Wärmeeindringkoeffizient

Der Wärmeeindringkoeffizient ${\displaystyle b}$ ist eine Werkstoffeigenschaft aus der Thermodynamik, der unter anderem in der Bauphysik verwendet wird. Im Zusammenhang mit thermischen Wellen wird auch die Bezeichnung Effusivität mit dem Formelzeichen ${\displaystyle e}$ verwendet.^[1]

Eine verwandte Größe ist die Temperaturleitfähigkeit.

Wärmeeindringkoeffizienten einiger Stoffe

Stoff	${\displaystyle b}$ in ${\displaystyle \mathrm {\frac {kJ}{K\,m^{2}\,{\sqrt {s}}}} }$
Dämmstoff (Mineralfasern)	0,06
Kork	0,10
Holz	0,4 … 0,5
Gummi	0,6
menschliche Haut	1,0 … 1,3
Glas	1,3 … 1,5
Wasser	1,6
Beton	1,8 … 2,2
Stahl	14,0
Kupfer	36,0

Definition und Einheit

Wärmeeindringkoeffizient ist definiert als:

${\displaystyle b={\sqrt {\lambda \cdot \rho \cdot c}}.}$

mit

• ${\displaystyle \lambda }$ Wärmeleitfähigkeit in W / (m·K)
• ${\displaystyle \rho }$ Dichte in kg / m³
• ${\displaystyle c}$ spezifische Wärmekapazität in J / (kg K).

Der Wärmeeindringkoeffizient hat die SI-Einheit ${\displaystyle \mathrm {\frac {J}{K\,m^{2}\,{\sqrt {s}}}} }$. Er ist eine temperaturabhängige Stoffeigenschaft, da vor allem die Dichte temperaturabhängig ist.

Beschreibung

Werden zwei halbunendlich ausgedehnte Körper mit unterschiedlichen Anfangstemperaturen ${\displaystyle T_{1}}$ und ${\displaystyle T_{2}}$ in perfekten thermischen Kontakt gebracht, so kann die Kontakttemperatur ${\displaystyle T_{m}}$ (d. h. die Temperatur der Kontaktfläche) mit den Wärmeeindringkoeffizienten ${\displaystyle b_{1}}$ und ${\displaystyle b_{2}}$ der beiden Stoffe bestimmt werden:^[2]

${\displaystyle T_{m}=T_{1}+{\frac {b_{2}}{b_{1}+b_{2}}}(T_{2}-T_{1})={\frac {b_{1}\cdot T_{1}+b_{2}\cdot T_{2}}{b_{1}+b_{2}}}.}$

Mit dieser Formel lässt sich auch die Anfangskontakttemperatur endlicher Körper gut abschätzen.

Praktisch erfahrbar ist der Wärmeeindringkoeffizient, wenn man mit der bloßen Hand verschiedene Stoffe gleicher Temperatur berührt:

• Stoffe mit hohem Wärmeeindringkoeffizienten (z. B. Metalle) werden als besonders kalt empfunden, wenn ihre Temperatur unter derjenigen der Haut liegt.
• Stoffe mit niedrigem Wärmeeindringkoeffizienten (z. B. Dämmstoffe oder Holz) werden hingegen bei derselben Temperatur als wärmer empfunden.

Entsprechendes gilt auch, wenn der Körper wärmer als die Haut ist.

Literatur

• Wolfgang M. Willems, Kai Schild: Wärmeschutz. Grundlagen – Berechnung – Bewertung, 2. Auflage, Springer Fachmedien, Wiesbaden 2013, ISBN 978-3-658-02570-0.

Weblinks

• Wärmeeindringkoeffizient (abgerufen am 3. Januar 2020)
• In-situ-Analyse von Ablagerungsstoffeigenschaften in Dampferzeugern (abgerufen am 3. Januar 2020)
• Bauphysikalische Grundlagen einer frappierenden Temperaturmessung (abgerufen am 3. Januar 2020)
• Entwicklung thermisch optimierter Wandelemente aus Massivholzplatten mit eingefrästen Lufteinschlüssen (abgerufen am 3. Januar 2020)
• Entwicklung von Kompositdämmstoffen auf Basis von Frässpänen aus Holz (abgerufen am 3. Januar 2020)

Einzelnachweise

1. Norbert Bauer: Leitfaden zur Wärmefluss-Thermographie : zerstörungsfreie Prüfung mit Bildverarbeitung. Fraunhofer-Allianz Vision, Erlangen 2005, ISBN 3-8167-6754-0.
2. Hans Dieter Baehr, Karl Stephan: Wärme- und Stoffübertragung. 4. Aufl. Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-40130-X, S. 172.