Abschätzung der benötigten Heiz- oder Kühlleistung:

Um ein System richtig zu dimensionieren muß man die benötigte Heiz- und Kühlleistung kennen. Zur überschlägigen Berechnung der erforderlichen Heizleistung P_H bzw. Kühlleistung P_K eines Systems benötigt man für alle beheizten/gekühlten Komponenten die folgenden Werte:

cP,i	:	Wärmekapazität der Komponente i [J/(kg*K)]
mi	:	Masse der Komponente i [kg]
ΔT	:	Temperaturdifferenz des Systems vor und nach dem Heiz-/Kühlvorgangs [K]
t	:	gewünschte Dauer des Heiz-/Kühlvorgangs [s]

Sind diese Parameter bekannt kann die Heiz- oder Kühlleistung wie folgt berechnet werden:

(1)

 

Beispiel:
Ein 1,5 kg schwerer Stahlblock soll innerhalb von 20 min von 20 °C Raumtemperatur auf 80 °C aufgeheizt werden. Es sind 7 Liter Wasser als Kühlflüssigkeit im System (6 Liter im gefüllten Badthermostaten und 1 Liter in Schläuchen und im Heizmantel).
Die Wärmekapazität c_P,1 von Wasser beträgt 4187 J/(kg*K) die Wärmekapazität c_P,2 des Stahlblocks beträgt 477 J/(kg*K). Die Temperaturdifferenz ΔT beträgt (80 °C - 20 °C) = 60 °C = 60 K.
Somit kann die oben stehende Gleichung (1) umgeformt werden zu:

(2)

Werden nun die Stoffwerte und Parameter eingesetzt ergibt sich:

(3)

(4)

zusammengefaßt:

(5)

Somit ergibt sich mit 1 Joule = 1 Watt * Sekunde, 1 J = 1 Ws:

(6)

Für die geforderte Heizdauer benötigt man somit überschlägig eine minimale Heizleistung von ca. 1,5 kW. Fehler bei einer solchen Überschlagsrechnung treten durch Wärmeverluste an andere Bauteile und an den Schlauchleitungen auf, können aber zumindest für Abschätzungen ignoriert werden.

Kühlleistungen können in gleicher Weise berechnet werden. Beachtet werden muss dabei jedoch, daß bei Kühlbädern/Kryostaten die effektive Kühlleistung abhängig von der aktuellen Temperatur ist. Eine Abschätzung sollte daher in Teilschritten berechnet werden.
 

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