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2.

Die einfache massive Wand

Als typisches Beispiel einer massiven Wand fungiert die klassische Mauer. Wärmetechnisch gesehen vereint sie den klassischen Wärmewiderstand und die Wärmespeicherung in ein und der selben Struktur. Dies ist eine symmetrisch verteilte Struktur, wo Wärmeisolation und Wärmespeicherung über die ganze Strukturdimension hinweg gleichmässig verkettet sind. So eine Modellierung führt zu komplexen analytisch korrekten Lösungen der Leitungstheorie. Diese ist für unsere Zwecke zu komplex. 

 Da wir lediglich ein Referenzmodell kreieren machen wir eine Vereinfachung, - nämlich Wärmespeicherung und Isolation getrennt zu betrachten. Dies führt dann zu einem globalen Widerstandswert und einer entsprechenden globalen Wärmekapazität. Diese Vereinfachung ist nur einigermassen zulässig, weil wir es im folgenden dann mit Elementen unterschiedlicher Grössenordnung zu tun haben.

Betrachten wir dann das dynamisch thermische Verhalten, so zeigt sich, dass das Produkt dieser zwei globalen Wärmeeigenschaften auch noch einen sehr charakteristischen Wert ausgibt: eine strukturspezifische Zeitkonstante.

a)

Leitfähigkeit und Speicherwert

Da hier die Struktur auch einen kapazitiven Charakter hat, - also Wärme aufnehmen kann, erweist sich die zeitliche Betrachtung des Wärmestroms während einer Temperaturänderung viel komplexer. 

Bei Wärmespeicher behafteten Material laufen Potential und Wärmestrom nicht mehr synchron ab. Einerseits läuft der Ladestrom voraus, und der Durchgangsstrom läuft hintennach.

Der Wärmestrom der auf der einen Seite in die Wand geht korrespondiert nicht mit dem Wärmestrom der auf der andern Seite aus der Wand tritt. Erst nach einer charakteristischen Zeit - der Zeitkonstante - beginnen sich diese Ströme markant anzunähern. Im zeitlich ausgeglichenen Zustand- im thermischen Gleichgewicht - sind sie dann eben gleich.

b)

Speicherstrom

Während des Einschwingens auf ein anderes Temperaturniveau zweigt die Wärmekapazität einen entsprechenden Wärmestrom ab, der eingespeichert wird. Dieser "innere" Ladestrom hat typischerweise am Anfang seine Spitze und geht schliesslich nach "wenigen Zeitkonstanten" auf Null zurück.

Es zeigt sich, dass beim wärmespeicherfähigen Material die Ströme - Eingangs- und Ausgangsstrom - nicht mehr synchron ablaufen. Der "Eingangsstrom" ist jener Wärmestrom, den die Quelle liefern sollte. Der Durchgangsstrom ist der Strom, der schliesslich durch die Wand hindurch gegen "aussen" "verloren geht".

Dieses Bild entspricht dem Falle, wo die Potentialquelle den Temperatursprung "halten" kann und eben den Wärmestrom am "Eingang" liefern kann. Ist diese Quelle zu schwach und kann den von der Wand geforderten "Speicherstrom" nicht liefern, so fällt in der Realität die Temperatur zusammen, und das Trägermedium Luft (= die Raumtemperatur) bleibt kühl. "Es wird lange nicht richtig warm, obwohl die Heizkörper heiss sind".

Ist die Quelle nicht leistungsfähig genug, so wird die "Ladezeit" viel länger, als die Zeitkonstante.