Wie hängen Wärmeübergangskoeffizient und Wärmeübergangswiderstand zusammen?

Der Wärmeübergangswiderstand ist der Kehrwert des Wärmeübergangskoeffizienten . Man berechnet ihn als , wobei die Wärmeübertragung an der Oberfläche zusammenfasst und sich aus Strahlung und Konvektion ergibt: . hat die Einheit .

Wie erkennt man bei einem Bauteil, ob der Wärmestrom aufwärts, abwärts oder horizontal verläuft?

Die Richtung des Wärmestroms erkennt man, indem man zuerst festlegt, welche Seite wärmer und welche kälter ist, weil Wärme vom Warmen zum Kalten fließt. Dann ordnet man die Richtung zur Lage des Bauteils zu: Bei einer Wand verläuft der Wärmestrom horizontal, bei Decke oder Boden aufwärts oder abwärts. Beispiel: Vom beheizten Dachgeschoss durch das Dach zur kälteren Umgebung ist der Wärmestrom aufwärts gerichtet.

Welche Wärmeübergangswiderstände nimmt man, wenn ein Bauteil einen beheizten von einem unbeheizten Raum trennt?

Bei einem Bauteil zwischen einem beheizten und einem unbeheizten Raum setzt man auf beiden Bauteilseiten den inneren Wärmeübergangswiderstand an. Für einen horizontalen Wärmestrom beträgt dann auf beiden Seiten. Für einen aufwärts gerichteten Wärmestrom beträgt auf beiden Seiten.

Warum wird der äußere Wärmeübergangswiderstand gegen Erdreich oft mit null angesetzt?

Der äußere Wärmeübergangswiderstand gegen Erdreich wird oft mit null angesetzt, weil an dieser Bauteilseite weder Wärmestrahlung noch Konvektion maßgeblich sind. Erdreich wirkt nicht wie eine Luftumgebung an einer freien Oberfläche, sodass der Oberflächenwärmeaustausch, den beschreibt, in diesem Fall vernachlässigt wird.

Video

Wärmeübergangswiderstand

In diesem Video lernst du alles über den Wärmeübergangswiderstand eines Bauteils bei der Übertragung von Wärme von einem Medium auf ein anderes.

Inhaltsübersicht

Definition: Wärmeübergangswiderstand

Bei der Übertragung von Wärme wissen wir, dass die Wärme immer vom wärmeren zum kälteren Medium fließt. Allerdings kann die Wärme dabei nicht ohne Verluste übertragen werden, da der Wärmefluss von einigen Widerständen, gehemmt wird.

Der Wärmeübergangswiderstand tritt dabei beim Wärmeaustausch eines Bauteils an dessen Oberfläche mit seiner Umgebung auf. Deswegen wird der Widerstand mit dem Index „s“ versehen, welches für ‚Surface‘, also englisch für Oberfläche, steht. Man versucht damit den Einfluss von Wärmeleitung , -konvektion und -strahlung , für die Berechnung in der Bauphysik zusammenzufassen.

Wärmeübergangswiderstand Surface Oberfläche Wärmeaustausch — Wärmeaustausch zwischen Oberfläche und Umgebung

Merke

Für den Wärmeübergangswiderstand gibt es verschiedene Einflussfaktoren, wie Oberflächenbeschaffenheit, Belüftung, Farbe, aber vor allem auch die Richtung und Lage des maßgebenden auftretenden Wärmestroms.

Die Einheit des Wärmeübergangswiderstands R_s wird in $m^2\times K/W$ angegeben. Die Formel lautet:

$R_s= \frac{1}{h}=\frac{1}{h_r+h_c }$

Dabei handelt es sich bei h_r um den Wärmeübergangskoeffizient der Strahlung und bei h_c um den der Konvektion . Die Konduktion wird für diesen Fall vernachlässigt.

Der innere und äußere Wärmeübergangswiderstand

Außerdem können wir noch zwischen dem inneren Wärmeübergangswiderstand R_s_i und dem äußeren Wärmeübergangswiderstand R_s_e eines Bauteils unterscheiden. Die Index ,i´ steht dabei für das englische Wort „internal“, also innen, und beschreibt die beheizte Seite des Bauteils. Der Index ,e´ steht für das englische Wort „external“, also außen, und beschreibt die unbeheizte Seite des Bauteils. Welche Werte dann für diese beiden Wärmewiderstände in der Praxis angenommen werden, kannst du in der Norm DIN EN ISO 6946 für das Bauwesen nachschlagen.

Studyflix vernetzt: Hier ein Video aus einem anderen Bereich

Tabelle- Wärmeübergangswiderstand im Bauwesen

Die folgende Tabelle aus der ISO 6946 enthält die Werte für die Widerstände R_s_i und R_s_e gegen Luft, in Abhängigkeit der Lage und der Richtung des Wärmestroms.

ISO 6946 Innerer Wärmeübergangswiderstand Äußerer Wärmeübergangswiderstand Tabelle Richtung Wärmestrom — Auszug aus der ISO 6946

Wenn wir einen Blick auf ein Gebäude werfen, dann können wir diese Werte auch ganz anschaulich nachvollziehen.
Darin werden beheizte Räume rot und unbeheizte blau markiert. Außerdem sehen wir noch die Umgebung und das Erdreich. Am einfachsten fangen wir im Dachgeschoß mit unserer Betrachtung an.

Wärmeströme Wärmeübergangswiderstand Beispiel Gebäude — Betrachtung der Wärmeströme eines Gebäudes

Für den inneren Widerstand des beheizten Dachgeschoßes durch das Dach in die Umgebung ergibt sich gemäß eines aufwärts gerichteten Wärmestroms ein Wert von $0,10 m^2\times K/W$ . Die Umgebung außerhalb des Gebäudes hat den äußeren Widerstand von 0,04 , wie wir der Tabelle entnehmen können.

Eine Besonderheit in diesem Beispiel ist der unbeheizte Raum im Dach. Denn für ein Bauteil zwischen einem beheizten und einem unbeheizten Raum wird für beide Bauteilseiten immer der innere Wärmeübertragungswiderstand R_s_i angenommen. Für die Wärmeübergangswiderstände vom beheizten in den unbeheizten Raum ergibt sich für den horizontalen Wärmestrom somit der Wert 0,13 für beide Seiten. Für den aufwärts gerichteten Wärmestrom des 1. Obergeschosses ergibt sich für dieses Bauteil ein Wert von 0,10 für beide Seiten.

Im Kellergeschoss stellt sich ein Wärmestrom in Richtung des Erdreichs ein. Der Wert für R_s_e in Richtung Erde ist gleich null, da in diesem Bereich weder Strahlung noch Konvektion einen Einfluss haben. Den Wert für den inneren Widerstand können wir aus der Tabelle entnehmen. Für einen abwärts gerichteten Wärmestrom beträgt dieser am Boden 0,17 und für einen horizontal ausgerichteten Wärmestrom beträgt der innere Widerstand 0,13.

Geschafft! Jetzt weißt du, wie du für alle Richtungen des Wärmestroms den Wärmeübergangswiderstand bestimmen kannst!

Wärmeübergangswiderstand — häufigste Fragen

(ausklappen)

Wie hängen Wärmeübergangskoeffizient und Wärmeübergangswiderstand zusammen?

Der Wärmeübergangswiderstand ist der Kehrwert des Wärmeübergangskoeffizienten . Man berechnet ihn als , wobei die Wärmeübertragung an der Oberfläche zusammenfasst und sich aus Strahlung und Konvektion ergibt: . hat die Einheit $\frac{\text{m}^2\text{K}}{\text{W}}$ .
Wie erkennt man bei einem Bauteil, ob der Wärmestrom aufwärts, abwärts oder horizontal verläuft?

Die Richtung des Wärmestroms erkennt man, indem man zuerst festlegt, welche Seite wärmer und welche kälter ist, weil Wärme vom Warmen zum Kalten fließt. Dann ordnet man die Richtung zur Lage des Bauteils zu: Bei einer Wand verläuft der Wärmestrom horizontal, bei Decke oder Boden aufwärts oder abwärts. Beispiel: Vom beheizten Dachgeschoss durch das Dach zur kälteren Umgebung ist der Wärmestrom aufwärts gerichtet.
Welche Wärmeübergangswiderstände nimmt man, wenn ein Bauteil einen beheizten von einem unbeheizten Raum trennt?

Bei einem Bauteil zwischen einem beheizten und einem unbeheizten Raum setzt man auf beiden Bauteilseiten den inneren Wärmeübergangswiderstand $R_{s,i}$ an. Für einen horizontalen Wärmestrom beträgt $R_{s,i}$ dann $0{,}13\,\frac{\text{m}^2\text{K}}{\text{W}}$ auf beiden Seiten. Für einen aufwärts gerichteten Wärmestrom beträgt $R_{s,i}$ $0{,}10\,\frac{\text{m}^2\text{K}}{\text{W}}$ auf beiden Seiten.
Warum wird der äußere Wärmeübergangswiderstand gegen Erdreich oft mit null angesetzt?

Der äußere Wärmeübergangswiderstand $R_{s,e}$ gegen Erdreich wird oft mit null angesetzt, weil an dieser Bauteilseite weder Wärmestrahlung noch Konvektion maßgeblich sind. Erdreich wirkt nicht wie eine Luftumgebung an einer freien Oberfläche, sodass der Oberflächenwärmeaustausch, den $R_{s,e}$ beschreibt, in diesem Fall vernachlässigt wird.

Wärmeübertragung verstehen

Der Wärmeübergangswiderstand gehört zur Wärmeübertragung und spielt bei Bauteilen, Oberflächen und Wärmeströmen eine wichtige Rolle. Wer sich mit Wärmeübertragung beschäftigt, betrachtet den Weg von Wärme durch Luft, feste Stoffe und ganze Bauteile. Dabei wird klar, wie Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung zusammenwirken und welchen Einfluss die Lage eines Bauteils hat. Im Ingenieurwissenschaftenbereich findest du passende Videos zu diesem und verwandten Themen.

zur Videoseite: Wärmeübergangswiderstand