Sinkt der Wirkunsgrad beim verkalkten Heizstab ?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo liebe Experten,

ich habe gerade einen Knoten im Kopf, der gelöst werden will.
Es wird von Installateuren immer wieder behauptet, der Wirkungsgrad eines Warmwasser- Heizstabes würde sinken, wenn dieser verkalkt.

Nun gut, wenn der Heizstab verkalt, dann reduziert sich die Wärmeleitfähigkeit des Systems. Durch die reduzierte Leistungsabgabe staut sich die Wärmeenergie im Heizstab wodurch dieser heißer wird, wodurch der elektrische Widerstand der Heizwendel steigt und die elektrische Leistung abnimmt.
Gut, der elektrische Widerstand wird unendlich hoch, wenn die Heizwendel ihren Schmelzpunkt erreicht und sich selbst zerstört ;oD

Bei alledem bleibt aber der Wirkungsgrad des Systems Strom zu Wärme immer noch bei nahezu 100% (wohin sollte die Energie sonst fließen), nur das Wasser wird eben mit etwas geringerer Leistung aufgeheizt und benötigt dementsprechend für die selbe Wärmeenergiemenge etwas mehr Zeit.

Die Leistung nimmt bei Verkaltung ab, aber der Wirkungsgrad nicht.
Was sagt Ihr dazu?

Danke
Gerold

#2

Hallo gerold,

Als Praktiker definiere ich den Wirkungsgrad als Nutzanteil der aufgewendeten Energie - jenen Anteil, der z.B. Wasser erwärmt. Ein kalkverkrusteter Heizstab gibt weniger Wärme an das umgebende Wasser ab - der Wirkungsgrad/die Nutzwärme verringert sich.
Daher: die Nutzleistung nimmt ab, der Gesamtwirkungsgrad ist unverändert, denn die Grundgesetze der Thermodynamik sind bekanntermassen feststehend.

Gruss von Julius

#3

Hallo,

Als Praktiker definiere ich den Wirkungsgrad als Nutzanteil
der aufgewendeten Energie - jenen Anteil, der z.B. Wasser
erwärmt.

eben, und das ist genau die reingesteckte elektrische Leistung.

Bei einem Boiler oder Wasserkocher gibt es hauptsächlich Verluste
an den Außenwandungen.

Ein kalkverkrusteter Heizstab gibt weniger Wärme an
das umgebende Wasser ab - der Wirkungsgrad/die Nutzwärme
verringert sich.

Nö, der Heizstab gibt genau soviel Wärmeenergie an seine Umgebung
ab, wie elektrische Energie reingesteckt wird. Wo sollte da auch eine
Differenz bleiben?

Daher: die Nutzleistung nimmt ab, der
Gesamtwirkungsgrad ist unverändert, denn die
Grundgesetze der Thermodynamik sind bekanntermassen feststehend.

Unter der Annahme, dass der Heizstab annähernd komplett vom Wasser
umschlossen ist, kann die Wärme nirgens weiter hin, außer eben ins Wasser.
Der relevante Unterschied ist die höhere Differenztemp. zwischen Umgebung
und der Heizwendel. Die Heizspirale wird also während des Betriebs
heißer und kann dadurch evtl. schneller kaputt gehen.

Was anderes ist es bei Gas- und Ölbrennern, wo eine höhere Temperaturdiff.
zu höherer Abgastemp. und somit zu weniger Wirkungsgrad führt.
Gruß Uwi

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#4

Aufheizdauer
Hallo,

durch den Kalk als Wärmeisolator dauert das Aufheizen länger, folglich kann über die Aussenisolierung der Waschmaschine länger Verlustwärme entweichen.
Man muss also im verkalkten Zustand mehr heizen.
Bei vereisten Kühlschränken gilt sinngemäss ähnliche Überlegung.
Ebenso beim Aufheizen von Räumen mit zu schwacher Heizung.

Wenn man den Wirkungsgrad entsprechend aus Endverbrauchersicht und weniger technisch definiert, dann ist der im verkalkten Zustand tatsächlich geringer.

Der Verbraucher sieht ja, dass er mehr Strom braucht…

Gruss,
TR

#5

Es wird von Installateuren immer wieder behauptet, der
Wirkungsgrad eines Warmwasser- Heizstabes würde sinken, wenn
dieser verkalkt.

Hallo,

ein bisschen Geschäft ankurbeln muss ja sein, und welche Hausfrau versteht was von Thermodynamik?

Was den Wirkungsgrad tatsächlich reduziert, ist die Tatsache, dass der Kalk auch aufgeheizt werden muss, und wenn der Heizstab intern heisser wird wegen der geringeren Wärmeleitung nach draussen, ist auch diese Differenz zu beachten.

Insofern stimmt es auch nicht, dass eine solche Heizung einen Wirkungsgrad von 100% hat: am Ende ist das Wasser 100 Grad heiss (Nutzenergie), der Heizstab aber auch, was nicht genutzte Energie bedeutet - es sei denn, man kocht endlos immer weiteres Wasser.

Aber viel macht das nicht aus, einen neuen Heizstab kann man damit nicht finanzieren.

Gruss Reinhard

#6

Hallo Uwi,

Der relevante Unterschied ist die höhere Differenztemp.
zwischen Umgebung
und der Heizwendel. Die Heizspirale wird also während des
Betriebs
heißer und kann dadurch evtl. schneller kaputt gehen.

Eigentlich leidet nicht der Wendel sondern das Mantelrohr.

Das ist der Effekt, welcher als „Lochfrass“ aus der Werbung bekannt ist.

Unter der verkalken Stelle wird es heisser und auch rostfreier Stahl verzundert dort. Meist platzt dann der Kalk mit der Zunderschicht ab und weil jetzt der Mantel an dieser Stelle etwas dünner ist, wird diese sowieso etwas heisser. An zu heissen Stellen verdampft aber das Wasser lokal. das führt einerseits zu einer lokalen Überhitzung, da der Dampf die Wärme schlechter leitet und andererseits zu einer vermehrten Kalkabscheidung an dieser Stelle.
Wenn dann der Mantel durch ist, fliegt dann gerne mal die Sicherung.

Ein Teil des Problems ist noch, dass die Flächenleistung der Hetzstäbe heute meist zu hoch ist. Hauptgrund sind die Kosten und die Baugrösse. Eine grössere Oberfläche bedeutet mehr Volumen und mehr Material, also unter dem Strich = teurer.

MfG Peter(TOO)

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#7

frierst du im winter, wenn du nackt bist?

Es wird von Installateuren immer wieder behauptet, der
Wirkungsgrad eines Warmwasser- Heizstabes würde sinken, wenn
dieser verkalkt.

der kalk ist wie ein mantel. er verhindert/schwaecht die waermeuebertragung. das heisst, man braucht nicht mehr 5min, um wasser zu erwaermen, sondern 10 oder so. in gleicher zeit bekommst du also weniger leistung raus, obwohl du genauso heizt.

#8

Hallo Gerold,

Nun gut, wenn der Heizstab verkalt, dann reduziert sich die
Wärmeleitfähigkeit des Systems. Durch die reduzierte
Leistungsabgabe staut sich die Wärmeenergie im Heizstab
wodurch dieser heißer wird, wodurch der elektrische Widerstand
der Heizwendel steigt und die elektrische Leistung abnimmt.

Nicht unbedingt. Je nach verwendeter Legierung des Heizleiters, z.B. Chromnickel, kann der Widerstand relativ konstant bleiben. Dann wäre der Wirkungsgrad und die Heizleistung in der Tat fast unabhängig von der Dicke der Kalkschicht.

Jörg