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- Herausgeber: Books on Demand
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
Das Fachbuch für alle, die in Sachen Infrarotheizung wissenschaftlich fundierte Informationen und praxiserprobte Tipps suchen: Der Autor erklärt die Physik der IR-Heizmethode in leicht verständlicher Sprache und erläutert die gängigen Infrarot-Heiztechniken für Gebäude. Er bietet wertvolle Hinweise für die optimale Temperatur-Regulierung, eine kostengünstige Umrüstung vorhandener Wasserheizkörper und die Durchführung eigener Vergleichsmessungen.
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Seitenzahl: 74
Veröffentlichungsjahr: 2017
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Danksagung
Besonders danken möchte ich meiner Familie und meinen Freunden, die mich in vieler Hinsicht dabei unterstützt hatten, dieses Fachbuch zu schreiben.
Vorwort
Die Gebäudebeheizung per Infrarotstrahlung erfreut sich immer größerer Beliebtheit. Das Raumklima ist angenehmer und gesünder als bei allen Formen der Luftheizung. Thermisch bedingter Schimmel kommt nicht vor. Und man spart sogar Heizkosten.
Es ist allerdings sehr verblüffend, dass Infrarotheizungen Wohn- oder Büroräume überhaupt so fantastisch gleichmäßig erwärmen können. Vielen ihrer Fans erscheint die Infrarotheizung daher als eine Art Wunderheizung.
Vor allem professionelle Planer und Installateure von Gebäudeheizungen können mit einer Wunderheizung freilich nichts anfangen. Sie wollen wissen, wie eine bestimmte Heiztechnik im Einklang mit den entsprechenden physikalischen Gesetzen funktioniert.
Da gibt es aber schon ein methodologisches Problem. Die Analyse der Infrarotheizung als Gerätschaft trägt nämlich zum Verständnis ihrer Wirkungsweise kaum etwas bei. Und wenn man ihrer Wirkungsweise nach dem Erklärungsmodell der Konvektionsheizung auf die Schliche zu kommen versucht, scheint die Infrarotheizung eher eine Unsinn-Heizung zu sein.
Das Geheimnis der wundersamen Wirkungsweise der Infrarot-Heizmethode ist der unscheinbare Infrarot-Strahlungsaustausch der Innenraumflächen. Deshalb gibt es auch noch ein Kenntnisproblem. Denn die Physik des IR-Strahlungsaustausches ist für viele Bauherren, Immobilienbesitzer, Architekten, Bauphysiker und Heizungsplaner kein geläufiges Wissensgebiet.
Ziel dieses Kompasses der IR-Heiztechnik ist es, den Leser schrittweise mit den Besonderheiten des IR-Strahlungsaustauschs vertraut zu machen. Die Texte sind so geschrieben, dass sie auch für physikalische Laien verständlich sind. Leser, die die Strahlungsgesetze bereits gut kennen, erfahren dabei, welche Bausteine aus dem Gesamtfundus der IR-Physik zur Erklärung der Wirkungsweise der IR-Heiztechnik wesentlich sind.
Ich stelle zunächst dar, wie der rauminterne Strahlungsaustausch grundsätzlich funktioniert, und mit welchen Heiztechniken er für eine effektive Gebäudeheizung genutzt werden kann. Anhand erläuterter Fotos wird dabei auch gezeigt, wie sich vorhandene Wasserheizkörper mit wenigen Handgriffen für eine Gebäudebeheizung per Infrarotstrahlung umrüsten lassen.
Nach ein paar Informationen über die unschlagbare Smartheit elektrischer Infrarotheizungen erkläre ich, warum man als Anwender der IR-Heizmethode andere Raumtemperaturen als beim Luftheizen wählen sollte, und wie man die eigene Idealtemperatur herausfindet.
Es folgt eine ausführliche Anleitung, wie man die Heizwirkung einer Strahlungsheizung mit der von Konvektions-, Zuluft- und Fußbodenheizung durch eigene Temperatur-Messungen vergleichen kann. Dadurch erhält der Leser die Möglichkeit, die theoretischen Darlegungen anhand selbst ermittelter Fakten wie in einem physikalischem Experiment zu überprüfen.
In den darauf folgenden Kapiteln gehe ich vertiefend auf diejenigen Aspekte der IR-Physik ein, die für ein physikalisch richtiges Verständnis der IR-Heizmethode entscheidend sind. Um die Lektüre zu erleichtern, wird dabei bereits vorher Gesagtes teilweise wiederholt.
Wenn die Bedeutung dieser Aspekte für die Heizungspraxis übersehen oder falsch eingeschätzt wird, kommt es in Sachen Infrarotheizung zu verwirrenden Missverständnissen und fruchtlosen Diskussionen. Diesbezüglich erörtere ich die Kardinalfehler der Theorie der Strahlungsheizung von Prof. Claus Meier. Seine Theorie wird in machen Kreisen als Bibel der Infrarotheiztechnik angesehen.
Abschließend werden noch kurz die viel gepriesenen Vorteile der Infrarotheizung unter die Lupe genommen. Dabei wird deutlich, dass keiner dieser Vorteile auf technologischen Errungenschaften oder revolutionären Produkt-Innovationen beruht.
In unzähligen technischen Anwendungen wird Infrarotstrahlung heute erfolgreich genutzt. Bei den meisten Anwendungen wird ihr Einsatz auch physikalisch korrekt erklärt.
Physikalische Nachvollziehbarkeit sollte auch im Falle der Gebäudebeheizung per Infrarotstrahlung gewährleistet sein. Der Kompass der IR-Heiztechnik sorgt dabei für eine praxisnahe und physikalisch stichhaltige Grundorientierung.
Jürgen Schampel
München, im August 2017
Inhalt
Danksagung
Vorwort
Vorab etwas zum Sprachgebrauch
Wie funktioniert eine Infrarotheizung?
Das Wichtigste zuerst
Die Denkfalle
Die Infrarotstrahlung der Innenraumflächen
Infrarot Heiztechnik nutzt die Raumflächen als Wärmeverteiler
Infrarotstrahlung: Kältere Flächen werden diskret erwärmt
Strahlungsgrade in Innenräumen
IR-Strahlungsaustausch in unbeheizten Räumen
Ausgewogene Lufttemperatur
Erwärmung und Abkühlung
Effizienz der IR-Wärmeverteilung
IR-Heizung in Innenräumen
Aufgabe einer Infrarotheizung
Technischer Aufbau von Infrarot Heizungen
Wirkungsweise der Infrarotheizung
Temperatur-Steuerung und Raumklimastruktur
Faktoren der Heizdauer
Strahlungsleistung und IR-Thermometer
IR-Wärmeausgleich bei Konvektionsheizungen
Bewährte Formen der Hüllflächentemperierung
Passive Flächentemperierung
Aktive Flächentemperierung
Welche Infrarot-Heiztechniken sind am günstigsten?
Alternativen und Ergänzungen
Zentralheizung mit IR-Heizkörpern
Das Umrüsten von Wasserheizkörpern ist simpel - und fix erledigt
IR-Aufheizphase, Regelbetrieb und Lufttemperatur
Ist die vorhandene Heizleistung ausreichend?
Robuste Lösung für Vermietung
IR-Wasserheizkörper kaufen
Kombination mit elektrischen Infrarotheizungen
Infrarot heizen mit Gliederheizkörpern
Rippen oder geschlossene Flächen?
Umrüstung auf infrarot
Sinnvolle Anwendungsfälle
Was passiert hier physikalisch?
Konvektor-Deaktivierung: Finger weg bei Elektroheizungen!
Brand- und Stromschlaggefahr
Sicherheitskonzept elektrischer Infrarotheizungen
IR-Elektroheizungen: Heizen ohne Gluckern, Rauschen oder sonstige Probleme
Designvielfalt
Remote- Steuerung
Günstige Heizstromtarife
Photovoltaik
Welche Lufttemperaturen sind beim IR-Heizen optimal?
Die gefühlte Neutral-Temperatur: Nicht warm, nicht kalt
Bewährte Lufttemperaturen bei Infrarot-Beheizung
Wie Sie Ihre eigene Neutral-Temperatur herausfinden
IR-Heizwirkung selbst messen und testen
Generelle Hinweise
Beschreibung der Test-Durchführung
Infrarotstrahlung ist ein Naturphänomen – keine technische Erfindung!
Die Entdeckung der unsichtbaren Wärmestrahlung
Beispiel Herdplatte
Welle-Teilchen-Dualismus
Elektromagnetisches Spektrum
Tanzende Atome, die Photonen versenden
Strahlungswinkel & Streuung
Die IR-Sphäre geschlossener Räume
Wärme- und Strahlungsverteilung im energetisch schwarzen Hohlraum
Was sind schwarze Hohlräume?
Wie ist der Emissionswert definiert?
Die ε-Werte von Innenräumen garantieren eine einwandfreie Infrarot-Gebäudebeheizung
IR-Strahlungsgrad von Heizung und Hüllfläche
ε-Werte in normalen Gebäuden: Für IR-Heizungen einfach ideal!
Maximale Absorption & Emission: Ein toller Effekt geschlossener Räume!
Beobachtung der IR-Absorption per IR-Thermometer
Nachvollzug per Emissionsgrad-Tabellen
Unterschied zur schwarzen IR-Experimentalbox
IR-Mittelwert der Raumflächen beim Luftheizen
Emission, Absorption und Reflexion: Praxisrelevante Aspekte des IR-Strahlungsgrads
Emission
Absorption
Reflexion
Das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz
IR-Werte spiegelnder Flächen
Ignorierte Flächenemission
Komplexität der IR-Physik: Pragmatische Grenzziehung
Stichhaltiges IR-Wissen
IR-Dominoeffekt – ein didaktisches Erklärungsmodell
IR-Sphäre als Naturwunder
Postfaktische IR-Physik: Strahlungsheizung nach Prof. Claus Meier
Hohlraum als Polarisator?
Veränderung bewährter Strahlungsgesetze?
Übersicht: Die Vorteile der Infrarotheizung
Allgemeine Vorteile
Die besonderen Vorteile elektrischer Infrarotheizungen
Zusammenfassung
Literatur
Bildnachweis
Vorab etwas zum Sprachgebrauch
Infrarotheizung, Wärmewellenheizung und Strahlungsheizung sind Synonyme. Hier und da wird die Infrarot-heizung auch einfach nur Wellenheizung genannt. Anbieter wasserführender Wärmewellenheizungen bevorzugen den Ausdruck Strahlungsheizung.
Die Abkürzung für infrarot ist IR. Entsprechend werden Infrarotheizungen auch IR-Heizungen oder IRH genannt.
Da die Luft bei einem Verzicht auf Konvektionsverstärkung am Heizkörper ringsum von den Raumumfassungsflächen "warm umhüllt" wird, wird die Infrarot Heizmethode auch als Hüllflächentemperierung bezeichnet.
Von dieser sprachlichen Vielfalt sollte man sich nicht verwirren lassen. Physikalisch geben alle nicht glühenden Heizkörper Infrarotstrahlung ab.
Inhaltlich nicht immer zutreffend ist der Begriff Radiator. Radiation bedeutet Strahlung. Ein Radiator wäre demgemäß ein Strahler, also eine Infrarotheizung. Die Bezeichnung wurde im 19. Jahrhundert für Rippenheizkörper verwendet, die tatsächlich Strahlungsheizungen waren.
Der Hohlraum zwischen den Rippen und Gliedern wurde dann aber so verringert, dass die Luft sehr stark direkt erwärmt wurde. Später wurden die Rippenglieder dann durch Plattenglieder ersetzt. Gliederheizkörper dieser Art sind Konvektoren, da sie die Raumtemperierung durch Luftzirkulation überlagern.
Strahlungswärme gibt es nach Physik nicht. Denn Strahlung als solche ist temperaturlos. Die richtige Bezeichnung lautet Wärmestrahlung. Strahlungswärme ist aber ein häufig genutztes Suchwort. Die eigentlich falsche Bezeichnung wird deshalb gelegentlich auch in diesem Buch verwendet.
Konvektion bezeichnet die Wärmeübertragung durch aufsteigende Luft.
Wie funktioniert eine Infrarotheizung?
Unabhängig davon, welche Lufttemperatur jeweils gewünscht wird, ist das Raumklima beim Infrarotheizen durch folgende thermische Struktur geprägt:
Die Luft ist gleichmäßig warm.
Die Raumflächen sind gleichmäßig warm.
Die Flächen sind wärmer als die Luftschichten.
Die durchschnittliche Differenz zwischen Luftund Flächentemperatur beträgt nur 1 °C bis 2 °C
Das wesentliche Merkmal dieser Temperatur-Verteilung ist eine optimale Ausgewogenheit des Raumklimas.
Ein so ideales Heizergebnis ist durch direkte Luftbeheizung nicht erreichbar. Warum gelingt es dann aber beim Infrarotheizen?
Das Wichtigste zuerst
Für das Verständnis der Wirkungsweise der Infrarotheizung ist der Infrarot-Strahlungsaustausch der Innenraumflächen wichtiger als der Heizstrahler als solcher. Denn ohne den IR-Strahlungsaustausch wäre es überhaupt nicht möglich, Gebäude durch Infrarotstrahlung zu beheizen. Wird der Strahlungsaustausch der Innenraumflächen ignoriert, gerät man bei Fragen und Überlegungen zur Wirkungsweise der Infrarotheizung zwangsläufig in Erklärungsnot:
Die Denkfalle
Durch Vergleich mit Konvektionsheizungen kann die Vorstellung entstehen, dass Infrarotheizungen die Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung "selbst erzeugen". Denn bei Konvektionsheizungen wird ja die Luft aktiv erwärmt und als Wärmeverteiler eingesetzt.
Das legt den Schluss nahe, eine Infrarotheizung müsse das ausgewogene Raumklima ebenfalls mit irgendeiner technischen Operation erzwingen. Um eine solche Leistung erbringen zu können, wären freilich dafür geeignete Heizkörper-Eigenschaften erforderlich.
Diese Betrachtungsweise hat schon viele an den Rand der Verzweiflung getrieben. Denn die direkte Leistungsfähigkeit einer Infrarotheizung ist sehr beschränkt:
Die Heizfläche gibt ihre Wärmestrahlung nur in einem begrenzten Winkel ab.
Die Konvektionsleistung ist gering, da weder Zirkulation noch Ventilation oder Bodenkonvektion erfolgt.
Andere Eigenschaften oder Komponenten, die eine gleichmäßige Wärmeverteilung leisten könnten, sind beim besten Willen weder an noch in einer Infrarotheizung zu finden. Die Ansicht, Infrarotheizungen müssten das ausgewogen warme Raumklima selbst produzieren können, kann somit durch die physischen Fähigkeiten der Heizung nicht bestätigt werden.
