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Wärmedämmung

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André Otto
Wärmedämmung
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Wärmedämmung

Inhalt

Wärmedämmung – Physik

Es gibt drei verschiedene Arten der Wärmeübertragung: die Wärmeleitung, die Wärmeströmung und die Wärmestrahlung. Bei einer Heizung ist die Wärmeübertragung erwünscht – es gibt jedoch auch unerwünschten Wärmeaustausch. So soll zum Beispiel der Kühlschrank innen kühl bleiben und der Inhalt der Thermoskanne soll heiß bleiben. Ebenso soll im Winter die Wärme nicht aus dem Haus entweichen. Bei diesen Beispielen ist die Wärmeübertragung unerwünscht. In diesen Fällen kann sie mithilfe der Wärmedämmung minimiert werden. Aber was genau versteht man unter Wärmedämmung und wie funktioniert sie? In diesem Text wird die Wärmedämmung auf einfache Weise erklärt.

Was ist Wärmedämmung?

Um zu verhindern, dass es im Winter sehr kalt im Haus wird oder die Lebensmittel im Kühlschrank schlecht werden, da es zu warm in ihm wird, nutzen wir die Wärmedämmung. Die Definition der Wärmedämmung lautet:

  • Wärmedämmung ist eine Maßnahme, um Wärmeübertragung zu verringern.

Die Wärmedämmung verfolgt je nach Anwendung zwei Ziele: Schutz vor Kälteverlust oder Schutz vor Wärmeverlust.

Wärmedämmung – Funktion

Da Wärmeübertragung durch drei verschiedene Prozesse erfolgen kann, ist es bei der Wärmedämmung wichtig, alle drei Prozesse zu erschweren oder unmöglich zu machen. Aber wie genau funktioniert die Wärmedämmung?

Um die Wärmeleitung zu reduzieren, sollte man Stoffe verwenden, die die Wärme schlecht leiten. Luft ist zum Beispiel ein schlechter Wärmeleiter. Diese speziellen Stoffe befinden sich in einem Raum zwischen warm und kalt und haben eine isolierende Wirkung. Beim Hausbau werden verschiedene Materialien verwendet, die die Wärme schlecht leiten. Zudem sollte beachtet werden, dass kein direkter Kontakt zwischen warmem und kaltem Körper stattfindet.

Um die Wärmeströmung zu unterbinden, muss die Strömung von Luft oder anderen Stoffen so gering wie möglich gehalten werden. Deswegen sind beispielsweise Fenster durch spezielle Gummidichtungen so isoliert, dass kaum Luftaustausch stattfinden kann.

Die Eigenschaft, dass Wärmestrahlung an hellen und glatten Flächen reflektiert wird, kann genutzt werden, um Wärmestrahlung zu verhindern. Beispielsweise gibt es bestimmte Isolationsfolien, die beim Hausbau eingesetzt werden und genau nach diesem Prinzip funktionieren.

Wärmedämmung – Beispiel

Anwendung findet das Prinzip der Wärmedämmung unter anderem in der Thermoskanne. Die Thermoskanne ist ein praktisches Beispiel der Wärmedämmung. Schauen wir uns den Aufbau genauer an – schematisch ist er in der folgenden Grafik dargestellt.

Möglichkeiten der Wärmedämmung am Beispiel Thermoskanne

  • Die Thermoskanne ist ein doppelwandiges Gefäß. Das warme Getränk und die kalte Außenluft stehen also nicht in direkter Berührung. Zwischen ihnen befindet sich der luftleere Raum, also ein Vakuum. Somit ist die Wärmeleitung nicht möglich.

  • Im Inneren ist die Thermoskanne verspiegelt. Diese Schicht reflektiert die Wärmestrahlung des heißen Getränks ins Innere der Kanne.

  • Die Thermoskanne selbst ist nicht luftdurchlässig. Der Deckel ist im geschlossenen Zustand durch eine Gummidichtung so abgedichtet, dass auch hier kein Luftstrom möglich ist. Wärmeströmungen werden also auch verhindert.

$\Rightarrow$ Die Voraussetzungen für die Wärmedämmung sind erfüllt. Warme Getränke werden in der Thermoskanne warm gehalten und kalte Getränke kalt. Das funktioniert über mehrere Stunden. Da die Wärmeübertragung jedoch nicht vollkommen verhindert wird, kühlen sich die heißen Getränke mit der Zeit dennoch ab und kalte Getränke erwärmen sich. Dabei kommt es natürlich auch auf die Umgebungstemperatur an.

Um zu beurteilen, wie gut die Wärmedämmung funktioniert, nutzt man die Thermografie. Diese dient der Erzeugung von Temperaturbildern mit Spezialkameras. Die Daten werden bearbeitet und man erhält Bilder, die die Temperatur von Gegenständen anzeigen. Somit können Bereiche mit schlechter Wärmedämmung erkannt werden.

Dein gerade erworbenes Wissen zum Thema Wärmedämmung kannst du gleich in den Übungen und auf den Arbeitsblättern anwenden.

Transkript Wärmedämmung

Hallo und ganz herzlich willkommen. Das Video heißt „Wärmedämmung“. Du kennst Wärmeleitung, Wärmeströmung, die Konvektion, und Wärmestrahlung. Nachher weißt du, was Wärmedämmung ist, du kannst Möglichkeiten der Wärmedämmung beschreiben und du kannst Einsatzgebiete nennen. Erinnern wir uns zunächst an die Wärmeübertragung. Wir haben drei Möglichkeiten kennen gelernt: die Wärmeleitung, die Wärmeströmung und die Wärmestrahlung. Es scheint so, als sei Wärmeübertragung immer erwünscht. Oder nicht? Das ist dann unerwünschter Wärmeaustausch. Hier einige Beispiele: Das Kühlschrank Innere soll kühl bleiben, der Inhalt der Thermoskanne soll heiß oder kalt bleiben, auch im Winter sollen Häuser warm sein. Das Gleiche gilt für den Inhalt von Rohrleitungen. Bei den genannten Beispielen ist die Wärmeübertragung unerwünscht. Wie können wir das erreichen? Was ist zu tun? Wärmeaustausch wünscht man sich nicht immer. Der Weg dazu ist die Wärmedämmung. Wärmedämmung ist die Behinderung der Wärmeübertragung. Sie verfolgt zwei Ziele: Häufig benötigt man Schutz vor Abkühlung, doch auch der Schutz vor Erwärmung wird gebraucht. Wie ist das zu erreichen? Eine hohe Wärmedämmung. Wir betrachten wieder schematisch warm und kalt. Zunächst ist einmal wichtig, dass keine Berührung der Körper stattfindet von warm und kalt. So sichert man ab, dass es keine Wärmeleitung gibt. Als nächstes soll zwischen beiden Körpern ein schlechter Wärmeleiter sein, ein Gas oder Vakuum. Dann findet keine Wärmeleitung statt. Als nächstes soll der Abstand zwischen warm und kalt möglichst gering sein. Der Raum dazwischen soll möglichst klein sein. So wird sichergestellt, dass keine Wärmeströmung stattfindet. Und schließlich ein Trick: das Auslegen von Metallfolien. Diese bewirken eine Reflexion der Wärmestrahlung. Wenn sorgfältig gearbeitet wird, gibt es eine gute Wärmedämmung. Eine praktische Anwendung der Wärmedämmung findet man beim Thermosgefäß. Hier ist eine Thermoskanne. Schaut sie euch genau an. Sie zeigt jene Konstruktionsmerkmale, von denen wir gesprochen haben. Wir wollen uns einmal anschauen, wie so ein Thermosgefäß aufgebaut ist. Das ist das hübsche Stück, es ist eine Thermosflasche. Es handelt sich, wie bereits gesagt, um ein doppelwandiges Gefäß. Zwischen den beiden Wänden ist der luftleere Raum. In der Thermosflasche haben wir die verspiegelte Innenwand. Die Voraussetzungen für die Wärmedämmung sind erfüllt. In der Thermosflasche kann man nun aufbewahren: warme Getränke, kalte Getränke oder sogar Eis, und das für mehrere Stunden. Auch in der Wissenschaft werden Thermosgefäße verwendet. Ein offenes Thermosgefäß wird hier als Dewar-Gefäß bezeichnet. Darin kann man für einige Stunden flüssige Luft aufbewahren, und die ist verdammt kalt. Sie hat eine Temperatur von fast minus 200°C. Ganz wichtig für die Beurteilung der Wärmedämmung ist die Thermografie. Die Thermografie dient der Erzeugung von Temperaturbildern mit Spezialkameras. Die Daten werden mit dem Computer bearbeitet und man erhält Bilder, wie ihr links eines seht. Die Thermografie dient dem Auffinden von Bereichen schlechter Wärmedämmung. Das Ziel ist deren Beseitigung. Wir kommen bald zum Ende und ich denke, wir sind alle miteinander glücklich. Denn dank Wärmedämmung haben wir auch täglich warmes Wasser. Das war ein weiterer Film von André Otto. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.

12 Kommentare

12 Kommentare
  1. VIEEELEN DANK!!!!!!
    WEITER SO!!!!! (Meine Präsentation bekommt bestimmt eine 1+++++++++++++)

    Von FoxyCrafter >., vor mehr als 3 Jahren
  2. Das wird echt was mit meiner Presentation

    Von Arnoldschwab, vor fast 5 Jahren
  3. Ich hoffe die Arbeit Morgen wird was. Super erklärt.

    Von Gabriele D., vor fast 5 Jahren
  4. Ja.

    Von André Otto, vor etwa 5 Jahren
  5. sie haben bei 0:35 Warmeübertragung geasagt

    Von Sngohung, vor etwa 5 Jahren
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Wärmedämmung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Wärmedämmung kannst du es wiederholen und üben.
  • 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.

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