Thomas Heisig

a. Wärmeleitung (Leitfähigkeit)

Die Wärmeleitung beschreibt den direkten Transfer von Energie durch einen festen Stoff infolge eines Temperaturunterschieds. Sie ist abhängig von der Wärmeleitfähigkeit (λ).

• Formel: q=−λ⋅(ΔT/Δx)
  • q: Wärmestromdichte (W/m²)
  • λ\lambdaλ: Wärmeleitfähigkeit (W/m·K)
  • ΔT\Delta TΔT: Temperaturdifferenz (K)
  • Δx\Delta xΔx: Materialdicke (m)

• Beispiele:
  • Hohe Wärmeleitfähigkeit: Metalle (z. B. Kupfer λ≈400 W/m\cdotpK).
  • Niedrige Wärmeleitfähigkeit: Dämmstoffe (z. B. Mineralwolle λ≈0,035 W/m\cdotpK).

b. Konvektion

Konvektion beschreibt den Wärmetransport durch ein strömendes Medium wie Luft oder Wasser. Es unterscheidet sich in natürliche und erzwungene Konvektion.

• Formel (vereinfachte Beschreibung): q=h⋅A⋅ΔTq
  • q: Wärmestrom (W)
  • h: Konvektionskoeffizient (W/m²·K)
  • A: Fläche (m²)
  • ΔT\Delta TΔT: Temperaturdifferenz (K)
• Beispiele:
  • Fensterflächen mit Luftzirkulation zeigen höhere Wärmeverluste durch Konvektion.

c. Wärmestrahlung

Die Wärmestrahlung erfolgt über elektromagnetische Wellen, unabhängig von einem Medium. Jedes Objekt emittiert Wärmestrahlung, deren Intensität durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben wird:

• Formel: q=ϵ⋅σ⋅T⁴
  • q: Strahlungsleistung (W/m²)
  • ϵ: Emissionsgrad (dimensionslos, 0–1)
  • σ: Stefan-Boltzmann-Konstante (5,67⋅10⁻⁸ W/m²\cdotpK⁴)
  • T: Absolute Temperatur (K)
• Beispiele:
  • Wärmeverluste durch Fensterflächen.
  • Reflexion von Wärmestrahlung bei metallischen Oberflächen.

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2. Einfluss von Bau- und Dämmstoffen

a. Bau- und Dämmstoffe

• Dämmstoffe:
  • Hohe Porosität reduziert Wärmeleitung (z. B. Mineralwolle, Polystyrol).
  • Einsatz in Wänden, Dächern und Böden zur Minimierung von Wärmeverlusten.
• Massive Baustoffe:
  • Speicherung von Wärme durch hohe Wärmekapazität (z. B. Beton, Ziegel).
  • Verlangsamung der Temperaturfluktuation im Innenraum.

b. Wärmespeicherung

Wärmespeicherung beschreibt die Fähigkeit eines Materials, Wärmeenergie aufzunehmen. Sie wird durch die spezifische Wärmekapazität (ccc) definiert.

• Formel:Q=m⋅c⋅ΔTQ
  • QQQ: Wärmeenergie (J)
  • mmm: Masse (kg)
  • ccc: Spezifische Wärmekapazität (J/kg·K)
  • ΔT\Delta TΔT: Temperaturänderung (K)
• Beispiele:
  • Beton (hohe Wärmekapazität, c≈880 J/kg\cdotpK) speichert Wärme und gibt sie langsam ab.
  • Leichte Dämmstoffe haben eine geringe Wärmekapazität.

c. Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert)

Der U-Wert beschreibt den gesamten Wärmeverlust durch ein Bauteil (Wand, Dach, Fenster). Je kleiner der U-Wert, desto besser ist die Dämmwirkung.

• Formel: U=1/R_ges mit R_ges=∑(di/λi)+(1/h_innen)+(1/h_außen)
  • d_i​: Schichtdicke (m)
  • λ_i: Wärmeleitfähigkeit der Schicht (W/m·K)
  • h_innen,h_außenh​: Wärmeübergangswiderstände (W/m²·K)

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3. Lehrmittel und Quellen

Online-Leitfäden und Berechnungstools

1. Dämmstoffdatenbank:
   • www.daemmen-und-sanieren.de
2. Wärmebrückenrechner:
   • UBA Wärmebrücken
3. Stefan-Boltzmann-Gesetz und Anwendung:
   • Wikipedia Stefan-Boltzmann-Gesetz

Weiterführende Literatur

1. Klaus Sedlbauer: Bauphysik verstehen
   ISBN: 978-3834811674.
2. Normen:
   • DIN 4108: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden.
     Beuth Normenportal

Simulationstools

• THERM:
  • Software für Wärmedurchgangsberechnungen.
    THERM bei LBNL
• WUFI:
  • Feuchte- und Wärmesimulation.
    WUFI-Software