Bauphysik Wärme 🌡️

In diesem Grundkurs werden die elementaren Grundlagen für das Verständnis der Wärmeströme in Gebäuden so allgemeinverständlich wie möglich erklärt. Dabei bleiben wir aber grundsätzlich wissenschaftlich korrekt und verwenden keine irreführenden Analogien. Wir bemühen uns zudem, alle Kapitel so mit praktischen Beispielen anzureichern, dass die Möglichkeit geschaffen wird, dass sich die Leser jeweils selbst von der Gültigkeit der dargestellten Erkenntnisse überzeugen können - das ist im übrigen eines der Grundprinzipien der Naturwissenschaft, die unabhängige Überprüfbarkeit - durch alle, die das selbst überprüfen wollen¹⁾ .

Zu Anfang ein Hinweis auf die Schlüsselveröffentlichung in diesem Fachgebiet: Das Büchlein „Theory of Heat“ von James Clerk Maxwell von 1872! Wir fanden es spannend, dieses Grundlagenwerk heute, nach 150 Jahren im Original zu lesen und können das nur jedem, der die Zeit dafür aufbringen kann, empfehlen. Maxwell schafft es, die Erkenntnisse der Physik der Wärme mit der beobachteten Welt zu verbinden - schon allein die präzise Beschreibung von Vorgängen wie „des Kochens einer Flüssigkeit“ beeindrucken. Heute meist als selbstverständlich angesehene Zusammenhänge wie „Law of Equal Temperatures. — Bodies whose temperatures are equal to that of the same body have themselves equal temperatures.“ werden reflektiert; Maxwell vermittelt ein tiefes Verständnis der Hintergründe - und es ist verblüffend, zu erkennen, wie viel von der heute 'gelehrten Physik' schon damals (1872!) auf einem sehr guten Niveau verstanden war.

1 Was ist Wärme? 🌡️
2 Wärmespeicherung Einführung 🌡️
$\hspace{1em}$ 2.1 Wärmespeicherung Grundlagen 🌡️
$\hspace{1em}$ 2.2 Hintergründe verstehen: Eine Einführung zur kinetischen Theorie der Wärme 🌡️
3 Wärmetransport 🌡️
4 Wärmedurchgangskoeffizient 🌡️
5 Wärmeleitfähigkeit 🌡️
6 Wärmeübergänge I 🌡️
8 U-Werte mehrschichtiger Bauteile 🌡️
9 Übersicht Wärmestrahlung 🌡️
$\hspace{1em}$9.1 Strahlungsgesetze 🌡️ inkl. einer Herleitung des Planck'schen Strahlungsgesetzes
$\hspace{1em}$9.2 Strahlungswärme-Austausch 🌡️
10 Wärmeübergänge II 🌡️
11 Was sind Wärmebrücken 🌡️
12 Wärmebrückenfreies Konstruieren 🌡️
13 Wie werden Wärmebrückenwirkungen berechnet 🌡️
14 Qualitative Übersicht zu Verglasungen 🌡️
15 U-Werte von Mehrfachverglasungen quantitativ 🌡️
16 Fensterrahmen (das Fenster besteht nicht nur aus Verglasung) 🌡️
17 Solarstrahlung 🌡️ - ein Energieangebot für jedes Gebäude
18 Der Gesamtenergiedurchlassgrad 🌡️ - wieviel Solarenergie im Raum verfügbar wird
$\hspace{1em}$ 18.1 Indirekter Strahlungswärmegewinn 🌡️
19 Interne Wärmequellen - weitere freie Wärme kommt von Personen und von Geräten 🌡️
20 Wärmespeicher Anwendung 🌡️
$\hspace{1em}$20.1 Lösung für den "beheizten Speicher" 🌡️
$\hspace{1em}$20.2 Anwendung beim "Einkapazitäten-Gebäudemodell" 🌡️
$\hspace{1em}$20.3 Erkenntnisse aus dem Einkapazitäten-Gebäudemodell 🌡️
A Berechnung der Energiebilanz 🌡️
B Gebäude-Energiebilanz🌡️
C Thermische Behaglichkeit 🌡️
D 2. Hauptsatz 🌡️

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Auf das Problem, dass das z.B. bei den 'neuesten Ergebnissen' der Hochenergiephysik, z.B. mit gigantischen Teilchenbeschleunigern, nicht mehr möglich ist, werden wir bei Gelegenheit an anderer Stelle eingehen. Hier ist dazu nur der wichtigste Punkt anzumerken: Die so gewonnenen Ergebnisse werden die klassischen Erkenntnisse der Physik nicht ändern , jedenfalls nicht in einem Ausmaß, das irgendeine praktisch relevante Anwendung dieser Disziplinen betrifft. Das liegt daran, dass z.B. die klassische Mechanik unabhängig von allen neueren Erkenntnissen außerordentlich umfassend in ihrem Gültigkeitsbereich validiert ist; jedenfalls innerhalb der dafür relevanten Fehlergrenzen (Abweichungen in einem Bereich von 1/1000 des Energiebedarfs sind für die Praxis so gut wie nie relevant. Die Abweichungen durch neue Erkenntnisse in der Hochenergiephysik werden aber sehr viel geringere Auswirkungen im Bereich dieser im Vergleich extrem geringen Energiedichten haben. Das gilt auch schon für die 'neuen' Erkenntnisse aus der Quantenmechanik oder der Relativitätstheorie - natürlich treten auch bei kleinen Geschwindigkeiten schon relativistische Effekte auf. Die sind aber in der Größenordnung von weniger als 10_-12 selbst für die schnellsten Transportmittel, die wir heute im Alltag benutzen. Interessant in diesem Zusammenhang ist, dass es aber durchaus neue praktische alltagsrelevante Anwendungen gibt, in denen die relativistische Korrektur relevant wird: Die Ortsbestimmung durch das GPS-Satellitensystem ist so ein Beispiel, weil diese Satelliten sich 'schnell genug' bewegen und die so erzeugten Laufzeitunterschiede des Signals messbare Auswirkungen auf die gewünschte Genauigkeit haben - allerdings, das betrifft den Energiehaushalt der Fahrzeuge, die möglicherweise GPS nutzen, nur indirekt: Es erlaubt es, Umwege und Irrfahrten zu vermeiden und ist so ein potentieller Beitrag zu höhere Effizienz im Verkehr. Keine der Aussagen im Bereich der Energie-Effizienz der Fahrzeuge wird dadurch verändert.