die Bauteile eines Systems nicht unzulässig erwärmen. Deshalb gehören thermische Berechnungen zum Grundlagenwissen des Ingenieurs.
2. Um thermische Systeme zu konzipieren sind meist umfangreiche Berechnungen nötig. Ziel ist es, die erforderliche Heiz- oder Kühl-Leistung mit Bauteilen von geringem Volumen zu erbringen. Dazu sind Simulationen das probate Hilfsmittel.

Beispiel Heizkosten-Berechnung

Wenn man sich ein Haus bauen möchte oder eine Sanierung plant, muss man die zu erwartende Heizkosten-Ersparnis kennen. Sie hängt außer von der mittleren Erwärmung (dT, hier z.B. 20K) des Innenraums noch von der Außenfläche A und der Isolation ab. Diese wird von Herstellern als U-Wert in W/(m²*K) angegeben. Die Struktur zeigt, wie man damit die Heizkosten (HK) berechnet.

Kurzbeschreibung

Der von den Herstellern von Fenstern und Isolier-Material angegebene U-Wert (in W pro m² und K) gibt den Wärmestrom durch eine Fläche A von 1m² pro Temperatur-Differenz von 1K an.
Die untenstehende Struktur zeigt, wie man damit über den thermischen Leitwert G.th=U*A die Heizleistung P.th=G.th*dT berechnet.
Wenn man den Wärme-Preis (in ct/kWh) kennt, lassen sich damit die Heiz-Kosten (HK) pro Stunde für jede Erwärmung dT (in Kelvin K) berechnen. Wenn man die mittlere Erwärmung in der Heiz-Periode kennt, lassen sich mit diesem Kalkül die Heizkosten ganzer Häuser berechnen.
Zur Ermittlung der mittleren Erwärmung hat der Verfasser einen Heizanlagen-Effektivitäts-Messer (HEM) entwickelt. Seine Funktion wird im Kaitel 13 Wärme-Technik beschrieben.

Struktur

U-Werte von Glas-Scheiben

Heizkosten in ct pro Stunde und m² bei dT=20K

... bei einem Wärme-Preis von 10ct/kWh

Passivhaus-Fenster Wärmeschutz-Verglasung Doppel-Verglasung Einfach-Verglasung