Der Wärmeübergangskoeffizient (h, früher α)[1], auch Wärmeübergangszahl oder Wärmeübertragungskoeffizient genannt, ist ein Proportionalitätsfaktor, der die Intensität des Wärmeübergangs an einer Grenzfläche bestimmt. Der Wärmeübergangskoeffizient in W/(m²·K) ist eine spezifische Kennzahl einer Konfiguration von Materialien bzw. von einem Material zu einer Umgebung in Form eines Fluids.
Sein Kehrwert ist der Wärmeübergangswiderstand Rs in (m²·K)/W.
Inhaltsverzeichnis |
Der Wärmeübergangskoeffizient beschreibt hierbei die Fähigkeit eines Gases oder einer Flüssigkeit, Energie von der Oberfläche eines Stoffes abzuführen bzw. an die Oberfläche abzugeben. Sie hängt unter anderem von der spezifischen Wärmekapazität, der Dichte und dem Wärmeleitkoeffizienten des wärmeabführenden sowie des wärmeliefernden Mediums ab. Die Berechnung des Koeffizienten für Wärmeleitung erfolgt meist über den Temperaturunterschied der beteiligten Medien.
Der Wärmeübergangskoeffizient ist, im Gegensatz zur Wärmeleitfähigkeit keine Materialkonstante, sondern – im Falle einer Umgebung − stark abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit v bzw. der Art der Strömung (laminar oder turbulent), des umgebenden Fluids. Im Bauwesen werden Wärmeübergangskoeffizienten häufig als Konstante angenommen bzw. angegeben. Wegen der Abhängigkeit des Wärmeübergangskoeffizienten von der Strömungsgeschwindigkeit ist dies allerdings falsch.
Die abgeleitete Dimension des Wärmeübergangskoeffizienten in SI-Einheiten ist W K-1 m-2.
Je nach Richtung der Wärmeübertragung wird ΔQ einen positiven oder negativen Wert einnehmen.
Für Grenzschichten zwischen festen Materialien oder ruhende Fluide kann der Wärmeübergangswiderstand auch als absolute Größe – im Sinne einer Materialkonstante unabhängig von der Fläche – in der Form 
in K/W angeben werden.
Im Bauwesen bezeichnet man den Wert von Bauteil zu Außenluft mit Rse (engl. external surface) und Rsi (internal surface)
Für den Wärmeübergangswiderstand R gelten für die Luft folgende ungefähren Bemessungswerte[1] (horizontal gilt bis ±30°):
| aufwärts | horizontal | abwärts | |
|---|---|---|---|
| Rsi | 0,10 | 0,13 | 0,17 |
| Rse | 0,04 | ||
Daher gilt für einen Bauteil mit Außen– und Innenfläche:
| Außenwand | Oberste Geschoßdecke, Warmdach | Decke über Außenluft | Zwischendecken | |
| Rse + Rsi | 0,17 | 0,14 | 0,21 | 0,26 |
|---|
Bei der thermischen Bauteilaktivierung – sei es als stationär wirkende Heiz-/Kühlflächen oder als instationär arbeitende Massivspeicherkörper jeweils in die Raumumfassungen (Decken, Fußböden und/oder Wänden) integriert – ist der Gesamtwärmeübergangskoeffizient (Konvektion plus Strahlung) aufgrund der relativ kleinen Temperaturdifferenzen zwischen Oberfläche und Raum für die Wärmestromdichte sehr bedeutungsvoll. Die Komplexität der Mischkonvektion (freie und erzwungene Konvektion), die Überlagerung mit dem Wärmetransport durch Strahlung und das Vorhandensein von örtlich unterschiedlichen Luft- und Strahlungstemperaturen im Raum bezogen auf die thermisch aktiven Bauteiloberflächen führen zu Schwierigkeiten bei der Ermittlung der Gesamtwärmeübergangskoeffizienten und zu unterschiedlichen Ergebnisinterpretationen. Vorteilhaft gestaltet sich in der Praxis das Arbeiten mit den sogenannten Basiskennlinien, wie beispielsweise bei der normierten Leistungsberechnung für die Fußbodenheizung eingeführt und auch für die praktische Kühldeckenauslegung verwendet, da nur die Raumtemperatur als Bezugsgröße auftritt. Die Basiskennlinie gibt die Wärmestromdichte der Heiz-/Kühlfläche in Abhängigkeit der Flächenlage im Raum an. Im Gesundheits-Ingenieur Heft 1, 2007, S. 1–10 wurde ein allgemeingültiger Zusammenhang zwischen Gesamtwärmeübergangskoeffizienten und Basiskennlinien hergestellt.
Lokale Werte des Wärmeübergangskoeffizienten sind für Computersimulationen und theoretische Betrachtungen wichtig. In einer dünnen Grenzschicht an der Wandoberfläche ist die Strömung laminar und der Wärmetransport erfolgt überwiegend durch Wärmeleitung. Der lokale Wärmeübergangskoeffizient ergibt sich aus der Wärmeleitfähigkeit des Fluids λ bei der mittleren Temperatur (TF + TS) / 2 und der Dicke δT der thermischen Grenzschicht:
Die lokale Wärmestromdichte durch die Grenzschicht ergibt sich aus: 
α = α(x) ist hierbei ortsabhängig, TF ist die Fluidtemperatur im turbulent durchmischten Bereich und TS die lokale Oberflächentemperatur der Wand. Bei Gasen hat δT etwa die gleiche Größe wie die Dicke δ der Strömungsgrenzschicht. Das Grenzschichtverhältnis ist eine reine Funktion der Prandtl-Zahl und damit für das Fluid charakteristisch. In guter Näherung (Abweichung < 3%) gilt:
![\frac{\delta_T}{\delta}=\frac{1}{\sqrt[3]{Pr}}](http://upload.wikimedia.org/math/b/5/5/b55cc26b55527b772b97e61868f0e461.png)
Für technische Berechnungen werden meist mittlere Wärmeübergangskoeffizienten verwendet, die für eine gegebene Geometrie (Baugruppe) mit dem Unterschied der Fluidtemperatur am Einlauf und der mittleren Wandtemperatur definiert werden.
Der mittlere Wärmeübergangskoeffizient ist der dimensionslosen Nusselt-Zahl Nu proportional. Es gilt:
Die Nusselt-Zahl ist bei gegebener Geometrie eine reine Funktion der dimensionslosen Reynolds-Zahl und der dimensionslosen Prandtl-Zahl, welche definiert sind durch:
; 
Die Darstellung des Wärmeübergangskoeffizienten mittels der dimensionslosen Nusselt-Zahl stellt ein Ähnlichkeitsgesetz dar. Dabei muss stets die jeweilige Definition der charakteristischen Länge und Geschwindigkeit mit angegeben werden.
Ist die Strömung bedingt durch freie Konvektion, so hängt die Nusselt-Zahl und der Wärmeübergangskoeffizient von der Grashof-Zahl ab.
Um den Wärmeübergangskoeffizienten näherungsweise zu ermitteln kann man auch folgende Näherungsformel benutzen:
Für die Windgeschwindigkeit gilt:[1]
| m/s | 1 | 2 | 4 | 7 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|
| Rse | 0,08 | 0,06 | 0,04 | 0,03 | 0,02 |
Die Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten durch Wärmestrahlung gestaltet sich sehr viel schwieriger als im Falle der Konvektion.
Für den Wärmeübergangskoeffizient durch Strahlung eines schwarzen Körpers gilt:
| Temperatur in °C | − 10 | 0 | 10 | 20 | 30 |
|---|---|---|---|---|---|
| hs0 in W/m²K[1] | 4,1 | 4,6 | 5,1 | 5,7 | 6,3 |
| Rse | 0,24 | 0,22 | 0,20 | 0,18 | 0,16 |
Anna Akhmatova et Marina Tsvetaeva
Deux femmes russes poètes prises au coeur de la tourmente russe du début du siècle, deux femmes russes reclues dans leur oeuvre face à un monde hostile. Ces deux femmes russes sont le visage de la Russie ancienne et moderne.
"Qu'une femme russe vaut bien plus, en somme que les hommes russes qui se battent, et que leur chagrin pour les hommes me fait aimer les femmes russes ici-bas."