Kachelofen Zusammenhang Strahlungswärme/T-Oberfläche

Wissenschaft Physik
#1

Hallo Physikinteressierte,

Ich wollte mal fragen wie schwer es ist die Energie die eine Oberfläche abgibt  auszurechnen.

Kann ich z.B. mit einfachen mitteln ausrechnen wieviel Energie ein Kachelofen mit 2qm Oberfläche abgibt wenn das Zimmer 20GradCelsius (293K) warm ist und der Ofen (nach kurzer Abkühlung) jetzt eine Oberflächentemperatur von 120Grad hat (also 393K). Dazu brauche ich sicherlich diese omminöse T^4-Formel.

Dann habe ich noch was von Emissionsgrad gehört sowas sollte sicherlich auch berücksichtgt werden. Vielleicht hat so eine Keramikoberfläche ja 90% Emissionsgrad.

Kann man als Laie wenn man die Quadratmeterfläche hat, die Oberflächentemp. sowie Umgebungstemp kennt ausrechnen was eine Heizfläche abstahlt ?

Naja es soll hier erstmal nur die Stahlung interessant sein. Da ein Ofen ja nichht im Vakuum betrieben zieht er sicherlich an den seitlichen Oberflächen auch Raumluft nach oben.  Dieser kleinere aber sicherlich sehr schwer bestimmbare Wärmeanteil der Konvektion kann hier im Thread sicherlich nicht beantwortet werden (ist ja sicherlich davon abhängig wie leicht sich die Luft dort vorbeibewegen kann).

Mir würde einfach schon mal reichen ob man so die Strahlung einer Oberfläche einfach aus der Temperatur ausrechnen kann.

Würde mich freuen wenn mir noch jemand da noch was beibringen kann.

Gruß
R.

#2

Kann ich z.B. mit einfachen mitteln ausrechnen wieviel Energie
ein Kachelofen mit 2qm Oberfläche abgibt wenn das Zimmer
20GradCelsius (293K) warm ist und der Ofen (nach kurzer
Abkühlung) jetzt eine Oberflächentemperatur von 120Grad hat
(also 393K).

nein, das kann man nicht.
die energieabgabe einer oberfläche hängt auch davon ab, wieviel energie sie durch strahlung von außen aufnimmt. stell dir vor, man würde lauter spiegel um den ofen plazieren. es ist leicht einsehbar, dass dann ein großer teil der abgegebenen strahlung auf den ofen zurück reflektiert wird - ganz anders als in einem raum mit lauter schwarzen wänden.

#3

Hallo - Dein Ofen sollte schonmal nicht wärmer als 80 Grad an der Oberfläche werden. Zum einen wird das unangenehm, zum anderen ist es gefährlich. Es gibt in der einschlägigen Fachliteratur Formeln, die es Dir erlauben, das ganz genau auszurechnen, inklusive Holzverbrauch, Brenn- und Abgastemperaturen, Trägheit des Übergangs auf die Keramischen Züge und Durchleitung durch verschiedene Materialien, Emmissionsgrad, Konvektion etc.pp. Schau mal bei Amazon.

Das alles ist sehr interessant, ziemlich kompliziert und am Ende nicht wichtig. Ein freundlicher Kachelofenbauer wird Dich beraten und Dir am Ende die Länge des Zuges nennen, der gerade noch zu Deinem Schornstein passt und für die Erwärmung Deines Raumes ausreichen wird. Der Fachmann macht das ohne Formeln :wink:

#4

Hallo - Dein Ofen sollte schonmal nicht wärmer als 80 Grad an
der Oberfläche werden.

schon mal an die scheibe eines kaminofens gefasst? da kannst du aber sowas von ausgehen, dass die heißer als 80° ist…

Es gibt in der einschlägigen
Fachliteratur Formeln, die es Dir erlauben, das ganz genau
auszurechnen, inklusive Holzverbrauch, Brenn- und
Abgastemperaturen,

die hätte ich gern mal gesehen. insbesondere, wie denn da wohl der widerstand der abgase in meinem schornstein ‚ganz genau‘ zu berechnen wäre. unter berücksichtigung meines holzes.
sorry, aber das glaube ich jetzt einfach mal nicht, dass man das kann.

Trägheit des Übergangs auf die Keramischen
Züge und Durchleitung durch verschiedene Materialien,
Emmissionsgrad, Konvektion etc.pp.

dito.
es gibt sicher fausformeln und erfahrungswerte. aber genau berechnen kann das niemand, weilk es dazu einfach viel zu viele einflüsse gibt.

Schau mal bei Amazon.

wonach denn bitte?

Das alles ist sehr interessant, ziemlich kompliziert und am
Ende nicht wichtig.

da gebe ich dir recht.

Ein freundlicher Kachelofenbauer wird Dich
beraten und Dir am Ende die Länge des Zuges nennen, der gerade
noch zu Deinem Schornstein passt und für die Erwärmung Deines
Raumes ausreichen wird. Der Fachmann macht das ohne Formeln
:wink:

und rate mal, warum er das so macht.

#5

Danke an beide Antwortenden,

aber ich wollte mich fast ausschließlich nur mit der Strahlung befassen. Also mit diesem kirchhoffschen T^4-Strahlungsgesetz (eine der wenigen phys. Formeln wo eine Größe in der 4.Potenz steht) und wollte fragen ob man als privater Mensch eben irgendwas alltagstaugliches damit rechnen kann.

Die 120Grad Heizflächentemp. in der Ausgangsfrage wären wohl zu hoch gewählt um möglichst gerade Zahlen zu haben wären vllt. 300K (überwarmes Zimmer) und 350K (73Grad-Ofenpberflachentemp.) die runden+halbwegs realistischen Kopfrechenzahlen.

Die Ofensachensache ist nur ein Bsp. denn ich dachte das wäre das anschaulichste wo sich jeder was drunter vorstellen kann (eher eben als unter Abgaskrümmer eines PKW oder Raumkapselhitzeschutzschild).

Aber vielleicht ist ja gerade das Hitzeschutzschild eines in (fast) Vakuum fliegenden Raumschiff das einzig vllt. noch rechenbare Beispiel (wenn da keine Umgebung da ist die reflektiert).

Interessant wäre eben auch ob man aus der Temperatur einer Hauswand (z.B. Kliinkerwand) die Wärmeabgabe pro Quadratmeter ermitteln kann. Es gibt ja heutzutage Termografiekameras (oder auch sehr preiswerte Infrarotthermometer mit 0,1Gradcelsius DisplayAuflösung) und da wäre schon interessant ob man anhand des bunten Thermografiebilds wissen könnte wieviel Watt/Quadratmeter an der Wandkoordinate-xy gerade hindurchgehen. Bei sowas wäre dann eher 5Grad Temperaturunterschied zur Luft als 55Grad (wie beim Ofen).

Was ich mir auch noch vorstellen kann, daß bei einer Rechnerei dieser Art auch der Wärmeübergangskoeffizient (Kachel nach Luft) an der Außenseite des Ofens (also dieses 1/Lambda aus der stat. Wärmegleichung eine Rolle spielt) und dann führt das zur Vermischung des Problems von der normalen stationären Wärmegleichung und dem Versuch was mit Strahlungswärme zu rechnen-

Gruss

R.

P.S.:

Zur Abgaswärme:
Die Wärmeabfuhr des Abgases ist noch ein Problem was hier im Thread gar nicht mehr beantwortet werden kann (hier ist wohl entscheidend, daß das Abgas/g bei geringerer Dichte eine Auftriebskraft/N erzeugt aber das Gas mit zunehmenden Geschwindigkeit eine Gegenkraft (quadr. proport.) erzeugt (wobei zu beachten wäre, daß die Viskosität des Abgases ja selber von der Temp. sehr stark abhängt…je wärmer das Abgas desto größer der Viskosität+StrömungsWiderstand…sodaß sich das ganze selber einreguliert und man keine Angst haben muß das das Abgas nicht mit Hochgeschwindigkeit durchbraust…es wird erfahrene Ofenbesitzer mit Computerprorgramme geben, die sowas berechnen und das auch etagenweise mit verschiedenen Meterwärmeverlusten des Schornsteins…ich selber habe keinen Ofen und würde da auch keinen so hohen mathematischen Aufwand betreiben wollen). … mehr auf

#6

Hallo robespierre,

aber ich wollte mich fast ausschließlich nur mit der Strahlung
befassen. Also mit diesem kirchhoffschen T^4-Strahlungsgesetz

du meinst sicher das Stefan-Boltzmannsche Gesetz. Es gibt die von einer Flächeneinheit ausgesandte Strahlung an.
Genau kannst du dich über deine Frage z.B. mit Hilfe des VDI-Wärmeatlas informieren. Sieh einmal in deiner Stadtbibliothek nach, ob das Werk vorliegt.
Im Kapitel: „K. Wärmestrahlung; a) Strahlung technischer Flächen“ wirst du fündig.

Gruß

Sven Glückspilz

#7

Hallo,

Kann ich z.B. mit einfachen mitteln ausrechnen wieviel Energie
ein Kachelofen mit 2qm Oberfläche abgibt wenn das Zimmer
20GradCelsius (293K) warm ist und der Ofen (nach kurzer
Abkühlung) jetzt eine Oberflächentemperatur von 120Grad hat
(also 393K). Dazu brauche ich sicherlich diese omminöse
T^4-Formel.

Dazu kannst die das Gesetz nach Stefan Boltzmann nutzen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz

Dann habe ich noch was von Emissionsgrad gehört sowas sollte
sicherlich auch berücksichtgt werden. Vielleicht hat so eine
Keramikoberfläche ja 90% Emissionsgrad.

Ja, 0,9 ist ein guter Wert für den Absorbtions- und Emissionskoeffizienten.

Kann man als Laie wenn man die Quadratmeterfläche hat, die
Oberflächentemp. sowie Umgebungstemp kennt ausrechnen was eine Heizfläche abstahlt ?

Klar, das ist sogar viel einfacher als die Berechnung der Konvektion.
Beachte, dass eine heiße Fläche nicht nur Wärme abgibt, sondern eben auch aus der Umgebung aufnimmt. Nur die Temperaturdiff. führt zu der Nettoabgabe.

Beachte auch, dass du nur die effektiv wirksame Oberflächenkontur berücksichtigst.
Rippenstrukturen wie bei Kühlkörpern wirken zwar für Konvektion, aber nicht für bei der Strahlung. Da zählt nur die Umrissfläche.

Naja es soll hier erstmal nur die Stahlung interessant sein.
Da ein Ofen ja nichht im Vakuum betrieben zieht er sicherlich
an den seitlichen Oberflächen auch Raumluft nach oben. Dieser
kleinere aber sicherlich sehr schwer bestimmbare Wärmeanteil
der Konvektion kann hier im Thread sicherlich nicht
beantwortet werden (ist ja sicherlich davon abhängig wie
leicht sich die Luft dort vorbeibewegen kann).

Genau, dafür kann man zwar auch eine Faustformel angeben, aber die Strömungsgeschwindigkeit, welche durch die Konvektion erzeugt wird ist schwer abzuschätzen. In dem Fall wirken dann eben auch andere Flächen als bei der Strahlung, z.B. auch die Rückseite zu einer Wand.
-> Pv = ca. 5,6 x 4v in W/(m² * K) mit v in m/s (bis ca. 6m/s)

Mir würde einfach schon mal reichen ob man so die Strahlung
einer Oberfläche einfach aus der Temperatur ausrechnen kann.

Ja, siehe oben.

Es ist durchaus sehr lehrreich, mal für verschiedene Temp. den Konvektions- und Strahlungsanteil abzuschätzen. Auf Grund der Zunahme der Strahlung mit T^4 nimmt der Anteil der mit der Temp. progressiv ab und ist bei sehr hohen Temp. vernachlässigbar.
So gibt z.B. eine Glühlampe über 90% der Energie als Strahlung ab und auch bei einem glühenden Ofenrohr oder Motorkrümmer (Temp. um 500…700°C) ist die Wärmeabgabe durch Strahlung sehr relevant.
In dem Zusammenhang kann man dann auch den Schwachfug solcher Werbeaussagen leicht erkennen (siehe: „Strahlung wie die Sonne“ bei Niedrigtemperaturheizungen).
http://www.beka-klima.de/rohrpost/artikel/behaglich-…
Zum Thema siehe auch hier:
http://www.wer-weiss-was.de/naturwissenschaften/heiz…

Gruß Uwi

#8

Hallo Uwi,

Dazu kannst die das Gesetz nach Stefan Boltzmann nutzen.

ist (mit: „du“ statt: „die“) seit 07.02.2014, 18:49 bekannt.

Gruß Uwi

Gruß Sven Glückspilz

#9

Hallo,

Dazu kannst die das Gesetz nach Stefan Boltzmann nutzen.

ist seit 07.02.2014, 18:49 bekannt.

Na so was. Hast du das Monopol auf diese Antwort?
Oder was soll jetzt diese überflüssige Wasserstandsmeldung?
Gruß Uwi

#10

Hallo Uwi,

zu deinem Beitrag vom 8.2.2014; 00:50 Uhr:

 „Pv = ca. 5,6 x 4v in W/(m² * K) mit v in m/s (bis ca. 6m/s)“

Was soll das denn sein? Bitte Literaturstelle angeben!

Falls es eine Faustformel für den Wärmeübergangskoeffizienten α [W/(m2 K)] für strömende Luft sein soll, hast du hier, im Gegensatz zu Stefan-Boltzmann, leider falsch abgeschrieben (dein von dir oben angegebenes mal [„x“] sollte nach der verschwiegenen Literaturstelle wahrscheinlich ein Plus [+] sein).

Gruß

Sven Glückspilz.

#11

Korrektur ist angebracht
Hallo,

„Pv = ca. 5,6 x 4v in W/(m² * K) mit v in m/s (bis ca. 6m/s)“

Ja, das ist ein Schreibfehler.
Danke für den Hinweis. Korrekt heißt die Formel: Pv = 5,6 + 4v in W/(k*m²)

Was soll das denn sein?

Na die Antwort auf die Frage zur Konvektion von Luft an Festkörperoberflächen.

Bitte Literaturstelle angeben!

Steht schon in älteren Formel- und Tabellenbüchern zur Physik.
Z.B. auch im Kuchling - „Taschenbuch der Physik“.
Ist auch auf diversen Internetseiten zu finden. Hier z.B. eine Grafik dazu:
http://www.schweizer-fn.de/waerme/waermeabstrahlung/…

Falls es eine Faustformel für den Wärmeübergangskoeffizienten
α [W/(m2 K)] für strömende Luft sein soll, hast du hier, im
Gegensatz zu Stefan-Boltzmann, leider falsch abgeschrieben

Sag mal geht’s noch? Wie kommst du die ganze Zeit zu der eifersüchtigen Annahme, dass ich bei Dir was abgeschrieben hätte?
Meinst du, dass ich nur wegen der Nennung eines allg. bekannten Naturgesetztes bei dir plagiatieren müsste und deshalb auf deinen Artikel als Quellenangabe verweisen muß?
http://www.wer-weiss-was.de/mechanik/waermekoeffizie…

Ich sage es hier noch mal. Du hast auf die Publizierung von irgend welchen allg. bekannten Naturgesetzen und Formeln kein Monopol!
Gruß Uwi

1 Like
#12

Hallo R…

es trifft vielleicht nicht gerade deine pysikalische Fragestellung, aber
wir Kachelofenbauer rechnen die mögliche Leistung eines Kachelofens / Kamins so aus:

Bezogen auf unsere Fachregeln.
Welche unterschiedliche Flächen gibt es?

Bezogen auf die Wandflächen beim Kachelofen:

  1. vom Heizeinsatz oder Heizkasten angestrahlte Flächen (Luftumspült)
        z.B. Dicke ca. 5-8 cm, 0,5 kW/qm
  2. keramisch Züge. je nach Dicke der gesammten Wandung
        je dünner die Wand, je höher die Oberflächentemperatur, je geringer die Speicherdauer
        ca. 0,7- 1,2 kW/qm
  3. Strahlungswärme der Frontplatte und Sichtscheibe des Einsatzes
       alte Einsätze ca. 10% der Heizleistung des Einsatzes
       bei neue Einsätzen gibt es Herstellerangaben
  4. evtl. Luftleistung aus den Luftgittern

Da es Grundsätzlich davon abhängt wie viel Brennstoff aufgelegt wird, und wie oft dieses am Tag geschieht, kann die Gesamtleistung pro Tag natürlich auch unterschiedlich sein.
Des weiteren welcher Brennstoff „benutzt“ wird. Bei Holz wird z.B. mit ca. 3,8 - 4,0 kW/kg gerechnet. Weitere Faktoren Holzsorte, Wirkungsgrad der Anlage…

Es sind deshalb im Grunde alles "Richt"Heizwerte, die am Ende darüber Aufschluß geben, wie die jeweiligen Räume beim Heizen mit Wärme versorgt werden.

Strahlungswärme wird vom Menschen als sehr angenehm empfunden. Je näher die Oberflächentemperatur über der Körpertemperatur liegt, um so angenehmer ist es.
Also hohe Oberflächentemperaturen sind nicht nur gefährlich sondern auch recht unangenehm.