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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.

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