Alle pyhsikalischen Einheiten lassen sich auf wenige Basis-Einheiten zurückführen: m (Meter = Länge, Fläche, Volumen), kg (Kilogramm = Masse), s (Sekunden = Zeit), A (Ampere = Stromstärke, K (Kelvin = thermodynamische Temperatur), mol (Mol = Stoffmenge) und cd (Candela = Lichtstärke). Hier werden die wichtigsten Einheiten und ihre Zusammenhänge für die Energieberatung kurz erklärt:
Geschwindigkeit [v]
Einheit: m/s (Umrechnung: 1 m/s = 3,6 km/h)
Beschreibung: Geschwindigkeit ist die Strecke, die in einer bestimmten Zeit zurückgelegt wird.
Beschleunigung
Einheit: m/s²
Beschreibung: Die Beschleunigung ist die Änderung der Geschwindigkeit in einer bestimmten Zeit. Die Erdbeschleunigung (Normalfallbeschleunigung) beträgt: gn=9,80665 m/s². Das bedeutet, dass sich die Geschwindigkeit beim freien Fall auf der Erde um etwa 10 m/s je Sekunde erhöht.
Kraft [F, K]
Einheit: kg m/s² oder N [Newton] (Umrechnung: 1 N = 1 kg m/s²)
Beschreibung: Vereinfacht ist 1 Newton die Kraft, die benötigt wird um eine Masse von 1 kg mit 1 m/s² zu beschleunigen. Eine alte Einheit für Kraft ist Kilopond [kp], das sich aus der Normallfallbeschleunigung herleitet. 1 kp entspricht 9,80665 N.
Druck | spezifische Ventilatorleistung [p]
Einheit: kg / (m s²) oder Pa [Pascal] (Umrechnung: 1 Pa = 1 N/m² = 1 Ws/m³ = 1 kg / (m s²)) | 1 mWs (Meter Wassersäule) = 1 MP/m² (Megapond/m²) = 9,80665 kPa | 1bar = 105 Pa.
Beschreibung: 1 Pa ist der Druck der bei einer Kraft von 1 N auf einem m² wirkt. Der mittlere Luftdruck der Atmosphäre auf Meereshöhe (Standard- bzw. Normdruck) beträgt 101.325 Pascal = 1.013,25 hPa oder 101,325 kPa. Dieser Wert entspricht der alten Einheit physikalische Atmosphäre [atm]. Oft wird auch mit der technischen Atmosphäre 1 at = 98,0665 kPa gerechnet.
In der Tragwerksplanung wird der Druck oft in folgenden Einheiten angegeben: 1 N/mm² ⇒ 100 t/m² | 1 kN/m² ⇒ 100 kg/m² | 1 kPa = 1 kN/m² = 0,001 N/mm² | 1MN/m² = 1N/mm².
Der Förderdruck von Pumpen wird oft in mWs (Meter Wassersäule) angegeben. Die technische Atmosphäre und die Einheit mWs leiten sich aus der Normalfallbeschleunigung ab. Bar ist eine Einheit, die von der SI-Einheit Pa abgeleitet wurde. Teilweise wird auch die Einheit Torr verwendet, die sich aus dem Druck von 1 mm Quecksilbersäule ergibt (1 Torr = 1 mmHg | Dichte von Quecksilber bei 0°C ρ≈13.595 kg/m²). Auch Torr wird (wie die pysikalische Atmosphäre) über den Normaldruck umgerechnet: 1 atm = 760 Torr | 1 Torr = 101.325/760 [Pa] ≈ 133,3 Pa.
Im angloamerikanischen Sprachraum ist die Einheit psi (Pound-force per square inch) üblich. Die Umrechnung erfolgt für die Fallbeschleunigung (p = m·g/A) mit 1 lb = 453,59237 g und 1" = 2,54 cm. Daraus ergibt sich: 1 psi = 0,45359237 kg * 9,80665 m/s² ÷ 6,4516e-4 m² ≈ 6.895 Pa.
Proportinalitäten: V∼n | Δp∼V²∼n² | P∼V³∼n³∼Δp²
Energie | Arbeit | Wärmemenge | Enthalphie [Q, W]
Einheit: kg m² / s², J [Joule] (Umrechnung: 1J = 1 Ws = 1 Nm = 1 kg m²/ s² | 1 kWh = 3,6 MJ | Eine I.T.-Kalorie = 4,1868 J | 1 SKE = 1 kg Steinkohleeinheit = 7.000 kcal = 29,3076 MJ)
Beschreibung: 1 Ws ist die notwendige Energiemenge, um eine Masse von 1 kg mit einer Beschleunigung von 1 m/s² auf einer Strecke von 1 m zu beschleunigen. Fällt z.B. ein Gegenstand mit einer Masse von 1 kg von 1 m Höhe auf den Boden, dann wirkt eine Energie von 10 Ws. Die Speichermenge eines Warmwasserspeichers ist das Produkt aus Volumen und spez. Wärmekapazität des Wassers Q[kWh] = V[l] * Δθ [K] * 1,162e-3 [kWh/(kg K)]
Elektrische Ladung [Q]
Einheit: C [Coulomb] (Umrechnung: 1 C = 1 As)
Die Speichermenge von Batterien wird als elektrische Ladung entweder in Coulomb oder Amperesekunden (bzw. -stunden) angegeben werden. Multipliziert man die Landung mit der Spannung der Batterie ergibt sich die gespeicherte Energiemenge: 1 C * 1 V = 1 Ws | 1 kWh = 3,6 MJ.
- Ladung eines Elektrons: e = 1,602176634e-19 C
Leistung [P] | Wärmestrom, Heizlast [Φ]
Einheit: kg m²/s³ oder W [Watt] (Umrechnung: 1 W = 1 J/s = 1 kg m²/s³)
Beschreibung: Die Leistung ist die Energie bzw. Arbeit, die in einer bestimmten Zeit verrichtet wird. Fällt ein Gegenstand mit einer Masse von 1 kg einen Meter im freien Fall, dann benötigt er dazu etwa 0,1 s. Die Leistung, die dieser Gegenstand in den Boden weitergibt beträgt dann 100 W (10Ws / 0,1 s). In der Lüftungstechnik ist die Ventilator-Leistung der Druckverlust [kg/(ms²)] multipliziert mit dem Volumenstrom [m³/s] und geteilt durch den Wirkungsgrad: P = Δp * V / η. Die Leistung von Pumpen ist: Leistung = Druck * Volumenstrom.
Wärmeleitfähigkeit [λ]
Einheit: J(msK) oder W/(mK) (Umrechnung: 1 J(msK) = 1 W/(mK)
Beschreibung: Die Wärmeleitfähigkeit ist die Energiemenge (in Joule), die in einer Sekunde bei einem Temperaturunterschied von 1 Kelvin durch 1 Meter eines Stoffes durch Transmission übertragen wird. Im Zusammenhang mit 2dimensionalen Wärmebrücken wird der Wert auch als Leitwert [L2D] oder längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient [Ψ] bezeichnet.
Wärmedurchlasswiderstand [R] / Wärmedurchgangswiderstand [RT]
Einheit: m²s K/J oder m²K/W (Umrechnung 1 m²K/W = 1 m²s K/J)
Der Wärmedurchlasswiderstand ist der Widerstand, den ein Stoff mit einer bestimmten Dicke besitzt. Er berechnet sich aus der Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes und der Dicke (R = d/λ). Addiert man zum Wärmedurchlasswiderstand die Wärmeübergangswiderstände (Rsi und Rse) hinzu, erhält man den Wärmedurchgangswiderstand (RT=ΣR+Rsi+Rse). Die reziproken Werte des Wärmedurchlasswiderstandes nennt man Wärmedurchlasskoeffzienten[h]. Die reziproken Werte der Wärmeübergangswiderstände heißen Wärmeübergangskoeffzienten [hi und he].
Wärmedurchgangskoeffzient [U]
Einheit: J/(m²sK) oder W/(m²K) (Umrechnung 1 W/(m²K) = 1 J/(m²sK)
Der Wärmedurchgangskoeffizient ist der reziproke Wert des Wärmedurchgangswiderstandes (U=1/RT). Multipliziert man den Wärmedurchgangskoeffizienten mit einer Fläche einer Zeit und dem Temperaturunterschied, erhält man die notwendige Energiemenge, zum Ausgleich für die Transmissionswärmesenken bzw. -quellen.
Wärmetransferkoeffzient [H]
Einheit: J/(sK) oder W/K (Umrechnung 1W/K = 1 J/(sK))
Der Wärmetransferkoeffzient ist ein Kennwert, der angibt, welche Energiemenge pro Sekunde bei einem Temperaturunterschied von 1 K z.B. durch Transmission, Strahlung oder durch Konvektion (Lüftung) übertragen wird. Im Zusammenhang mit 3dimensionalen Wärmebrücken wird dieser Wert auch als Wärmeübertragungskoeffizient, Leitwert [L3D] oder als punktbezogener Wärmedurchgangskoeffizent [Χ] bezeichnet. Früher wurde er auch als thermischer Leitwert, Transmissionswärmedurchgangskoeffizient oder Transmissionswärmeverlustkoeffizient bezeichnet.
spezifische Wärmekapazität [c]
Einheit: J/(kg K) (Umrechnung: 1 kJ/(kg K) = 1000 J/(kg K))
Die spezifische Wärmekapazität (Wärmespeicherfähigkeit) ist die Energiemenge (Joule), die in einer Masse eines Stoffes von 1 kg bei einem Temperaturunterschied von 1 K gespeichert werden kann.
- Luft: 1005 J/(kg K) [Dichte ca. 1,2 kg/m³ --> 0,34 Wh/(m³K)]
- Wasser bei 20°C: 4182 J/(kg K) [1,162 Wh/(kg K)]
CO2-Emissionen, Treibhausgas-Emissionen (THG)
Einheit: g, kg oder t
Treibhausgas-Emissionen werden entweder als reine Kohlendioxid (CO2) Emissionen angegeben oder es werden Kohlendioxid-Äquivalente aller relevanten Treibhausgase angegeben (zu den relevanten THG gehören CO2, CH4, N2O, HFC, PFC, SF6 und NF3). Spezifische Werte von Energieträgern beziehen sich auf den Verbrauch des Energieträgers in der Regel in den Einheiten kWh [Hi] bzw. TJ [Hi].
Umrechnung: 1 t/TJ = 3,6 g/kWh