Was ist Konvektionskühlung?
Konvektionskühlung ist jede Wärmeübertragung, die durch eine Flüssigkeitsbewegung erfolgt. Sowohl Flüssigkeiten als auch Gase können eine Konvektionskühlung aufweisen, und der Effekt kann natürlich oder erzwungen sein. Die natürliche Abkühlung erfolgt durch Wärmeübertragung aufgrund von Dichteänderungen des Fluids, wie z. B. dem Aufsteigen heißer Luft und dem Absinken kühler Luft. Eine erzwungene Konvektion tritt auf, wenn eine externe Kraft zum Bewegen der Flüssigkeit aufgebracht wird, z. B. ein Gebläse, das Luft bewegt, oder ein Löffel, der eine Flüssigkeit umrührt.
Die Wärmeübertragung erfolgt hauptsächlich durch Wärmeleitung und Konvektion. Die Wärmeleitung ist eine Übertragung von Wärme durch ein beliebiges Material ohne Bewegung des Materials. Ein Beispiel für eine Wärmeleitung ist eine Metallpfanne, die von einer Flamme auf einem Gasherd erhitzt wird. Die Gasflamme erwärmt die Unterseite der Pfanne und die Wärmeleitung überträgt die Wärme auf den Rest der Pfanne. Wenn die Heizung ausgeschaltet ist, kühlt die Konvektion die Pfanne, während die Wärme übertragen wird und in die Luft um die Pfanne steigt.
Natürliche Konvektionskühlung findet in der Erdatmosphäre und in den Ozeanen statt. Die Luft erwärmt sich durch die Erwärmung des Landes und steigt auf. Wenn Luft aufsteigt, kühlt sie sich ab und kehrt an die Oberfläche zurück, wodurch eine globale Luftzirkulation und Wettermuster entstehen. Meeresströmungen transportieren warmes Wasser zu kühleren Ozeanen und kühleres Wasser sinkt und wandert in die wärmeren Regionen. Sonnenlicht fügt Energie hinzu, indem es die Luft oder das Wasser erwärmt, und die Rotation der Erde verleiht etwas Energie, aber die Bewegung wird eher als natürlich denn als erzwungen angesehen.
Die Konvektionskühlung findet auch innerhalb der Erde statt. Der geschmolzene Kern, der durch den Zerfall radioaktiver Elemente erhitzt wird, steigt zur äußeren Kruste unseres Planeten auf. Die Konvektion kühlt das geschmolzene Kernmaterial und bewegt sich langsam zurück in die Mitte. Diese Bewegung bewirkt, dass sich unsere Kontinente langsam auf dem geschmolzenen Kern bewegen, ein Phänomen, das als tektonische Plattenbewegung bezeichnet wird.
Erzwungene Kühlung ist in Privathaushalten und Unternehmen üblich. Klima- und Heizungssysteme nutzen die erzwungene Luftkonvektion, um die Wärme in ein oder aus einem Gebäude zu befördern. In elektronischen Geräten verwendete Lüfter erzwungene Konvektionskühlung, um Luft über elektronische Komponenten zu leiten. Kühlsysteme verwenden Lüfter, um sowohl die Wärme aus den Kondensatorschlangen abzuleiten als auch den Kompressor zu kühlen und die Luft im Kühlfach zu bewegen.
Lüfter zeigen seit Jahrhunderten Konvektionseffekte. Mit der Erfindung der Elektrizität könnten Elektromotoren verwendet werden, um Tisch- und Deckenventilatoren anzutreiben. Ausgefeilte Deckenventilatoren mit Thermostaten zur automatischen Steuerung ihrer Funktionen sind seit dem späten 20. Jahrhundert erhältlich. Alle basieren auf dem gleichen Prinzip der Kühlung des menschlichen Körpers, indem Luft über die Haut geleitet wird.
Die Konvektion kann mit der Verdampfung kombiniert werden, um die Kühlleistung zu verbessern. Verdunstungskühlsysteme, bei denen Druckluft durch ein feuchtes Verdunstungskissen geleitet wird, um Innenräume zu kühlen, sind in Gebieten mit sehr niedriger Luftfeuchtigkeit beliebt. Diese Systeme kühlen den Innenraum, indem sie der einströmenden Luft durch Verdunstung Wärme entziehen. Der entstehende Luftstrom ist kühler, enthält jedoch mehr Feuchtigkeit. Verdunstungssysteme funktionieren in Bereichen mit höherer relativer Luftfeuchtigkeit nicht gut, da keine Kühlung stattfindet und der Innenraum möglicherweise ziemlich feucht wird.