BH_2015-02_018
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18 Strahlungsheizung www.blockhome.eu Strahlen Bilder: Fullwood die sich auszahlen Kachelöfen und Infrarotheizungen haben eines gemeinsam: Sie heizen effizient mit Wärmestrahlung. Doch die Heizleistung durch Strahlung wird systematisch unterschätzt. W ärmestrahlung ist ein physikalisch messbares Phänomen, das jeder kennt und sofort spürt, wenn man sich in der Sonne wärmt oder an einem Lagerfeuer sitzt. Auch konventionelle Heizkörper senden Wärmestrahlen aus, doch ihre überwiegende Wärmeabgabe geschieht durch Konvektion – so nennt man das Aufsteigen von Luft, die sich durch den Kontakt zum Heizkörper erwärmt hat. Um den Kontakt zur Luft zu intensivieren, haben konventionelle Heizkörper Lamellen, die die Oberfläche stark vergrößern. Merkwürdige Zustände Das Phänomen der Wärmestrahlung, das bei traditionellen Kachelöfen genauso wie bei neuen elektrischen Infrarot (IR)-Heizpaneelen genutzt wird, beruht auf einer allgemein weniger bekannten und etwas komplexeren Physik und muss von Hausbesitzern und Bauwilligen noch entdeckt werden. Trotz überzeugender Leistung von Strahlungsheizungen und zufriedener Kunden, ist die Heizungsbranche auffallend zurückhaltend. Selbst unter Wissenschaftlern und Technikern gibt es stark widersprüchliche Meinungen. Wärmestrahlung hat eine große Bedeutung beim Klimaschutz. Klimaforscher haben festgestellt, dass sich das Klima der Erde zwar erwärmt, aber die mittlere Lufttemperatur kaum erhöht hat. Der Theorie zufolge behindert eine mit Methan und Kohlendioxid angereicherte Schicht in der Atmosphäre die Wärmeabstrahlung der Erde. Der Anstieg der Lufttemperatur der Erde in den vergangenen hundert Jahren ist unter den theoretisch erwarteten Werten geblieben und nicht ganz zweifelsfrei belegt. Daher geht man weg vom Thermometer und bedient sich bei aktuellen Messungen der Wärmestrahlung. Jüngste Untersuchungen konnten zeigen, dass die Wärmestrahlung Landmassen und Meere erwärmt, aber nicht die Luft. Was zur Bemessung der Klimaveränderung nützlich ist, könnte auch zur Versachlichung der Heizdebatte beitragen. Quantenphysik für Hausbauer Um die allgemeine Wärmestrahlung verstehen zu können, ist ein bestimmtes Grundlagenverständnis erforderlich. Wärmestrahlung unterliegt nicht den Grundlagen der Thermodynamik, sondern der Quantenphysik. Diese ist für viele Baufachleute ein Buch mit sieben Siegeln, fast schon apokalyptischer Aberglaube. Die Quantentheorien, so die Auffassung mancher Zeitgenossen, sind nichts für jedermann und nichts, dass mit heutigem Wissen vollständig verstanden werden kann. Doch so tief muss ein Hausbauer nicht einsteigen. Es hilft auch schon etwas Menschenverstand, Akzeptanz für wissenschaftliche Erkenntnisse und die Kenntnis der Geschichte. Beginnen wir beim Begriff ‘Strahlung’, der heute mehr denn je im allgemeinen Sprachgebrauch wie auch in der Physik im Einsatz ist. Das Wort hat viele Bedeutungen, beispielsweise wenn wir von einem ‘Menschen mit Ausstrahlung’ sprechen. Das kann ein fröhlicher ‘Strahlemann’ sein oder ein Übeltäter mit dämonischem Blick. Unter Esoterikern ist sicher, es gibt einen Okkultismus und paranormale Wahrnehmung, die Physik tut dies als unsinnige Geheimniskrämerei und Wichtigtuerei ab – und schon haben wir den elementaren menschlichen Konflikt. Jeder Mensch, der sich beobachtet fühlt, spürt eine Energie. Jede Person, die an einem Feuer steht, strahlt danach wie eine Glühbirne. Missbrauch leicht möglich Der Begriff ‘Strahlung’ verursacht eine weitere Schwierigkeit. Da gibt es etwa kosmische Strahlung, UV-Strahlung, Licht, Wärme- und Infrarotstrahlung, Mikrowellenstrahlung, Röntgenstrahlung und vieles mehr. Auch Licht oder Farbe ist eine elektromagnetische Strahlung. Diese wird selbstverständlich als völlig ungefährlich betrachtet, weil wir die Wahrnehmung mit dem Auge kennen und schätzen. Schwieriger wird es schon bei den künstlich erzeugten Mikrowellen und Radiowellen. Hier spricht man verniedlichend von Wellen statt Strahlung. Ob diese Wellen als harmlos zu betrachten sind, bleibt strittig. Ultraviolettstrahlung (UV) ist einerseits für den Menschen belebend und lebensnotwendig, anderseits zerstörerisch. Röntgenstrahlung verwendet man besser nur dosiert, was anfangs nicht bekannt war. Eher unumstritten sind die Folgen der radioaktiven Strahlung, und vor kosmischen schütze uns der Himmel. Dies lässt ahnen, wie schwer eine Einschätzung für einen Verbraucher ist und wie leicht damit Missbrauch betrieben werden kann. Besonders in einem Badezimmer mit viel ‘hölzerner’ Wandfläche können Infrarotheizungen effektiv und schnell zuheizen Thermografie macht’s sichtbar Rote und lange Wärmestrahlung Infrarotstrahlung kann man mit dem Auge nicht sehen. Sie lässt sich aber sichtbar machen, wie es im Bauwesen bei thermografischen Aufnahmen einer Gebäudehülle genutzt wird. Mit den Aufnahmen werden Energieverluste visualisiert. Dies hört sich einfach an, ist aber doch schwierig. Denn die kunterbunten Bilder der Thermografiekamera stellen die Oberflächentemperatur der Gebäudehülle dar, die nicht zwingend Wärme aus dem Inneren des Gebäudes sein muss. Einfacher ist es mit einer Digitalkamera, den gerichteten Strahl einer InfrarotFernbedienung der Audio-/Videoanlage sichtbar zu machen. Beim Heizen ist die Wärmestrahlung, die hauptsächlich von langwelliger Infrarotstrahlung und im geringen Maße von rotem Licht verursacht wird, von erheblicher Bedeutung. Schon 1800 entdeckte William Herschel die ‘Infrarotstrahlung’ beim Messen der Farbtemperatur von Spektralfarben. Er bemerkte eine hohe Temperatur im roten Bereich des Lichtspektrums, weswegen er eine unsichtbare Energieform vermutete. Herschel formulierte dies als Strahlungswärme unterhalb (lat. ‘infra’) des roten Spektrums, kurz gesagt ‘Infrarotstrahlung’. Heute wissen wir, dass sich dem sichtbaren Spektrum das Infrarotspektrum anschließt. Und so wie jede Farbe eine spezielle Wellenlänge besitzt, gibt es im Infrarotbereich auch Wellenlängen mit spezieller Wirkung. Je weiter die Wellenlänge vom sichtbaren Licht entfernt liegt, umso mehr ‘grillt’ sie die menschliche Haut. Wer kennt nicht die geröteten Nordländer an den mediterranen Stränden bzw. den Teutonengrill. Verursacher ist die ultraviolette und infrarote Solarstrahlung. Mit Lichtgeschwindigkeit Welche geballte Kraft hinter den Sonnenstrahlen steckt, kann man sich an einem frostigen Wintertag vorstellen. Die Strahlungsenergie der Sonne sorgt dafür, dass Eis sogar bei Minustemperaturen Strahlungsheizung Schwächer als die Solarstrahlung ist die StrahCO2 + H2O mindert lungsleistung des Feuers Wärmestrahlung bzw. die eines Kaminofens. Wohl verläuft diese im O2 + N2 lassen Wärmestrahlung durch Raum durch mehrfache Reflexion und Absorption Remission Absorption parallel und wir sind dieser Luft Strahlung viel näher. Damit Reflexion erreicht ein Feuer oder Kaminofen auch eine hohe InDie Wirksamkeit der Wärmestrahlung wird von vielen tensität und Wirkung. Sogar Faktoren beeinflusst. Sie durchdringt Luft bzw. Sauerstoff eine schwache Glühbirne (O2) und Stickstoff (N2) vollständig, wird von Kohlendioxid aus den ‘guten alten Tagen’ (CO2), Wasserdampf (H2O) und Staubpartikeln gemindert sowie von Glas blockiert. Abhängig vom Empfängermateri- und eine Kerze haben eine Strahlungsleistung und al, seiner Farbe und Oberflächenstruktur wird die Wärmewärmen. Der Glühbirne strahlung reflektiert, absorbiert und remittiert. verhalf dies in der EU zum Untergang, die Kerze hat vom festen in den gasförmigen Aggregat- scheinbar eine Schonfrist. zustand wechselt bzw. sublimiert. Dies ist Die Wärmestrahlung der Sonne oder umso erstaunlicher, wenn man bedenkt, des Feuers durchdringt in geminderter dass die Solarstrahlung nicht parallel ge- Stärke auch Glas. Dies ist geradezu perbündelt ist, sondern nur strahlförmig auf fekt, denn so kann sie in der Bilanzierung die Erde auftrifft. Je weiter die Strahlen eines Gebäudes als passiver Energiege‘streuen’ und je stärker sie zur Erde ge- winn gutgeschrieben werden. Jeder kennt neigt sind, umso schwächer wirken sie. den Effekt, bei Sonnenschein hinter eine Die riesige Entfernung bzw. den luftleeren Scheibe zu sitzen: brütende Hitze durch Raum zwischen Sonne und Erde über- Solarstrahlung, die aber mangels UVwindet die Solarstrahlung ungehindert Anteil keinen Sonnenbrand verursacht! mit Lichtgeschwindigkeit. Und mit dieser Die eindringende Strahlungsleistung der Geschwindigkeit rasen auch die Photonen Sonne ist recht gering. Der solare Energieeiner Strahlungsheizung durch den Raum. gewinn wird dadurch erreicht, dass durch Kleine Moleküle in der Luft wie Sauerstoff Glas eingedrungene Strahlung nicht mehr und Stickstoff durchdringen die Strahlen entweichen kann. Sie wird im Raum mehrungehindert, etwas behindert werden sie fach reflektiert und teilweise absorbiert. So von Wasserdampf und Staub, deutlich erwärmt sie Gegenstände, Flüssigkeiten behindert werden sie von Fensterglas und und raumumfassende Flächen. Die Raumgänzlich behindert werden sie von einer temperatur steigt, weil die Gegenstände Wand. die Luft erwärmen. Selbst Fenster und 380nm Sonne Erde Kein Leben ohne Photon: Die Solarstrahlung trifft mit Lichtgeschwindigkeit als elektromagnetische Wellen auf die Erde kosmische Höhenstrahlung Gammastrahlung Röntgenstrahlung 780nm 1Mio.nm Rundfunk Wärmestrahlung Jede Ecke wird erreicht fern Empfänger nah mittel Glas blockiert Strahlung über 5.000 nm UV-B UV-A Strahlungskörper Mobilfunk www.blockhome.eu UV-C 20 KW LW Sichtbares Infrarot- Mikro- RadioUVLicht strahlung wellen- wellen Strahlung strahlung Wechselstrom Das Spektrum des sichtbaren Lichts reicht von 380 bis 780 Nanometer Wellenlänge. Die Wärmestrahlung beginnt im sichtbaren Rotbereich. Elektrische Infrarotheizungen strahlen ab dem mittleren Infrarotbereich mit einem Maximum bei 9.000 Nanometer Strahlung Max Planck entwickelte das Modell eines schwarzen Körpers mit einer zentralen Strahlungsquelle. An einer Öffnung konnte die Temperatur des Hohlraums gemessen werden und daraus die Strahlungsleistung abgeleitet werden. Zudem ließ sich die Spektralverteilung bestimmen Türen öffnen hilft da wenig, denn die Wärmestrahlung findet kaum den Weg hinaus. Warum nur passiv? Bei der Wärmebedarfsberechnung wird für Glasflächen der passive Solargewinn respektiert, indem ein g-Faktor (Energiedurchlassgrad) den physikalisch schlechten Dämmwert von Glas schönrechnet. Anderseits werden Heizungen ignoriert, die aktiv Strahlungswärme liefern. Dies ist erstaunlich, weil Glas kaum Wellenlängen über 2.700 Nanometer durchlässt, wo die technisch genutzte Infrarotstrahlung erst beginnt. Die remittierte Strahlung von Gegenständen und Wänden im Raum durchdringt das Glas etwas, weswegen aus energetischer Sicht eine Fensterabdeckung wie ein Vorhang bei Nacht naheliegt. Wir stellen fest, dass es auf die Wellenlänge der Strahlung ankommt und das Medium dazwischen fast vernachlässigt werden kann. Doch welchen Einfluss hat die Wärmestrahlung auf das auftreffende Material? Am einfachsten verständlich ist dies für Licht. So erzeugen Farbmoleküle je nach Lichtquelle eine elektromagnetische Strahlung, die vom Auge bzw. Gehirn als Farbe interpretiert wird. Das Besondere des Farbmoleküls ist es, einen Teil des einfallenden Lichtes zu absorbieren und nur die Restenergie als Farbwirkung zu emittieren. Die absorbierte Energie wird je nach Farbtiefe in Wärme umgewandelt. Neben der Farbe des Gegenstands hat auch seine Oberflächenstruktur und Masse Einfluss. Glatte Oberflächen reflektieren die Strahlung stärker, dunkle Oberflächen erwärmen sich stärker, schweres Material kann die Energie als Wärme speichern, und Holz kann von allem etwas. Was ist Wärme? Wärme ist ein Zittern von Atomen. Dies bewirken Elektronen, die von einer energiearmen zu einer energiereichen Elektronenbahn eines Atoms springen. Mit zunehmender Erwärmung eines Gegenstands steigt die Aktivität der Elektronen, womit die Wärmeleitung oder Wärmestrahlung zunimmt. Im Gegenstand wandert die Wärme immer vom Warmen zum Kalten. An der Oberfläche entweicht die Energie ohne Verlust beim Wärmeübergang als elektromagnetische Welle in die Luft oder den luftleeren Raum. Kann die Oberfläche des Gegenstands die Wärme gut an die Luft abgeben, so bleibt er halbwegs kühl. Kann der Gegenstand die Wärme nicht an die Luft abgeben, so wird er heiß und die Wärmestrahlung ist hoch. Die Qualität der Oberfläche ist bedeutend. Echte Physiker Ende des 19. Jahrhunderts schufen Gustav Kirchhoff und Albert Einstein die Grundlagen der Strahlungstheorie. Der Quantenphysiker Max Planck erkannte, dass die Energieteilchen bzw. das Photon (griech. ‘Licht’) in Portionen bzw. Quanten durch den Raum wandern. Mit der 1879 von den Physikern Josef Stefan und Ludwig Boltzmann entwickelten mathematischen Betrachtung gelang es, die Strahlungsleistung eines Körpers zu berechnen. Dabei wird von der absoluten Temperatur von 0 Kelvin (–273 Grad Celsius) ausgegangen, wo die Strahlung null ist. Dies bedeutet, dass jeder Körper mit einer Temperatur höher als –273 Grad strahlt. Ein Eiswürfel z.B. strahlt mit 273 Kelvin (0 °Celsius) und ein Radiator mit 333 Kelvin (60 Grad). Die Physiker erkannten, dass die Strahlungsleistung in einem geschlossenen Hohlraum nur von der Oberflächentemperatur des strahlenden Körpers abhängig ist. Noch wichtiger war aber ihre Feststellung, dass eine Verdopplung der Oberflächentemperatur die Strahlungsleistung eines idealen Körpers um Faktor 16 erhöht. Max Planck schaffte es, die Strahlungsleistung für einen ‘Schwarzen Körper’ zu berechnen und die spektrale Verteilung zu bestimmen. Auf seiner Grundlage lässt sich heute die Strahlungsleistung berechnen und qualitativ bewerten. Abweichend vom ‘schwarzen’ Idealfall kommt für die praktische Berechnung ein Korrekturfaktor zur Anwendung, der vom Material des strahlenden Körpers abhängig ist. Wie in der Ausgabe 2015-01 berichtet, wurde 2014 durch die Interessensgruppe ‘Paneia’ (www.paneia.eu) eine Qualifizierung von Infrarotheizungen nach Kategorien vorgenommen. Hintergrund dieser Maßnahme ist es, die Vielzahl an Strahlungsheizung www.blockhome.eu zu rm wa ek v on K e sh n tio ng izu ich 20 h ra St h gs n lu ng zu ei lt ka Die sichtbare Flamme des Ofens wärmt marginal und bringt eher rotes Licht. Die Temperatur der Ofenoberfläche bestimmt die wesentliche Strahlungsleistung. Kann die Ofenwand ihre Energie nicht an die Luft abgeben, so wird sie immer heißer und strahlt immer stärker. Bei Kachelöfen kennt man trichterförmige Topfkacheln. Der Trichter steckt in der Ofenwand und wird unten sehr heiß, weil er näher zur Feuerung ist und kaum von zirkulierender Luft gekühlt wird. Rückseitig absorbieren die Tonkacheln ausgezeichnet die Wärmestrahlung des Ofenfeuers, die dank des Tons im mittleren Infrarotbereich abgestrahlt wird. Aus dem Trichter strahlt wie aus einem Lautsprecher die Energie heraus. Wir könnten sagen, dass die Photonen wie Geschosse aus der Topfkachel katapultiert werden. Die hohe Masse der Tonkacheln bedingt eine gute Wärmespeicherfähigkeit, weswegen der Ofen nachheizt. Seine mittlere Wellenlänge muss für den Menschen wohl die ideale sein oder er hat sich in der Evolution daran am besten angepasst. Ohne uns am Ofen eine Verbrennung zu holen, spüren wir seine Wärme. Der Mensch hat also eine Wahrnehmung für Strahlungsenergie, der eine mehr und an- 25 zu Eine andere Betrachtung bis 8.000), langwelliges (… bis 15.000) und fernes (über 15.000). Wie in der Spektralgrafik ersichtlich ist, liegt der Infrarotbereich unter und der Ultraviolettbereich über dem sichtbaren Bereich. Je weiter entfernt die elektromagnetische Strahlung vom sichtbaren Licht ist, umso gefährlicher wird sie für den Menschen. Zu beachten ist auch, dass die Schädlichkeit der Solarstrahlung in Höhenlagen zunimmt. Noch problematischer sind die Gamma- und Höhenstrahlung aus dem Kosmos, die Flugpersonal-/reisende betrifft. Zusammengefasst bedeutet dies: Normales Licht ist harmlos, UV- und Infrarotstrahlung sind ja nach Wellenlänge, Intensität und Expositionszeit überwiegend unbedenklich. Die unbekannten Langzeitfolgen sind das eigentliche Problem. 30 gl ha be konventionellen Elektroheizungen von Infrarotheizungen qualitativ unterscheiden zu können. Denn darin liegt auch der besondere Unterschied. Mit Strom heizen ist teuer, mit Wärmestrahlen heizen ist elementar und mit elektrischer Infrarotstrahlung heizen ist effektiv. Denn die Leistungsaufnahme einer elektrischen Infrarotheizung ist nicht gleich seiner Strahlungsleistung. Wandtemperatur (°C) 22 15 10 10 14 18 22 26 30 Raumlufttemperatur (°C) Das Behaglichkeitsprofil nach Bedford und Liese zeigt bei der Strahlungsheizung ein behagliches Empfinden bei einer Raumlufttemperatur von 14 bis 18 Grad Celsius Behaglichkeitsprofil nach Bedford und Liese dere weniger. Es ist wichtig zu erkennen, dass die Tonkachel die Strahlung in einer ‘natürlichen’, also verträglichen, Wellenlänge aussendet. den. Darum hat die Anordnung des Ofens im Raum eine große Bedeutung. Wer zu lange direkt vor einem Feuer oder Ofen gesessen hat, muss sich alsbald abkühlen oder ‘entladen’. Zuerst war die Praxis Heizen für die Behaglichkeit Kachelöfen und Topfkacheln gibt es schon seit dem Mittelalter, ihre Wirkung ist also schon lange bekannt, nur nicht, wie sie physikalisch funktionieren. Vergleichen wir dazu unsere heutige Heiztechnik, so müssen wir diese als prähistorisch einstufen. Aber Vorsicht, denn Kachelöfen haben einen bemerkenswerten Nachteil. Sitzt man zu nahe dran, so wird man von der Strahlung ‘gedörrt’ oder förmlich gela- Die vorrangige Aufgabe des Heizens von Wohnräumen oder Häusern ist es, eine Behaglichkeit zu erzielen. Darum ist nur die gefühlte Temperatur in einem Raum wichtig, die im Wesentlichen von der Raumluft- und der Oberflächentemperatur der Außenwände sowie der Luftfeuchtigkeit beeinflusst wird. Sie kann für einen Bereich angegeben werden, wie dies im Diagramm nach Bedford und Liese dargestellt ist. Je höher der Unterschied zwischen Raumlufttemperatur und Wandtemperatur, umso unangenehmer wird dies empfunden. Kalte Wandflächen verursachen eine ‘Kältestrahlung’, ein fühlbarer Wärmeentzug, weil man selbst ausstrahlt und von der Wand deutlich weniger Energie zurückkommt. Wohl ist zu beachten, die Behaglichkeitstemperatur je nach Stimmung und Alter für jeden Menschen anders ist. Grundsätzliche Bedenken Natürlich empfundene Strahlungswärme erzeugen die Sonne und das Feuer. Künstliche Strahlungswärme erzeugen Gasöfen, Infrarotlampen, Infrarotheizplatten u.v.m. Abhängig der Wellenlänge wird die Infrarotstrahlung in die fünf Bereiche eingeteilt: nahes Infrarot (780 bis 1.400 Nanometer), kurzwelliges (… bis 3.000), mittleres (… Umdenken ist gefragt Gedanklich verbinden wir eine Infrarotheizung mit einem Gerät. Besser wäre Infrarottechnologie zu sagen, denn es ist eine Funktionalität zwischen Sender und Empfänger. So unterscheiden sich die Infrarotheizgeräte durch ihre speziellen Eigenschaften, und jeder Mensch hat dafür ein unterschiedliches Wärmeempfinden. Zudem ist es ein Unterschied, ob uns eine Strahlung im Freien direkt oder in einem Raum mit mehrfacher Reflexion und Remission trifft. In heutigen Wohnhäusern wird die Heizenergie meist über die Fußböden, Heizkörper, Wandflächen oder den Sockel verteilt. Hier spricht man von Konvektionsheizungen (Konvektion, lat. ‘mittragen’), da die Wärmeverteilung über die Luft erfolgt. Diese erwärmt sich bspw. am Heizkörper und dehnt sich aus und wird darum leichter. So steigt sie hoch und unten strömt kalte Luft nach. Dies funktioniert besonders gut, wenn der Heizkörper am kalten Fenster platziert wird. Seit fast 100 Jahren ist diese komfortable und praxiserprobte Technik mit Warmwasserkreisläufen bekannt. Deutschlands ältester von Meisterhand geführter Stammhausbau-Betrieb CLH - Planungsbüro Traditionelle handwerkliche Architektur für Sie geplant • • • • • modernste CAD-Planung mit Statik und Eingabeplan dreidimensionale Planung fotorealistische Qualität virtuelle Begehung Besser durchheizen Das Prinzip hat aber auch Nachteile. Die Luftzirkulation transportiert nicht nur Wärme, sondern auch Staubpartikel und Wasserdampf, was an kalten Bauteilen zur Kondensation und Schimmelbildung führt. Zudem ist der Energieaufwand zum Heizen eines Raumes verhältnismäßig hoch, wenn die Außenwände nicht stark gedämmt sind oder aus ‘kalten’ Baustoffen bestehen. Konvektionsheizungen sorgen grundsätzlich für Unbehagen, je höher der Temperaturunterschied zwischen warmer Raumluft und kalter Wand ist. Für stetiges Aufheizen und Abkühlen eines Raumes sind Konvektionsheizungen ungeeignet. CLH Stammhaus-Bau GmbH Inhaber Klaus Thommes • Bei der Wies 3 • 54426 Naurath/Wald tel. 06509 - 910 490 • mobil 0171 - 797 42 85 • mail [email protected] Weitere Informationen und Bilder unter: www.C-L-H.de 24 Strahlungsheizung www.blockhome.eu Sie verursachen Luftströmungen in einem Raum, die als Zugluft empfunden werden und vermeintlich undichte Fenster oder offene Türen vermuten lassen. Völlig anderes Prinzip Bei einer Direktheizung wird die Wärme unmittelbar übertragen, die Strahlungswärme des Heizgerätes erwärmt den Gegenstand bzw. Menschen. Kleinmolekulare Gasteilchen wie Sauerstoff oder Stickstoff behindern die Wärmestrahlung nicht, wohl aber große Teilchen wie Wasserdampf. Eine Direktheizung ist nicht unbedingt ein modernes Gerät. Der altbackene Begriff Radiator (lat. ‘strahlend’) beschreibt einen glühend heißen Gussheizkörper bzw. einen Wärmestrahler. Wirklich altbacken sind unsere heutigen Lamellenheizkörper, die mit ihrer großen Oberfläche die Wärme gut an die Luft abgeben und die zwischen den Platten meist vollkommen verdreckt sind. Sie geben immerhin einen geringen Teil ihrer Energie als Strahlungswärme ab. Und das kennt jeder, der sich zum schnellen Aufwärmen dem Heizkörper nähert und ihn so ‘direkt’ nutzt. Umgekehrt verursacht eine Strahlungsheizung auch eine Konvektion, weil ein Teil der Wärme durch direkten Kontakt an die Luft abgegeben wird. Simple Sache Heutige Heizsysteme und vor allen Dingen die Methode der Berechnung einer Heizleistung, wie sie auch für die Energieeinsparverordnung genutzt wird, basieren auf einem thermodynamischen Prinzip. Man nehme eine Außen- und Innentemperatur, dazwischen eine Wand und bemesse den Wärmestrom von warm nach kalt. Aus der Temperaturdifferenz und dem Wandwiderstand ergibt sich der Heizenergiebedarf. Hat die Wand exzellente Dämmwerte, wie bei Styropordämmung, so ist der theoretische Energiebedarf minimal. Dies kann aber in der Heizpraxis zu ganz anderen Ergebnissen führen. Bemessen wir einen (strahlenden) Radiator zu 100 Prozent nach thermodynamischen Regeln, entsteht eine Fehlinterpretation. Denn er liefert eine wirksame Strahlungsleistung. In der Folge wird die Wand kostspielig überdämmt und die Heizungsanlage überdimensioniert. Im Obergeschoss eines Massivholzhauses ist das nur zu gut bekannt, dort wird kaum Heizenergie benötigt. Befürworter der Strahlungsheizung sprechen von einem Generalirrtum bei der Bemessung von Heizungsanlagen, was Kritiker wiederum auf die Palme bringt bzw. sie um ihre unvergänglichen Lorbeeren fürchten lässt. Elektrische Infrarotheizungen Seit wenigen Jahren werden am Markt elektrische Infrarotheizungen angeboten und sie sind bereits länger in Blockhäusern erfolgreich im Einsatz. Wir beschreiben also mit dieser Heiztechnik kein Neuland. Bei einer elektrischen Infrarotheizung wird eine Heizplatte via Strom erhitzt. Meist sind es Marmorplatten, weil diese die Energie dank ihrer Struktur effizient und mild als Wärmestrahlung abgeben. Je nach Raumdimension kommen Geräte mit 500 bis 1.000 Watt Leistungsaufnahme zum Einsatz. Daraus produzieren sie eine Heizleistung bzw. Strahlungsleistung wie jeder normale Heizkörper, nur eben sehr effizient. Ein Thermostat regelt abhängig von der Raumtemperatur das Einschaltintervall. Sie werden am besten schräg oder vertikal an der Wand montiert, können aber auch mit angemessenem Abstand unter der Decke hängen. Infrarotheizungen bedingen auch eine geringe konvektive Heizwärme. So wäre es nur richtig, sowohl die konvektive als auch die radiative Heizleistung zu berechnen. Keine Kondensationsprobleme Ein besonderer Vorteil von Strahlungsheizungen liegt darin, dass ihre Wärmestrahlung in einem geschlossenen Raum immer weiter reflektiert und absorbiert wird bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt. Es entsteht im Raum ein ‘Treibhauseffekt’. Der Leistungsverlust beim ersten Auftreffen der Strahlung auf einen Körper ist verhältnismäßig gering, da je nach Material ein großer Teil der Energie vom absorbierenden Körper auch wieder abgegeben wird. Die Strahlungsenergie erreicht auch für Konvektionsheizungen schwer zugängliche Raumecken. Es werden also Probleme mit Wärmebrücken und dortigen Kondensationsstellen vermieden. Letzterer Punkt ist sogar die Ursache für die starke Verbreitung dieser Heiztechnik bei der Altbausanierung, wo mit dicker Innendämmung nur risikoreich gearbeitet werden kann. Enorme Temperaturwirkung Um eine ausreichend hohe Heizleistung für einen Raum zu bekommen, muss man die Strahlungsleistung der elektrischen Infrarotheizung oder eines simplen Radiators ermitteln. Dies geschieht über die Oberflächentemperatur der Heizfläche in Watt pro Quadratmeter. Bei einem Radiator bedient man sich der mittleren Temperatur zwischen Vorlauf und Rücklauf. Elektrische Infrarotheizungen werden bei einer Oberflächentemperatur von 85 bis 105 Grad betrieben. Die hohe Temperatur macht Sinn, denn der Wirkungsgrad steigt überproportional mit der Temperatur. Infrarotheizungen sind unempfindlich gegenüber offen stehende Fenster, denn die Raumtemperatur ist grundsätzlich niedriger und ein Wärmeabtransport durch Konvektion findet kaum statt. So kann die Strahlungswärme am offenen Fensterspalt kaum entweichen. Ein weiterer Aspekt ist, dass die Infrarotstrahlung kein Glas durchdringt. Übermäßig gedämmte, x-fache Verglasung kann man sich sparen. Das direkte Beheizen bedingt eine geringere Raumtemperatur und je geringer diese ist, umso wohler fühlt man sich. Und mit jedem Grad geringerer Lufttemperatur senkt man den Energieverbrauch überproportional. Sehr schnell werden die raumumschließenden Wände erwärmt, bis sich eine konstante Temperatur einstellt. Zudem eignen sich Infrarotheizungen, einen Raum in kürzester Zeit aufzuheizen, zum Beispiel kurzzeitig morgens das Bad oder ein zeitweise genutztes Ferienblockhaus. Bestens bei Massivholzwänden Die Kombination aus Strahlungsheizung und massiven Holzwänden zeigt spannende Aspekte. Denn Holz hat eine ausgezeichnete Absorptionsfähigkeit für Wärmestrahlen. Das bedeutet, dass die Strahlungsenergie in der anisotropen röhrenförmigen Holzstruktur mehrfach absorbiert und remittiert wird. Die Wärmestrahlung kann bewiesen, dass eine massive Holzwand viel effektiver wirkt, als dies der U-Wert der Wand vormacht. Wärmestrahlung macht sich bedingt durch die größere Oberflächengeometrie bei runden Blockbalken stärker bemerkbar als bei flachen. Dieser Effekt wurde durch Blockhauskenner hinlänglich erklärt. Dagegen wurde dies über thermodynamische Berechnung immer verneint – sprich – er wurde als Unfug beschrieben. Aber, wie konnten die Menschen früher in den kalten borealen Regionen der Erde überleben? Sie wohnten in Blockhäusern mit ‘dünnen’ runden Blockwänden, die mit einer Feuerstätte direkt und sparsam beheizt wurden. Es ist grotesk, dass wir heute dreimal dickere Blockwände bauen müssen! Eine interessante Möglichkeit eine Strahlungsheizung zu bauen, bietet die Sockelheizung. Dies sind im einfachsten Fall dicke Heizrohre parallel zum Fußboden bzw. zur Außenwand verlegt oder querförmige am Sockel montierte Heizleisten. Die Rohre oder Heizleisten strahlen ihre Energie direkt auf die Wand, und die aufsteigende Luft wärmt oben. Dann wirkt die gesamte Wand trotz geringer Oberflächen- temperatur aber mit großer Fläche als guter Wärmestrahler. Alternativ können Heizwasserrohre innerhalb der Wand verlegt werden; dies ist jedoch aufwändig, riskant wegen etwaiger Beschädigungen und muss nicht immer effektiv wirken. Die elektromagnetische Belastung bzw. der Elektrosmog durch Infrarotheizungen bezeichnen wir bis dato als ungeklärt. Dabei betrachten wir die Feldstärke des Heizgerätes und nicht den Betrieb mit Wechselstrom. Klar ist, dass der Biorhythmus des Menschen beim Schlafen nicht durch Elektrosmog gestört werden sollte. So sollten vorsichtshalber nachts keine Infrarotheizungen in Schlafzimmern betrieben werden. Solange eine Gefährdung nicht ausgeschlossen ist, gilt hier der Ver- zicht. Auch dürfen wir die elektromagnetische Strahlung des Heizgerätes nicht mit der Wärmestrahlung der Sonne oder von Feuerstellen vergleichen. Unterscheide zu natürlichen Strahlen können bei den Wellenlängen, der Intensität und vielem mehr bestehen. Spätfolgen sind nie auszuschließen – aber auch nicht bei einem Sonnenbrand. BH
