Die Wärmeströmung, auch Konvektion genannt, ist eine Art der Wärmeübertragung, bei der Wärme durch strömende Flüssigkeiten (z.B. Wasser) oder strömende Gase (z. B. Luft) übertragen wird. Wie viel Wärme durch Wärmeströmung übertragen wird, ist abhängig
- von dem Stoff, der die Wärme transportiert,
- von der durchströmten Fläche,
- von der Temperaturdifferenz,
- von der Strömungsgeschwindigkeit,
- von der Zeit.
Erfasst werden kann die transportierte Wärme durch die physikalische
Größe Wärmestrom. Der Wärmestrom
, der durch
eine Fläche hindurchgeht, kann berechnet werden mit der Gleichung:
Dabei kann die Strömung durch äußere Einwirkungen (Pumpen, Gebläse) erzwungen sein oder infolge von Dichteunterschieden sozusagen "von selbst" zustandekommen.
Wärmeströmungen in Natur
und Technik
Beispiele für Wärmeströmungen in Natur und Technik sind:
- der Abzug von Rauchgasen in Schornsteinen,
- Aufwinde (Thermik), die beim Segelfliegen und von Vögeln genutzt
werden,
- Warmwasserheizungen,
- die Wasserkühlung bei Kraftfahrzeugen,
- Föhnwinde,
- der Golfstrom und andere warme oder kalte Meeresströmungen,
- die Luftkühlung bei Computern und anderen technischen Geräten.
Wärmeströmungen in der Natur beeinflussen in erheblichem Umfange
unser Klima und das jeweilige Wetter. Entscheidend ist die Strömung
von Luft und von Wasser.
Charakteristische Luftströmungen,
mit denen auch Wärme transportiert wird, gibt es zum einen im globalen
Maßstab (Bild 2). Man spricht hier vom planetarischen
Windsystem. Darüber hinaus gibt es Luftströmungen zwischen
Hochdruck- und Tiefdruckgebieten, die unser Wetter bestimmen. So wird
in der Regel mit einer südwestlichen oder südlichen Luftströmung
warme Luft und damit Wärme zu uns transportiert, mit einer nördlichen
oder nordöstlichen Strömung meist kalte Luft.
Auch strömendes
Wasser spielt in der Natur eine wichtige Rolle. So bewirken Strömungen
in Seen und Teichen einer Durchmischung von Wasser unterschiedlicher Temperatur.
Dieser Effekt tritt vor allem im Frühling und im Herbst auf. Nähere
Erläuterungen dazu sind unter dem Stichwort "Anomalie
des Wassers" zu finden.
Große Meeresströmungen,
z. B. der Golfstrom, beeinflussen
das Klima in vielen Ländern. So transportiert der Golfstrom warmes
Wasser und damit Wärme aus dem mittelamerikanischen Bereich (Karibik)
quer über den Atlantik bis zu den Küsten Irlands, Englands,
Schottlands, Norwegens und Russlands. Folgen davon sind beispielsweise,
dass an der Westküste Englands Palmen wachsen und die norwegische
Westküste stets eisfrei bleibt. Das gilt selbst für einen so
weit nördlich gelegenen Hafen wie Murmansk in Russland.
In der Technik wird strömendes Wasser vor allem genutzt, um Wärme
von Heizkraftwerken oder von einer Heizung im Keller zu Heizkörpern
in Wohn- oder anderen Räumen zu transportieren. Wasser ist deshalb
besonders geeignet, weil es einerseits gut verfügbar ist und andererseits
aufgrund seiner großen spezifischen Wärmekapazität
in der Lage ist, Wärme in größerem Umfange zu transportieren.
Weitere Beispiele für die technische Nutzung der Wärmeströmung
sind die Kühlsysteme
von Kraftfahrzeugen, bei denen die Motorwärme durch Wasser zu
einem Kühler transportiert und von dort durch eine Luftströmung
wegtransportiert wird.