Bei alten Wohnbauten geht im Winter viel Energie durch Wände, Fenster und die oberste Geschoßdecke verloren. Wir berechnen für die Außenwand, wie sich eine zusätzliche Wärmedämmung auswirkt. Beispiel: 30 cm dicke Vollziegelwand mit λ = 0,6 W·m−1·K−1 Es sollen 10 cm dicke Styroporplatten ( λ = 0,05 W·m−1·K−1) auf der Außenseite angebracht werden. Auf Innen- und Außenseite der Wand soll ein Putz ( λ = 0,75 W·m−1·K−1) 1,5 cm dick aufgetragen werden. Die Wand besteht daher aus mehreren Schichten, durch die der Wärmestrom fließt (100.3). Um den Wärmestrom bei einem gegebenen Temperaturabfall zu berechnen, müssen wir die Schichten einzeln berücksichtigen. Aus dem Gesetz der Wärmeleitung ΔQ _ Δt = λ·A· ΔT _ d folgt: ΔT = d _ λ · 1 _ A · ΔQ _ Δt Wir addieren die Temperaturänderungen ΔT an den einzelnen Schichten. Daraus können wir den notwendigen Wärmestrom berechnen, mit dem wir die gewünschte Temperaturdifferenz zwischen Innen und Außen erreichen. Die Beiträge d/ λ der einzelnen Schichten sind: Putz insgesamt 3 cm: 0,03/0,75 W−1·m2·K = 0,04 W−1·m2·K Vollziegelwand 30 cm: 0,3/0,6 W−1·m2·K = 0,5 W−1·m2·K Styroporplatte 10 cm: 0,1/0,05 W−1·m2·K = 2,0 W−1·m2·K ΔT = 0,54 W−1·m2·K· 1 _ A · ΔQ _ Δt (ohne Isolation) ΔT = 2,54 W−1·m2·K· 1 _ A · ΔQ _ Δt (mit Isolation) Bei ΔT = 30 °C zwischen Innen (20 °C) und Außen (−10 °C) fließt durch A = 1 m2 Wandfläche der Wärmestrom: ΔQ/Δt = 30/0,54 W ≈ 56 W (ohne Isolation) bzw. ΔQ/Δt = 30/2,54 W ≈ 12 W (mit Isolation). Die Isolation mit 10 cm Styropor verringert den Wärmestrom durch die Außenwand auf unter 25 % des ursprünglichen Werts. Zur Berechnung des Heizbedarfs eines Hauses müssen außerdem die Fenster und die Decken von Keller und Dachgeschoß berücksichtigt werden. Energiesparen durch Wärmedämmung c Wärmestrahlung Die dritte Art, wie sich Wärme ausbreiten kann, ist die Wärmestrahlung. Sie ist elektromagnetische Strahlung (wie das Licht) und breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Die Intensität der abgestrahlten Wärmestrahlung hängt von der Temperatur und der Beschaffenheit der Körperoberfläche ab. Wärmestrahlung transportiert Energie auch durch das Vakuum. Alle Körper senden Wärmestrahlung aus, heiße Körper mehr als kalte Körper. Experiment: Wahrnehmung von Wärmestrahlung 100.1 E2 Du brauchst: deine Hände, eventuell ein Infrarotthermometer Halte die offenen Hände in etwa 1 cm Abstand vor deine Wangen. Was merkst du? Wenn ein Infrarotthermometer zur Verfügung steht, miss außerdem die Temperatur von Wange und Handfläche. Beschreibe deine Beobachtung. Das Zusammenwirken von Wärmeströmung und Wärmestrahlung lässt in der Atmosphäre Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen. Die Sonne beheizt die Erdoberfläche und dies besonders intensiv in den Tropen. Dadurch erwärmt sich auch die bodennahe Luft. Wegen der steigenden Wassertemperatur verdunstet auch mehr Wasser. Feuchte warme Luft steigt auf, der Luftdruck nimmt ab, es entsteht ein Tiefdruckgebiet. In das Tief strömen am Boden von allen Seiten Luftmassen ein und rotieren um das Zentrum (100.2). Ein Hochdruckgebiet bildet sich, indem sich die Luft über einer kälteren Stelle der Erdoberfläche abkühlt. Die Luft zieht sich zusammen, der Druck erhöht sich. Im Hochdruckgebiet lösen sich Wolken auf, weil sich die absinkende Luft erwärmt und die Wassertröpfchen in den Wolken verdampfen. Daher bringen Hochdruckgebiete Schönwetter. 100.1 Links: Mit einer Wärmebildkamera können die Temperaturen an einer Hausfassade – und somit thermische Schwachstellen – sichtbar gemacht werden. Rechts: Die Fassade (spiegelverkehrt) fotografiert mit sichtbarem Licht. 100.2 Satellitenbild des Super-Taifuns „Haiyan“ über dem Philippinischen Meer am 7. November 2013. Das Zentrum bewegte sich mit rund 30 km/h in Richtung Vietnam, die Windböen erreichten rund 300 km/h. 100.3 Wärmedurchgang durch eine Wand mit vier Schichten. Die Wärmedämmung aus 10 cm Styropor hilft mehr als 75 % des ohne Dämmung benötigten Heizbedarfs einzusparen. Innen Außen Ziegel Styropor Putz Putz T x 100.4 Dämmung einer Wand mit Mineralwolle. In welchem Raum deiner Wohnung vermutest du den größten Wärmeverlust? Wie könntest du ihn verringern? 100 Thermodynamik 1 Atome lieben Wärme Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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