Was ist Infrarot(IR)-Strahlung?
Infrarot(IR)-Strahlung begegnet uns jeden Tag in Form von Sonnenstrahlung. Physikalisch gesehen ist IR-Strahlung eine elektromagnetische Welle, die unterhalb des roten Endes des Lichts liegt und sich mit einer Wellenlänge von 780 nm bis 1 mm im freien Raum ausbreitet. Jeder warme Körper strahlt Infrarotstrahlung ab. Je heißer die Oberfläche, desto kürzer ist die Wellenlänge und desto intensiver wird die Strahlung. Je nach Wellenlänge wird in A, B und C-Strahlung unterschieden. Bei steigender Temperatur verschiebt sich das Strahlungsmaximum der Wärmestrahlung zu kürzeren Wellenlängen bis hin zum sichtbaren Licht. Trifft Infrarotstrahlung auf unsere Haut, dann empfinden wir dies als Wärme. Diesen Effekt kann man sich zur Beheizung zu Nutze machen.
- IR-A:
Kurzwellige Strahler, auch Infrarotstrahler genannt, haben eine Oberflächentemperatur von mindestens 900 °C. Sie leuchten rot, benötigen praktisch keine Aufheizzeit und haben einen Strahlungsanteil von über 90%. Die Strahlungswärme wird durch Zugluft oder Wind kaum beeinflusst. Die Strahler eignen sich daher ideal für Anwendungen im Außenbereich. - IR-B:
Mittelwellige Infrarotstrahler emittieren Infrarotstrahlung zwischen 1400 nm und 3000 nm und haben eine Oberflächentemperatur von 300 bis 900 °C. Sie erzeugen kein Licht und werden daher auch Dunkelstrahler genannt. Mittelwellige Infrarotstrahler werden überall dort eingesetzt, wo erhöhter Wärmebedarf in geschlossenen Räumen besteht. - IR-C:
Von langwelligen Infrarotstrahlern spricht man bis zu einer Oberflächentemperatur von 200°C, wobei Oberflächentemperaturen von ca. 100°C an der Wand und bis zu 200°C an der Decke zur Anwendung kommen. Da das Strahlungsmaximum im infraroten Bereich liegt, entstand der Begriff Infrarotheizung. Die Infrarotheizung eignet sich ideal zur Beheizung von Wohnräumen.
Was ist Strahlungswärme bzw. Wärmestrahlung?
Bei einem Temperaturunterschied zwischen zwei, nicht voneinander isolierten, Körpern fließt so lange Wärme von der höheren zur tieferen Temperatur, bis sich die unterschiedlichen Temperaturen angeglichen haben. Physikalisch wird zwischen drei Arten der Wärmeübertragung unterschieden:
Wärmestrahlung oder auch Strahlungswärme
Die Wärmeübertragung erfolgt nach optischen Naturgesetzen. Die Wärme wird von jedem warmen Material auf die kühlere Umgebung abgestrahlt. Die Luft wird dabei nahezu verlustfrei durchdrungen, ohne diese zu erwärmen.
Genau diesen Effekt nutzen Infrarotheizungen und -strahler für die Beheizung von Räumen. Feste Körper wie Wände, Möbel, Menschen, etc. absorbieren die Wärmestrahlung und reflektieren diese wieder in den Raum. Strahlungswärme ist physiologisch günstig und angenehm. Sie bewirkt ein Wärmeempfinden, führt zu Behaglichkeit – ähnlich den Sonnenstrahlen oder einem Kaminfeuer.
Wärmeleitung
Bei der Wärmeleitung wird Wärme durch direkten Kontakt, wie z.B. auf der Kochplatte, übertragen. Diese Wärmeübertragung findet in der Beheizung von Räumen keine Verwendung.
Wärmeströmung – Konvektion
Dieses Prinzip der Wärmeübertragung wurde bis dato bei nahezu allen üblichen Heizsystemen, sei es die Zentralheizung, Ofenheizung, elektrische Speicherheizung oder ein Konvektor, Schnellheizer oder Heizlüfter verwendet.
Wie funktioniert die Infrarotheizung?
Die Infrarotheizung basiert auf dem Prinzip der Sonnenstrahlung. Die Wärmestrahlung erwärmt nicht primär die Luft, vielmehr nehmen die Decke, Wände, Gegenstände und der Mensch die Strahlungswärme auf. Die Umgebung speichert die Wärme und gibt diese wieder an den Raum ab (Sekundärstrahlung). Durch die homogene Erwärmung des Raumes entsteht ein angenehmes Raumklima, in dem Verluste durch aufsteigende Warmluft weitgehend vermieden werden.
Zusätzlich entsteht durch die Kombination aus direkter Wärmestrahlung in Verbindung mit der erhöhten Raumhüllentemperatur (Wandtemperatur) ein subjektives Wärmeempfinden, das um 2-3 °C über der tatsächlichen Raumlufttemperatur liegt. Das heißt, die gefühlte Temperatur liegt höher als die tatsächliche Raumlufttemperatur. Diesem Phänomen begegnet man auch an einem kalten Wintertag: durch die direkte Sonnenstrahlung ist das subjektive Wärmeempfinden höher als die tatsächliche Lufttemperatur.
Als Grundregel gilt, je höher die Wandtemperatur, desto geringer die notwendige Raumlufttemperatur bei gleicher Behaglichkeit.
Das Behaglichkeitsdiagramm von Bedford besagt, dass man bei warmen Wänden trotz geringerer Raumlufttemperatur gleiche Behaglichkeit empfindet. Damit kann die Raumlufttemperatur abgesenkt werden und jedes Grad weniger Raumlufttemperatur spart 6% an Energie.
Als positiven Nebeneffekt reduziert die Infrarotheizung die Feuchtigkeit in der Wand, erhöht dadurch den Dämmwert vieler Wandkonstruktionen, verhindert Kondensation und damit in der schlimmsten Folge Schimmel.
Wodurch zeichnet sich die Infrarotheizung im Vergleich zu anderen Heizsystemen aus?
Eine korrekt dimensionierte elektrische Infrarotheizung übertrifft an Behaglichkeit und Komfort die meisten anderen Heizsysteme. Sie ist sauber, geräuschlos und darüber hinaus wartungsfrei. Mittels Wärmestrahlung lassen sich Wohnräume sehr gleichmäßig temperieren. Durch exakte Platzierung von IR-Paneelen können zusätzlich Komfortzonen gezielt mit Wärme versorgt werden. Dies führt dazu, dass die zugeführte Energie punktgenau und sehr effizient dort eingesetzt werden kann wo sie benötigt wird.
Herkömmliche Konvektionsheizungen nutzen hingegen Luft für den Wärmetransport. Die Nachteile sind bekannt: Durch die aufsteigende Warmluft entsteht ein großes Temperaturgefälle zwischen Decke und Boden. Während in der warmen Luftschicht unterhalb der Decke sehr viel Energie gespeichert ist, die dem Nutzer nicht zugänglich ist, befindet sich die kühlere Luft in Bodennähe. Der Nutzer ist gezwungen das Raumthermostat weiter nach oben zu drehen wenn kalte Füße ausbleiben sollen. Außerdem wirbelt der Warmluftstrom Staub und Bakterien in den Raum und belastet Allergiker zusätzlich.
Im Gegensatz dazu entsteht bei Infrarotheizungen keine Aufwirbelung von Staub und Bakterien - sie sind daher gerade für Allergiker und Asthmatiker bestens geeignet. Durch die höhere Wandtemperatur gelangt Feuchtigkeit aus der Wand in die Luft und verbessert die Dämmung und das Raumklima. Die homogene Temperaturverteilung im Raum steigert die Behaglichkeit.
Rechnet man die Gesamtkosten, die aus den Investitions-, Betriebs und Wartungskosten bestehen, auf 15 Jahre auf, gibt es kaum Heizsysteme, die preiswerter abschneiden.
Was sind die Vorteile des IR-Heizsystems?
- Behagliche Wärme – angenehmes Raumklima – keine trockene Heizungsluft
- Exakte Temperatursteuerung durch moderne Einzelraumsteuerung
- Hohe Flexibilität durch kurze Aufheizzeit im Vergleich zur Zentralheizung
- Einfach mit bestehender Hauptheizung zu kombinieren – ideal auch als Zusatzheizung für nur zeitweise genutzte Räume (Badezimmer, Gästezimmer, Hobbyräume, Ferienhäuser, etc.)
- Allergiker-freundliche Wärme – der Schimmelpilzbildung wird entgegenwirkt
- Die eingesetzte Energie wird zu 100% direkt im Raum in Wärme umgesetzt – kein Wärmeverlust durch Übergangsverluste, Pufferspeicher oder Rohrleitungen
- Lange Lebensdauer ohne Wartungsaufwand (kein Verschleiß oder Korrosion)
- Schnelle und einfache Installation
- Geringe Investitionskosten: Im Vergleich zu vielen anderen Heizsystemen sind die Investitionskosten bei Infrarot-Komplettlösungen wesentlich geringer.
- Geringe Betriebskosten: Durch die Erhöhung der Wandoberflächentemperatur und die direkte Strahlungswärme kann die Lufttemperatur bei gleichbleibendem Wärmeempfinden um 2-3°C abgesenkt werden. Dieser Effekt wird durch immer bessere Wärmedämmung verstärkt. Auch die niedrigen Anschlusswerte sprechen für sich: ein Raum mit 30m² in einem Neubau (Passivhausstandard) kann mit 900W beheizt werden. Der benötigte Strom kann mittels Photovoltaikanlage selbst produziert werden.
Welche Nebenkosten entstehen bei Infrarotheizungen?
Es entstehen weder Wartungs- noch Nebenkosten.
Wodurch ist die Leistungsfähigkeit eines Wärmesystems erkennbar?
Die Leistungsfähigkeit eines Wärmesystems ist nicht nur durch die Aufnahmeleistung erkennbar, sondern vor allem durch das Verhältnis von eingesetzter Energie zu abgegebener Strahlung. Das heißt bei möglichst geringer elektrischer Leistung sollte eine möglichst große Oberfläche auf die Zieltemperatur erwärmt werden können.
Bei IR-Paneelen sollte man niemals nur Anschlussleistungen sondern immer auch die Größe der Heizfläche miteinander vergleichen. Bei Betrachtung der physikalischen Grundlagen (Strahlungsgesetz nach Boltzmann) erkennt man, dass zwei Paneele mit gleicher Größe, gleicher Oberflächentemperatur und gleichem Material zwangsläufig auch dieselbe Strahlungsleistung abgeben. In diesem Fall gilt also: je geringer die Anschlussleistung, desto höher der Strahlungsanteil der eingesetzten Energie.
Was ist der Unterschied zwischen Infrarot-Heizstrahler und Infrarot-Heizung?
IR-Heizstrahler geben, bei Kerntemperaturen von einigen 100°C vorrangig Infrarot A und B-Strahlung ab. Durch die hohen Temperaturen wird neben der Infrarotstrahlung auch sichtbares Licht abgegeben – daher glühen die Strahler rot oder orange. Durch die hohen Anschlussleistungen und den sehr intensiven Strahlungskegel mit mehreren Metern Reichweite werden diese Elemente vor allem für Außenbereiche und als Hallenheizungen verwendet.
IR-Heizpaneele sind sogenannte Dunkelstrahler, die Infrarot-C-Strahlung abstrahlen und kein sichtbares Licht abgeben. Aufgrund der minimalen Anschluss- und Verbrauchswerte sowie dem optimalen Verhältnis zwischen eingesetzter elektrischer Energie und abgegebener Wärmeleistung wird in der Raumheiztechnik ausschließlich Infrarot-C-Strahlung eingesetzt.
- siehe auch: Was ist Infrarotstrahlung?
Was versteht man unter „Heizlast“?
Die Heizlastberechnung – die zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Raumtemperatur notwendige Wärmezufuhr – erfolgt standardisiert nach DIN EN 12831 und sollte vom Planer durchgeführt werden. Dabei wird jeder Raum bzw. Zone einzeln betrachtet. Gleichzeitig ist für die Berechnung der niedrigste zu erwartende Wert der Außentemperatur maßgeblich. Ziel der Berechnung ist es, die ausreichende Beheizung sämtlicher Räume eines Gebäudes bei definierten Außentemperaturen zu gewährleisten. Die Heizlast ist also im Wesentlichen abhängig von: Bausubstanz, Luftwechsel, Außentemperatur, Rauminnentemperaturen. Sie wird in Watt (W) oder Kilowatt (KW) angegeben. Um verschiedene Werte besser miteinander vergleichen zu können, wird die Leistung auf die beheizte Fläche bezogen, die maßgebliche Einheit ist also W / m².
Was versteht man unter „Heizwärmebedarf“?
Der Heizwärmebedarf (HWB) ist die errechnete Energiemenge, die je Gebäudenutzfläche innerhalb der Heizperiode zuzuführen ist, um die gewünschte Innentemperatur aufrechtzuerhalten. Die Einheit des Heizwärmebedarfs ist definiert in Kilowattstunden (kWh). Sie bezieht sich auf die Fläche (m²) summiert für den Zeitraum eines Jahres (a): kWh/m²a. Der Heizwärmebedarf ist im Wesentlichen abhängig von: „Güte“ der Gebäudehülle (Bauform, Dämmung), Nutzerverhalten (Anwesenheit, Raumtemperaturen), Warmwasserverbrauch, Wetter. Allgemein ist der Heizwärmebedarf eine Baukenngröße und dient der Definition von Energiestandards bei Häusern.