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Wärmewiderstand

Der Wärmewiderstand (oder thermische Widerstand) kommt in zwei unterschiedlichen Varianten vor:

• Der absolute Wärmewiderstand eines Bauteils gibt an, wie viele Kelvin Temperaturdifferenz nötig sind, um eine Wärmeleistung von 1 Watt zu übertragen. Die Einheit des absoluten Wärmewiderstands ist also K/W (Kelvin pro Watt).
• Der spezifische Wärmewiderstand eines Materials in Einheiten von m K / W (Meter mal Kelvin durch Watt) ist eine reine Materialkonstante; er muss noch mit der Länge multipliziert und durch die Querschnittsfläche dividiert werden, um den absoluten Wärmewiderstand eines Bauteils aus diesem Material zu erhalten. Der spezifische Wärmewiderstand ist der Kehrwert der spezifischen Wärmeleitfähigkeit.

Als Beispiel betrachte man Kupfer mit einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit von 380 W / (m K). Daraus ergibt sich als Kehrwert ein spezifischer Wärmewiderstand von 1 / (380 W / (m K)) = 0,0026 m K / W. Wenn wir nun Wärme durch einen Kupferstab mit 1 cm² Querschnittsfläche und 10 cm Länge leiten, erhalten wir hierfür einen absoluten Wärmewiderstand von 0,0026 m K / W × 0,1 m / 0,0001 m² = 2,6 K/W. Die Temperaturdifferenz müsste also z. B. 26 K sein, um eine Leistung von 10 W zu übertragen.

Man beachte, dass sich Beiträge zum Wärmewiderstand nicht nur von Materialien, sondern auch von Grenzflächen ergeben können. Hier spielt der Wärmeübergangswiderstand eine Rolle, der der Kehrwert des Wärmeübergangskoeffizienten ist.

Absolute Wärmewiderstände lassen sich beispielsweise angeben für Kühlkörper und Wärmeübertrager. Für technische Geräte ist häufig ein guter Wärmefluss bei geringer Temperaturdifferenz erwünscht, also ein niedriger Wärmewiderstand. Das Gegenteil wäre der Fall bei einer Wärmedämmung, bei der ein möglichst hoher Wärmewiderstand, also eine geringe Wärmeleitfähigkeit angestrebt wird. Beispiels­weise könnte ein gut wärmegedämmtes Einfamilienhaus einen Wärmewiderstand von 0,004 K/W haben, so dass bei 20 K Temperatur­differenz (20 °C innen, 0 °C außen) ein Heizleistungsbedarf von 20 K / 0,004 K/W = 5 kW entsteht. Hier ist der Wärmewiderstand also trotz Wärmedämmung weitaus geringer als der des oben genannten Kupferstabs, da die Querschnittsfläche eben weitaus größer ist.

Soweit es um Wärmeübertragung durch Wärmeleitung geht, ist der Wärmewiderstand nur wenig von der Temperatur und der Temperaturdifferenz abhängig. Dies ist anders im Falle von Wärmeübertragung durch Konvektion oder Wärmestrahlung. Deswegen hängt der Wärmewiderstand eines Heizkörpers erheblich von den Betriebsbedingungen ab.

Siehe auch: Wärmeleitfähigkeit, Wärme, Wärmeübergangskoeffizient