Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl

Was ist die Wärmeleitfähigkeit?

Die Wärmeleitfähigkeit λ ist ein Maß dafür, wie gut ein Material Wärme (also thermische Energie) mittels Wärmeleitung transportiert. Je niedriger der Wert der Wärmeleitfähigkeit ist, desto besser ist die Wärmedämmung. Die Wärmeleitfähigkeit hat im SI-System die Einheit Watt pro Meter und Kelvin (W/m⋅K). Tendenziell haben Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und umgekehrt. Ausnahmen bestätigen wie immer die Regel: Diamant hat z.B. ein sehr große Wärmeleitfähigkeit von λ=2000 W/m⋅K.

Wofür ist die Wärmeleitfähigkeit im Bauwesen wichtig?

Im Bauwesen ist die Wärmeleitfähigkeit im Bereich "normaler" Umgebungstemperaturen insbesondere für die Wärmedämmung von Gebäuden wichtig, bei der natürlich vorzugsweise schlecht leitende, also isolierende Materialien für die Gebäudehülle gewählt werden. Auch im konstruktiven Brandschutz ist die Wärmeleitfähigkeit von großer Bedeutung, wobei hier z.B. mit einer Heißbemessung üblicherweise der Temperaturbereich von 20°C bis 1200°C untersucht werden muss. Hintergrund ist, dass der ausreichende Brandschutz (der sog. Feuerwiderstandsdauer) auf einer bestimmten Brandraumkurve basiert, der sog. Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK).

Wo wird die Wärmeleitfähigkeit von Stahl normativ geregelt?

Die thermischen und mechanischen Materialkennwerte der Edelstahlsorten 1.4301, 1.4401, 1.4571, 4.4003 und 1.4462 finden sich in EN 1993-1-2, informativer Anhang C.

Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl.
Abbildung: Vergleich der Wärmeleitfähigkeiten von Edelstahl und Baustahl im Hochtemperaturbereich.

Warum verhält sich Edelstahl im Brandfall deutlich günstiger als Baustahl?

Die Abbildung vergleicht die Wärmeleitfähigkeit λ von Baustahl und Edelstahl im Hochtemperaturbereich von 20°C bis 1200°C. Daraus wird deutlich, dass die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl bis ca. 1000°C deutlich geringer ist als die des Baustahls. Insofern erwärmen sich Bauteile aus Edelstahl, wie z.B. Stützen, deutlich langsamer als solche aus Baustahl. Da Edelstahl zudem im Brandfall wesentlich günstigere mechanische Kennwerte als Baustahl aufweist, ist es sehr lohnenswert, diese Stützen mithilfe einer Heißbemessung nachzuweisen.