Wärmestromdichte-Umrechner
Rechnen Sie Wärmestromdichte um zwischen W/m², kW/m², cal/s·cm², BTU/h·ft² und BTU/s·ft². Geben Sie einen Wert ein und wählen Sie Ausgangs- und Zieleinheit.
Wärmestromdichte zwischen Einheiten umrechnen
Formel für die Wärmestromdichte
Dabei gilt:
- \(q_{\text{von}}\) — die in der Ausgangseinheit eingegebene Wärmestromdichte
- \(q_{\text{zu}}\) — die umgerechnete Wärmestromdichte in der Zieleinheit
- \(C_{\text{von}}\) und \(C_{\text{zu}}\) — die Faktoren des Umrechners zur Darstellung jeder Einheit in W/m²
Der Rechner stellt zunächst den eingegebenen Wert in W/m² dar und teilt ihn anschließend durch den Faktor der Zieleinheit. Das Ergebnis ist dieselbe Wärmestromdichte in einer anderen Einheit.
Wärmestromdichte – Berechnungsbeispiel
Beispiel: Rechnen Sie den Standardwert von 100 W/m² in kW/m² um. Der Umrechner verwendet die Faktoren 1 für W/m² und 1.000 für kW/m².
\[100\times\frac{1}{1{,}000}=0{,}1\ \text{kW/m}^2\]
Ergebnis: 100 W/m² entsprechen 0,1 kW/m².
So verwenden Sie den Rechner
- Geben Sie in Wärmestromwert eine nichtnegative Zahl ein. Die Zahl muss in der Einheit angegeben sein, die Sie als Nächstes auswählen.
- Wählen Sie diese Einheit unter Von-Einheit. Wählen Sie zum Beispiel W/m², wenn Ihr Wert in Watt pro Quadratmeter gemessen ist.
- Wählen Sie die gewünschte Einheit unter Nach-Einheit. Sie können dieselbe Einheit wählen, um die Zahl unverändert zu lassen.
- Lesen Sie Umgerechnete Wärmestromdichte ab, um die umgerechnete Zahl samt Einheit zu erhalten. Ändern Sie eine der beiden Auswahlmöglichkeiten, um Einheiten zu vergleichen.
Die verfügbaren Einheiten sind W/m², kW/m², cal/s·cm², BTU/h·ft² und BTU/s·ft². Erg pro Sekunde pro Quadratzentimeter ist in diesem Rechner keine Option.
Was Wärmestromdichte bedeutet
Die Wärmestromdichte ist eine Rate des Wärmeübergangs pro Flächeneinheit. Ein Wert von 100 W/m² bedeutet, dass Wärme jede Quadratmeterfläche mit einer Rate von 100 Joule pro Sekunde durchquert, sofern die Rate über diese Fläche gleichmäßig ist. Sie wird häufig auch einfach Wärmestrom genannt.
Die Fläche spielt bei der Interpretation der Zahl eine Rolle. Ein Wärmefluss von 100 W durch 1 m² entspricht im Mittel 100 W/m²; derselbe Wärmefluss durch 2 m² entspricht im Mittel 50 W/m². Wenn der Wärmestrom über die Fläche variiert, kann ein einzelner Wert einen Mittelwert darstellen und nicht die Verhältnisse an jedem Punkt. Für Berechnungen mit dem gesamten Wärmefluss siehe den Umrechner für Wärmeübertragung.
Die Wärmestromdichte kann Wärme beschreiben, die durch eine Wand strömt, in einen Solarkollektor eintritt oder die Oberfläche eines Bauteils erreicht. Sie ist nicht dasselbe wie die Wärmeleitfähigkeit: Die Leitfähigkeit beschreibt eine Materialeigenschaft im Zusammenhang mit Wärmeleitung, während die Wärmestromdichte den Wärmeübergang pro Fläche unter bestimmten Bedingungen beschreibt. Verwenden Sie den Umrechner für Wärmeleitfähigkeit, wenn Sie stattdessen die Materialeigenschaft umrechnen möchten.
Einheiten und Umrechnungsfaktoren
Der Rechner verwendet W/m² als Bezugseinheit. Die Faktoren geben an, wie viele W/m² einer Einheit jedes Typs entsprechen:
- W/m²: 1. Ein Watt ist ein Joule pro Sekunde, daher ist dies die SI-Einheit der Wärmestromdichte.
- kW/m²: 1.000 W/m². Dies ist nützlich, wenn ein Wert andernfalls eine große Zahl von Watt pro Quadratmeter erfordern würde.
- cal/s·cm²: 41.868 W/m², gemäß dem Faktor dieses Rechners.
- BTU/h·ft²: 3,15459 W/m², gemäß dem Faktor dieses Rechners.
- BTU/s·ft²: 11.336,722 W/m², gemäß dem Faktor dieses Rechners.
Die Umrechnung von kW/m² in W/m² multipliziert den Wert beispielsweise mit 1.000. In die umgekehrte Richtung wird er durch 1.000 geteilt. Für jedes andere Paar wendet die Formel oben die beiden aufgeführten Faktoren nacheinander an; Sie müssen nicht manuell in W/m² umrechnen.
Annahmen und praktische Grenzen
Dieses Werkzeug rechnet Einheiten um; es berechnet die Wärmestromdichte nicht aus Temperaturdifferenz, Wanddicke, Materialeigenschaften oder Fläche. Ein Einheitenwechsel legt auch keine Richtung des Wärmeflusses fest. Das Feld Wärmestromwert akzeptiert nichtnegative Werte; geben Sie also einen Betrag und keinen vorzeichenbehafteten Wert ein.
Ergebnisse werden auf acht Dezimalstellen gerundet. Eine sehr kleine, von null verschiedene Umrechnung kann daher als null angezeigt werden. Bewahren Sie Ihren ursprünglichen Wert samt Einheit auf, wenn Sie mehr Präzision benötigen, als das angezeigte Ergebnis liefert.
Die aufgeführten Faktoren für BTU/s·ft² und BTU/h·ft² weisen nicht das exakte Verhältnis 3.600 zu 1 auf, das allein aus Sekunden und Stunden zu erwarten wäre. Der Rechner verwendet die oben angegebenen Faktoren; prüfen Sie daher vor der Verwendung eines BTU-basierten Ergebnisses für Präzisionsarbeiten die zugrunde liegende BTU-Definition und den Umrechnungsstandard. Die Wärmestromdichte ist zudem etwas anderes als die Massenstromdichte, die den Massenstrom pro Flächeneinheit und nicht den Wärmeübergang misst.
Häufig gestellte Fragen
Wie kann ich die Wärmestromdichte aus Energie, Zeit und Fläche berechnen?
Teilen Sie die übertragene Energie durch die verstrichene Zeit und die durchquerte Fläche: \(q=E/(tA)\). Zum Beispiel ergeben 90.000 Joule, die in 5 Minuten durch 3 Quadratmeter fließen, \(90{,}000/(300\times3)=100\) W/m². Rechnen Sie Minuten zuerst in Sekunden um, wenn Sie ein Ergebnis in W/m² möchten. Diese Berechnung liefert einen Mittelwert über die angegebene Zeit und Fläche.
Was ist eine normale oder gute Wärmestromdichte?
Es gibt keinen universellen Normalwert; er hängt vom Prozess und von der gemessenen Oberfläche ab. Zur Orientierung: Sonnenlicht auf einer Fläche, die der mittäglichen Sonne bei klarem Himmel zugewandt ist, kann etwa 1.000 W/m² betragen, aber die tatsächlich absorbierte Wärme hängt von der Oberfläche und den Bedingungen ab. Vergleichen Sie bei einer Wand oder einem Bauteil Ihren Wert mit den Konstruktionsanforderungen und Betriebsbedingungen und nicht mit einem einzelnen allgemeinen Richtwert.
Wie rechne ich BTU/h·ft² von Hand in kW/m² um?
Multiplizieren Sie mit den Faktoren dieses Umrechners den BTU/h·ft²-Wert mit 3,15459, um W/m² zu erhalten, und teilen Sie dann durch 1.000, um kW/m² zu erhalten. Beispielsweise werden aus 10 BTU/h·ft² zuerst 31,5459 W/m² und dann 0,0315459 kW/m². Behalten Sie die Flächeneinheit quadriert bei: Die Umrechnung von Quadratfuß, als wären es lineare Fuß, ist eine häufige Fehlerquelle.
Was bedeutet eine negative Wärmestromdichte?
Ein negativer Wert zeigt meist an, dass die Wärme einer als positiv festgelegten Richtung entgegengesetzt fließt; er bedeutet nicht, dass es eine negative Wärmemenge gibt. Eine Leitungsberechnung kann beispielsweise Wärme, die nach innen fließt, und Wärme, die nach außen fließt, mit entgegengesetzten Vorzeichen versehen. Dieser Umrechner akzeptiert nur Beträge; rechnen Sie also den positiven Betrag um und notieren Sie die Richtung separat in Ihren Aufzeichnungen.
Ist die Wärmestromdichte dasselbe wie ein Wärmeübergangskoeffizient?
Nein. Die Wärmestromdichte hat die Einheit W/m², während ein Wärmeübergangskoeffizient die Einheit W/(m²·K) hat. In einem einfachen Konvektionsmodell sind sie durch \(q=h\Delta T\) verknüpft, wobei \(h\) der Koeffizient und \(\Delta T\) die Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Fluid ist. Die Umrechnung der Einheiten von \(q\) kann \(h\) nicht ohne diese Temperaturdifferenz und ein anwendbares Modell bestimmen.
Welche Fläche soll ich bei der Berechnung der Wärmestromdichte verwenden?
Verwenden Sie die Fläche, durch die der Wärmefluss beschrieben wird, und geben Sie an, was diese Fläche darstellt. Bei Wärme durch eine Wand kann dies die maßgebliche Wandseite sein; bei Sonnenlicht kann es die beleuchtete Oberfläche oder deren projizierte, der Sonne zugewandte Fläche sein. Wer diese Flächendefinitionen vermischt, kann unterschiedliche Werte erhalten, selbst wenn die gesamte einfallende Leistung unverändert bleibt.