Wärmedämmung

Wärmedämmung Übung

• Beschreibe, was man unter Wärmedämmung versteht.

  Tipps

  Der Übertrag von thermischer Energie von einem wärmeren Körper auf einen kälteren Körper erfolgt durch Wärmeleitung, Wärmeströmung (Konvektion) und Wärmestrahlung.

  Die Übertragung von Wärme ist bei technischen Anwendungen wie Heizungen, Sonnenkollektoren oder Infrarotlampen erwünscht. Wann jedoch nicht?

  Lösung

  Unerwünschter Wärmeaustausch kann bei technischen Anwendungen durch eine geeignete Wärmedämmung reduziert werden. Dafür müssen alle Übertragungswege für Wärme, also Wärmestrahlung, Wärmeströmung (Konvektion) und Wärmeleitung unterbunden werden.

  Sollen Körper mit einer höheren Temperatur als der Umgebungstemperatur so wenig wie möglich abkühlen, so spricht man von einem Schutz gegen Abkühlung. Dies ist bei uns besonders im Wohnbereich von Interesse...die Wärmeverluste beim Heizen wären im Winter sonst enorm hoch. Und auch beim Transport von Heißwasser spielt die Wärmedämmung der Leitungsrohre, die streckenweise auch im Freien verlaufen, eine große Rolle.

  Für die Lagerung von Lebensmitteln und für andere technische Anwendungen ist hingegen der Schutz vor Erwärmung wichtig. Hier dient die Wärmedämmung dazu, den kühleren Raum (wie im Kühlschrank) möglichst gut gegen eine Erwärmung durch die wärmere Umgebung abzugrenzen. Auch das spart viel Geld und schont die Umwelt durch einen geringeren Energieverbrauch beim Kühlen.

  Die Thermosflasche ist eine technische Anwendung, die je nach Temperatur der Füllung entweder vor Erwärmung des Inhalts oder vor Abkühlung des Inhaltes schützt.

• Gib an, wie eine gute Wärmedämmung technisch realisiert werden kann.

  Tipps

  Welche beiden Formen der Wärmeübertragung sind an einen Stoff gebunden?

  Welche Stoffe sind gute beziehungsweise schlechte Wärmeleiter?

  Welche Eigenschaft von Oberflächen verhindert das Eindringen von Wärmestrahlung?

  Lösung

  Und so lautet der richtige Überblick über die Prinzipien der Wärmedämmung:

  Bei der Wärmedämmung müssen alle drei Formen von Wärmeübertragung so weit wie möglich verringert werden.

  Die beiden Körper, zwischen denen ein Wärmeaustausch verhindert werden soll, dürfen sich nicht direkt berühren. So wird die direkte Wärmeübertragung in Form von Wärmeleitung unterbunden. Außerdem wird zwischen die beiden Körper ein Stoff eingebracht, der ein schlechter Wärmeleiter ist wie zum Beispiel Luft.

  In dem Raum zwischen den beiden Körpern kann aber noch Wärmeströmung auftreten. Daher wird dieser Raum möglichst klein gehalten, um die Konvektion zu verringern. Oder aber er wird luftleer gehalten, so ist in diesem Vakuum weder Konvektion noch Wärmeleitung möglich.

  Wärmestrahlung jedoch durchdringt sogar ein Vakuum. Um sie zu reduzieren, wird daher eine reflektierende Schicht in die Wärmedämmung mit eingebaut. Dies kann zum Beispiel eine Metallfolie sein.

  Eine gut funktionierende Wärmedämmung ist also gar nicht so leicht umzusetzen, denn nicht immer lassen sich alle Formen der Wärmeübertragung beliebig reduzieren. So reduziert beispielsweise eine Metallfolie die Wärmestrahlung, ist aber gleichzeitig ein guter Wärmeleiter. Hier gilt es, die beste Lösung zu finden.

• Erkläre, wie man die Heizkosten des Einfamilienhauses reduzieren kann.

  Tipps

  Die Thermografie zeigt hohe Wärmeverluste an den Fenstern, über die Fassade des Hauses und die Wasserleitungen an.

  Falsches Verhalten kann ebenso die Heizkosten in die Höhe treiben wie ein ungenügend gedämmtes Haus.

  Lösung

  Hier sind nur ein paar Beispiel genannt, wie man ein Haus (oder eine Wohnung) energetisch auf Vordermann bringen kann. Da die meiste Wärme über die Fenster verloren geht, lohnt sich der Ersatz von Fenstern mit schlechter Isolierung eigentlich immer. Besser isolieren beispielsweise Doppelfenster mit einem Vakuum zwischen den Scheiben. Auch eine Dämmung der Fassaden mit entsprechenden Platten ist fast immer zu empfehlen. Durch die Thermografie lassen sich außerdem Wärmebrücken ausfindig machen, an denen viel Wärme verloren geht. In diesem Beispiel waren dies schlecht isolierte Wärmeleitungen.

  Aber auch das eigene Verhalten ist ausschlaggebend. Gerade in der kalten Jahreszeit ist das regelmäßige, aber kurze Lüften wichtig, damit nur die Luft ausgetauscht wird und die Räume nicht unnötig ausgekühlt werden. Das Senken der Raumtemperatur um einige Grad hat enormes Einsparpotential, frieren muss aber dabei niemand. Ein T-Shirt in der hochgeheizten Wohnung ist mehr als unnötig. Ein kuschliges Langarmshirt passt ja auch viel besser zum Wetter draußen. Und natürlich ist es sinnvoll, alles zu vermeiden, was zu unnötigen Wärmeverlusten führt wie zu lange offen stehende Türen. Aber da fällt dir bestimmt noch eine Menge mehr ein.

• Erkläre, weshalb Styropor so gute wärmedämmende Eigenschaften besitzt.

  Tipps

  Vergleiche die genannten Wärmeleitfähigkeiten miteinander.

  Welche Formen der Wärmeübertragung gibt es neben Wärmeleitung ebenfalls?

  Lösung

  Die kleinen weißen Styroporkügelchen kennt wohl jeder. Ein Stück Styropor lässt sich relativ einfach in seine vielen Einzelbestandteile zerpflücken. Dass diese mit Luft gefüllt sind, kann man sich vorstellen, denn Styropor ist sehr leicht.

  Durch den Lufteinschluss in den Kügelchen wird dabei nicht nur ein sehr schlechter Wärmeleiter in die Dämmung eingefügt...es wird auch gleichzeitig unterbunden, dass Wärmeverluste durch Wärmeströmung (Konvektion) auftreten können.

  Doch auch Wärmedämmung mit Styropor oder vergleichbaren kunststoffhaltigen Platten hat negative Seiten. Der Energieersparnis auf der einen Seite stehen unter anderem Fragen der ökologischen Entsorgung sowie der Sicherheit bei Bränden entgegen.

• Beschreibe, wie die einzelnen Kompnenten einer Thermoskanne zur Wärmedämmung beitragen.

  Tipps

  Die Thermoskanne vereint in sich die wesentlichen Eigenschaften einer Wärmedämmung.

  Welche Formen der Wärmeübertragung werden durch ein Vakuum verhindert?

  Wie kann man Strahlung von einem Körper abhalten?

  Lösung

  Die Thermoskanne ist von außen recht unscheinbar, im Inneren aber ein wahres Hightech-Objekt und deshalb auch nicht ganz billig.

  Eine Besonderheit der Thermoskanne ist ihr doppelwandiger Aufbau. Zwischen den beiden Wänden befindet sich ein Vakuum...und dieses unterbindet sämtliche Formen von Wärmeübertragung, die an einen Stoff gebunden sind...also Wärmeleitung und Wärmeströmung beziehungsweise Konvektion.

  Außerdem ist die Thermoskanne im Innern verspiegelt. Damit wird ein Großteil der Wärmestrahlung abgehalten, die ungehindert das Vakuum der Doppelwand passiert.

  So bleibt Kaltes lange kalt und Heißes lange heiß. Aber nicht dauerhaft, denn Wärmeübertragung am Verschluss der Thermoskanne lässt sich konstruktionsbedingt (noch?) nicht ganz vermeiden.

• Vergleiche die Wärmeverluste von einem schlecht und einem gut gedämmten Haus.

  Tipps

  Vergleiche die Temperaturdifferenzen zwischen Oberflächentemperatur und Außentemperatur rechnerisch miteinander.

  Lösung

  Für das ungedämmte Haus gilt eine Temperaturdifferenz von 11,2°C - 8,3°C = 2,9°C zwischen der Außentemperatur und der Oberflächentemperatur der Fassade. Das heißt, die Wände der Fassade sind 2,9°C wärmer als die Umgebungsluft. Für das gedämmte Haus gilt analog 8,7°C - 8,3°C = 0,4°C.

  Diese Temperaturunterschiede sind ein Maß für den Wärmeverlust des Hauses. Die thermische Energie der Innenräume wird über die Wände in Form von Wärme nach außen geleitet. Setzt man die beiden Temperaturdifferenzen zueinander ins Verhältnis, erhält man einen Vergleich der beiden Häuser. Der Energieverlust ist bei dem ungedämmten Haus somit 7 Mal höher als bei dem gedämmten Haus.