Bodenwärmestrom

Lexikon der Geographie: Bodenwärmestrom

Bodenwärmestrom, der Wärmetransport, welcher im Boden – meist in vertikaler Richtung und bezogen auf den oberflächennahen Untergrund – stattfindet. Er ist die Folge eines Temperaturgefälles. Zum Boden werden in der Klimatologie alle die Atmosphäre unterlagernde Materialien, also auch künstliche Stoffe oder versiegelte Oberflächen, zuweilen auch das Wasser, gerechnet.
Der Wärmestrom durch einen Körper ist:

mit λ=spezifische Wärmeleitfähigkeit, A=Querschnittsfläche, D=Stoffdicke senkrecht zum Wärmedurchgang, Θ₁-Θ₂=Differenz der Temperaturen und t=Zeit.
Im Gegensatz zu künstlichen Materialien ist die spezifische Wärmleitfähigkeit des Bodens abhängig vom Substrat, der Lagerungsdichte, dem Wassergehalt und anderen Parametern, sodass sich nur Richtwerte angeben lassen. Trockener Lehmboden mit 40% Porenvolumen hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0,25 W/(m·K), welche niedriger ist als diejenige von Baumaterialien (Ziegel, Beton, Asphalt) oder Wasser. Mit steigender Lagerungsdichte und steigendem Wasseranteil nimmt die Wärmeleitfähigkeit zu.
Wärmeleitung über die Oberflächen hinweg tritt stets zusammen mit einem Wärmeübergang auf, wobei Energie zwischen festen und flüssigen oder gasförmigen Materialien ausgetauscht wird. Hier wird mit einem Wärmeübergangskoeffizienten gearbeitet, welcher die verschiedenen steuernden Einflüsse der Materialeigenschaft und der Strömungsvorgänge erfasst. Er wird in W/(m²·K) angegeben. Unter dem Begriff des Wärmedurchgangs fasst man die Begriffe der Wärmeleitung und des Wärmeübergangs zusammen. Ein Boden oder auch eine künstliche Wand setzen dem Wärmedurchgang einen Widerstand entgegen, den Wärmedurchgangswiderstand, welcher in der Wärmedämmung als k-Wert verwendet wird und in der Baukörperklimatologie zur Abschätzung des Wärmestromes aus dem Inneren eines Gebäudes in die umgebende Atmosphäre dient.
Zuweilen wird der Begriff des Bodenwärmestromes für die Summe aller von unten zur Oberfläche hin gerichteten Wärmeflüsse verwendet. Er schließt dann, vor allem bei globalen Energiebilanzbetrachtungen, auch die vertikalen ozeanischen Transporte ein.

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