Wärmeströmung

Erfasst werden kann die transportierte Wärme durch die physikalische Größe Wärmestrom. Der Wärmestrom ${\phi }_{\text{th}}$, der durch eine Fläche hindurchgeht, kann berechnet werden mit der Gleichung:

$\begin{array}{l}{\phi }_{\text{th}}=\frac{Q}{t}\\ Q\text{übertragene Wärme}\\ t\text{Zeit}\end{array}$

Dabei kann die Strömung durch äußere Einwirkungen (Pumpen, Gebläse) erzwungen sein oder infolge von Dichteunterschieden sozusagen „von selbst“ zustandekommen.

Wärmeströmungen in Natur und Technik

Beispiele für Wärmeströmungen in Natur und Technik sind:

• der Abzug von Rauchgasen in Schornsteinen,
• Aufwinde (Thermik), die beim Segelfliegen und von Vögeln genutzt werden,
• Warmwasserheizungen,
• die Wasserkühlung bei Kraftfahrzeugen,
• Föhnwinde,
• der Golfstrom und andere warme oder kalte Meeresströmungen,
• die Luftkühlung bei Computern und anderen technischen Geräten.

Wärmeströmungen in der Natur beeinflussen in erheblichem Umfange unser Klima und das jeweilige Wetter. Entscheidend ist die Strömung von Luft und von Wasser.
Charakteristische Luftströmungen, mit denen auch Wärme transportiert wird, gibt es zum einen im globalen Maßstab (Bild 2). Man spricht hier vom planetarischen Windsystem. Darüber hinaus gibt es Luftströmungen zwischen Hochdruck- und Tiefdruckgebieten, die unser Wetter bestimmen. So wird in der Regel mit einer südwestlichen oder südlichen Luftströmung warme Luft und damit Wärme zu uns transportiert, mit einer nördlichen oder nordöstlichen Strömung meist kalte Luft.

Auch strömendes Wasser spielt in der Natur eine wichtige Rolle. So bewirken Strömungen in Seen und Teichen einer Durchmischung von Wasser unterschiedlicher Temperatur. Dieser Effekt tritt vor allem im Frühling und im Herbst auf. Nähere Erläuterungen dazu sind unter dem Stichwort „Anomalie des Wassers“ zu finden.
Große Meeresströmungen, z. B. der Golfstrom, beeinflussen das Klima in vielen Ländern. So transportiert der Golfstrom warmes Wasser und damit Wärme aus dem mittelamerikanischen Bereich (Karibik) quer über den Atlantik bis zu den Küsten Irlands, Englands, Schottlands, Norwegens und Russlands. Folgen davon sind beispielsweise, dass an der Westküste Englands Palmen wachsen und die norwegische Westküste stets eisfrei bleibt. Das gilt selbst für einen so weit nördlich gelegenen Hafen wie Murmansk in Russland.
In der Technik wird strömendes Wasser vor allem genutzt, um Wärme von Heizkraftwerken oder von einer Heizung im Keller zu Heizkörpern in Wohn- oder anderen Räumen zu transportieren. Wasser ist deshalb besonders geeignet, weil es einerseits gut verfügbar ist und andererseits aufgrund seiner großen spezifischen Wärmekapazität in der Lage ist, Wärme in größerem Umfange zu transportieren.
Weitere Beispiele für die technische Nutzung der Wärmeströmung sind die Kühlsysteme von Kraftfahrzeugen, bei denen die Motorwärme durch Wasser zu einem Kühler transportiert und von dort durch eine Luftströmung wegtransportiert wird.