icon deutschland icon englisch  1484583120 facebook

header-energieeffizienz

IR-Heizung

Ein durchschnittlicher Haushalt benötigt etwa Dreiviertel des Energiebedarfs für Heizzwecke. Ein schneller Umstieg auf regenerative Energieträger ist hier am dringendsten geboten, um der Klimaerwärmung und der Umweltverschmutzung entgegenzuwirken.

Die im Wohnbereich am häufigsten verwendete Heizung ist die Warmwasserheizung. Transportmedium für Wärme ist hierbei Wasser, welches durch eine Energiequelle erhitzt und die Wärme über Heizkörper an die Raumluft abgegeben wird. Die Luft zirkuliert dabei im Raum und erwärmt diesen.

 

 waerme normal

 

Wirkungsweise

Die Infrarotstrahlung heizt überwiegend direkt die Oberflächen der Wände, Decken und Böden sowie der Gegenstände im Raum auf. Ein kleiner Teil der Infrarotstrahlung wird in der Luft absorbiert und wärmt diese direkt auf. Ansonsten wird die Luft indirekt über die angestrahlten Oberflächen per großflächiger, extrem schwacher Konvektion aufgewärmt. In der Regel sind daher die Oberflächen im Raum wärmer als die Luft. Es entsteht vergleichsweise wenig Konvektion.

 

Wärmestrahlung und Infrarotstrahlung

Als Wärmestrahlung bezeichnet man denjenigen Teil aus dem Spektrum der elektromagnetischen Strahlung, die jeder Körper aussendet, sobald dieser wärmer als die absolute Nullpunkttemperatur von 0 K ist. Als Form der Wärmeübertragung ist sie nicht an Materie gebunden und tritt im Gegensatz zu Wärmeleitung und Konvektion auch im Vakuum auf. Die bekannteste Wärmestrahlung ist die Sonnenstrahlung, die in UV-Strahlung, sichtbares Licht und Infrarotstrahlung unterteilt wird.

1000px EM spectrum svg

Strahlungsfaktor und Strahlungswirkungsgrad

Der Strahlungsfaktor ε gibt die Strahlungsleistung eines Infrarotstrahlers im Verhältnis zu der Strahlungsleistung des idealen schwarzen Körpers an. Der Strahlungswirkungsgrad bestimmt den Anteil der abgegebenen Strahlungsleistung im Verhältnis zur zugeführten elektrischen Leistung. Strahlungsfaktor und –wirkungsgrad werden des Öfteren bei den technischen Kennwerten von IR-Strahlern vertauscht. Ein Strahlungsaustausch findet fortlaufend zwischen allen Körpern statt und wird theoretisch erst beendet, wenn alle Körperoberflächen die gleiche Temperatur besitzen.

In der Realität eines beheizten Wohnraums sind als Strahlungsflächen die Oberflächen der Heizkörper, Wände, Decke, Boden, Fenster, Türen, Möbel, Menschen, Tiere etc. beteiligt. Da die Heizkörper oder Heizflächen die höchste Temperatur besitzen und ständig über diese die Energie nachgeliefert wird, würde sich im Idealfall die Temperatur aller anderen Oberflächen so lange erhöhen, bis alle Oberflächen im Raum die Temperatur der Heizflächen erreicht hätten.

 

Strahlungstemperaturasymmetrie

Wenn die Raumwände stark unterschiedliche Oberflächentemperaturen haben, hat dies Einfluß auf die Behaglichkeit, obwohl die durchschnittliche Strahlungstemperatur der Umgebung in einem angenehmen Bereich liegt. Man spricht dann von Strahlungstemperatur-Asymmetrie. Aus diesem Grund ist es auch nicht sinnvoll, Heizflächen mit Temperaturen von über etwa 120°C zu verwenden, da die Asymmetrien dann schon deutlich spürbar sind. Bei ungünstiger Platzierung der Infrarotstrahler wie z.B. gegenüber von Fenstern, ist die Asymmetrie schon bei etwa 80°C störend. Infrarotstrahler sollten daher möglichst an den Wänden der Fensterseite oder quer dazu angebracht werden. Bei Deckenmontage sollte ein Abstand von mindestens einem Meter von der Kopfposition eingehalten werden. Bei stehender Haltung ist dies nur in hohen Räumen, wie sie in Altbauten zu finden sind, sinnvoll.

 

Hausstauballergie

Die Luftzirkulation durch Heizung ist eine der Ursachen für das Auftreten von Hausstauballergien. Man bezeichnet damit eine Sensibilisierung und allergische Reaktion gegenüber dem Kot von Hausstaubmilben, die Rhinitis, Jucken und allergisches Asthma auslösen können. Dieser Kot haftet am Hausstaub und wird mit jeder Form von Konvektion aufgewirbelt. Je niedriger der Konvektionsanteil in der Raumluft desto besser für den Allergiker. Den prinzipbedingt niedrigsten Konvektionsanteil hat die Infrarot-strahlungsheizung.

 

Medizinische Wärmebehandlung

Die Infrarot-C-Strahlung zeigt bei der Behandlung von Durchblutungsstörungen, in der Schmerz-Therapie oder bei Überlastungen des Bewegungsapparats eine gute Wirkung. Eine Infrarotstrahlungsheizung hat also tendenziell einen positiven medizinisch-therapeutischen Effekt.

 

Kachelöfen und Kaminöfen sind die klassische Strahlungsheizung. Die Öfen (ohne Luftkanäle) sind in Ihrem Abstrahlverhalten dem einfachen Plattenheizkörper am ähnlichsten, da die Oberflächentemperaturen typisch bei ca. 80°C liegen.

Eine energiesparende Heizung sollte eine möglichst kleine Speichermasse in den Heizkörpern oder Heizflächen haben. Eine große Speichermasse bei Infrarotstrahlern führt dazu, dass der Strahler durch die Regelung jeweils nach dem Ein- und Ausschalten lange Zeit im Temperaturbereich zwischen Umgebungstemperatur (Lufttemperatur) und 60°C verbleibt. Die Aufheiz- und Abkühlzeiten liegen dadurch deutlich über fünf Minuten, statt idealerweise bei weniger als einer Minute.

In dieser Zeit wirkt der Infrarotstrahler als Konvektionsheizung. Die Vorteile als Infrarotstrahler gehen dann insgesamt bei der Nutzung solcher Strahler umso mehr verloren, je höher die Speichermasse ist. Viele solcher „Infrarotstrahler“ sind deshalb nur Konvektionsheizungen mit erhöhtem Strahlungsanteil.

Dies gilt auch für nah an der Wandoberfläche eingebaute elektrische Heizfolien, die zwar gegenüber klassischen Flächenheizungen große Oberflächentemperaturen erreichen, aber die komplette Wand als rückwärtige Speichermasse haben. Insgesamt geben sie weniger als 50% der zugeführten elektrischen Energie als Infrarotstrahlung ab.

 

Definition der Infrarotheizung

Als Infrarotheizungen werden Heizungen nach folgender Definition bezeichnet:

  1. Einzelheizungen,
  2. Strahlungsheizungen (mit mehr als 50% reinem Strahlungsanteil der in den Raum abgegebenen Wärmeenergie)
  3. das Strahlungsmaximum liegt im Infrarotbereich (auch bei Heizungen, die einen sichtbaren Anteil abstrahlen, d.h. rot glühen).

Die abgegebene Strahlung einer Infrarotheizung entspricht der natürlichen Infrarot-Strahlung im Sonnenlicht unterhalb des sichtbaren Bereichs.

 

Dunkelstrahler

Als Dunkelstrahler bezeichnet man einen Infrarotstrahler, dessen Strahlungsmaximum im Infrarot-C-Bereich liegt, da es keinen sichtbaren Lichtanteil gibt. Sie werden sowohl gas- als auch elektrisch betrieben.

Eine besondere Bauform des Dunkelstrahlers ist die elektrisch betriebene Infrarot-Flächenheizung. Ihre Oberflächentemperatur liegt meist unter 150°C. Die häufigsten beiden Bauformen sind Strahler aus Blechen mit integrierter Heizwendel oder stromdurchflossene Carbonfolien, die in einem Rahmen aufgehängt sind.

 

Standortwahl

Bei denStandorten der Flächen-Infrarotstrahlerist darauf zu achten, dass

  • der Raum gleichmäßig „ausgeleuchtet“ wird,
  • keine Strahlungsasymmetrien auftreten
  • eine direkte Anstrahlung der Fensterflächen vermieden wird (höchster Wärmeverlust)

Fensterglas ist transparent für sichtbares Licht und kurzwelliges Infrarot. Für langwelliges Infrarot (den Bereich der Wärmestrahlung bei den verwendeten Infrarotstrahlern) ist es fast undurchlässig (ähnlich einer schwarzen Glasscheibe im sichtbaren Bereich). Diese Wellenlängenabhängigkeit der Transparenz ist z.B. entscheidend für den sogenannten Glashauseffekt (dass das Fensterglas auch für UV-Licht fast undurchlässig ist, spielt in diesem Zusammenhang keine Rolle).

Die Infrarotstrahlung kann also zwar den Raum durch die Fenster nicht verlassen, wird aber je nach Einstrahlwinkel zu einem großen Teil von den Fensterscheiben absorbiert (genau wie von den Wänden) und heizt diese auf. Der Rest der nichtabsorbierten Infrarotstrahlung wird in den Raum reflektiert. Der Wärmeverlust tritt dann wie bei den Wänden durch Transmissionsverluste und Strahlungsverluste ab der Außenseite der Innenscheibe (bei der hier verwendeten Isolierverglasung) auf, die wegen der schlechteren Dämmwerte gegenüber den Außenwänden flächenbezogen höher ist.

Da die Absorbtion mit steigendem Einfallswinkel zunimmt (senkrecht am größten), sollte ein direktes Anstrahlen der Fensterflächen vermieden werden.

 

Erfahrungen im Probebetrieb

In einem ersten Probebetrieb wurde versucht, die beiden Wohnungen auf gleicher Lufttemperatur zu halten. Dies scheiterte an der subjektiv unterschiedlich empfundenen Behaglichkeit bei gleicher Lufttemperatur. Sobald die an den Thermostaten eingestellte und gemessene Lufttemperatur gleich waren, war entweder die IR-beheizte Wohnung subjektiv zu warm bei angenehm temperierter gasbeheizter Wohnung oder die gasbeheizte Wohnung zu kalt bei angenehm temperierter IR-beheizten Wohnung.

Die Ursache liegt im unterschiedlichen Heizungsprinzip. Die Behaglichkeit ist zugleich abhängig von der Lufttemperatur und von der durchschnittlichen Wand- und Fensterober-flächentemperatur (siehe oben).

Bei gleicher subjektiver Behaglichkeit kann die Lufttemperatur in den Räumen der IR-beheizten Wohnung um 1 bis 2 Grad niedriger eingestellt werden als in den entsprechenden Räumen der gasbeheizten Wohnung.

 

Wärmeverluste

In der Praxis sind Transmissionswärmeverluste durch feuchte Wände erheblich. Die niedrigen Temperaturen der Innenseiten der Außenwände entstehen (bei ungedämmten Wänden) hauptsächlich durch die verminderten Dämmwerte wegen Durchfeuchtung der Außenwände. In einer gasbeheizten, nichtisolierten Wohnung wurden Oberflächentemperaturen der Innenseiten (der Außenwände) von ca. 14°C gemessen.

Die infrarotbeheizten Wandoberflächen erreichten - bedingt durch die Anstrahlung – eine konstante Temperatur von ca. 19°C, wodurch die Oberflächentemperatur durchschnittlich immer höher war, als die Lufttemperatur. Hierdurch wurde als Nebeneffekt die Aufnahme von Wasserdampf über die Wandaußenseiten weitestgehend unterbunden.

Feuchtes Mauerwerk hat gegenüber trockenem Mauerwerk drastisch verminderte Dämmwerte. Bereits eine Feuchte von 4% setzt den Dämmwert um ca. 50% herab. Durch die Austrocknung der Außenwände durch die Infrarotheizung (Gebäudetrocknung ist eine klassische Anwendung von Infrarotstrahlern) wurde wahrscheinlich der Dämmwert so stark angehoben, dass Transmissionsverluste durch die größere Temperaturdifferenz in der Außenwand mehr als ausgeglichen wurde.

Gewichtet man die Emissionen mit dem wohnflächenbezogenen Energieverbrauch, dann erhält man:

Wohnflächenbezogene CO2-Emission der Infrarotheizung (IR):

541 g/kWh x 71,21 kWh/m2 = 38,52 kg/m2.

Wohnflächenbezogene CO2-Emission der Brennwert-Gasheizung (BWG):

249 g/kWh x 187,85 kWh/m2 = 46,77 kg/m2.

Vergleicht man den Endenergieverbrauch einer Infrarotheizung (IR) zur Gasheizung, so benötigt eine IR-Heizung nur 34,1% der Energie einer Niedertemperatur-Gasheizung (NTG) und nur 37,9% im Vergleich zur Brennwerttechnik (BWG). Das heißt, der Endenergieverbrauch einer Gasheizung beträgt mehr als das 2,5fache einer Infrarotheizung.

 

 Wohnflächenbezogener Energieverbrauch

Energiequalität

In der Diskussion um die Verwendung von elektrischer Energie zu Heizungszwecken wird häufig der Begriff der Exergie verwendet, der ein Maß für denjenigen Energieanteil der verwendeten Energieform ist, der maximal genutzt werden kann. Je höher die Exergie, desto höher die physikalische Qualität der Energieform. Elektrische Energie hat danach eine wesentlich höhere Qualität als Wärmeenergie. Wegen dieser Qualitätsdefinition wird oft die Meinung vertreten, dass elektrische Energie „zu schade“ zum Heizen ist.

In der Diskussion um die Verwendung von elektrischer Energie zu Heizzwecken wird oft die Meinung vertreten, dass elektrische Energie zum Heizen „zu schade“ ist. Wesentlich ist jedoch, ob eine Energie aus regenerativen Energiequellen entstammt oder nicht. Eine mit 100% regenerativ erzeugtem elektrischem Strom betriebene Infrarotheizung ist eine der nachhaltigsten Heizungen überhaupt, da keine konventionellen Energieträger zur Stromerzeugung umgewandelt werden müssen. Eine IR-Heizung mit 100% Ökostrom betrieben, spart über die Nutzungsdauer etliche 1.000 Tonnen CO² ein.

 

Interpretation hinsichtlich medizinischer und Wellness-Aspekte

Obwohl keine explizite medizinische oder Wellness-Untersuchung vorgenommen wurde, wurden ungefragt auffällig häufig subjektive Bewertungen durch Bewohner und Besucher in diese Richtung gemacht.

Typische Aussagen waren:

  • kein Staubgeruch/Heizungsgeruch; diese Eigenschaft wurde besonders von Personen mit Asthma, die einen großen Anteil der Besucher ausmachten, positiv vermerkt;
  • warme Füsse (im Gegensatz zu vorher mit Konvektionsheizung);
  • frische (kühle) Luft;
  • mollige Wärme.

Im Meßobjekt waren keine akuten Probleme mit Schimmelbildung vorhanden. Trotzdem kann generell gesagt werden, dass die Austrocknung der Wände der Schimmelbildung und allen damit verbundenen gesundheitlichen Problemen entgegenwirkt.

 

Wirkungsgrad

Durch falsche Anwendung der strahlenphysikalischen Gleichungen wird oft behauptet, dass von Infrarotstrahlern mehr Strahlungsleistung abgegeben als in Form elektrischer Leistung zugeführt wird. Der Infrarotstrahler wäre dann ein Perpetuum Mobile, d.h. es wäre ein Verstoß gegen den Energieerhaltungssatz der Physik. Solche Aussagen sind unsinnig bis unseriös. Ebenso unseriös sind extreme Angaben zu Strahlungs-Wirkungsgraden. Werte von über 90% sind von Dunkelstrahlern technisch bedingt nicht zu erreichen. Angaben von 98% bis 100% beziehen sich auf den Wirkungsgrad der Wandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie insgesamt, also IR-Strahlungs- und Konvektionsanteil gemeinsam, und nicht auf die IR-Strahlung alleine. Es wird jedoch der Eindruck erweckt, es sei der Strahlungs-Wirkungsgrad.

(Quelle: Forschungsbericht TU Kaiserslautern 2009)

Webbanner ecoshop

ECO-MC GmbH   |   Geschäftsführer: Reiner Germann   |   Bergstrasse 6   |   D-67434 Neustadt/Wstr.   |   Tel: (+49) 6321 / 929982   |   Fax: (+49) 6321 / 929469   |   Mail Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

(c) by ECO-MC 2018  |  Impressum  |  Datenschutz  |  AGB  |  Developed by arSito design