Was genau ist Konduktion und was geschieht bei ihr?
Die Konduktion – auch Wärmeleitung oder Wärmeweiterleitung genannt – ist einer von drei Mechanismen des Wärmetransports in einem oder zwischen mehreren physikalischen Systemen. Ihre Besonderheit besteht darin, dass zwar ein direkter Kontakt zwischen den Stoffen bzw. Teilchen besteht, die thermische Energie abgeben bzw. aufnehmen, jedoch kein Materialtransport stattfindet. Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik fließt Wärme dabei immer vom wärmeren ins kältere System. Konduktion vollzieht sich zwischen Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen, ungeachtet dessen, ob ein Temperaturunterschied vorhanden ist. Besitzen die benachbarten physikalischen Systeme jedoch dieselbe Temperatur, nehmen sie zeitgleich soviel thermische Energie auf, wie sie auch abgeben, wodurch es zu keiner Temperaturänderung kommt. Wie gut ein bestimmter Stoff Wärmeenergie aufnehmen oder abgeben kann, bestimmen seine Wärmeleitfähigkeit und sein Wärmewiderstand.
Wärmeleitung vollzieht sich auf molekularer bzw. atomarer Ebene. Die Teilchen, aus denen sich jede Materie zusammensetzt, verfügen über ein bestimmtes Energieniveau, das sie in Bewegung versetzt. Dieses Niveau ist in wärmeren Stoffen weitaus höher als in kalten. Folglich bewegen sich die Atome oder Moleküle in wärmeren Systemen schneller. Dabei stoßen sie aneinander und geben einen Teil ihrer Energie an benachbarte Teilchen ab, auch über Systemgrenzen hinaus. Letzteres wird spezieller als „Wärmeübergang“ bezeichnet. Wärmetransporte durch ein einzelnes System hindurch (wenn an verschiedenen Punkten unterschiedliche Temperaturen herrschen) heißt hingegen „Wärmedurchgang“.
Neben der Konduktion kann Wärmetransport ebenfalls über Konvektion (Wärmeströmung) und Radiation (Wärmestrahlung) stattfinden. Bei der Konvektion erfolgt die Übertragung der thermischen Energie durch Materialtransport, also die Bewegung der Stoffe (in der Regel Flüssigkeiten oder Gase) selbst, etwa durch Dichteunterschiede oder Gefälle oder technisch gestützt durch Pumpen und Gebläse. Bei der Wärmestrahlung hingegen wird die thermische Energie nicht über Teilchen, sondern über elektromagnetische Strahlung wie Infrarotwellen transportiert. Folglich kann sich Radiation auch im Vakuum vollziehen.
Wie nutzen wir den Prozess der Konduktion?
Logischerweise machen sich Menschen die unterschiedlichen Formen der Wärmeübertragung vor allem bei der Klimatisierung zunutze, also beim Heizen oder Kühlen. Schon jeder Heizkörper arbeitet mit Konduktion. Die thermische Energie wird dabei aus dem heißen Heizwasser des Innenraums durch die Teilchenbewegung an das Gehäuse übertragen und schließlich an die Außenluft (hier jedoch überwiegend mittels Wärmestrahlung) abgegeben. Aus diesem Grund werden Heizkörper auch aus Metall gefertigt oder im Fall von Fußbodenheizungen spezieller Estrich zur Ummantelung der Wärmekreisläufe verwendet. Die genutzten Materialien sind dabei darauf ausgelegt, eine gute Wärmeleitung zu ermöglichen. Bei der Dämmung von Gebäuden oder Kühlgeräten ist das Gegenteil der Fall. Hier setzen wir gezielt Baustoffe ein, die Wärme schlecht leiten und den Wärmedurch- und -übergang erschweren. Im Falle der Gebäude- oder Fensterdämmung dient diese dazu, die den Räumen über die Heizung zugeführte Wärme im Innenraum zu halten und ein Entweichen nach außen zu verhindern. In Kühl- und Gefrierschränken kommen hingegen spezielle Ummantelungen zum Einsatz, etwa aus Glaswolle oder Polystyrol, damit die Umgebungswärme schlecht in den kalten Innenraum eindringen kann.
Auch bei der Nutzung von Geothermie über Wärmepumpen machen wir uns die Konduktion im Boden zunutze. Die aus dem Erdreich entnommene thermische Energie fließt durch die Wärmeleitung von Gestein oder Grundwasser – in letzterem Fall auch über Konvektion bei fließenden Grundwasserschichten – wieder nach, wodurch sich aus Erdwärme eine stetig erneuernde Energiequelle ergibt. Die ursprüngliche Wärme kommt dabei aus dem Erdkern durch dessen Druck sowie diversen stofflichen Reaktionen. Auch die Energieabgabe von der Wärmequelle zum Wärmeleitmedium im Pumpensystem erfolgt über Konduktion, im Anschluss wird die so aufgenommene thermische Energie über Konvektion zum Verbraucher geleitet. Auf dieselbe Weise lässt sich jedoch nicht nur die Geothermie nutzen, sondern ebenfalls auf weitere Wärmequellen zugreifen, etwa unvermeidbare Abwärme in industriellen Prozessen oder aber die thermische Energie aus dem Abwasser.
Der Therm-Liner von UHRIG: Energie aus Abwasser durch Konduktion und Konvektion
Um gerade bei der Wärmeerzeugung auf umweltschädliche, fossile Brennstoffe zu verzichten, ist die Nutzung sauberer Energiequellen sowie ein effizientes Energierecycling von enormer Wichtigkeit. Nur so lassen sich die Klimaziele und damit die Dekarbonisierung des gesamten Energiesektors erreichen. UHRIG bietet Ihnen hierfür unsere patentierten Therm-Liner-Module zur Abwasserwärmerückgewinnung an. In der Kanalisation werden sekündlich große Mengen an Wärmeenergie transportiert, die in Klärwerken und Vorflut ungenutzt verloren gehen. Unsere Wärmetauscher, die sich leicht in den Abwasserkanälen installieren lassen, können große Teile diese Energie jedoch durch eine effiziente Konduktion aufnehmen, über Wärmepumpen aufbereiten und erneut für Heizzwecke und andere Prozesse nutzbar machen. Dabei verbrauchen die Systeme selbst nur wenig Strom im Vergleich zur Wärmeausbeute. So lassen sich enorme Mengen an fossilen Brennstoffen einsparen. Wird die Wärmepumpe dann auch noch mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben, arbeitet das gesamte System gänzlich klimaneutral. Die Energie aus Abwasser zählt definitiv mit zur grünen Wärme und ist eine Säule der unabdingbaren Wärmewende. Sie hilft, den menschengemachten Treibhauseffekt zu begrenzen und sorgt so für mehr Generationengerechtigkeit.
Haben auch Sie Interesse an der Abwasserwärmerückgewinnung als wirtschaftliche und umweltfreundliche Alternative zu anderen Heizkonzepten, dann nehmen Sie einfach Kontakt zu uns auf. Sie erreichen uns telefonisch oder per Mail.
