Berechnung Wanddicke zur Isolierung

pevil · Anmeldungsdatum: 01.01.2016 Beiträge: 31

Hallo,

ich versuche folgende Aufgabe zu lösen. Die Wand eines Behälters mit einer Innentemperatur von -60°C soll solch eine Dicke erhalten, sodass die Außentemperatur dadurch um höchstens 5°C abkühlt.

Wie kann jetzt die Dicke der Wand des Behälters errechnet werden?

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Wie lautet der Originaltext der Aufgabe?

pevil · Anmeldungsdatum: 01.01.2016 Beiträge: 31

An sich gibt es keinen. Ich würde gerne die Formeln und das Prinzip der Berechnung Wissen!

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Ohne weitere Angaben, zumindest zur Kühlleistung, Abmessung der Wand und umgebender Raumgröße, kann man hier leider gar nichts sagen.

Viele Grüße
Steffen

pevil · Anmeldungsdatum: 01.01.2016 Beiträge: 31

Ich würde gerne wissen mit welchen Formeln diese Berechnung durchgeführt werden kann?

Gegeben ist die Fläche 100 mm x 100 mm Material der Wand ist z.B. Stahl, Innentemperatur -90°C, Außentemperatur soll höchstens auf 15°C (von 20 °C gekühlt werden),

Gesucht ist die Dicke der Wand

Werte sind als Beispiel anzusehen.

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Wie ich, glaube ich, schon sagte: wir brauchen zumindest noch die Kühlleistung. Dann kannst Du über die üblichen Formeln sehr vereinfacht die Dicke der Wand berechnen, wenn sie außen 15°C haben soll. Ob sich der Raum dann auf diese 15°C herabkühlt, liegt neben seiner Größe an der Leistung seiner Heizung.

pevil · Anmeldungsdatum: 01.01.2016 Beiträge: 31

Ergänze bitte meine Werte mit den Werten die du brauchst bitte selbst. Mir ist keine Leistung bekannt bzw. Es gibt keine Heizung.

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Kein Problem. Dann sagen wir mal, die -60°C (oder -90°C? das kommt nicht so klar raus) werden von einem 1000W-Kühlschrank erzeugt. Dann kannst Du schon mal die Dicke für 15°C an der Außenwand ausrechnen. Ohne Heizung wird sich der Raum von meinetwegen 30 Kubikmetern Luft allmählich auf diese Temperatur abkühlen.

pevil · Anmeldungsdatum: 01.01.2016 Beiträge: 31

Ist es einfach nach l umstellen, wobei Qpunkt die Leistung ist?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Ja, so würde ich es machen. Ist natürlich sehr vereinfacht, aber mal ein Ansatz.

pevil · Anmeldungsdatum: 01.01.2016 Beiträge: 31

Wenn keine Leistung zur Verfügung steht, geht es auch ohne?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Irgendeine Leistung muss die Minusgrade ja halten. Wenn im Behälter einfach nur irgendwas ist, das -60°C hat, wird sich das ohne weitere Energiezufuhr langsam auf 20°C Raumtemperatur erwärmen.

Wenn es nur ein schwaches kleines Kühlaggregat ist, schafft es vielleicht die -60°C drin gerade so zu halten, aber nach außen nimmt die Temperatur dann schnell ab, dann brauchst Du keine so dicke Wand.

Mit einem richtigen Powerkühler dagegen wirst Du ziemlich viel Wandstärke brauchen, wenn Du wirklich nicht isolieren willst. Das wäre ohnehin sinnvoll, muss die Wand wirklich aus Stahl sein?

Du kannst es Dir aber durchaus leisten, die Behälteraußenwand z.B. auf 0°C zu lassen, der Raum wird deswegen nicht sofort auf diese Temperatur abkühlen. Dies wiederum liegt aber daran, wie er geheizt wird. Denn irgendwas ist immer da, Wärme von draußen oder unten oder Menschen, die drin sind. Das heißt, es ist eine Leistung da, die gegen die 0°C arbeitet, und diese Bilanz müsste man dann aufstellen.

pevil · Anmeldungsdatum: 01.01.2016 Beiträge: 31

Ok, hab in den Angaben etwas mit Kühlleistung 750 W gefunden, dann kann ich damit dann die Wandstärke berechnen oder?

Wie werden die Wände mit mehreren Schichten, welche eine unterschiedliche Wärmeleitung besitzen berechnet?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Es ist wie in der Elektrik: bei Reihenschaltung addieren sich die Kehrwerte der einzelnen Leitfähigkeiten

bzw. addieren sich die einzelnen Widerstände

. Wenn Du sichergehen willst, nimm erst die erste Schicht und berechne die Temperaturdifferenz, dann geh damit in die zweite Schicht und so weiter.

pevil · Anmeldungsdatum: 01.01.2016 Beiträge: 31

Irgendwie klappt das bei mir nicht, irgendwie bin ich mir unsicher ob das das richtigeVorgehen ist. Gibt es irgendwo dazu eine Erklärung?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Ein Physiker kann Dir Deine Stahlwanddicke berechnen. Ein Ingenieur dagegen fragt sich, warum Du den Kühlschrank nicht einfach mit Dämmmaterial umwickelst und fängt gar nicht erst an zu rechnen: so viel ist 750 Watt dann auch nicht, als dass es ein normales Zimmer auf 15°C abkühlt.

Die "Aufgabe" ist eh ein wenig wirr formuliert. Ich nehme mal an, Deine Firma hat einen solchen Kühlapparat gekauft und will ihn nun in Betrieb nehmen. Dann kommt immer gerne der Sicherheitsbeauftragte angedackelt und weiß, dass das Gesetz irgendwas von minimaler Raumtemperatur vorschreibt. Und so verlangt er einen Nachweis, dass das kleine Ding das Zimmerchen nicht unzulässig abkühlt, damit der Laborant keinen Schnupfen bekommt.

So Geräte haben normalerweise ein CE-Zeichen, damit ist alles gegessen. Das kannst Du Deinem Sicherheitsbeauftragten sagen. Wenn Du also partout rechnen willst, kannst Du es gerne tun, aber eher zur persönlichen Erbauung. Alles andere läuft sowieso auf eigene Gefahr, denn das Physikerboard haftet nicht für Ratschläge, die dann dazu führen, dass sich doch jemand erkältet.