Tabellenbuch Wärme Kälte Klima - Europa-Lehrmittel
Tabellenbuch Wärme Kälte Klima - Europa-Lehrmittel
Tabellenbuch Wärme Kälte Klima - Europa-Lehrmittel
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<strong>Tabellenbuch</strong><br />
EUROPA-FACHBUCHREIHE<br />
für metalltechnische Berufe<br />
<strong>Wärme</strong> ● <strong>Kälte</strong> ● <strong>Klima</strong><br />
5. vollständig überarbeitete Auflage<br />
VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG<br />
Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten<br />
<strong>Europa</strong>-Nr.: 1731X<br />
Grundlagen<br />
Technische<br />
Physik<br />
Technische<br />
Kommunikation<br />
Stoffkunde<br />
Fertigungstechnik<br />
<strong>Klima</strong>technik<br />
<strong>Kälte</strong>technik<br />
Allgemeine<br />
Anlagentechnik
Autor und Leiter des Arbeitskreises:<br />
Dipl.-Ing. Horst Herr Fachoberlehrer VDI, DKV<br />
Co-Autoren:<br />
Ewald Bach Oberstudienrat<br />
Peter Bertrand Studienrat<br />
Dipl.-Ing. Walter Bierwerth Studiendirektor<br />
Martin Tonert Oberstudienrat<br />
Umschlaggestaltung:<br />
Petra Gladis-Toribio, Kelkheim<br />
Bildbearbeitung:<br />
Michael M. Kappenstein<br />
Zeichenbüro des Verlages <strong>Europa</strong>-<strong>Lehrmittel</strong>, Ostfildern<br />
Das vorliegende Buch wurde auf der Grundlage der neuen amtlichen Rechtschreib regeln erstellt.<br />
In diesem <strong>Tabellenbuch</strong> wurden die neuesten Ausgaben der DIN-Normen und der sonstigen Regelwerke<br />
zugrunde gelegt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass nur die DIN-Normen selbst verbindlich<br />
sind. Diese können in den öffentlichen DIN-Normen-Auslegestellen eingesehen oder<br />
durch die Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin, bezogen werden.<br />
Obwohl die DIN-Normen mit großer Sorgfalt recherchiert wurden, können Autoren und Verlag<br />
keinerlei Gewährleistung übernehmen.<br />
Bei anderen in diesem <strong>Tabellenbuch</strong> genutzten technischen Regelwerken gilt dies sinngemäß.<br />
5. Auflage 2011<br />
Druck 5 4 3 2 1<br />
Alle Drucke dieser Auflage sind im Unterricht nebeneinander einsetzbar, da sie bis auf die Behebung<br />
der Druckfehler unverändert sind.<br />
ISBN 978-3-8085-1735-2<br />
Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der<br />
gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.<br />
© 2011 by Verlag <strong>Europa</strong>-<strong>Lehrmittel</strong>, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruiten<br />
http://www.europa-lehrmittel.de<br />
Satz: rkt, 42799 Leichlingen, www.rktypo.com<br />
Druck: Tutte Druckerei GmbH, 94121 Salzweg/Passau
Vorwort 3<br />
Die Summe unserer Erkenntnis besteht aus dem,<br />
was wir gelernt, und dem, was wir vergessen haben.<br />
Marie von Ebner-Eschenbach<br />
Die Zusammenhänge zwischen den berechenbaren und messbaren Größen in Naturwissenschaft<br />
und Technik werden fast immer in ihrer kürzesten Ausdrucksweise, durch Formeln, repräsentiert.<br />
Somit liegt es auf der Hand, diese in Formelsammlungen zusammenzustellen, denn wegen der<br />
großen Anzahl der notwendigen Informationen ist es unmöglich, jede in einem bestimmten Fachgebiet<br />
benötigte Formel abrufbereit im Kopf zu haben. Das diesem Vorwort vorangestellte Motto<br />
von Marie von Ebner-Eschenbach unterstreicht dies sehr deutlich.<br />
Neben den vielfältigen Formeln werden in jedem technischen Fachgebiet auch umfangreiche<br />
Tabellen, oft auch in der Form von DIN-Blättern und sonstigen technischen Regeln, benötigt. In<br />
allen technischen Hauptrichtungen – wie etwa im Maschinenbau, der Elektrotechnik oder der Bautechnik<br />
– gehört es seit langem zur guten Tradition, die benötigten Formeln und Tabellen in einem<br />
<strong>Tabellenbuch</strong> zusammenzufassen. Hauptorientierungsmerkmale sind dabei die entsprechenden<br />
Verordnungen über die Berufsausbildung sowie die Lehrpläne für die Meister- und Technikerausbildung.<br />
Diese Lücke schließt das<br />
<strong>Tabellenbuch</strong> <strong>Wärme</strong> • <strong>Kälte</strong> • <strong>Klima</strong><br />
Orientierungsgrundlagen waren dabei vor allem die Verordnungen über die Berufsausbildung,<br />
und zwar für Mechatroniker für <strong>Kälte</strong>technik und Anlagenmechaniker SHK. Die Lerninhalte der<br />
beruflichen Erstausbildung wurden durch solche der Meister- und Technikerausbildung ergänzt.<br />
Von vornherein war also beabsichtigt, ganze Berufsfelder und nicht nur deren Kernbereich zu erfassen.<br />
Des Weiteren wurde versucht – dem Buchtitel gemäß – mehrere Berufsfelder zu verbinden.<br />
Damit wurde auch dem Trend in Richtung Universalität der Berufsausübung bzw. Berufsausbildung<br />
Rechnung getragen.<br />
Bei der Festlegung der Buchinhalte wurde also strikt darauf geachtet, dass auch das „was man<br />
sonst noch braucht“ seinen Platz gefunden hat. Exemplarisch sind hier die Mathematik, die<br />
Technische Kommunikation, die Stoffkunde und die Fertigungstechnik zu nennen. Im Bereich der<br />
Technischen Physik sind bereits viele Lehrinhalte aus der Anlagentechnik enthalten bzw. solche<br />
Lehrinhalte, die in der Anlagentechnik vorausgesetzt werden. Mit den acht Hauptabschnitten<br />
(s. Seite 4) wird zwar eine grobe Gliederung der Lehrinhalte erreicht, manche Themenbereiche sind<br />
jedoch dort eingegliedert, wo man sie bei der praktischen Anwendung sucht.<br />
Die große Stofffülle bringt es mit sich, dass die Erforderlichkeit einiger Themenbereiche sicherlich<br />
umstritten bleibt. Vielleicht werden aber auch andere Themenbereiche vermisst oder als unter -<br />
repräsentiert empfunden. Wie sich dieses Buch in seinen späteren Auflagen entwickelt, wird ganz<br />
wesentlich durch die Reaktionen der Leser und Fachkollegen – worum wir ausdrücklich bitten –<br />
beeinflusst.<br />
Mein besonderer Dank gilt meinem bereits im Impressum genannten Kollegen, Herrn Studien -<br />
direktor Dipl.-Ing. Walter Bierwerth. Er ist der Verfasser des <strong>Tabellenbuch</strong>es Chemietechnik<br />
(<strong>Europa</strong>-Nr.: 70717) und ich durfte auf seine Erfahrungen und seine Mitwirkung durch die Übernahme<br />
von über einhundert Seiten seines Buches zurückgreifen.<br />
Dankenswerter Weise wurde durch die Mitwirkung in der 5. Auflage von Herrn Studienrat Peter<br />
Bertrand die <strong>Klima</strong>technik und von Herrn Oberstudienrat Martin Tonert die <strong>Kälte</strong>technik wesentlich<br />
erweitert. Beide Kollegen sind erfahrene Lehrer. Herr Oberstudienrat Ewald Bach hat den Bereich<br />
Elektrotechnik überarbeitet und den Bereich erneuerbare Energie eingefügt.<br />
Hinweise und Verbesserungsvorschläge können dem Verlag und damit den Autoren unter<br />
lektorat@europa-lehrmittel.de übermittelt werden.<br />
Sommer 2011 Das Autorenteam
4 Vorspann<br />
Hinweise zur Arbeit mit diesem <strong>Tabellenbuch</strong><br />
Das <strong>Tabellenbuch</strong> ist in 8 Hauptabschnitte eingeteilt, und zwar<br />
1 Grundlagen GR<br />
2 Technische Physik TP<br />
3 Technische Kommunikation TK<br />
4 Stoffkunde SK<br />
Symbol für die globale Erwärmung:<br />
Erdball und Heizthermostat<br />
5 Fertigungstechnik FT<br />
6 <strong>Klima</strong>technik KL<br />
7 <strong>Kälte</strong>technik KT<br />
8 Allgemeine Anlagentechnik AT<br />
Die 8 Hauptabschnitte sind deutlich durch das praktische Daumenregister voneinander getrennt.<br />
Hauptabschnitt 8 „Allgemeine Anlagentechnik" ist nochmals in 11 Unterabschnitte durch angedeutete Tabs<br />
unterteilt.<br />
Am Anfang dieser Hauptabschnitte befindet sich jeweils ein ausführliches Inhaltsverzeichnis. Daraus ist zu<br />
ersehen, dass die Hauptabschnitte nochmals in Unterabschnitte unterteilt sind.<br />
Aus den Unterabschnitten sind die Themenüberschriften mit den entsprechenden Seitenzahlen zu ersehen.<br />
Der Wert eines Fachbuches hängt auch sehr stark vom Umfang des Sachwortverzeichnisses ab. Hierauf wurde<br />
ein besonderer Wert gelegt. Das Sachwortverzeichnis dieses <strong>Tabellenbuch</strong>es enthält über 1900 Begriffe.<br />
Es ist ganz normal, dass in einem Fachbuch zum gleichen<br />
Begriff an mehreren Stellen Aussagen gemacht<br />
werden. Dies geht aus den Seitenzahlen im Sachwortverzeichnis<br />
hervor.<br />
Eine Besonderheit dieses <strong>Tabellenbuch</strong>es besteht<br />
jedoch darin, dass durch rote Hinweispfeile (➞) die<br />
Sachverhalte miteinander verkettet wurden. Die Hinweispfeile<br />
zeigen Ihnen also, wo Sie noch weitere<br />
Informationen zu der von Ihnen gewünschten Formel,<br />
Tabelle oder zu einem gewünschten Begriff finden<br />
können.<br />
Das <strong>Tabellenbuch</strong> <strong>Wärme</strong> • <strong>Kälte</strong> • <strong>Klima</strong><br />
wurde von Herrn Dipl.-Ing. Horst Herr –<br />
initiiert durch seine langjährige Tätigkeit an<br />
der Bundesfachschule <strong>Kälte</strong>-<strong>Klima</strong>-Technik<br />
in Maintal – realisiert.<br />
Orientieren Sie sich in diesem <strong>Tabellenbuch</strong> vor<br />
allem mit Hilfe des Sachwortverzeichnisses.<br />
Ein roter Pfeil (➞) zeigt an, dass Sie dort noch weitere<br />
Informationen finden.
1 Grundlagen GR 5<br />
1.1 Allgemeine Grundlagen 5<br />
Griechisches Alphabet 6<br />
Römische Ziffern 6<br />
Basisgrößen und Basiseinheiten 6<br />
Vorsätze vor Einheiten 7<br />
Formelzeichen und Einheiten 7<br />
1.2 Allgemeine Mathematik 15<br />
Grundrechenarten 15<br />
Klammerrechnung (Rechnen mit Summen) 17<br />
Bruchrechnung 18<br />
Prozentrechnung 18<br />
Potenzrechnung 19<br />
Radizieren 20<br />
Logarithmieren 20<br />
Gleichungen 21<br />
Runden von Zahlen 23<br />
Interpolieren 23<br />
Statistische Auswertung 24<br />
Flächenberechnung 26<br />
Körperberechnung 27<br />
Geometrische Grundkenntnisse 29<br />
Sätze der Geometrie 30<br />
Trigonometrie 31<br />
1.3 Technische Mathematik 33<br />
Teilung von Längen (Gitterteilung) 33<br />
Teilung auf dem Lochkreis 33<br />
Rohlängen von Pressteilen (Schmiedelänge) 33<br />
Gestreckte Längen (kreisförmig gebogen) 34<br />
Zusammengesetzte Längen und zusammengesetzte Flächen 34<br />
Berechnung der Masse bei Halbzeugen 34<br />
Volumeninhalt und Oberfläche wichtiger Behälterböden 35<br />
Inhalt unregelmäßiger Flächen 35<br />
Diagramme und Nomogramme 36<br />
Sonnenuntergang<br />
mit Windrad
6 GR 1.1 Allgemeine Grundlagen<br />
Griechisches Alphabet<br />
Groß- Klein- Bedeu-<br />
Groß- Klein- Bedeu-<br />
Name<br />
buchstabe buchstabe tung buchstabe buchstabe tung<br />
Å å a Alpha › ~ n Ny<br />
‹ ∫ b Beta Ù ≈ x Xi<br />
Römische Ziffern<br />
Basisgrößen und Basiseinheiten nach DIN 1301-1: 2010-10<br />
Name<br />
Ì © g Gamma Ø ø o Omikron<br />
¤ ∂ d Delta ∏ π p Pi<br />
‰ e Epsilon ¸ ® rh Rho<br />
ˇ Ω z Zeta Í ‚ s Sigma<br />
Ó ª e Eta ˝ † t Tau<br />
ı « th Theta Á ¨ y Ypsilon<br />
Û ⁄ i Jota Ï ƒ ph Phi<br />
ˆ Δ k Kappa Ç ç ch Chi<br />
fl ¬ l Lambda ‡ ¥ ps Psi<br />
˘ μ m My „ ∑ o Omega<br />
Römische Arabische Römische Arabische Römische Arabische<br />
Ziffern Ziffern Ziffern Ziffern Ziffern Ziffern<br />
I 1 XX 20 CC 200<br />
II 2 XXX 30 CCC 300<br />
III 3 XL 40 CD 400<br />
IV 4 L 50 D 500<br />
V 5 LX 60 DC 600<br />
VI 6 LXX 70 DCC 700<br />
VII 7 LXXX 80 DCCC 800<br />
VIII 8 XC 90 CM 900<br />
IX 9 C 100 M 1000<br />
X 10<br />
86 = LXXXIV 99 = XCIX 691 = DCXCI 2016 = MMXVI<br />
Um Verwechslungen zu vermeiden, darf vor einem Zahlzeichen immer nur ein kleineres stehen (z. B. für die<br />
Zahl 48: XLVIII und nicht IIL).<br />
Basisgrößen und Basiseinheiten (SI-Einheiten 1) )<br />
Name<br />
Basisgrößen Basiseinheiten<br />
Häufigste(s)<br />
Zeichen<br />
Name Zeichen<br />
Länge §, s, d Meter m<br />
Masse m Kilogramm kg<br />
Zeit t Sekunde s<br />
Elektrische Stromstärke Û Ampere A<br />
Thermodynamische Temperatur T Kelvin K<br />
Stoffmenge n Mol mol<br />
Lichtstärke Û, Û v Candela cd<br />
1) SI ist die Abkürzung für Systeme International d’Unitès (Internationales Einheitensystem)
1.1 Allgemeine Grundlagen GR 7<br />
Vorsätze vor Einheiten (➞ Potenzrechnung) (nach DIN 1301-1: 2010-10)<br />
Vorsatzzeichen Vorsatz Bedeutung Vorsatzzeichen Vorsatz Bedeutung<br />
Y Yotta 1024 – 1<br />
d Dezi 10<br />
Z Zetta 1021 – 2<br />
c Zenti 10<br />
E Exa 1018 – 3<br />
m Milli 10<br />
P Peta 1015 – 6<br />
μ Mikro 10<br />
T Tera 1012 – 9<br />
n Nano 10<br />
G Giga 109 – 12<br />
p Pico 10<br />
M Mega 106 – 15<br />
f Femto 10<br />
k Kilo 103 – 18<br />
a Atto 10<br />
h Hekto 102 – 21<br />
z Zepto 10<br />
da Deca 101 – 24<br />
y Yokto 10<br />
Der Vorsatz gibt den Faktor an, mit dem die Einheit zu multiplizieren ist.<br />
1 kW = 1 · 10 3 W = 1000 W 1 μm = 1 · 10 – 6 m = 0,000 001 m<br />
Formelzeichen und Einheiten (nach DIN 1304-1: 1994-03 und DIN 1301-1: 2010-10)<br />
Name/Bedeutung<br />
Raumgrößen und Zeitgrößen<br />
Formel- SI-Einheit<br />
zeichen Zeichen Name<br />
Abklingkoeffizient ∂ 1/s<br />
Ausbreitungsgeschwindigkeit<br />
einer Welle<br />
c m/s<br />
Beschleunigung a m/s2 ➞<br />
<strong>Kälte</strong>technik,<br />
Formelzeichen<br />
Breite b m<br />
Dehnung (relative Längenänderung)<br />
1<br />
Dicke, Schichtdicke ∂, d m<br />
Durchbiegung, Durchhang f m<br />
Durchmesser d, D m<br />
Ebener Winkel, Drehwinkel<br />
(bei Drehbewegungen)<br />
å, ∫, © rad<br />
Flächeninhalt, Fläche, Oberfläche A, S m2 Frequenz, Periodenfrequenz f, ~ Hz<br />
Geschwindigkeit v, u, w, c m/s<br />
Höhe, Tiefe h, H m<br />
Kreisfrequenz, Pulsatanz<br />
(Winkelfrequenz)<br />
∑ 1/s<br />
Länge § m<br />
➞<br />
Formelzeichen,<br />
Regelung<br />
Bemerkung/wichtige Beziehungen<br />
Achtung: Formelzeichen und Einheiten<br />
betreffend<br />
DIN 1301-1 (Einheitenzeichen) und DIN 1304-<br />
1 (Formelzeichen) sind Grundformen und die<br />
darin angegebenen Fomelzeichen und Einheitenzeichen<br />
sollten möglichst bevorzugt<br />
verwendet werden.<br />
Darüber hinaus gibt es für ganz spezielle<br />
Bereiche der Technik auch Fachnormen.<br />
Beispiele:<br />
DIN EN 764-1 „Druckgeräte“ für Arbeits -<br />
temperatur t0. DIN 1304-1 für Celsiustemperatur<br />
« oder t.<br />
DIN 1304-1 für Zeit t.<br />
DIN 1304-1 für (➞) Trockenkugeltemperatur<br />
tsic [sic steht<br />
für siccus (trocken)].<br />
In der Praxis der <strong>Klima</strong>technik steht für<br />
Trockenkugeltemperatur « tr oder qTK. In Analogie:<br />
(➞) Feuchtkugeltemperatur qf oder qFK. Viele weitere Beispiele zeigen, dass es keine<br />
einheitliche Bezeichnungsweise bezüglich<br />
der Formeleichen gibt.<br />
Konsequenz:<br />
In diesem Buch werden die Formelzeichen<br />
entsprechend des gerade anstehenden Technikbereiches<br />
gewählt.
8 GR 1.1 Allgemeine Grundlagen<br />
Formelzeichen und Einheiten (Fortsetzung)<br />
Name/Bedeutung<br />
Raumgrößen und Zeitgrößen (Fortsetzung)<br />
Formel- SI-Einheit<br />
zeichen Zeichen Name<br />
Bemerkung/wichtige Beziehungen<br />
Periodendauer,<br />
Schwingungsdauer<br />
T s<br />
Phasenverschiebungswinkel ƒ rad Radiant<br />
Phasenwinkel ƒ(t) rad Radiant<br />
Querschnittsfläche, Querschnitt S, q m2 Radius, Halbmesser, Abstand r m<br />
Repetenz (Wellenzahl) ‚ 1/m ‚ = 1/¬<br />
Ruck r, h m/s3 Umdrehungsfrequenz (Drehzahl) n, fr 1/s Kehrwert der Umdrehungsdauer<br />
T: n = 1/T<br />
Volumen, Rauminhalt V, † m3 Volumenstrom, V, q v m3 Volumendurchfluss<br />
/s Q = V/t bzw. Q = A · v<br />
Weglänge, Kurvenlänge s m<br />
Wellenlänge ¬ m<br />
Winkelbeschleunigung, å rad/s2 Drehbeschleunigung<br />
å = ∑/t bzw. å = ¤∑/¤t<br />
Winkelgeschwindigkeit,<br />
Drehgeschwindigkeit<br />
∑ rad/s ∑ = 2 · π · n<br />
Zeit, Zeitspanne, Dauer t s Auch Abklingzeit<br />
Zeitkonstante †, T s<br />
Mechanische Größen<br />
Absoluter Druck pabs Pa Pascal 1 Pa = 1 N/m2 Arbeit W, A J, Nm Joule W = F · s ; 1 J = 1 Nm<br />
Arbeitsgrad, Nutzungsgrad Ω 1 Arbeitsverhältnis,<br />
Energieverhältnis<br />
Atmosphärische Druckdifferenz,<br />
Überdruck<br />
pe Pa Pascal pe = pabs – pamb Bewegungsgröße, Impuls p kg · m/s<br />
Biegemoment Mb N · m<br />
Dehnung, 1 = ¤§/§<br />
relative Längenänderung § = § 0 = Ausgangslänge<br />
Dichte, Massendichte, ®, ® m kg/m3 volumenbezogene Masse<br />
® = m/V<br />
Direktionsmoment, winkelbezogenes<br />
Rückstellmoment<br />
D N · m/rad D = MT/ƒ (ƒ = Torsionswinkel)<br />
Drall, Drehimpuls L kg · m2 /s<br />
Drehstoß H N · m · s<br />
Drillung, Verwindung ı, Δ rad/m<br />
Druck p Pa Pascal p = F /A; 1 Pa = 1 N/m2 1 mbar = 1 hPa<br />
Dynamische Viskosität ª Pa · s ª = †/D<br />
† = Schubspannung<br />
D = Schergeschwindigkeit
Formelzeichen und Einheiten (Fortsetzung)<br />
Name/Bedeutung<br />
Mechanische Größen (Fortsetzung)<br />
Formel- SI-Einheit<br />
zeichen Zeichen Name<br />
Elastizitätsmodul E N/m 2 ,<br />
N/mm 2<br />
Energie E, W J Joule<br />
Bemerkung/wichtige Beziehungen<br />
E = ‚/ 1 N/mm 2 = 10 6 N/m 2<br />
Energiedichte, w J/m3 volumenbezogene Energie<br />
Flächenbezogene Masse, m” kg/m2 Flächenbedeckung<br />
m” = m/A<br />
Flächenmoment 1. Grades H m3 Flächenmoment 2. Grades Û m4 Früher: Flächenträgheitsmoment<br />
Gewichtskraft FG, G N Newton<br />
Gravitationskonstante G, f N · m2 /kg F = G · m 1 · m 2/r 2<br />
G = 6,67259 · 10 – 11 m3 /(kg · s2 )<br />
Grenzflächenspannung,<br />
Oberflächenspannung<br />
‚, © N/m<br />
Isentropische Kompressibilität çS, Δ 1/Pa<br />
Isothermische Kompressibilität çT, Δ 1/Pa<br />
Kinematische Viskosität ~ m2 /s ~ = ª/®<br />
Kinetische Energie E kin, W kin J Joule E kin = 1 / 2 · m · v 2<br />
Kompressionsmodul K N/m2 K = – p /«<br />
(« = relative Volumenänderung)<br />
Kraft F N Newton F = m · a<br />
Kraftmoment, Drehmoment M N · m M = F · r<br />
F = Tangentialkraft<br />
r = senkrechter Abstand zwischen<br />
Drehpunkt und<br />
Wirkungslinie der Kraft<br />
Kraftstoß Û N · s<br />
1.1 Allgemeine Grundlagen GR 9<br />
Längenbezogene Masse m’ kg/m m’ = m/§<br />
Leistung P W Watt P = W/t<br />
1 J = 1 Nm = 1 Ws<br />
Leistungsdichte, ƒ W/m 3 ƒ = w/t<br />
volumenbezogene Leistung w = Energiedichte<br />
Masse, Gewicht als<br />
Wägeergebnis<br />
m kg<br />
Massenstrom,<br />
Massendurchsatz<br />
m, qm kg/s m = m/t<br />
Massenstromdichte Û kg/(m2 · s) Û = m/S = ® · v<br />
Normalspannung, ‚ N/m2 ,<br />
Zug- oder Druckspannung N/mm2 Poisson-Zahl μ, ~ 1 μ = q /<br />
Potenzielle Energie Epot, Wpot J Joule Epot = m · g · h<br />
Querdehnung q 1 q = ¤d/d<br />
(bei kreisförmigem Querschnitt)
10 GR 1.1 Allgemeine Grundlagen<br />
Formelzeichen und Einheiten (Fortsetzung)<br />
Name/Bedeutung<br />
Mechanische Größen (Fortsetzung)<br />
Formel- SI-Einheit<br />
zeichen Zeichen Name<br />
Bemerkung/wichtige Beziehungen<br />
Reibungszahl μ, f 1 μ = F R / F N<br />
F R = Reibungskraft<br />
F N = Normalkraft<br />
Relative Dichte d 1<br />
Relative Volumenänderung, «, ª 1 « = ¤V / V bzw.<br />
Volumendilatation « (in %) = ¤V · 100 % / V<br />
Rohrwiderstandszahl ¬ 1 ¬ = (p 1 – p 2) · 2 · d / (® · § · v 2 )<br />
Rohrreibungszahl (bei geradem Rohr mit<br />
kreisförmigem Querschnitt)<br />
Schiebung, Scherung © 1<br />
Schubmodul G N/m 2 , G = † / © (© = Schiebung)<br />
N/mm 2<br />
Schubspannung † N/m 2 ,<br />
N/mm 2<br />
Spezifische Arbeit,<br />
massenbezogene Arbeit<br />
Y J/kg Y = W/m<br />
Spezifisches Volumen, v m3 massenbezogenes Volumen<br />
/kg v = V/m<br />
Torsionsmoment, Drillmoment Mt, T N · m<br />
Trägheitsmoment, J kg · m2 Massenmoment 2. Grades<br />
Früher: Massenträgheitsmoment<br />
Trägheitsradius i, ri m<br />
Umfang U, § u m<br />
Umgebender pamb Pa, N/m2 Atmosphärendruck<br />
Pascal<br />
Volumenstrom, V, q v m3 Volumendurchfluss<br />
/s<br />
Widerstandskraft Fw N Newton<br />
Widerstandsmoment W m3 , mm3 Wirkungsgrad ª 1 Leistungsverhältnis<br />
Größen der Thermodynamik, <strong>Wärme</strong>übertragung und physikalischen Chemie<br />
Anzahl Teilchen, Teilchenzahl N 1 ➞<br />
Affinität einer chemischen<br />
Reaktion<br />
A J/mol<br />
Avogadro-Konstante NA, L 1/mol NA = N / n (n = Stoffmenge)<br />
NA = 6,022 141 79 · 1023 – 1 mol<br />
Boltzmann-Konstante k J/K k = R / NA = 1,380 650 4 · 10 – 23 J/K<br />
(R = universelle Gaskonstante)<br />
Celsius-Temperatur t, «, ı °C t = T – T0 T0 = 273,15 K<br />
Chemisches Potenzial<br />
eines Stoffes B<br />
μB J/mol<br />
Diffusionskoeffizient D m2 <strong>Kälte</strong>technik, Formelzeichen<br />
/s<br />
Dissoziationsgrad<br />
➞ Formelzeichen, Regelung<br />
å 1 å = Ndiss / Nges (Anzahl der<br />
dissoziierten Moleküle zur<br />
Gesamtzahl der Moleküle)
Formelzeichen und Einheiten (Fortsetzung)<br />
Name/Bedeutung<br />
1.1 Allgemeine Grundlagen GR 11<br />
Formel- SI-Einheit<br />
zeichen Zeichen Name<br />
Bemerkung/wichtige Beziehungen<br />
Größen der Thermodynamik, <strong>Wärme</strong>übertragung und physikalischen Chemie (Fortsetzung)<br />
Enthalpie H J Joule<br />
Entropie S J/K<br />
Faraday-Konstante F C/mol F = N A · e (e = Elementarladung)<br />
F = 96 485,3399 C/mol<br />
Individuelle (spezielle) R B J/(kg · K) R B = R / M B<br />
Gaskonstante des Stoffes B (R = universelle Gaskonstante)<br />
Innere Energie U J Joule<br />
Isentropenexponent Δ 1 Für ideale Gase: Δ = c p /c V<br />
Ladungszahl eines Ions,<br />
Wertigkeit eines Stoffes B<br />
zB 1<br />
Molalität einer Komponente B b B, m B mol/kg<br />
Relative Atommasse eines<br />
Nuklids oder eines Elementes<br />
A r 1 Zahlenwert gleich dem Zahlenwert<br />
für die Atommasse in der<br />
atomaren Masseneinheit u und<br />
gleich dem Zahlenwert der stoffmengenbezogenen<br />
Masse M in<br />
g/mol<br />
Relative Molekülmasse M r 1 Zahlenwert gleich dem Zahleneines<br />
Stoffes wert für die Atommasse in der<br />
atomaren Masseneinheit u und<br />
gleich dem Zahlenwert der stoffmengenbezogenen<br />
Masse M in<br />
g/mol<br />
Spezifische Enthalpie, h J/kg<br />
massenbezogene Enthalpie ➞<br />
Spezifische Entropie,<br />
massenbezogene Entropie<br />
s J/(kg · K)<br />
Spezifische innere Energie,<br />
massenbezogene innere<br />
Energie<br />
u J/kg<br />
Spezifischer Brennwert,<br />
massenbezogener Brennwert<br />
Ho , Ho, n<br />
s. Anmerkung<br />
J/kg Früher: oberer Heizwert<br />
Ho, n u. Hu, n sind volumenbezogen<br />
Spezifischer Heizwert,<br />
massenbezogener Heizwert<br />
Hu , Hu, n<br />
s. Anmerkung<br />
J/kg Früher: unterer Heizwert<br />
Spezifische <strong>Wärme</strong>kapazität,<br />
massenbezogene <strong>Wärme</strong>kapazität<br />
c J/(kg · K)<br />
Spezifische <strong>Wärme</strong>kapazität<br />
bei konstantem Druck<br />
cp J/(kg · K)<br />
Spezifische <strong>Wärme</strong>kapazität<br />
bei konstantem Volumen<br />
c V J/(kg · K)<br />
Spezifischer <strong>Wärme</strong>widerstand ® th K · m/W<br />
Stöchiometrische Zahl eines<br />
Stoffes B in einer chemischen<br />
Reaktion<br />
~ B 1<br />
<strong>Kälte</strong>technik, Formelzeichen<br />
Anmerkung:<br />
DIN 1304 ist noch gültig, jedoch in<br />
der neuesten Normung wird mit<br />
den Indizes s und i<br />
gearbeitet. Somit:<br />
Ho entspricht Hs Hu entspricht Hi Die Werte in dieser Tabelle sind in<br />
kJ/kg und in kJ/m3 angegeben. Es<br />
kann eine Umrechnung in die Einheiten<br />
Wh/kg und Wh/m3 erfolgen. Dabei sind die Tabellenwerte<br />
lediglich durch 3,6 zu teilen.<br />
Stoffmenge n, ~ mol n B = m B / M B (m B = Masse des<br />
Stoffes B, M B = stoffmengenbezogene<br />
Masse des Stoffes B)
12 GR 1.1 Allgemeine Grundlagen<br />
Formelzeichen und Einheiten (Fortsetzung)<br />
Name/Bedeutung<br />
Formel- SI-Einheit<br />
zeichen Zeichen Name<br />
Bemerkung/wichtige Beziehungen<br />
Größen der Thermodynamik, <strong>Wärme</strong>übertragung und physikalischen Chemie (Fortsetzung)<br />
Stoffmengenbezogene (molare) M B kg/mol M B = m B / n B<br />
Masse eines Stoffes B (m B = Masse des Stoffes B,<br />
n B = Stoffmenge des Stoffes B)<br />
Stoffmengenkonzentration c B mol/m 3 c B = n B / V<br />
eines Stoffes B (V = Volumen der Mischphase)<br />
Stoffmengenstrom n mol/s<br />
Temperatur, T, « K Kelvin<br />
thermodynamische Temperatur<br />
Temperaturdifferenz ¤T, ¤t, ¤« K Kelvin in der Praxis auch °C<br />
Temperaturleitfähigkeit a m 2 /s<br />
(Thermischer) Längenausdehnungskoeffizient<br />
å § , å 1/K å § = ¤§ / (§ · ¤T )<br />
Thermischer Leitwert G th W/K Gth = 1/R th<br />
(Thermischer) Spannungskoeffizient<br />
åp 1/K åp = ¤p / (p · ¤T )<br />
(Thermischer) Volumenausdehnungskoeffizient<br />
åV, © 1/K åV = ¤V / (V · ¤T )<br />
Thermischer Widerstand, R th K/W R th = ¤T / Q<br />
<strong>Wärme</strong>widerstand (Q = <strong>Wärme</strong>strom)<br />
(Universelle) Gaskonstante R J/(mol · K) R = 8,314 472 J/(mol · K)<br />
Verhältnis der spezifischen ©, Δ 1 © = c p / c V<br />
<strong>Wärme</strong>kapazitäten in der Praxis meist Δ<br />
<strong>Wärme</strong>, <strong>Wärme</strong>menge Q J Joule<br />
<strong>Wärme</strong>dichte, volumen- wth J/m3 bezogene <strong>Wärme</strong><br />
<strong>Wärme</strong>durchgangskoeffizient k W/(m2 · K) k-Wert, nach DIN EN<br />
ISO 6946 auch U-Wert<br />
<strong>Wärme</strong>strom Q, Ïth, Ï W Watt<br />
Elektrische und magnetische Größen<br />
Elektrische Durchflutung ı A Ampere<br />
Elektrische Feldkonstante 0 F/m 0 = 8,854 187 817 pF/m<br />
Elektrische Feldstärke E V/m<br />
Elektrische Flussdichte D C/m2 Elektrische Kapazität C F Faraday C = Q / U<br />
Elektrische Ladung Q C Coulomb<br />
Elektrische Leitfähigkeit, ©, ‚, Δ S/m © = 1/® (® = spezifischer<br />
Konduktivität elektrischer Widerstand)<br />
Elektrische Spannung,<br />
elektrische Potenzialdifferenz<br />
U V Volt<br />
Elektrische Stromdichte J A/m2 J = Û/ S (S = Leiterquerschnitt)<br />
Elektrische Stromstärke Û A Ampere<br />
heute meist<br />
Elektrischer Fluss<br />
Elektrischer Leitwert<br />
‡, ‡ e<br />
G<br />
C<br />
S<br />
Coulomb<br />
Siemens<br />
A für Oberflächen<br />
S für Querschnittsflächen<br />
U = k
Formelzeichen und Einheiten (Fortsetzung)<br />
Name/Bedeutung<br />
Elektrische und magnetische Größen (Fortsetzung)<br />
1.1 Allgemeine Grundlagen GR 13<br />
Formel- SI-Einheit<br />
zeichen Zeichen Name<br />
Bemerkung/wichtige Beziehungen<br />
Elektrischer Widerstand,<br />
Wirkwiderstand, Resistanz<br />
R „ Ohm<br />
Elektrisches Dipolmoment p, pe C · m<br />
Elektrisches Potenzial ƒ, ƒe V Volt<br />
Elementarladung e C Coulomb Ladung eines Protons,<br />
e = 1,602 176 487 · 10 –19C Energie, Arbeit W J Joule<br />
Flächenladungsdichte, ‚ C/m2 Ladungsbedeckung<br />
Induktivität, Selbstinduktivität L H Henry<br />
Magnetische Feldkonstante μ0 H/m μ0 = 1,256 637 061 4… μH/m<br />
Magnetische Feldstärke H A/m<br />
Magnetische Flussdichte B T Tesla B = ƒ / S<br />
Magnetische Spannung V, Vm A<br />
Magnetischer Fluss Ï Wb Weber<br />
Permeabilität μ H/m<br />
Permeabilitätszahl,<br />
relative Permeabilität<br />
μr 1 μr = μ / μ0 Permittivität F/m = D / E<br />
Permittivitätszahl,<br />
relative Permittivität<br />
r 1 r = / 0 Raumladungsdichte, ®, ® e, ª C/m3 Ladungsdichte,<br />
volumenbezogene Ladung<br />
Spezifischer elektrischer ® „ · m 1 „ · m = 100 „ · cm<br />
Widerstand, Resistivität 1 „ · m = 10 6 „ · mm2 1 J = 1 Nm = 1 Ws<br />
/ m<br />
Windungszahl N 1<br />
Wirkleistung P, P p W Watt<br />
Größen elektromagnetischer Strahlungen<br />
Absorptionsgrad å, a 1<br />
Beleuchtungsstärke E v lx Lux<br />
Brechwert von Linsen D 1/m D = n / f<br />
Brechzahl n 1 n = c 0 / c<br />
Brennweite f m<br />
Emissionsgrad 1<br />
Leuchtdichte Lv cd/m2 Lichtgeschwindigkeit c 0 m/s c 0 = 2,997 924 58 · 10 8 im leeren Raum<br />
m/s<br />
Lichtmenge Q v lm · s<br />
Lichtstärke Ûv cd Candela
14 GR 1.1 Allgemeine Grundlagen<br />
Formelzeichen und Einheiten (Fortsetzung)<br />
Name/Bedeutung<br />
Formel- SI-Einheit<br />
zeichen Zeichen Name<br />
Größen elektromagnetischer Strahlungen (Fortsetzung)<br />
Lichtstrom Ï v Im Lumen<br />
Reflexionsgrad ® 1<br />
Bemerkung/wichtige Beziehungen<br />
Stefan-Boltzmann-Konstante ‚ W/(m 2 · K 4 ) ‚ = 5,670 400 · 10 –8 W/(m 2 · K 4 )<br />
Strahlungsenergie,<br />
Strahlungsmenge<br />
Q e, W J Joule<br />
Strahlungsenergiedichte, w, u J/m3 volumenbezogene Strahlungsenergie<br />
Strahlungsleistung,<br />
Strahlungsfluss<br />
Ïe, P W Watt<br />
Transmissionsgrad † 1<br />
Größen der Atom- und Kernphysik<br />
Äquivalentdosis H Sv Sievert<br />
Aktivität einer radioaktiven<br />
Substanz<br />
A Bq Bequerel<br />
Atommasse ma kg<br />
Bohr-Radius a 0 m a0 = 0,529 177 208 59 · 10 –10m Energiedosis D Gy Gray<br />
Gyromagnetischer Koeffizient © A · m2 /(J · s)<br />
Halbwertszeit T1/2 s T1/ 2 = † · ln 2<br />
Ionendosis J C/kg<br />
Kerma K Gy Gray<br />
Magnetisches (Flächen-) μ A · m2 Moment eines Teilchens<br />
Mittlere Lebensdauer † s<br />
Neutronenzahl N 1<br />
Nukleonenzahl, Massenzahl A 1 A = Z + N<br />
Planck-Konstante, Planck’sches h J · s h = 6,626 068 96 · 10 –34 Wirkungsquantum<br />
J · s<br />
Protonenzahl Z 1<br />
Reaktionsenergie Q J Joule<br />
Ruhemasse des Elektrons me kg me = 9,109 382 15 · 10 –31 kg<br />
Rydberg-Konstante R∞ 1/m R = 10 973 731,568 527 m –1<br />
Sommerfeld-Feinstruktur- å 1 å = 7,297 352 5376 · 10 –3<br />
Konstante<br />
Teilchenstrom Û 1/s<br />
Zerfallskonstante ¬ 1/s ¬ = 1 / †<br />
Größen der Akustik<br />
Schalldruck p Pa, N/m2 Pascal<br />
Schallgeschwindigkeit c, c 0 m/s<br />
Schallintensität Û, J W/m2 Schallleistung P, Pa W Watt
Grundrechenarten<br />
Addition (Zusammenzählen)<br />
Natürliche Zahlen<br />
15 + 26 = 41<br />
Summand plus Summand gleich Summe<br />
Mögliche Rechenschritte:<br />
15 + 26 = 15 + (5 + 21) = (15 + 5) + 21 = 20 + 21<br />
= 20 + (20 + 1) = (20 + 20) + 1 = 40 + 1 = 41<br />
Beachte:<br />
8 + (–6) = 8 – 6 = 2 (vgl. Klammerregeln)<br />
Allgemeine Zahlen<br />
a + a = 2a<br />
a + b = c<br />
a + b = b + a (Kommutativgesetz)<br />
a + (b + c) = (a + b) + c = a + b + c<br />
(Assoziativgesetz)<br />
Subtraktion (Abziehen)<br />
Natürliche Zahlen<br />
14 – 8 = 6<br />
Minuend minus Subtrahend gleich Differenz<br />
16 – (8 – 3) = 16 – 8 + 3 = 11<br />
16 – (8 + 3) = 16 – 8 – 3 = 5<br />
Klammerregeln beachten (vgl. Klammerrechnung)<br />
Allgemeine Zahlen<br />
3a – 2a = 1a = a<br />
a – b = c (c = Differenz aus a und b)<br />
ab – (c – d) = ab – c + d<br />
ab – (c + d) = ab – c – d<br />
Klammerregeln beachten (vgl. Klammerrechnung)<br />
1.2 Allgemeine Mathematik GR 15<br />
Gemeine Brüche<br />
Bei gleichnamigen Brüchen die Zähler unter Bei -<br />
behaltung des Nenners addieren und dann, wenn<br />
möglich, kürzen:<br />
� 2 + 6<br />
� + �6 � = �2 � = �<br />
4 4 4<br />
8<br />
� = 2<br />
4<br />
Ungleichnamige Brüche zunächst durch Hauptnennerbildung<br />
(vgl. Bruchrechnen) und Zählererweiterung<br />
gleichnamig machen:<br />
� 1 · 3<br />
� + �2 � = �1 � + �<br />
2 3 2 · 3<br />
2 · 2<br />
� = �<br />
3 · 2<br />
3<br />
� + �4 � = �7 � = 1 �1<br />
6 6 6 6 �<br />
Gemischte Zahlen zunächst in unechte Brüche verwandeln<br />
(vgl. Bruchrechnen)<br />
Größen<br />
Nur gleichartige Größen lassen sich addieren.<br />
Eventuell müssen Einheiten umgerechnet werden!<br />
5 kg + 7 kg = 12 kg<br />
8,0 kg + 500 g = 8,0 kg + 0,5 kg = 8,5 kg<br />
6,00 m + 40 cm = 600 cm + 40 cm = 640 cm<br />
Gemeine Brüche<br />
Bei gleichnamigen Brüchen die Zähler unter Bei -<br />
behaltung des Nenners voneinander subtrahieren<br />
und dann, wenn möglich, kürzen:<br />
� 3 –1 2<br />
� – �1 � = �3 � = �� = 1<br />
2 2 2 2<br />
Ungleichnamige Brüche zunächst durch Hauptnennerbildung<br />
(vgl. Bruchrechnen) und Zählererweiterung<br />
gleichnamig machen:<br />
� 7 · 3<br />
� – �2 � = �7 � – �<br />
8 3 3 · 8<br />
2 · 8<br />
� = �<br />
3 · 8<br />
21<br />
� – �<br />
24<br />
16<br />
� = �<br />
24<br />
21 – 16 5<br />
� = �� 24<br />
24<br />
Gemischte Zahlen zunächst in unechte Brüche verwandeln<br />
(vgl. Bruchrechnen)<br />
Größen<br />
Nur gleichartige Größen lassen sich voneinander<br />
subtrahieren. Eventuell müssen Einheiten umgerechnet<br />
werden.<br />
16 m3 – 4 m3 = 12 m3 5,0 m3 – 100 dm3 = 5,0 m3 – 0,1 m3 = 4,9 m3 2,000 L – 58 mL = 2000 mL – 58 mL = 1942 mL
16 GR 1.2 Allgemeine Mathematik<br />
Grundrechenarten (Fortsetzung)<br />
Multiplikation (Vervielfachen)<br />
Natürliche Zahlen<br />
6 · 4 = 24<br />
Faktor mal Faktor gleich Produkt oder<br />
Multiplikand mal Multiplikator gleich Produkt<br />
Das Produkt 6 · 4 ist die Kurzschreibweise für die<br />
Summe 6 + 6 + 6 + 6 bzw. 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4.<br />
Beachte: Jede Zahl mit 0 multipliziert ergibt 0, z. B.<br />
5 · 0 = 0<br />
Allgemeine Zahlen<br />
a · b = ab bzw. a · b = c (c = Produkt aus a und b)<br />
a · 0 = 0<br />
a · b = b · a (Assoziativgesetz)<br />
a · (b + c) = ab + ac (Distributivgesetz)<br />
Vorzeichenregeln:<br />
(+a) · (+b) = ab (+a) · (–b) = –ab<br />
(–a) · (–b) = ab (–a) · (+b) = –ab<br />
Klammerregeln beachten (vgl. Klammerrechnung)<br />
Division (Teilen)<br />
Natürliche Zahlen<br />
10 : 5 = 2 oder<br />
10 / 5 = 2<br />
Dividend durch Divisor gleich Quotient<br />
oder<br />
� 1<br />
�<br />
0<br />
= 5 (10 = Zähler, 2 = Nenner, 5 = Quotient)<br />
2<br />
Beachte: Eine Division durch 0 gibt es nicht!<br />
Allgemeine Zahlen<br />
�<br />
a<br />
� = a : b = c (c = Quotient aus a und b, b � 0)<br />
b<br />
�<br />
a<br />
� : �d<br />
c<br />
� = �b<br />
a<br />
� · �<br />
d<br />
� = �a<br />
d<br />
�<br />
b c bc<br />
a : (b : c) = a : � b<br />
c � = = a · � a c<br />
� = �<br />
ac<br />
�<br />
�<br />
�<br />
b b<br />
b<br />
c �<br />
Vorzeichenregeln:<br />
�<br />
( +<br />
�<br />
a)<br />
= �<br />
a<br />
� �(<br />
( –<br />
�<br />
a)<br />
= – �<br />
a<br />
�<br />
( + b)<br />
b<br />
+ b)<br />
b<br />
�<br />
( –<br />
�<br />
a)<br />
= �<br />
a<br />
� �<br />
( +<br />
�<br />
a)<br />
= – �<br />
a<br />
�<br />
( – b)<br />
b<br />
( – b)<br />
b<br />
Gemeine Brüche<br />
Zwei Brüche werden miteinander multipliziert,<br />
indem man Zähler mit Zähler und Nenner mit Nenner<br />
multipliziert. Dabei kann vor dem Multiplizieren<br />
gekürzt werden.<br />
� 5<br />
� · �3 � = �5<br />
·<br />
�<br />
3<br />
= �<br />
6 4 6 · 4<br />
5 ·<br />
�<br />
1<br />
= �<br />
2 · 4<br />
5<br />
8 �<br />
3 · �<br />
5<br />
� = �<br />
10<br />
3 ·<br />
�<br />
5<br />
= �<br />
10<br />
3 ·1<br />
� = �<br />
3<br />
� = 1 �1<br />
2 2 2 �<br />
Gemischte Zahlen werden zunächst in unechte<br />
Brüche verwandelt (vgl. Bruchrechnen)<br />
Größen<br />
Zwei Größen werden miteinander multipliziert,<br />
indem man Zahlenwerte (Maßzahlen) und Ein -<br />
heiten miteinander multipliziert:<br />
4 m · 6 m = 4 · 6 · m · m = 24 m2 10 N · 2 m = 20 Nm<br />
Gemeine Brüche<br />
Man dividiert durch einen Bruch, indem man mit<br />
dem Kehrbruch (Kehrwert) multipliziert:<br />
� 3<br />
� : �4 � = �3 � · �5 � = �3<br />
·<br />
�<br />
5<br />
= �<br />
8 5 8 4 8 · 4<br />
1<br />
�<br />
5<br />
bzw. = �<br />
32<br />
3 ·<br />
�<br />
5<br />
= �<br />
8 · 4<br />
1<br />
�<br />
5<br />
32<br />
3 : � 2<br />
� = 3 · �5 � = �3<br />
·5<br />
� = �<br />
1<br />
�<br />
5<br />
= 7 �<br />
5 2 2 2<br />
1<br />
2 �<br />
�<br />
Bei der Division durch eine gemischte Zahl wird diese<br />
zunächst in einen unechten Bruch verwandelt.<br />
3<br />
8 �<br />
�<br />
� 4<br />
5 �<br />
Größen<br />
Zwei Größen werden durcheinander dividiert,<br />
indem man Zahlenwerte (Maßzahlen) und Ein -<br />
heiten durcheinander dividiert:<br />
3<br />
3<br />
� 6 m<br />
� = 2 �<br />
2 m<br />
6<br />
� · �m<br />
2 m2�<br />
= 3 � m ·m ·m<br />
� = 3 m<br />
m ·m<br />
�<br />
20<br />
�<br />
N<br />
= 2 �<br />
4 m<br />
2<br />
�<br />
0<br />
· �<br />
N<br />
� = 5 2 �<br />
N<br />
�2<br />
4 m m
Klammerrechnung (Rechnen mit Summen)<br />
1.2 Allgemeine Mathematik GR 17<br />
Steht ein „+“-Zeichen vor der Klammer, so kann diese entfallen, ohne dass sich der Wert der Summe ändert:<br />
5 + (6 – 3) = 5 + 6 – 3 = 8 a + (2b – 3c) = a + 2b – 3c<br />
Steht ein „–“-Zeichen vor der Klammer, so müssen bei deren Weglassen alle innerhalb der Klammer vorhandenen<br />
Vorzeichen umgekehrt werden:<br />
12 – (2 + 8 – 6) = 12 – 2 – 8 + 6 = 8 – (3a + 2b – c) = –3a – 2b + c<br />
Klammerausdrücke (bzw. Summen) werden miteinander multipliziert, indem jedes Glied der einen Klammer<br />
mit jedem Glied der anderen Klammer multipliziert wird:<br />
(a + b)c = ac + bc (a + b) 2 = (a + b) (a + b) = a 2 + 2ab + b 2 ⎫<br />
⎪<br />
d (ab – c) = abd – cd (a – b) 2 = (a – b) (a – b) = a 2 – 2ab + b 2 ⎪<br />
⎬<br />
Binomische<br />
(a + b) (c + d) = ac + ad + bc + bd (a + b) (a – b) = a 2 – b 2 ⎪ Formeln<br />
⎪<br />
(a + b) (c – d) = ac – ad + bc – bd<br />
⎭<br />
eispiele praktischer Formeln:<br />
L = L 0 (1 + å ¤T ) = L 0 + L 0 å ¤T p = x 1p 1 + (1 – x 1)p 2 = x 1p 1 + p 2 – x 1p 2<br />
Q = kA (T 1 – T 2) = kAT 1 – kAT 2<br />
L = � 1<br />
� (n + 2) (n + 1) = (�n � + 1) (n + 1) = �n � + �<br />
2 2 2<br />
n<br />
� + n + 1 = �n � + �<br />
2 2<br />
3n<br />
� + 1<br />
2<br />
Klammerausdrücke (bzw. Summen) werden durch einen Divisor (Nenner) dividiert, indem jedes Glied der<br />
Klammer (bzw. jeder Summand des Zählers) durch den Divisor (Nenner) dividiert wird:<br />
a) Division durch ein Produkt: � a + b a<br />
� = �<br />
ab<br />
ab<br />
� + � b<br />
ab<br />
� = � 1 1<br />
� + �<br />
b a �<br />
b) Division durch eine Summe: (a + b – c) : (a – d) = � a + b – c a<br />
� = �<br />
a – d a – d � + � b<br />
a – d � – � c<br />
�<br />
a – d<br />
eispiele praktischer Formeln:<br />
ª v = � Vth – V<br />
� = 1 – v<br />
�� m1 = m0 �<br />
V V<br />
h2<br />
– h0<br />
� = �<br />
h h<br />
m0 ( h2<br />
– h<br />
�<br />
0)<br />
= �<br />
h –<br />
m0h2 – m0h0<br />
m<br />
� = �<br />
0h2<br />
m<br />
� – �<br />
0h0<br />
�<br />
– h h h h h<br />
th<br />
V v<br />
th<br />
2 –<br />
1<br />
Gemeinsame oder beliebige Faktoren, die in jedem Summanden (bzw. Glied) der Klammer vorkommen, können<br />
vor die Klammer gezogen (ausgeklammert) werden:<br />
2x + y<br />
(ab + ac) = a (b + c) (– 25 – 5p) = – 5 (5 + p) (2x + y) – 10b = 10b$<br />
� – 1% 10b<br />
Ausdrücke (Summen) mit mehreren Klammern werden umgewandelt, indem man die Klammern von innen<br />
her auflöst:<br />
a – {b + [3c – (2d + b)]} = a – {b + [3c – 2d – b]} = a – {b + 3c – 2d – b} = a – b – 3c + 2d + b = a – 3c + 2d<br />
eispiel einer praktischen Formel:<br />
h = c L (T – T 0) + Y [h V + c D (T – T 0)] = c LT – c LT 0 + Y [h V + c DT – c DT 0] = c LT – c LT 0 + Yh V + Yc DT – Yc DT 0<br />
2<br />
h 1<br />
h 2<br />
1<br />
2<br />
2 –<br />
1<br />
2 –<br />
2<br />
1
96 TP 2.3 <strong>Wärme</strong>lehre<br />
Peltier-Effekt (Fortsetzung)<br />
Peltier-Elemente werden als Heizelemente und<br />
als Kühlelemente verwendet.<br />
Der Peltier-Koeffizient ist ein von der Werkstoffkombination<br />
abhängiger Proportionalitätsfaktor. Er<br />
beträgt bei den verschiedenen Metallkombinationen<br />
zwischen 4 · 10 –3 bis 4 · 10 –4 J/As.<br />
Û = 5 A; π 12 = 0,0016 J/As; t = 30 min;<br />
Q p = ?<br />
Q p = π 12 · Û · t = 0,0016 J/As · 5 A · 1800 s<br />
Q p = 14,4 J<br />
<strong>Wärme</strong>transport (➞ Behaglichkeit, <strong>Wärme</strong>- und <strong>Kälte</strong>schutz)<br />
Möglichkeit einer <strong>Wärme</strong>übertragung:<br />
Der zweite Hauptsatz besagt:<br />
<strong>Wärme</strong>energie kann ohne einen zusätzlichen Aufwand<br />
an Energie nur von einem Körper mit höherer<br />
Temperatur auf einen Körper mit niedrigerer Temperatur,<br />
d.h. nur in Richtung eines Temperaturgefälles,<br />
übertragen werden (nebenstehendes Bild).<br />
Übertragung von <strong>Wärme</strong>energie erfolgt durch<br />
<strong>Wärme</strong>leitung, <strong>Wärme</strong>strahlung und <strong>Wärme</strong>mitführung<br />
(Konvektion).<br />
<strong>Wärme</strong>leitung durch ebene und gekrümmte Wände<br />
Q = � Q<br />
t �<br />
Q = � ¬<br />
∂ � · A · (« 1 - « 2)<br />
Q = � ¤ «<br />
�<br />
R<br />
∂<br />
R ¬ = �<br />
¬ · A �<br />
¤« = R ¬ · Q<br />
q = � Q<br />
A �<br />
<strong>Wärme</strong>strom<br />
<strong>Wärme</strong>leitwiderstand<br />
Ohm’sches Gesetz<br />
der <strong>Wärme</strong>leitung<br />
<strong>Wärme</strong>stromdichte<br />
Q = � ¬ 1<br />
� · A · ¤« 1 = � ¬ 2<br />
� · A · ¤« 2 = � ¬ 3<br />
� · A · ¤« 3 = … = � ¬ n<br />
� · A · ¤« n<br />
∂ 1<br />
¬<br />
∂ 2<br />
⎫<br />
⎥<br />
⎥<br />
⎥ <strong>Wärme</strong>strom durch<br />
⎬<br />
⎥ einschichtige Wand<br />
⎥<br />
⎥<br />
⎭<br />
Bei kleiner <strong>Wärme</strong>leitfähigkeit ¬ ist der <strong>Wärme</strong>leitwiderstand<br />
R ¬ groß und damit ist auch die<br />
Temperaturdifferenz groß.<br />
Bei ebenen Wänden liegt ein lineares Temperaturgefälle<br />
vor (➞ Berechnung von Dämmkonstruktionen).<br />
In mehrfach geschichteten ebenen Wänden (nebenstehendes<br />
Bild) fällt die Temperatur linear von<br />
Schicht zu Schicht in Richtung des <strong>Wärme</strong>stromes.<br />
∂ 3<br />
∂ n<br />
Dc = Dc 1 + Dc 2 + Dc 3 +…<br />
Leiter 1<br />
c in °C<br />
Kontaktstelle<br />
T 1<br />
c 1<br />
d 1 d 2 d 3<br />
A A<br />
Q<br />
1 2 3 4 …<br />
c 2<br />
l 1<br />
Q P<br />
Q<br />
T 1 >T 2<br />
Dc 1<br />
Dc 2<br />
Dc 3<br />
l 2<br />
Q<br />
2<br />
A<br />
Ü<br />
Ü<br />
QP Leiter 2<br />
c 3<br />
l 3<br />
T 2<br />
+<br />
–<br />
Q <strong>Wärme</strong>strom W<br />
Q <strong>Wärme</strong>energie J, kJ<br />
t Zeit s<br />
Q<br />
c 4<br />
s in m<br />
<strong>Wärme</strong>strom durch eine mehrfach<br />
geschichtete ebene Wand
270 KL 6.2 Lufthygiene und Behaglichkeit<br />
Behaglichkeit<br />
Faktoren der RLT-Anlage (Fortsetzung)<br />
Luftgeschwindigkeit<br />
Subjektiv wird Luftbewegung in Aufenthaltsbereichen unbehaglicher empfunden als im Freien.<br />
Grenzwerte der Luftgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich sind von der Raumlufttemperatur « L und vom<br />
Turbulenzgrad T abhängig.<br />
S =<br />
T =<br />
S<br />
· 100 %<br />
v<br />
n<br />
vi v =<br />
1<br />
· /<br />
n i= 1<br />
n 2<br />
1<br />
· vi– v<br />
n –1 i= 1<br />
^ h /<br />
Turbulenzgrad T<br />
(nach DIN 1946, T2)<br />
ersetzt durch<br />
DIN EN 13779<br />
Standardabweichung<br />
Berechnen Sie den Turbulenzgrad T bei n = 6, v 1 = v 2 = v 3 = 0,2 m/s,<br />
v 4 = 0,1 m/s, v 5 = v 6 = 0,25 m/s<br />
v =<br />
1 ·<br />
n<br />
n<br />
/ vi i= 1<br />
=<br />
1<br />
· (0,2 · 3 + 0,1 + 0,25 · 2)<br />
m<br />
= 0,2 m/s<br />
6<br />
s<br />
6<br />
S =<br />
1<br />
1<br />
0,04<br />
m2<br />
· vi– v = ·<br />
= 0,0894 m/s<br />
6 –1 i= 1<br />
5 s2<br />
^ h /<br />
0,0984<br />
m<br />
T =<br />
S<br />
· 100 % =<br />
s<br />
= 44,7 %<br />
v<br />
0,2<br />
m<br />
s<br />
Kleidung<br />
2<br />
S ➞ Standardabweichung der Momentanwerte<br />
der Luftgeschwindigkeit 1<br />
v mittlere Luftgeschwindigkeit m/s<br />
n Anzahl der Messpunkte 1<br />
vi Momentangeschwindigkeit m/s<br />
Werte mittlerer Luftgeschwindigkeiten im Behaglichkeitsbereich<br />
in Abhängigkeit von Raumlufttemperatur<br />
« L und Turbulenzgrad T :<br />
mittlere Luftgeschwindigkeit<br />
in m/s<br />
0,5<br />
0,45<br />
0,4 Turbulenzgrad: 5%<br />
0,35<br />
0,3<br />
20%<br />
0,25<br />
0,2<br />
0,15<br />
40%<br />
0,1<br />
0,05<br />
0<br />
20 21 22 23 24 25 26 27<br />
Lufttemperatur in °C<br />
Der Isolationswert ausgewählter Bekleidung in<br />
m 2 ·K<br />
wird clo-Einheiten (von clothing value) angegeben.<br />
W<br />
1 clo = 0,155<br />
m 2 ·K<br />
W<br />
Isolationswerte von ausgewählten Bekleidungen<br />
(nach DIN 33403,Teil 3: 2001-04)<br />
Bekleidung I cl in clo<br />
Unbekleidet 0<br />
Shorts 0,1<br />
Tropenkleidung 0,3 – 0,4<br />
Leichte Sommerbekleidung 0,5<br />
Leichte Arbeitskleidung 0,6<br />
Leichte Außensportbekleidung 0,9<br />
Feste Arbeitskleidung 1,0<br />
Leichter Straßenanzug 1,0<br />
Freizeitkleidung<br />
Leichter Straßenanzug mit<br />
1,2<br />
leichtem Mantel 1,5<br />
Fester Straßenanzug 1,5<br />
Kleidung für nasskaltes Wetter 1,5 – 2,0<br />
Polarkleidung > 3,0<br />
clo-Einheit – Das Formelzeichen für den Isolationswert ist I cl. Die clo-Einheit ist<br />
der Kehrwert der ➞<strong>Wärme</strong>durchgangszahl (➞ k-Wert, ➞ U-Wert).<br />
Behaglichkeitskennzahl nach der Formel von van<br />
Zuilen:<br />
B = 7,83 – 0,1 « L – 0,968 · « W<br />
279 · pD 367 · (38,7 – L)<br />
· v<br />
–<br />
10000<br />
q<br />
+<br />
« L Raumlufttemperatur °C<br />
« W mittlere Wandtemperatur °C<br />
p D Wasserdampfpartialdruck mbar<br />
v Luftgeschwindigkeit m/s<br />
Behaglichkeitskennzahl B Empfindung<br />
1 viel zu warm<br />
2 zu warm<br />
3 behaglich warm<br />
4 behaglich<br />
5 behaglich kühl<br />
6 zu kalt<br />
7 viel zu kalt
Berechnung der Dämmschichtdicke nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten (Fortsetzung)<br />
f Dynamisierungsfaktor 1<br />
¬ Betriebswärmeleitfähigkeit W/(m · K)<br />
« M Mediumtemperatur °C<br />
« L Lufttemperatur °C<br />
∫ Nutzungsdauer pro Jahr h/a<br />
W <strong>Wärme</strong>preis €/GJ<br />
b Kapitaldienstfaktor 1/a, %/a<br />
å a <strong>Wärme</strong>übergangszahl außen W/(m 2 · K)<br />
S 1, S 2 s. Gleichungen Seite 538 1<br />
p Energiepreissteigerung %/a<br />
z Zinssatz %/a<br />
n Nutzungsdauer a<br />
Feuchtigkeitsschutz<br />
8.8 Feuchtigkeitsschutz AT 539<br />
« i Innentemperatur °C<br />
« a Außentemperatur °C<br />
d i Innendurchmesser m<br />
Δ0 spezifische Kosten der <strong>Wärme</strong>dämmung<br />
bei s ➞ 0 €/m2 Δ’ Kostensteigerung einer Rohrdämmung<br />
von 1 m2 bei Vergrößerung<br />
der Dämmschichtdicke<br />
s um 1 cm €/(m2 · cm)<br />
‚ bezogene bzw. relative<br />
Dämmschichtdicke 1<br />
sW wirtschaftliche Dämmschichtdicke m<br />
Durchfeuchtung einer Dämmung hat immer eine Minderung oder den völligen Verlust des <strong>Wärme</strong>- bzw. des<br />
<strong>Kälte</strong>schutzes zur Folge. DIN 4108-3 unterscheidet folgende mögliche Mechanismen der Durchfeuchtung:<br />
● Tauwasserbildung bei Wasserdampfdiffusion (➞ Diffusion)<br />
● Kapillare Wasseraufnahme (➞ Kapillarwirkung)<br />
● Wasserdampfkonvektion und Belüftung<br />
Die normativen Verweise der DIN 4108-3 sind zu beachten.<br />
Durchfeuchtung der Dämmung infolge Wasserdampfdiffusion (nach DIN 4108-3, VDI 2055)<br />
(➞ Diffusion, Diffusionsstromdichte, <strong>Wärme</strong>transport, Feuchte Luft)<br />
Technische Begriffe zur Wasserdampfdiffusion:<br />
Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl µ<br />
(➞ Wasserdampfdiffusionswiderstandsfaktor)<br />
Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke:<br />
S d = μ · d<br />
S d = μ 1 · d 1 + μ 2 · d 2 + … + μ n · d n<br />
eine Schicht<br />
mehrere<br />
Schichten<br />
Diffusionsoffene Schicht: s d < 0,5 m<br />
Diffusionshemmende Schicht: 0,5 m < s d < 1500 m<br />
Diffusionsdichte Schicht: s d > 1500 m<br />
Gegenüberstellung bisheriger Formelzeichen (z.B. VDI 2055) und der DIN 4108-3<br />
(nur Abweichungen):<br />
Tauwasserbildung im Innern der Bauteile ist von<br />
der Größe des ➞ Wasserdampfpartialdruckes und<br />
dieser von der Größe der ➞ Diffusionsstromdichte<br />
abhängig.<br />
μ ➞ Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl<br />
1<br />
d Schichtdicke m<br />
n Anzahl der Einzelschichten 1<br />
Bei einer wasserdampfäquivalenten Luftschichtdicke<br />
s d > 1500 m kann die Dämmkonstruktion als<br />
diffusionsdicht angenommen werden!<br />
Physikalische Größe<br />
Bisheriges Symbol (in anderen Normen<br />
und Richtlinien meist noch gültig)<br />
Symbol nach<br />
DIN 4108-3<br />
Dicke s d<br />
Celsiustemperatur « º<br />
<strong>Wärme</strong>übergangswiderstand, innen 1/åi Rsi <strong>Wärme</strong>übergangswiderstand, außen 1/åa Rse <strong>Wärme</strong>durchgangskoeffizient k U<br />
Wasserdampfdiffusionsstromdichte l g<br />
å (➞ <strong>Wärme</strong>übergangszahl)<br />
Wenn der Wasserdampfpartialdruck (Wasserdampfteildruck)<br />
p D im Innern eines Bauteiles den<br />
➞ Wasserdampfsättigungsdruck p s erreicht, kondensiert<br />
der Diffusionsstrom, d.h. Tauwasserbildung.