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Autoren
OldBo
04.01.2019
Die thermische (freie, natürliche) Konvektion (Wärmeströmung, Wärmemitführung) entsteht durch thermische Dichteunterschiede bzw. Gewichtsunterschiede zwischen warmen und kalten Flüssigkeits- oder Luft- bzw. Gasteilchen. Der Teilchentransport wird ausschließlich durch Auswirkungen des Temperaturgradienten hervorgerufen. In der Regel dehnen sich Stoffe bei Erwärmung aus.
Schema Schwerkraftheizung
 Schema Schwerkraftheizung
Quelle: WILO SE
Schema - Thermosiphonanlage
 Schema - Thermosiphonanlage
Quelle: Bosy

Die thermische (freie, natürliche) Konvektion (Wärmeströmung, Wärmemitführung) entsteht durch thermische Dichteunterschiede bzw. Gewichtsunterschiede zwischen warmen und kalten Flüssigkeits- oder Luft- bzw. Gasteilchen. Der Teilchentransport wird ausschließlich durch Auswirkungen des Temperaturgradienten hervorgerufen. In der Regel dehnen sich Stoffe bei Erwärmung aus. Eine Ausnahme ist z. B. die Dichteanomalie des Wassers.

Unter Einwirkung der Gravitationskraft (Massenanziehung) steigen innerhalb einer Flüssigkeit (Heizungswasser, Solarflüssigkeit) Bereiche mit geringerer Dichte gegen das Gravitationsfeld auf (statischer Auftrieb), während Bereiche mit höherer Dichte darin absinken. Wenn an der Unterseite (Wärmeerzeuger) Wärme zugeführt wird und an der Oberseite (Heizflächen) die Möglichkeit zur Abkühlung besteht, dann entsteht eine kontinuierliche Strömung (Schwerkraftheizung, Thermosiphon-Solaranlagen). Die Flüssigkeit wird erwärmt, dehnt sich dabei aus und steigt nach oben. Dort angelangt, kühlt es sich ab, zieht sich dabei wieder zusammen und sinkt ab, um unten erneut erwärmt zu werden.

Eine Warmluftheizungsanlage funktioniert nach dem gleichen Prinzip.

Von einer erzwungenen Konvektion wird gesprochen, wenn eine äußere mechanische Einwirkung (Pumpe, Ventilator) auf eine Flüssigkeit oder ein Gas bzw. Luft ausgeübt wird. Dabei entstehen Druckunterschiede bzw. Dichteunterschiede, die ein Fließen der Flüssigkeit oder ein Strömen des Gases bzw. der Luft bewirken. Bei der erzwungener Konvektion tritt fast immer auch eine natürliche Konvektion auf, die aber in den meisten technisch Fällen vernachlässigbar klein gegenüber der erzwungenen Konvektion ist. Die erzwungene Konvektion ist ein wirkungsvolles Mittel der Wärmezu- und -abfuhr. Bei der Warmwasserheizung sorgt Pumpe für eine Verteilung des Heizungswassers und in lüftungstechnischen Anlagen sorgt ein Ventilator für eine notwendige Verteilung der Volumenströme. Auch für die Kühlung von Elektronikkomponenten (z. B. PC-Kühlung) ist der Einsatz von Ventilatoren notwendig.
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