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planung:waermeschutz:waermeschutz_funktioniert:waermedaemmen_oder_waerme_speichern

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planung:waermeschutz:waermeschutz_funktioniert:waermedaemmen_oder_waerme_speichern [2023/09/02 16:35] – [Wärmespeichern und Wärmedämmen gehören zusammen] wfeistplanung:waermeschutz:waermeschutz_funktioniert:waermedaemmen_oder_waerme_speichern [2023/11/20 15:10] (aktuell) – [Selbstentladung] wfeist
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-===== Begriffsbestimmung Wärmespeicherung 🌡️=====+===== Begriffsbestimmung Speicherung =====
  
 Als Wärmespeicherfähigkeit oder Wärmekapazität (dies ist der physikalische Fachbegriff) wird **das Vermögen eines Materials bezeichnet, Wärmemengen im Temperaturgefälle aufzunehmen**. Wir nutzen den Speichereffekt z.B. schon seit langer Zeit bei Wärmflaschen, Warmwasserspeichern oder Speicherheizgeräten. Durch Wärmespeicherung kann grundsätzlich keine zusätzliche Energie gewonnen werden – jede aus einem Speicher entnommene Wärme muss diesem ursprünglich einmal zugeführt worden sein, z.B. beim Erhitzen des Warmwassers für die Wärmflasche.\\ Als Wärmespeicherfähigkeit oder Wärmekapazität (dies ist der physikalische Fachbegriff) wird **das Vermögen eines Materials bezeichnet, Wärmemengen im Temperaturgefälle aufzunehmen**. Wir nutzen den Speichereffekt z.B. schon seit langer Zeit bei Wärmflaschen, Warmwasserspeichern oder Speicherheizgeräten. Durch Wärmespeicherung kann grundsätzlich keine zusätzliche Energie gewonnen werden – jede aus einem Speicher entnommene Wärme muss diesem ursprünglich einmal zugeführt worden sein, z.B. beim Erhitzen des Warmwassers für die Wärmflasche.\\
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 |{{ :picopen:thermographie_nuernberg_suedfassade_fertig_mit_logo.png?460 }}| |{{ :picopen:thermographie_nuernberg_suedfassade_fertig_mit_logo.png?460 }}|
-|//**Diese thermographische Aufnahme zeigt links einen ungedämmten Altbau (hinter den Bäumen)\\ und rechts eine sehr gut nachträglich gedämmte Fassade (20 cm verputzte Wärmedämmung)**:\\ -> **Linke Seite (bunt)**: Die ungedämmte Wand leitet die Wärme sehr gut bis zur Außenoberfläche -\\ diese strahlt Wärme in die Umgebung ab. Dies ist durch die hohe Oberflächentemperatur zwischen\\ 6 und 7 °C erkennbar.\\ -> **Rechte Seite (tiefblau)**: Die Wärmedämmung verringert den Wärmefluss von innen nach außen\\ ganz erheblich. Die neue Putzoberfläche hat eine gleichmäßig niedrige Temperatur von unter 4 °C;\\ diese Temperatur unterscheidet sich kaum von der Temperatur der im Freien stehenden Bäume. Das\\ zeigt, dass der Wärmeverlust nur extrem gering ist. Der Verlust durch die Fenster ist schon etwas\\ höher. Und das gekippte Fenster (oben links) beweist, dass das Haus nicht etwa unbeheizt ist(([[ /planung/waermeschutz/waermeschutz_funktioniert/waermedaemmung_erhoeht_den_komfort_-_beleg_3_aussenthermographie#auswirkung_des_gekippten_fensters|Genauere Betrachtung zum gekippten Fenster.]])).//|\\ +|//**Diese thermographische Aufnahme zeigt links einen ungedämmten Altbau (hinter den Bäumen)\\ und rechts eine sehr gut nachträglich gedämmte Fassade (20 cm verputzte Wärmedämmung)**:\\ -> **Linke Seite (bunt)**: Die ungedämmte Wand leitet die Wärme sehr gut bis zur Außenoberfläche -\\ diese strahlt Wärme in die Umgebung ab. Dies ist durch die hohe Oberflächentemperatur zwischen\\ 6 und 7 °C erkennbar.\\ -> **Rechte Seite (tiefblau)**: Die Wärmedämmung verringert den Wärmefluss von innen nach außen\\ ganz erheblich. Die neue Putzoberfläche hat eine gleichmäßig niedrige Temperatur von unter 4 °C;\\ diese Temperatur unterscheidet sich kaum von der Temperatur der im Freien stehenden Bäume. Das\\ zeigt, dass der Wärmeverlust nur extrem gering ist. Der Verlust durch die Fenster ist schon etwas\\ höher. Und das gekippte Fenster (oben links) beweist, dass das Haus nicht etwa unbeheizt ist(([[ /planung/waermeschutz/waermeschutz_funktioniert/waermedaemmung_erhoeht_den_komfort_-_beleg_3_aussenthermographie#auswirkung_des_gekippten_fensters|Genauere Betrachtung zum gekippten Fenster.]])).//| 
-\\ +<WRAP box><sub>Ende des zum Bauphysik Wärme gehörenden Abschnitts;\\ [[grundlagen:grundkurs_bauphysik_waerme|Weiter im Kapitel Wärmespeicherung]] 🌡️\\  
 +[[grundlagen:grundkurs_bauphysik_waerme|Zurück zum Grundkurs Bauphysik Wärme - Übersicht]] 🌡️</sub></WRAP>
 ===== Wärmespeichern und Wärmedämmen gehören zusammen ===== ===== Wärmespeichern und Wärmedämmen gehören zusammen =====
  
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-|$ \rho \mathbf{c} \frac{\Large \partial \Large T}{\Large \partial \Large t} = - (- \mathbf{div} \Lambda\, \mathbf{grad} \,T) $|+|$ \rho \mathbf{c} \frac{\Large \partial \Large T}{\Large \partial \Large t} = - (\mathbf{div} (- \Lambda\, \mathbf{grad} \,T) $|
  
 Die Wärmeleitungsgleichung in allgemeiner Formulierung beschreibt die zeitliche Veränderung eines Temperaturfeldes $ T(x,y,z) $ in nicht bewegter Materie (z.B. in einem Festkörper). Die Wärmeleitungsgleichung in allgemeiner Formulierung beschreibt die zeitliche Veränderung eines Temperaturfeldes $ T(x,y,z) $ in nicht bewegter Materie (z.B. in einem Festkörper).
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   * Unterschiede in der Temperatur (Gradient $\mathbf{grad}$, ganz rechts auf der rechten Seite) treiben einen Wärmestrom an, der umso größer ist, je höher die betreffende Komponente des Wärmeleitfähigkeitstensors $(\Lambda)$ ist ((Hier wurde die allgemeinste Formulierung dargestellt, bei der die Wärmeleitfähigkeit in verschiedenen Raumrichtungen unterschiedlich sein kann (z.B. in einem Hochlochziegel). Ist die Wärmeleitung richtungsunabhängig (isotrop), so steht statt des Tensors $(\Lambda)$ hier einfach der skalare Wert der Wärmeleitfähigkeit $\lambda$. Die spezifische Wärmekapazität $(\rho c )$ und die Wärmeleitfähigkeit $(\Lambda )$ können vom Ort abhängen, ohne dass sich der Charakter der Gleichung wesentlich ändert. Hängen die Koeffizienten auch von der Temperatur ab (z.B. bei Gasen), so wird die Gleichung nichtlinear - die numerische Lösung liefert jedoch auch dann unter bestimmten Voraussetzungen noch brauchbare Ergebnisse. \\ \\ \\ ))  $\overrightarrow {\dot q} = -\Lambda \,\mathbf{grad}\,T $ ist dieser vektorielle Wärmestrom.   * Unterschiede in der Temperatur (Gradient $\mathbf{grad}$, ganz rechts auf der rechten Seite) treiben einen Wärmestrom an, der umso größer ist, je höher die betreffende Komponente des Wärmeleitfähigkeitstensors $(\Lambda)$ ist ((Hier wurde die allgemeinste Formulierung dargestellt, bei der die Wärmeleitfähigkeit in verschiedenen Raumrichtungen unterschiedlich sein kann (z.B. in einem Hochlochziegel). Ist die Wärmeleitung richtungsunabhängig (isotrop), so steht statt des Tensors $(\Lambda)$ hier einfach der skalare Wert der Wärmeleitfähigkeit $\lambda$. Die spezifische Wärmekapazität $(\rho c )$ und die Wärmeleitfähigkeit $(\Lambda )$ können vom Ort abhängen, ohne dass sich der Charakter der Gleichung wesentlich ändert. Hängen die Koeffizienten auch von der Temperatur ab (z.B. bei Gasen), so wird die Gleichung nichtlinear - die numerische Lösung liefert jedoch auch dann unter bestimmten Voraussetzungen noch brauchbare Ergebnisse. \\ \\ \\ ))  $\overrightarrow {\dot q} = -\Lambda \,\mathbf{grad}\,T $ ist dieser vektorielle Wärmestrom.
  
-  * Die "Divergenz" ist die Summe aller die Oberflächen des Volumenelementes durchströmenden Wärmeströme. Die negative Divergenz bestimmt also gerade die Änderung des Wärmeinhalts im infinitesimalen Volumenelement.+  * Die "Divergenz" $\mathbf{div}$ ist die Summe aller die Oberflächen des Volumenelementes durchströmenden Wärmeströme. Die negative Divergenz bestimmt also gerade die Änderung des Wärmeinhalts im infinitesimalen Volumenelement.
  
   * Diese Änderung ist gleich der mit der Wärmekapazität $(\rho c)$ multiplizierten zeitlichen Änderung der Temperatur $(\frac{\partial T}{\partial t})$ (linke Seite der Gleichung).   * Diese Änderung ist gleich der mit der Wärmekapazität $(\rho c)$ multiplizierten zeitlichen Änderung der Temperatur $(\frac{\partial T}{\partial t})$ (linke Seite der Gleichung).
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 - begrenzte Genauigkeit der Kenntnis der Stoffkennwerte\\ - begrenzte Genauigkeit der Kenntnis der Stoffkennwerte\\
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-Alle diese Einflüsse wurden so gut wie möglich sorgfältig kontrolliert; das resultiert in der vergleichsweise sehr guten Übereinstimmung der Messwerte mit den Berechnungen. Eine hohe experimentelle Sorgfalt ist wichtige Voraussetzung dafür, auch wirklich die Größen zu messen, die zu messen beabsichtigt waren. \\ \\ \\ )) dokumentiert. Die Dämmschicht ist 275 mm dick. Anhand dieser Messergebnisse lassen sich viele weitere Eigenschaften der gedämmten Wand erkennen - eine ausführliche Diskussion findet sich in [[planung:waermeschutz:waermeschutz funktioniert:Wärmedämmen oder Wärme speichern?#Literatur|[Feist 1987] ]], eine Diskussion in der Seite [[Planung:wärmeschutz:wärmeschutz funktioniert|Wärmedämmung funktioniert]].\\ +Alle diese Einflüsse wurden so gut wie möglich sorgfältig kontrolliert; das resultiert in der vergleichsweise sehr guten Übereinstimmung der Messwerte mit den Berechnungen. Eine hohe experimentelle Sorgfalt ist wichtige Voraussetzung dafür, auch wirklich die Größen zu messen, die zu messen beabsichtigt waren. \\ \\ \\ )) dokumentiert. Die Dämmschicht ist 275 mm dick. Anhand dieser Messergebnisse lassen sich viele weitere Eigenschaften der gedämmten Wand erkennen - eine ausführliche Diskussion findet sich in [[planung:waermeschutz:waermeschutz funktioniert:Wärmedämmen oder Wärme speichern?#Literatur|[Feist 1987] ]], eine Diskussion in der Seite [[Planung:wärmeschutz:wärmeschutz funktioniert|Wärmedämmung funktioniert]].\\  
-<WRAP box><sub>Ende des zum Bauphysik Wärme gehörenden Abschnitts; +
-[[grundlagen:grundkurs_bauphysik_waerme|Zurück zum Grundkurs Bauphysik Wärme - Übersicht]] 🌡️</sub></WRAP>+
  
 ===== Dagegen: Die gesamte innen liegende Wärmekapazität hat durchaus einen Einfluss ===== ===== Dagegen: Die gesamte innen liegende Wärmekapazität hat durchaus einen Einfluss =====
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 Wissenschaftliche Zusammenhänge kann jeder selbst überprüfen - es bedarf dazu nicht der Autorität irgendwelcher Gurus. Das ist übrigens der wichtigste Anspruch, der an **seriöse wissenschaftliche Arbeit** gestellt wird: Sie muss überprüfbar sein. Auch die Prüfung muss sich an diesen Anspruch halten - Randbedingungen müssen dokumentiert, Messungen mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden (mit einem herkömmlichen Zimmerthermometer kann man Temperaturen bestenfalls auf 1 bis 2 °C genau messen; es gibt aber inzwischen sehr viel genauere elektronische Temperatursensoren am Markt. Wichtig ist dann insbesondere deren korrekte Anbringung; eben z.B. nicht auf dem sonnenbeschienenen Fußboden, es sei denn, genau der Effekt der Solarabsorption soll untersucht werden). Physikalische Zusammenhänge muss man nicht glauben - man kann sie selbst überprüfen.\\ Wissenschaftliche Zusammenhänge kann jeder selbst überprüfen - es bedarf dazu nicht der Autorität irgendwelcher Gurus. Das ist übrigens der wichtigste Anspruch, der an **seriöse wissenschaftliche Arbeit** gestellt wird: Sie muss überprüfbar sein. Auch die Prüfung muss sich an diesen Anspruch halten - Randbedingungen müssen dokumentiert, Messungen mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden (mit einem herkömmlichen Zimmerthermometer kann man Temperaturen bestenfalls auf 1 bis 2 °C genau messen; es gibt aber inzwischen sehr viel genauere elektronische Temperatursensoren am Markt. Wichtig ist dann insbesondere deren korrekte Anbringung; eben z.B. nicht auf dem sonnenbeschienenen Fußboden, es sei denn, genau der Effekt der Solarabsorption soll untersucht werden). Physikalische Zusammenhänge muss man nicht glauben - man kann sie selbst überprüfen.\\
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-==== Lernen durch Arbeit und Handeln ====+Zurück zur Übersicht des Grundlagenkurses **[[grundlagen/grundkurs_bauphysik_waerme]]**. \\ \\ \\  
 + 
 +==== Lernen durch Praktizieren und Handeln ====
  
 Das hier behandelte Thema ist übrigens sehr gut für den Projektunterricht an Schulen geeignet. Sowohl in der Mittelstufe als auch in der Oberstufe lassen sich daran ein grundlegendes physikalisches Verständnis, die Unterschiede zwischen extensiven Größen (wie Wärmeinhalt / Innere Energie) und intensiven Größen (Temperatur) sowie der 1. Hauptsatz der Thermodynamik (Energiesatz) erarbeiten. Kleine Modelle (Kasten aus Dämmstoff für ein Gefäß mit warmem Wasser) sind schnell hergestellt und erlauben den Schülern eine selbständige Überprüfung der Zusammenhänge - dabei besteht ein enger Bezug zur täglichen Erfahrungswelt. Denn, Folgendes sagte Albert Einstein zum Thema Lernen und Schule: "Persönlichkeiten aber formen sich nicht durch das, was sie hören und sagen, sondern durch Arbeit und Handeln."\\ Das hier behandelte Thema ist übrigens sehr gut für den Projektunterricht an Schulen geeignet. Sowohl in der Mittelstufe als auch in der Oberstufe lassen sich daran ein grundlegendes physikalisches Verständnis, die Unterschiede zwischen extensiven Größen (wie Wärmeinhalt / Innere Energie) und intensiven Größen (Temperatur) sowie der 1. Hauptsatz der Thermodynamik (Energiesatz) erarbeiten. Kleine Modelle (Kasten aus Dämmstoff für ein Gefäß mit warmem Wasser) sind schnell hergestellt und erlauben den Schülern eine selbständige Überprüfung der Zusammenhänge - dabei besteht ein enger Bezug zur täglichen Erfahrungswelt. Denn, Folgendes sagte Albert Einstein zum Thema Lernen und Schule: "Persönlichkeiten aber formen sich nicht durch das, was sie hören und sagen, sondern durch Arbeit und Handeln."\\
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