{"id":42036,"date":"2019-10-02T02:12:51","date_gmt":"2019-10-02T01:12:51","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/was-ist-aerogel-definition\/"},"modified":"2021-08-04T08:37:28","modified_gmt":"2021-08-04T07:37:28","slug":"was-ist-aerogel-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/de\/was-ist-aerogel-definition\/","title":{"rendered":"Was ist Aerogel – Definition"},"content":{"rendered":"
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Aerogel hat eine sehr niedrige W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von 0,013 W \/ m \u2219 K.\u00a0Seine Dichte ist ebenfalls sehr gering und liegt bei etwa 150 kg \/ m3.\u00a0Dies sind bemerkenswerte w\u00e4rmeisolierende Eigenschaften.\u00a0W\u00e4rmetechnik<\/div>\n<\/div>\n
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Aerogel<\/h2>\n
\"Aerogel<\/a>
Eine Blume befindet sich auf einem St\u00fcck Aerogel, das \u00fcber einer Flamme eines Bunsenbrenners aufgeh\u00e4ngt ist.\u00a0Aerogel hat ausgezeichnete Isoliereigenschaften und die Blume ist vor der Flamme gesch\u00fctzt.\u00a0Quelle: wikipedia.org Lizenz: Public Domain<\/figcaption><\/figure>\n

Aerogel<\/strong>\u00a0ist ein synthetisches por\u00f6ses ultraleichtes festes Material, das aus einem Gel stammt, in dem die fl\u00fcssige Komponente des Gels durch ein Gas ersetzt wurde (w\u00e4hrend eines \u00fcberkritischen Trocknungsprozesses).\u00a0Aerogele<\/strong>\u00a0k\u00f6nnen aus einer Vielzahl chemischer Verbindungen hergestellt werden, aber das Grundmaterial f\u00fcr Aerogel ist normalerweise Silizium.\u00a0Aerogel hat eine sehr geringe W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von\u00a00,013 W \/ m K \u2219<\/strong>\u00a0.\u00a0Seine Dichte ist ebenfalls sehr gering und liegt bei etwa 150 kg \/ m\u00a03<\/sup>\u00a0.\u00a0Dies sind bemerkenswerte w\u00e4rmeisolierende Eigenschaften.\u00a0Es ist zu beachten, dass Aerogele m\u00f6glicherweise eine geringere W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit aufweisen als das darin enthaltene Gas (Luft hat etwa 0,025 W \/ m \u2219 K).\u00a0Dies wird durch den\u00a0Knudsen-Effekt verursacht<\/strong>eine Verringerung der W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit in Gasen, wenn die Gr\u00f6\u00dfe des Hohlraums, der das Gas umgibt, mit dem\u00a0mittleren freien Weg<\/strong>\u00a0vergleichbar\u00a0wird<\/strong> .<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von Aerogel<\/h2>\n

\"W\u00e4rmeisolatoren<\/a>W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit<\/a>\u00a0ist definiert als die\u00a0W\u00e4rmemenge<\/a>\u00a0(in Watt), die aufgrund eines\u00a0Temperaturunterschieds<\/a>\u00a0durch eine quadratische Materialfl\u00e4che gegebener Dicke (in Metern) \u00fcbertragen\u00a0wird<\/a>\u00a0.\u00a0Je niedriger die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit des Materials ist, desto widerstandsf\u00e4higer ist das Material gegen W\u00e4rme\u00fcbertragung und desto wirksamer ist die Isolierung.\u00a0Typische W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeitswerte<\/strong>\u00a0f\u00fcr Aerogele\u00a0\u00a0<\/strong>sind etwa\u00a0\u00a00.013W \/ m \u2219 K<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

Im Allgemeinen\u00a0beruht die\u00a0W\u00e4rmed\u00e4mmung<\/a>\u00a0in erster Linie auf der sehr geringen\u00a0W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von Gasen<\/a>\u00a0.\u00a0Gase besitzen im Vergleich zu Fl\u00fcssigkeiten und Feststoffen schlechte W\u00e4rmeleitungseigenschaften und sind daher ein gutes Isolationsmaterial, wenn sie eingeschlossen werden k\u00f6nnen (z. B. in einer schaumartigen Struktur).\u00a0Luft und andere Gase sind im Allgemeinen gute Isolatoren.\u00a0Der Hauptvorteil liegt jedoch in der Abwesenheit von Konvektion.\u00a0Daher funktionieren viele Isoliermaterialien (z. B. Aerogel) einfach dadurch, dass sie eine gro\u00dfe Anzahl\u00a0gasgef\u00fcllter Taschen aufweisen,<\/strong>\u00a0die\u00a0eine Konvektion im gro\u00dfen Ma\u00dfstab verhindern<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

Der Wechsel von Gastasche und festem Material f\u00fchrt dazu, dass die W\u00e4rme \u00fcber viele Grenzfl\u00e4chen \u00fcbertragen werden muss, was zu einer raschen Abnahme des W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizienten f\u00fchrt.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Beispiel – Aerogel<\/h2>\n

\"W\u00e4rmeverlust<\/a>Eine Hauptquelle f\u00fcr den\u00a0W\u00e4rmeverlust<\/strong>\u00a0eines Hauses sind W\u00e4nde.\u00a0Berechnen Sie die\u00a0W\u00e4rmestromrate<\/a>\u00a0durch eine Wand mit einer Fl\u00e4che von 3 mx 10 m (A = 30 m\u00a02<\/sup>\u00a0).\u00a0Die Wand ist 15 cm dick (L\u00a01<\/sub>\u00a0) und besteht aus Ziegeln mit einer\u00a0W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit<\/a>\u00a0von k\u00a01<\/sub>\u00a0= 1,0 W \/ mK (schlechter W\u00e4rmeisolator).\u00a0Angenommen, die Innen- und\u00a0Au\u00dfentemperaturen<\/a>\u00a0betragen 22 \u00b0 C und -8 \u00b0 C, und die\u00a0Konvektionsw\u00e4rme\u00fcbertragungskoeffizienten<\/a>\u00a0an der Innen- und der Au\u00dfenseite betragen h\u00a01<\/sub>\u00a0= 10 W \/ m\u00a02<\/sup>\u00a0K und h\u00a02<\/sub>\u00a0= 30 W \/ m\u00a02<\/sup>K jeweils. <\/span>Note that this Konvektionskoeffizienten stark von den Umgebungs- und Innenbedingungen (Wind, Luftfeuchtigkeit usw.) abh\u00e4ngen.<\/span><\/span><\/p>\n

    \n
  1. Berechnen Sie den W\u00e4rmefluss (\u00a0 <\/span><\/span>W\u00e4rmeverlust<\/span><\/span><\/strong><\/a> \u00a0) durch diese nicht isolierte Wand.<\/span><\/span><\/li>\n
  2. Nehmen Sie nun die\u00a0 <\/span><\/span>W\u00e4rmed\u00e4mmung<\/span><\/span><\/strong> \u00a0an der Au\u00dfenseite dieser Wand an. <\/span>Verwenden Sie eine 10 cm dicke\u00a0 <\/span><\/span>Aerogel-Isolierung\u00a0<\/span><\/span><\/strong> \u00a0(L\u00a0 <\/span><\/span>2<\/span><\/span><\/sub> \u00a0) mit einer W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von k\u00a0 <\/span><\/span>2<\/span><\/span><\/sub> \u00a0= 0,03 W \/ mK und berechnen Sie den W\u00e4rmefluss (\u00a0 <\/span><\/span>W\u00e4rmeverlust<\/span><\/span><\/strong><\/a> \u00a0) durch diese Verbundwand.<\/span><\/span><\/li>\n<\/ol>\n

    L\u00f6sung:<\/span><\/span><\/strong><\/p>\n

    \"u-Faktor<\/a><\/p>\n

    Der\u00a0<\/span>Gesamtw\u00e4rme\u00fcbertragungskoeffizient<\/span><\/strong>\u00a0ist mit dem im\u00a0Zusammenhang\u00a0<\/span>Gesamtw\u00e4rmewiderstand<\/span><\/a>\u00a0und ist\u00a0abh\u00e4ngig von der Geometrie des Problems.<\/span><\/p>\n

      \n
    1. nackte Wand<\/span><\/strong><\/li>\n<\/ol>\n

      Unter der Annahme eines eindimensionalen W\u00e4rme\u00fcbergangs durch die ebene Wand und ohne Ber\u00fccksichtigung der Strahlung kann der\u00a0<\/span>Gesamtw\u00e4rmedurchgangskoeffizient wie folgt<\/span><\/strong>\u00a0berechnet werden:<\/span><\/p>\n

      \"Gesamtw\u00e4rmedurchgangskoeffizient<\/a><\/p>\n

      Der\u00a0<\/span>Gesamtw\u00e4rmedurchgangskoeffizient<\/span><\/strong>\u00a0ist dann:<\/span><\/p>\n

      U = 1 \/ (1\/10 + 0,15\/1 + 1\/30) = 3,53 W\/m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup>\u00a0K<\/span><\/p>\n

      Der W\u00e4rmestrom l\u00e4sst sich dann einfach wie folgt berechnen:<\/span><\/p>\n

      q = 3,53 [W\/m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup>\u00a0K] x 30 [K] = 105,9 W\/m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup><\/p>\n

      Der Gesamtw\u00e4rmeverlust durch diese Wand betr\u00e4gt:<\/span><\/p>\n

      q\u00a0<\/span>Verlust<\/span><\/sub>\u00a0= q .\u00a0A = 105,9 [W\/m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup>\u00a0] x 30 [m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup>\u00a0] = 3177 W<\/span><\/p>\n

        \n
      1. Verbundwand mit W\u00e4rmed\u00e4mmung<\/span><\/strong><\/li>\n<\/ol>\n

        Unter der Annahme eines eindimensionalen W\u00e4rme\u00fcbergangs durch die ebene Verbundwand, ohne\u00a0<\/span>W\u00e4rme\u00fcbergangswiderstand<\/span><\/strong>\u00a0und ohne Ber\u00fccksichtigung von Strahlung, l\u00e4sst sich der\u00a0Gesamtw\u00e4rmedurchgangskoeffizient wie folgt<\/strong>\u00a0berechnen:<\/span><\/p>\n

        \"Gesamtw\u00e4rmedurchgangskoeffizient<\/a><\/p>\n

        \"Aerogel-Isolierung\"<\/a>Der\u00a0<\/span>Gesamtw\u00e4rmedurchgangskoeffizient<\/span><\/strong>\u00a0ist dann:<\/span><\/p>\n

        U = 1 \/ (1\/10 + 0,15\/1 + 0,1\/0,013 + 1\/30) = 0,125 W\/m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup>\u00a0K<\/span><\/p>\n

        Der W\u00e4rmestrom l\u00e4sst sich dann einfach wie folgt berechnen:<\/span><\/p>\n

        q = 0,125 [W\/m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup>\u00a0K] x 30 [K] = 3,76 W\/m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup><\/p>\n

        Der Gesamtw\u00e4rmeverlust durch diese Wand betr\u00e4gt:<\/span><\/p>\n

        q\u00a0<\/span>Verlust<\/span><\/sub>\u00a0= q .\u00a0A = 3,76 [W\/m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup>\u00a0] x 30 [m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup>\u00a0] = 113 W<\/span><\/p>\n

        Wie zu sehen ist, f\u00fchrt eine Zugabe eines W\u00e4rmeisolators zu einer signifikanten Verringerung der W\u00e4rmeverluste.\u00a0Es muss hinzugef\u00fcgt werden, eine Zugabe der n\u00e4chsten Schicht des W\u00e4rmeisolators f\u00fchrt nicht zu so hohen Einsparungen.\u00a0Dies l\u00e4sst sich besser anhand der W\u00e4rmewiderstandsmethode erkennen, mit der der W\u00e4rmedurchgang durch\u00a0<\/span>Verbundw\u00e4nde<\/span><\/strong>\u00a0berechnet werden kann\u00a0.\u00a0Die Rate der stetigen W\u00e4rme\u00fcbertragung zwischen zwei Oberfl\u00e4chen ist gleich der Temperaturdifferenz geteilt durch den gesamten\u00a0<\/span>W\u00e4rmewiderstand<\/span><\/a>\u00a0zwischen diesen beiden Oberfl\u00e4chen.<\/span><\/p>\n

        \"W\u00e4rmewiderstand<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

        Aerogel hat eine sehr niedrige W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von 0,013 W \/ m \u2219 K.\u00a0Seine Dichte ist ebenfalls sehr gering und liegt bei etwa 150 kg \/ m3.\u00a0Dies sind bemerkenswerte w\u00e4rmeisolierende Eigenschaften.\u00a0W\u00e4rmetechnik Aerogel Eine Blume befindet sich auf einem St\u00fcck Aerogel, das \u00fcber einer Flamme eines Bunsenbrenners aufgeh\u00e4ngt ist.\u00a0Aerogel hat ausgezeichnete Isoliereigenschaften und die Blume ist vor … Weiterlesen<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[9],"tags":[],"yoast_head":"\nWas ist Aerogel - Definition<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Aerogel hat eine sehr niedrige W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von 0,013 W \/ m \u2219 K. Seine Dichte ist ebenfalls sehr gering und liegt bei etwa 150 kg \/ m3. Dies sind bemerkenswerte w\u00e4rmeisolierende Eigenschaften. 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    Wie bereits geschrieben, beinhalten viele der W\u00e4rme\u00fcbertragungsprozesse Verbundsysteme und beinhalten sogar eine Kombination aus\u00a0<\/span>Leitung<\/span><\/a>\u00a0und\u00a0<\/span>Konvektion<\/span><\/a>\u00a0.\u00a0Bei diesen Verbundsystemen ist es oft zweckm\u00e4\u00dfig, mit einem\u00a0<\/span>Gesamtw\u00e4rmedurchgangskoeffizienten<\/span><\/a>\u00a0, dem<\/span><\/strong>\u00a0sogenannten\u00a0<\/span>U-Faktor, zu arbeiten<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Der U-Faktor wird durch einen dem\u00a0<\/span>Newtonschen<\/span><\/strong><\/a>\u00a0K\u00fchlgesetz analogen Ausdruck definiert\u00a0:<\/span><\/p>\n