Anwendungsgebiet: Luftzirkulation in Räumen

Aufgabe:

Du siehst in der unteren Skizze einen Raum mit einem Heizkörper an der linken Wand. Um die Situation idealtypisch zu gestalten, stellen wir uns ein Zimmer ohne Fenster vor. Es ist Winter. Zeichne mit roten Pfeilen (Warmluft) und blauen Pfeilen (Kaltluft) die Luftbewegung innerhalb des Raumes ein, nachdem die Heizung angestellt wurde.
Beschreibe deine Skizze anschließend schriftlich.

 

Beschreibung:

Wird die Heizung angestellt, so erwärmt sich die Luft in direktem Umkreis des Heizkörpers. Diese erwärmte Luft ist leichter und steigt oberhalb des Heizkörpers zur Zimmerdecke. Aufgrund der nachströmenden Luft biegt die Luftströmung an der Zimmerdecke nach rechts ab. Die Zimmerdecke selbst ist kühler als die Luft. Je weiter sich die erwärmte Raumluft von der Wärmequelle entfernt, desto stärker wird sie daher von der Zimmerdecke abgekühlt, wodurch sie schwerer wird. Daher sinkt sie auf der rechten Zimmerseite zu Boden. Einerseits durch die nachströmende Luft "geschoben", andererseits durch die Sogwirkung am Heizkörper "gezogen" strömt die Luft langsam am Boden wiederum zum Heizkörper. Es entsteht eine geschlossene Luftzirkulation, die in der Raummitte am schwächsten ausfällt.

 

Kaltluftfall - Kaltluftseen in Wohnräumen

Vielleicht kennst du es ja auch: Kalte Füße, Frösteln im Nacken, das Gefühl, es zieht ... Wenn Häuser schlecht gedämmt sind, können sich Zimmer trotz angestellter Heizung in den Wintermonaten unangenehm kalt anfühlen. Obwohl die Heizung auf Hochtouren laufen mag, kann die Luft am Boden kalt bleiben. Woran liegt das? Schlecht gedämmte Wände kühlen bei Minusgraden im Winter schnell aus. Wird nun die Raumluft über dem Heizkörper erwärmt, so steigt sie nach oben. Trifft sie jetzt auf eine kalte Zimmerdecke oder -wand, dann kühlt die Luft schnell und stark ab und sinkt zu Boden. Die dabei entstehende Strömung kann unbehaglich wirken. Bei 20 °C wird bereits eine Luftgeschwindigkeit von 0,15 m/sec als unbehaglich empfunden. Das starke Absinken der Raumluft an einer Wand oder einem Fenster bezeichnet man als Kaltluftfall, ähnlich einem Wasserfall.

In Bodennähe verteilt sich die abgekühlte Luft und bildet eine kalte Luftströmung zum Heizkörper hin. Diese Kaltluftschicht nennt man einen „Kaltluftsee", da die kalte Luft wie Wasser auf den Boden fließt und dort als Schicht erhalten bleibt. Temperaturunterschiede bis 16 Grad zwischen der Decke und dem Fußboden kann man messen! Kaltluftfall und Kaltluftsee können durch eine Verbesserung der Wärmedämmung der Außenwand verringert werden. Um den Kaltluftfall gerade an den Fenstern zu verhindern, setzt man die Heizkörper in der Regel direkt unter das Fenster. Moderne Fenster haben allerdings so hohe Dämmwerte, dass sie nicht mehr so stark auskühlen.

 

Ein Beispiel:

Hat eine kalte Außenwand eine sehr niedrige Oberflächentemperatur von z. B. nur 14 °C, wird man den Raum sehr stark heizen müssen. Man versucht die fehlende Strahlungswärme der Wände und durch eine hohe Lufttemperatur auszugleichen. Trotz einer Lufttemperatur von 26 °C muss man sich nicht automatisch behaglich fühlen. Der Mittelwert zwischen der Raumlufttemperatur von 26 °C und 14 °C Oberflächentemperatur liegt bei 20 Grad. Doch der Temperaturunterschied zwischen der Wandoberfläche und der Luft ist einfach zu groß. Die Luft im Raum kühlt sich immer wieder zu stark ab. Gerade wenn Polstermöbel an einer solch kalten Außenwand stehen, ist ein Frösteln im Nackenbereich ganz normal. Man hat das Gefühl, es zieht, obwohl Fenster und Türen geschlossen sind.

 

An den Fenstern gab es früher Eisblumen im Winter

Eisblumen entstehen an dünnen Fensterscheiben, wenn die Außentemperatur unter 0 °C sinkt, die Luftfeuchtigkeit im Raum entsprechend hoch, die wärmedämmende Wirkung des Fensters relativ gering ist und Kristallisationskeime oder -kerne wie zum Beispiel Staubteilchen auf dem Glas vorhanden sind, an denen Wasser kristallisieren kann.

Wärmere Raumluft, die zur Scheibe strömt, kühlt ab. Mit der Temperatur sinkt auch die Fähigkeit der Luft Feuchtigkeit aufzunehmen. Der Wasserdampf, den die Luft nicht mehr aufnehmen kann, gefriert an der Scheibe und bildet dann Eiskristalle. Mit der Menge der Feuchtigkeit wächst die Eisblume und kann die ganze Scheibe bedecken.
Da im modernen Hausbau und der Altbausanierung fast ausschließlich Fenster in Mehrfachverglasung verwendet werden, sind Eisblumen an heimischen Fenstern heute ein seltenes Phänomen. Man kann sie jedoch noch an Flugzeugfenstern beobachten.

Bildquelle: Eisblume

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