Welche Wärmeleitfähigkeit misst
Die Wärmeleitfähigkeit, ausgedrückt in Watt pro Meter Kelvin, W/(m·K), gibt an, wie viel Wärme bei einem gegebenen Temperaturunterschied eine Einheitsdicke eines Materials durchdringt. Es ist die wichtigste Materialeigenschaft im Wanddickenterm jeder Wärmeübertragungsberechnung-, da sie festlegt, wie viel des Gesamtwiderstands gegen den Wärmefluss vom Metall selbst und nicht von den beiden Flüssigkeitsfilmen herrührt.
Bei geschmiedetem Messing liegt die Eigenschaft bei Raumtemperatur in einem Bereich von etwa 109 bis 170 W/(m·K). Damit liegt die Familie deutlich über Kohlenstoffstahl und Edelstahl und unter unlegiertem Kupfer. Die Streuung innerhalb des Bandes ist nicht zufällig: Sie hängt fast ausschließlich davon ab, wie viel Zink und wie viele andere Elemente dem Kupfergitter hinzugefügt wurden.
Typische Wärmeleitfähigkeitswerte nach Klasse
| Grad | Nominale Zusammensetzung | Wärmeleitfähigkeit bei 20 Grad, W/(m·K) |
|---|---|---|
| C11000 ETP-Kupfer | 99,90 % Cu | 388 |
| C23000 Rotguss | 85 % Cu, 15 % Zn | 159 |
| C26000 Kartusche Messing | 70 % Cu, 30 % Zn | 121 |
| C36000 Freischneiden-Messing | 61,5 % Cu, 35,5 % Zn, 3 % Pb | 115 |
| C44300 Admiralitätsmessing | 71 % Cu, 28 % Zn, 1 % Sn | 109 |
| C70600 Kupfer-Nickel 90/10 | Cu, 10 % Ni, 1,3 % Fe | 45 |
Die Werte gelten für Knetgut im geglühten Zustand bei etwa 20 Grad. Dies sind die Zahlen, die normalerweise für den Vorentwurf verwendet werden; Wenn der Betrieb kritisch ist, sollte das Werkszertifikat für die tatsächliche Wärme zusammen mit der für den Leistungsbereich geeigneten Temperaturkorrektur verwendet werden.
Was den Wert bestimmt
Zinkgehalt.Zink in fester Lösung streut die Elektronen, die im Kupfer Wärme transportieren. Jedes zusätzliche Prozent Zink verringert die Wärmeleitfähigkeit, weshalb Rotguss 85/15 etwa 30 % leitfähiger ist als Kartuschenmessing 70/30.
Zinn, Arsen und Aluminium.Diese Elemente dienen der Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit und verringern jeweils die Leitfähigkeit weiter. Admiralitätsmessing mit 1 % Zinn und einer Spur Arsen befindet sich am unteren Ende des geschmiedeten Messingbandes.
Führen.Automatenmessing wird aus Gründen der Bearbeitbarkeit mit Blei versetzt. Sein Einfluss auf die Leitfähigkeit ist bei den in der Praxis verwendeten Konzentrationen von 2–3 % gering.
Kaltarbeit.Die Kaltreduktion verändert die mechanischen Eigenschaften und den elektrischen Widerstand deutlich, die Auswirkung auf die Wärmeleitfähigkeit ist jedoch im Vergleich zu den bei kommerziellen Temperaturen auftretenden Dehnungsniveaus gering.
Temperatur.Über den normalen Betriebsbereich von Kupferlegierungen, etwa -50 bis 200 Grad, hat die Temperatur nur einen mäßigen Einfluss und der Raumtemperaturwert ist für die meisten technischen Schätzungen ausreichend.
Elektrische Leitfähigkeit als schnelle-Kreuzprüfung
Wärme und elektrische Ladung werden beide hauptsächlich von freien Elektronen transportiert, sodass die beiden Eigenschaften in derselben Legierungsfamilie zusammenfallen. Ein Schmiedemessing wie C26000 mit etwa 28 % elektrischer IACS-Leitfähigkeit hat eine Wärmeleitfähigkeit von nahezu 121 W/(m·K). C44300 sinkt bei etwa 26 % IACS auf etwa 109 W/(m·K). Unreines, oxidiertes oder stark bearbeitetes Material verliert beide Eigenschaften zusammen.
Diese Beziehung ist im Einkauf nützlich. Wenn in einem Datenblatt eine Wärmeleitfähigkeit angegeben wird, die nicht mit der auf derselben Seite angegebenen elektrischen Leitfähigkeit übereinstimmt, wurde eine der beiden Zahlen falsch kopiert und das Material sollte nicht für eine thermisch kritische Anwendung akzeptiert werden, bis das Fabrikzertifikat erneut anhand der geltenden Norm überprüft wurde.
Wo die Immobilie über das Design entscheidet
Wärmetauscher- und Kondensatorrohre.Kupferlegierungen werden genau deshalb verwendet, weil ihre Leitfähigkeit den Wandwiderstand im Verhältnis zum wasserseitigen Film klein hält, was kompakte Gehäuse und weniger Rohre ermöglicht.
Heizkörper und Wärmeverteiler.Hier verteilt eine hohe Leitfähigkeit die Wärme seitlich, so dass eine kleine Rippenfläche genutzt werden kann; Rotguss und Kartuschenmessing sind gängige Optionen.
HVAC und Kühlung.Rohr- und Ventilkörper aus Messing profitieren von der schnellen, gleichmäßigen Wärmeübertragung und der Festigkeit, die Zink verleiht.
Elektrische Anschlüsse und Sammelschiene.Leitfähigkeit und Strombelastbarkeit müssen gegen die Festigkeit und Verschleißfestigkeit von Messing abgewogen werden.
Praktische Auswahlhinweise
Die Leitfähigkeit sollte als eine Eigenschaft in einer Reihe behandelt werden, nicht als eigenständiges Ziel. Eine Sorte, die nur aufgrund ihres Leitfähigkeitswerts ausgewählt wird, kann sich für die jeweilige Belastung als zu weich oder zu anfällig für eine Entzinkung im Brauchwasser erweisen. Typische Praxis besteht darin, die Legierung zunächst nach Korrosions-, Festigkeits- und Formbarkeitsgesichtspunkten auszuwählen und dann zu prüfen, ob die Wärmeleitfähigkeit immer noch die Wärmeübertragungsleistung mit einer akzeptablen Oberfläche erfüllt.
Zwei weitere Punkte sind erwähnenswert. Erstens dominieren Oberflächenverschmutzung und Ablagerungen in der Regel die Wärmeübertragung, sobald ein Wärmetauscher in Betrieb ist, so dass ein kleiner Unterschied in der Metallleitfähigkeit zwischen zwei in Frage kommenden Legierungen selten eine Änderung des Designs rechtfertigt. Zweitens: Da sich Messing in der Leitfähigkeit um den Faktor drei von Kupfer unterscheidet, ist der Ersatz von Kupfer durch Messing für eine thermisch kritische Komponente eher eine echte technische Entscheidung als ein einfacher Materialaustausch.
FAQ
F: Wie hoch ist die Wärmeleitfähigkeit von Messing?
Bei Schmiedemessingen liegt der Wert bei Raumtemperatur normalerweise zwischen etwa 109 und 170 W/(m·K). Die genaue Zahl hängt von der Zusammensetzung ab: Hochkupferrote Messingbeschläge befinden sich am oberen Ende und zinnhaltige Admiralitätsmessingbeschläge am unteren Ende.
F: Welches Messing hat die höchste Wärmeleitfähigkeit?
Innerhalb der Messingfamilie leiten die Qualitäten mit hohem -Kupfer- und niedrigem-Zinkgehalt die Wärme am besten. C23000-Rotguss mit 85 % Kupfer liegt bei etwa 159 W/(m·K), deutlich besser als 70/30-Kartuschenmessing mit etwa 121 W/(m·K).
F: Reduziert Zink die Wärmeleitfähigkeit von Messing?
Ja. Im Kupfergitter gelöstes Zink streut Leitungselektronen, sodass jedes hinzugefügte Prozent Zink sowohl die Wärmeleitfähigkeit als auch die elektrische Leitfähigkeit verringert.
F: Wie schneidet Messing bei der Wärmeübertragung im Vergleich zu Kupfer ab?
ETP-Kupfer ist mit rund 388 W/(m·K) mehr als dreimal so leitfähig wie Kartuschenmessing. Dennoch wird Messing für viele Komponenten bevorzugt, da es stärker ist, sich besser verarbeiten lässt und weniger kostet, was oft wichtiger ist als der Leitfähigkeitsunterschied.
F: Wie rechne ich imperiale Leitfähigkeitseinheiten in W/(m·K) um?
Multiplizieren Sie einen Wert in Btu·ft/(ft²·h·Grad F) mit 1,7307, um W/(m·K) zu erhalten. Die Überprüfung ist einfach: 121 W/(m·K) entspricht etwa 70 Btu·ft/(ft²·h·Grad F), dem Wert, der normalerweise für 70/30-Kartuschenmessing angegeben wird.
F: Wird die Wärmeleitfähigkeit von Messing durch Kaltumformung beeinflusst?
Nur geringfügig. Die Kaltreduktion erhöht die Festigkeit und den elektrischen Widerstand, verändert jedoch die Wärmeleitfähigkeit bei handelsüblichen Härtegraden geringfügig, sodass bei Konstruktionsberechnungen normalerweise der Glühwert verwendet wird.
