Thermische Last
Thermische Last (oder Wärmelast) beschreibt die Gesamtmenge an Wärmeenergie, die einem System durch interne und externe Quellen zugeführt wird. Sie umfasst:
Interne Quellen wie elektrische Bauteile, chemische Reaktionen oder mechanische Reibung
Externe Quellen wie Umgebungstemperatur, Sonneneinstrahlung oder Wärmeaustausch mit der Umgebung
Thermische Last wird üblicherweise in Watt (W) oder British Thermal Units pro Stunde (BTU/h) gemessen, wobei 1 BTU/h ≈ 0,293 W entspricht.
Berechnung der thermischen Last
Eine Methode zur Abschätzung der thermischen Last in konvektiven Systemen ist die Gleichung für fühlbare Wärmeübertragung:
Q = m × c × ΔT
wobei:
Q = thermische Last (W)
m = Massenstrom (kg/s)
c = spezifische Wärmekapazität (J/kg·K)
ΔT = Temperaturdifferenz (K oder °C)
Diese Formel gilt speziell für die sensible Wärmeübertragung in Fluiden (z. B. Luft- oder Flüssigkeitskühlung) und stellt nur einen Teil der gesamten thermischen Last dar.
Eine umfassende Bewertung der thermischen Last berücksichtigt zusätzlich:
Leitung (z. B. Wärmeübertragung durch Wände oder Gehäuse)
Strahlung (z. B. solare Einstrahlung durch Fenster oder Oberflächen)
Latente Wärme (z. B. Feuchtekontrolle in HLK-Systemen)
Interne Erzeugung (z. B. Leistungsaufnahme von CPUs oder Maschinen)
Praktische Anwendungsbeispiele
Gaming-Laptops: Erzeugen unter Last etwa 100–150 W Wärme, die durch Heatpipes, Vapor Chambers und Lüfter abgeführt wird
Klimaanlagen im Wohnbereich: Bewältigen etwa 3.500 W (≈ 12.000 BTU/h) pro Tonne Kühlleistung
Rechenzentren: Hochdichte Racks können über 10.000 W/m² erreichen, was präzise Luftstrom- und Wärmezonenkonzepte erfordert
Industriegießereien: Arbeiten mit thermischen Lasten im Bereich mehrerer Megawatt durch kontinuierliche Hochtemperaturprozesse
Bedeutung
Die Bewertung der thermischen Last ist entscheidend in Bereichen wie:
Elektronikkühlung – Verhindert Überhitzung und verlängert die Lebensdauer von Systemen
HLK-Planung – Bestimmt die Dimensionierung und Energieeffizienz von Anlagen (z. B. SEER-Werte)
Verfahrenstechnik – Sicherstellung thermischer Stabilität in kontrollierten Umgebungen wie Halbleiter- oder Pharmafertigung
Eine präzise Analyse der thermischen Last ermöglicht zuverlässiges Wärmemanagement, hohe Energieeffizienz und langfristige Systemstabilität.