Rechner für sensible Wärme

Sensible Wärme ist übertragene Energie, die die Temperatur eines Stoffes verändert, ohne seine Phase zu ändern. Beispiele sind das Erwärmen von Wasser, das flüssig bleibt, das Aufheizen eines Metallteils oder das Abkühlen trockener Luft in einem Bereich ohne Kondensation. Die Temperaturänderung lässt sich direkt messen oder wahrnehmen. Das unterscheidet sensible Wärme von latenter Wärme, die beim Schmelzen, Sieden, Kondensieren und bei anderen Phasenwechseln aufgenommen oder abgegeben wird. Dieser Rechner verwendet Q = mc(Tf − Ti). Q ist die Wärme in Joule, m die Masse in Kilogramm, c die spezifische Wärmekapazität in Joule pro Kilogramm und Kelvin und Tf − Ti die Temperaturänderung. Ein Grad Celsius und ein Kelvin haben dieselbe Schrittweite. Die Differenz zweier Celsius-Temperaturen ist daher auch eine gültige Temperaturdifferenz in Kelvin. Nach dieser Vorzeichenkonvention bedeutet positives Q eine Wärmeaufnahme und negatives Q eine Wärmeabgabe des Stoffes. Die spezifische Wärmekapazität gibt an, wie viel Energie benötigt wird, um ein Kilogramm eines Stoffes um ein Kelvin zu erwärmen. Wasser nahe Raumtemperatur hat mit rund 4,186 J/kg·K einen hohen Wert, viele Metalle dagegen deutlich niedrigere Werte. Gleiche Massen können daher bei gleicher Temperaturänderung sehr unterschiedliche Energiemengen benötigen. Stoffwerte hängen zudem von Temperatur, Zusammensetzung, Druck, Feuchtigkeit und Materialzustand ab. Wähle deshalb Daten, die zum vorgesehenen Bereich passen. Die einfache Gleichung setzt voraus, dass die Masse konstant bleibt, die spezifische Wärmekapazität im Intervall als konstant betrachtet werden kann und kein Phasenübergang stattfindet. Ändert sich die Wärmekapazität stark, ist die Integration von m c(T) dT zwischen Anfangs- und Endtemperatur genauer. Gemische benötigen gegebenenfalls zusammensetzungsabhängige Stoffwerte. Bei Verdampfung, Gefrieren, chemischen Reaktionen oder Sorption ist zusätzlich zum sensiblen Anteil latente Wärme oder Reaktionswärme zu berücksichtigen. In realen Anlagen entspricht die vom Heizgerät gelieferte Energie selten genau der im Zielstoff gespeicherten Wärme. Behälter, Rohrleitungen, Umgebungsluft und Dämmung tauschen ebenfalls Energie aus; elektrische und verbrennungsbasierte Systeme haben zudem Wirkungsgradverluste. Bei Luftberechnungen in der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik werden häufig Massenströme und Feuchtlufteigenschaften verwendet, um einen Wärmestrom statt der Energie einer festen Masse zu bestimmen. Dieser Rechner liefert nur die ideale Energieänderung des Stoffes. Nutze ihn für schnelle thermische Abschätzungen, Laborprüfungen, Heiz- und Kühlvergleiche sowie die erste Anlagenauslegung. Berücksichtige im Detailentwurf zusätzlich Verluste, Sicherheitsreserven, instationäres Verhalten und geeignete Stoffdaten.