Beim Wärmedurchgang durch zylindrische Rohrwandungen (insbesondere bei mehrschichtigen, gedämmten oder beschichteten Rohren) ändert sich die Fläche mit dem Radius. Die Berechnung des radialen Wärmestroms erfolgt daher in zylindrischen Koordinaten.
Der Wärmestrom pro Meter Rohrlänge ergibt sich aus der Gesamttemperaturdifferenz geteilt durch den gesamten längenbezogenen Wärmewiderstand:
Der Gesamtwiderstand setzt sich zusammen aus dem inneren Wärmeübergangswiderstand, den drei Wärmeleitungswiderständen der Schichten und dem äußeren Wärmeübergangswiderstand:
Da sich die Fläche zylindrischer Schichten mit dem Durchmesser ändert, wird der Wärmedurchgangskoeffizient k auf einen definierten Durchmesser (hier d₃, Außendurchmesser Schicht 2) bezogen:
Innerhalb jeder homogenen zylindrischen Wandung fällt die Temperatur logarithmisch mit dem Radius r ab:
Typische Orientierungswerte der Wärmeleitfähigkeit λ in W/(m·K) für Raumtemperatur bzw. praxisübliche Betriebszustände:
| Kategorie | Material / Werkstoff | λ [W/(m·K)] | Quelle / Referenz |
|---|---|---|---|
| Metalle | Kupfer (rein) | 380 – 400 | Schweizer-FN |
| Aluminium | 200 – 235 | ||
| Stahl (unlegiert) | 45 – 55 | ||
| Edelstahl (V2A / V4A) | 15 – 20 | ||
| Tantal | 57 | Wikipedia | |
| Titan | 22 | Wikipedia | |
| Nichtmetalle / Kunststoffe | HDPE (Polyethylen) | 0,40 – 0,50 | Engineering Toolbox |
| PP (Polypropylen) | 0,22 – 0,24 | ||
| PVC (hart) | 0,14 – 0,17 | ||
| PTFE (Teflon) | 0,25 | ||
| Borosilicatglas 3.3 | 1,2 | De Dietrich Germany | |
| Siliciumcarbid (technisch) | 100 – 140 | Wikipedia | |
| Ablagerungen / Fouling | Kesselstein (gipsreich) | 0,6 – 2,3 | Prof. Dr.-Ing. Th. Rieckmann (HTX Fouling) |
| Kesselstein (silikatreich) | 0,08 – 0,18 | ||
| Ruß (trocken) | 0,035 – 0,07 | ||
| Kohlenstäube (trocken) | 0,11 | ||
| Eis | 1,75 – 2,3 | ||
| Salzkruste | ~ 0,6 | ||
| Dämmstoffe | PUR / PIR (Hartschaum) | 0,022 – 0,028 | Heizung.de |
| EPS (Styropor) | 0,032 – 0,040 | ||
| Mineralwolle (Glas / Stein) | 0,035 – 0,045 | ||
| Foamglas (Schaumglas) | 0,040 – 0,050 | ||
| Aerogel (Hochleistung) | 0,013 – 0,018 |