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Leitfaden zur Auswahl von Heizelementen

Beheizen – Übersicht

Um ein Objekt zu beheizen, muss man dessen thermische bzw. molekularkinetische Energie erhöhen. Wärmeenergie fließt stets von warmen zu kälteren Zonen bis ein Temperaturgleichgewicht erreicht ist. An diesem Punkt ist das “Aufheizen” der kühleren Zone beendet; es liegt ein isothermischer Zustand vor.

Strenggenommen kann ein Heizvorgang nur nach zwei Prinzipien ablaufen – entweder durch Wärmeleitung (Konduktion) oder durch Wärmestrahlung. Konvektion ist ebenfalls eine Art von Beheizung durch Wärmeleitung.
Nachfolgend sind einige Kurzdefinitionen und Hinweise aufgeführt:

Konduktion

Der Vorgang der Wärmeübertragung innerhalb einer Substanz oder zwischen Feststoffen, die einander direkt berühren, bei Vorliegen eines Temperaturgefälles. Ein Heizvorgang nach dem Prinzip der Wärmeleitung ist im Wesentlichen davon abhängig, wie leicht die Wärme innerhalb des Materials weitergeleitet wird – d.h. von der Wärmeleitfähigkeit des Materials – sowie von der Masse, die zur Aufnahme der Wärmeenergie zur Verfügung steht.

Wärmekonvektion

Der Vorgang der Wärmeübertragung erfolgt nach dem Prinzip der Wärmeleitung, wobei die Übertragung von einer Zone mit höherer Temperatur innerhalb eines Fluids (eines flüssigen oder gasförmigen Stoffes) zu einer Zone mit niedrigerer Temperatur stattfindet. Dies geschieht durch Auftrieb. Wenn sich das Fluid durch Berührung mit einer Wärmequelle erwärmt und ausdehnt, nimmt sein Gewicht pro Volumeneinheit ab, und es steigt auf; an seine Stelle tritt das umgebende kühlere, schwerere Fluid. Dadurch kommt es zu einer Massenbewegung innerhalb des Fluids, zu so genannten Konvektionsströmen. Relevante Einflussgrößen bezüglich der Konvektion sind die zulässige Wattdichte des Fluids, die Wärmeleitfähigkeit und der Ausdehnungskoeffizient.

Wärmestrahlung

Ein Heizvorgang, bei dem Strahlungsenergie in Form elektromagnetischer Wellen auf ein Objekt gerichtet wird. Die Erde wird durch die Strahlungsenergie der Sonne erwärmt. Zwar können sich grundsätzlich alle elektromagnetischen Wellen “aufheizen”; die nützlichste Form von Heizenergie findet sich jedoch im Infrarot-Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Strahlungswärme wird typischerweise zum Beheizen von Feststoffen und Flüssigkeiten genutzt. Gase können auf Grund ihrer Transparenz auf diese Weise nicht beheizt werden. Die wesentlichen Einflussgrößen beim Beheizen durch Strahlungswärme sind die Entfernung zwischen dem Objekt und der Wärmequelle und die Fähigkeit des Objekts zur Absorption der Strahlungsenergie. So absorbiert z.B. eine dunkle, matte Oberfläche mehr Energie als eine helle, glänzende Oberfläche.