Strahlungsheizung

Historischer elektrischer Heizstrahler („Heizsonne“)

Strahlungsheizung in einer Flugzeugwartungshalle

Eine Strahlungsheizung oder Wärmewellenheizung ist eine Heizung, deren überwiegende Wärmeabgabe durch Wärmestrahlung erfolgt. Man unterscheidet zwei grundsätzlich verschiedene Bauformen, die Hochtemperaturstrahler und die Niedertemperaturheizkörper.

Allgemein

Anwendung

Das Wirkungsprinzip (Heizung durch abgestrahlte Wärmeenergie) kann in Gegenüberstellung zur Konvektionsheizung erklärt werden, welche zum überwiegenden Teil die Raumluft als Wärmeträger nutzt und dazu erwärmt. Bei der Strahlungsheizung wird die Wärmeenergie durch Wärmestrahlung direkt übertragen, sie funktioniert auch bei Abwesenheit von Übertragungsmedien (Vakuum). Der Übergang von der Strahlungsheizung zur Konvektionsheizung ist jedoch fließend, da eine Strahlungsheizung über die warmen Bauteile auch die Luft erwärmt und eine Konvektionsheizung auch Wärmestrahlung abgibt.

Vorteile der Strahlungsheizung im Wohnbereich sind die geringere Raumlufttemperatur (bei gleichem subjektiven Wärmeempfinden der Bewohner) und die verminderte Luftumwälzung, was in der Regel zu einem angenehmeren Raumklima (weniger trockene Luft) und geringerer Staubbelastung führt. Bei ungünstigen Luftströmungsverhältnissen (frequentierte Durchgangsbereiche, hohe Räume) ist die Strahlungsheizung alleine aus anwendungstechnischen Gründen die Heizung der Wahl. Weitere Vorteile entstehen durch die nach dem Einschalten fast unmittelbar zur Verfügung stehende Wärme. Somit können Räume, die selten oder nur kurz benutzt werden, wenig oder gar nicht beheizt bleiben und beim Betreten trotzdem mit einigem Komfort benutzt werden.

Durch die Reduzierung des Energietransports mit Hilfe von erwärmter Luft reduzieren sich auch die dadurch verursachten Energieverluste (Lüften, Undichtigkeiten).

Physik

Das physikalisch korrekt ausgedrückte Wirkprinzip der Strahlungsheizung - bezogen auf den Strahlungsanteil - ist der Strahlungsaustausch des Strahlers mit seiner Umgebung. Bei im Vergleich zur Umgebung sehr kleinflächigen Hochtemperaturstrahlern kann die Rückwirkung der Umgebung auf den Strahler vernachlässigt werden. Gemäß dem Stefan-Boltzmann-Gesetz ist die abgestrahlte Leistung etwa abhängig von der vierten Potenz der Temperatur. Bei höheren Temperaturen (rot bis gelb glühende Heizelemente) ist der Strahlungsanteil groß und lässt sich durch optische Reflektoren richten und bündeln. Somit ist die nutzbare Exergie des Systems höher als bei Konvektion oder Wärmeleitung.

Niedertemperaturstrahler

Niedertemperaturstrahler sind in der Regel Heizkörper, über die anderweitig erzeugte oder gespeicherte Wärmeenergie emittiert wird. Das Übertragungsmedium ist in der Regel Wasser, welches durch Rohrleitungen den Heizkörper durchfließt, aber auch elektrische Heizmatten für kleinere Anwendungen (Badtemperierung) sind erhältlich. Als gängige Bauformen sind Fußboden-, Wand-, Deckenheizungssysteme (Metall-, GK- und Lehm-Schnellbauelemente) konfektioniert auf dem Markt, es gibt aber auch Sonderbauformen (z. B. Bauteilheizung) für spezielle Anforderungen.

Strahlungsheizkörper benötigen auf Grund ihres Funktionsprinzips eine wesentlich größere raumseitige Abstrahlfläche als ein Konvektorheizkörper. Sie können in raumbegrenzende Bauteile integriert sein (Vorteil: kein eigener Platzbedarf - Nachteil: schlechte Wartbarkeit) oder als flache Bauelemente auf Wand oder Decke appliziert sein (Vorteil: leichte Wartbarkeit - Nachteil: bei Wänden: evtl. Wegfall von Stellplatz).

Hochtemperaturstrahler

Handelsüblicher Hochtemperatur-Heizstrahler

Bei den Hochtemperaturstrahlern wird die Heizenergie am oder im Abstrahlbauteil erzeugt und mit hoher Temperatur abgestrahlt. Diese Heizungsform wird verwendet, um über einen größeren Abstand oder in größerem Umfang Heizenergie abzugeben. Beispiele dafür sind

• elektrische Heizstrahler, z. B. Badzusatzheizung und Wickeltischwärmer, sowie
• Gasheizstrahler, z. B. der katalytische Bauheizer, Terrassenstrahler (in der Alltagssprache auch Heizpilz genannt) und die industrielle Hallenarbeitsplatzheizung.

Durch die hohe Temperatur besteht zumindest Verbrennungsgefahr, in der Regel sogar Brandgefahr, der durch entsprechende Vorsichtsmaßnahmen (Abschirmung, Anbringung außerhalb des Arbeitsbereichs, Abstände zu anderen Gegenständen) begegnet werden muss.

Elektrischer Betrieb

Bei einer Strahlungsheizung erhitzt sich eine von elektrischem Strom durchflossene Heizwendel oder ein Heizstab und strahlt dadurch Wärme als Infrarotstrahlen ab. Hinter dem Glühkörper befindet sich ein Spiegel, der die Infrarotstrahlen in eine Richtung lenkt. Da der Glühkörper mehrere hundert Grad Celsius heiß wird, ist stets ein Berührungsschutz angebracht. Der Glühkörper ist vom Aufbau her eine um einen Keramikkern zur Isolation gegen Kurzschluss gewickelte Heizspirale. Die Heizspirale des Glühkörpers wird auch Glühwendel genannt.

Heute werden Infrarotheizstrahler in vielen Bereichen eingesetzt, z.B. in der Gastronomie und im privaten Bereich als Outdoor-Heizung, Zusatzheizungen in Badezimmern und überall dort, wo kurzfristig Wärme benötigt wird. Spezielle Wickeltisch-Heizstrahler sind für den Wickelplatz von Babys konzipiert, meist sind diese mit 600 W Heizleistung und mit Splitterschutz (wegen Quarz-Heizstab) ausgelegt. Neuere Geräte besitzen eine Abschalt-Automatik (meist nach 10 oder 20 Minuten Heizbetrieb).

Eine Sonderform des elektrischen Heizstrahlers ist die Rotlichtlampe, bei der die über den Glühfaden erzeugte Wärmeenergie gering genug ist, um aus kleinerem Abstand medizinisch wirken zu können. Aber auch hier ist eine Brandgefahr nicht auszuschließen (unbemerkter Stoffkontakt während der Bestrahlung).

Eine bedeutsame Sonderform des elektrischen Heizstrahlers ist die Glühlampe. Bei dieser Bauform wird zwar auch der größte Teil der eingesetzten Energie in Wärmestrahlung umgesetzt. Ein gemessen an anderen Bauformen hoher, gleichwohl insgesamt immer noch geringer Teil der Strahlung (ca. 5% der eingesetzten Energie) wird jedoch im sichtbaren Bereich des Spektrums emittiert. Dies gelingt, indem der Glühkörper in ein Schutzgas eingeschlossen wird, was höhere Temperaturen des Glühkörpers ermöglicht.

Infrarotheizungen

• siehe Infrarotstrahler

Literaturverweise

• KOLLMAR, A.; LIESE, W.: Die Strahlungsheizung, 4. Auflage. München: R. Oldenbourg 1957
• GLÜCK, B.: Strahlungsheizung – Theorie und Praxis. Berlin: Verlag für Bauwesen und Karlsruhe: C. F. Müller-Verlag 1982 (ISBN 3-7880-7157-5) Auszüge aus dem Buch Strahlungsheizung

Weblinks

• Beitrag des Schweizer Fernsehens zu Heizpilzen
• Glück, B.: Berechnung von Flächenheizungen und Flächenkühlungen unter Verwendung von Basiskennlinien für Fußböden, Wände und Decken
• Glück, B.: Berechnung des Strahlungsaustausches zwischen Raumumfassungen nach der Bruttomethode

Einzelnachweise