Wärmekapazität – wie gut speichert ein Material Wärme?

Was ist die Wärmekapazität?

Die Wärmekapazität ist eine physikalische Größe. Sie gibt an, wie viel Wärme einem Stoff zugeführt werden muss, damit seine Temperatur um die Gradzahl x steigt. Um diese Kenngröße zu berechnen, wird die spezifische Wärmekapazität angewandt. Sie wird in Energie pro Gewichtseinheit und Temperatur angegeben.

Ein Beispiel: Wasser hat die spezifische Wärmekapazität von 4,2 Kilojoule pro Kilogramm und Kelvin. In diesem Fall benötigen Sie die Energiemenge von 4,2 Kilojoule, um ein Kilogramm Wasser (in diesem Fall ein Liter) um ein Grad Celsius zu erwärmen.

Unterschiedliche Arten der Wärmekapazität

Wie groß die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes ist, hängt von der Ausgangstemperatur ab. Sie müsste theoretisch immer abhängig von der Ausgangstemperatur angegeben werden. Wasser ist zum Beispiel bei 20°C in seinem Ausgangszustand. Die spezifische Wärmekapazität von 4,2 Kilojoule pro Kilogramm und Kelvin gilt demnach exakt nur bei 20°C.

Wird die spezifische Wärmekapazität bei Gasen angegeben, können die Werte ebenfalls ungenau werden, weil sich Gas z.B. bei Wärme ausdehnt und sich diese Ausdehnung auf die Wärmekapazität auswirkt. Aus diesem Grund wird zwischen isobarer und isochorer Wärmekapazität unterschieden.

• isobare Wärmekapazität: In diesem Fall bleibt der Druck beim Erwärmen gleich. Lediglich das Volumen verändert sich. Die isobare Wärmekapazität kann z.B. dann angewandt werden, wenn sich Gas frei in einem Raum ausdehnen kann. In der Praxis handelt es sich um einen isobaren Vorgang, wenn Sie die Heizkörper aufdrehen, sich die Raumluft erwärmt und ausdehnt. Die isobare Wärmekapazität ist kleiner als die isochore Wärmekapazität, da sich Gas beim Ausdehnen abkühlt.
• isochore Wärmekapazität: In diesem Fall verändert sich das Volumen bei einer Aufheizung nicht. Allerdings verändert sich der Druck. Die isochore Wärmekapazität bezieht sich demnach auf Aufheizvorgänge von Gasen in einem geschlossenen Behälter. Isochore Vorgänge vollziehen sich im Leitungssystem Ihrer Heizung. Sobald die Temperatur in den Leitungen ansteigt, erhöht die Heizung den Druck.

Die Wärmekapazität in der Heiztechnik

Die Wärmekapazität ist eine wichtige Kennzahl, wenn Sie einen Pufferspeicher in Betrieb nehmen wollen. So gibt die Wärmekapazität z.B. an, wie viel Wärme ein 1.000-Liter-Puffer speichern kann, wenn das Wasser von 20 auf 60 °C erwärmt wird. Ein Heizungsfachbetrieb kann aufgrund dieser Rechnung ermitteln, wie groß der Heizkessel dimensioniert werden muss.

Doch nicht nur die Größe des Pufferspeichers lässt sich mithilfe der spezifischen Wärmekapazität bestimmen, sondern auch die Wahl der Umwälzpumpen, des Volumenstroms oder der verwendeten Heizkörper.

Mehr Masse bedeutet eine höhere Wärmespeicherkapazität

Wie gut Stoffe Wärme speichern können, hängt entscheidend von ihrer Masse ab. Massivere Feststoffe wie Beton- oder Ziegelsteine können Wärme besser speichern als z.B. Wände in Leichtbauweise oder aus Rigips. Massive Holzverkleidungen speichern Wärme ebenfalls besser als Sperrholz.

Beim Bau oder der Sanierung von Gebäuden wird die Wärmekapazität berücksichtigt. Sie hilft dabei zu bestimmen, wie gut ein Gebäude gedämmt werden kann. Häuser in Massivbauweise haben zum Beispiel den Vorteil, dass sie nicht so schnell auskühlen. Im Sommer wiederum heizen sich diese Stoffe nicht so schnell auf.

Spezifische Wärmekapazität im Vergleich

Wärmekapazität: Von Feststoffen erklärt, warum Stoßlüften wichtig ist

Die Wärmekapazität von Feststoffen liefert eine Antwort darauf, warum Sie im Winter vor allem Stoßlüften sollen. Denn wenn Sie Fenster nur für eine kurze Zeitspanne öffnen, entweicht verbrauchte Luft. Die Raumluft lässt sich mithilfe der Heizkörper aufgrund ihrer isobaren Wärmekapazität schnell wieder erwärmen. Lassen Sie jedoch die Fenster länger geöffnet, kühlen auch die Festkörper und die Wände Stück für Stück aus. Es dauert danach wieder länger, bis auch Wände, Möbel und Böden aufgewärmt sind und Ihre Heizung benötigt dafür viel mehr Energie als zum Erwärmen der Raumluft.

Fazit: Die Wärmekapazität als wichtige Rechengröße in der Heiztechnik

Wie Sie gesehen haben, spielt die Wärmekapazität eine wichtige Rolle in der Heiztechnik. Sie erklärt, warum Sie am besten nur Stoßlüften sollten. Außerdem ermöglicht sie es Fachbetrieben, Heizkessel, Pufferspeicher sowie die gesamte Heiztechnik richtig zu dimensionieren.