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Infrarot Studie

Indirekte Zitate des folgenden Textes sind aus "Forschungsprojekt Vergleichsmessung IR-/Gasheizung, Dr.-Ing. Peter Kossack, Technische Universität Kaiserslautern" entnommen. Die folgenden Inhalte und indirekten Zitate wurden basierend auf Werten der Studie erstellt und um Informationen des Unternehmens Elektro Loos ergänzt.
>>Die Studie können Sie hier herunter laden.<<

Welche Temperatur ist behaglich?

Für die Behaglichkeit spielen bei Lufttemperaturen um 20°C herum erst relative Luftfeuchten von unter 30% oder über 70% eine Rolle (DIN 1946).

Die optimale operative Temperatur hängt im Wesentlichen noch von der Aktivität und Bekleidung des Menschen ab. Bei sitzender Tätigkeit und leichter Bekleidung ist beispielsweise die operative Temperatur bei 21,5°C optimal.

Tendenziell werden höhere Strahlungstemperaturen gegenüber höheren Lufttemperaturen als angenehmer empfunden. Ein Heizungssystem wie die Suntherm Infrarotheizung, das grundsätzlich höhere Strahlungstemperaturen als Lufttemperaturen erzeugt, ist aus Behaglichkeitsgründen also vorzuziehen.

Heizung und Allergiker

Je niedriger der Konvektionsanteil desto besser für den Allergiker. Den prinzipbedingt niedrigsten Konvektionsanteil hat die Infrarotstrahlungsheizung. Insbesondere die Anwendung der Infrarot-C-Strahlung, wie sie auch bei Infrarot-Saunen Anwendung findet, ist in der Schmerz-Therapie, bei Überbelastungen des Bewegungsapparates und bei der Behandlung von Durchblutungsstörungen gut untersucht. Eine Infrarotstrahlungsheizung hat also tendenziell einen positiven medizinisch-therapeutischen Effekt.

Regenerative Heizung

Der regenerative Anteil in der Stromversorgung beträgt mittlerweile mehr als 15%. In die Erdgasleitungen werden regional unterschiedliche, allerdings generell noch geringe Anteile von wenigen Prozenten an Biogas regeneriert.

Qualitätsunterschiede

Grundsätzlich ist die Verteilung von Konvektions- und Strahlungsanteil von der Oberflächentemperatur, Oberflächenbeschaffenheit und der Bauform des Heizkörpers abhängig (der Strahlungsanteil bei Suntherm Produkten ist über 90%).

Vorteile der Suntherm Infrarotstrahlungsheizung

Die Vorteile bei einer echten Strahlungsheizung:

  • kein Platzbedarf für Raumheizkörper im Aufenthaltsbereich
  • keine Staubansammlung auf Heizkörpern
  • kleiner Temperaturgradient über der Raumhöhe
  • geringere Lufttemperatur als bei der klassischen Konvektionsheizung, daraus ergibt sich eine physiologisch günstige Erwärmung des Menschen
  • kein oder geringer Niederschlag von Feuchtigkeit an Bauteilen, das verringert Schimmelbildung

Eine energiesparende Heizung mit Regler sollte daher entgegen landläufiger Meinung eine möglichst kleine Speichermasse in den Heizkörpern oder Heizflächen haben (Eine Suntherm 350W Platte hat ein Gewicht con ca. 4kg. Es gibt vergleichbare Platten am Markt mit bis zu 12kg).

Eine grosse Speichermasse bei Infrarotstrahlern führt dazu, dass der Strahler jeweils nach jedem Einschalten und nach jedem Ausschalten durch die Regelung lange Zeit im Temperaturbereich zwischen Umgebungstemperatur (Lufttemperatur) und 60°C verbleibt. D.h. man hat es mit langen Aufheiz- und Abkühlzeiten von deutlich über 5 Minuten zu tun, statt idealerweise weniger als eine 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 nahe 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. In der Regel entsteht bei bodennaher Montage zusätzlich durch großflächige Konvektion ein Luftschleier, ähnlich wie bei der Heizleiste.

Einordnung der Infrarotheizung

Die abgegebene Strahlung einer Infrarotheizung entspricht der natürlichen Infrarot-Strahlung im Sonnenlicht unterhalb des sichtbaren Bereichs. Suntherm ist einzuordnen unter die diejenigen unter Verwendung von stromdurchflossenen Carbonfolien, die in einem Rahmen aufgehängt sind. solche Infrarot Flächenheizungen werden in der vorliegenden Untersuchung verwendet.

Gerade in Altbauten sorgen sogenannte Wärmebrücken für die Auskühlung nach außen. Die Wärmeverluste entstehen sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf des Heizwasserkreislaufs. In Altbauten, besonders solche mit veralteten Brennern, können durch schlechte Isolierung so hohe Verluste auftreten, dass weniger als die Hälfte der Primärenergie als Nutzenergie in der Raumluft übrigbleibt.

Im Haus wird die ankommende elektrische Energie in den Infrarotstrahlern in Wärmestrahlungsenergie (Infrarotstrahlung) als Nutzenergie umgewandelt und direkt in die Wohnräume abgestrahlt. Die direkte Aufheizung der Luft wie bei den Radiatoren wird vernachlässigt. Es entsteht vergleichsweise wenig Konvektion. Die Infrarotstrahlung heizt überwiegend direkt die Oberflächen der Wände, Decken und Böden sowie die 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.

Untersuchungshypothese

Der wichtigste Unterschied in beiden Energieflüssen besteht darin, dass bei der Infrarotheizung ab Hausanschluß bis zur Nutzenergieform keine Verluste mehr auftreten. Darüberhinaus ist die Infrarotstrahlung besser geeignet als aufgeheizte Luft, um für eine behagliche Raumtemperierung zu sorgen (Stichwort operative Temperatur).

Es wird angenommen, dass zur Erzeugung einer behaglichen Raumtemperierung im Falle der Infrarotheizung eine deutlich kleinere Menge an Energie, gemessen in kWh, benötigt wird als bei der Gasheizung. Dies könnte dazu führen, dass die Infrarotheizung bei der momentanen Preisentwicklung gleich teuer oder sogar billiger in den Betriebskosten ist als eine Gasheizung. Gleichzeitig könnte die Infrarotheizung trotz Einbeziehung der Kraftwerksverluste im Verbundnetz in der CO2-Bilanz gleich gut oder besser abschneiden.

Das Meßobjekt ist eine 102,6m2 Erdgeschosswohnung.

Die Standorte wurden so gewählt, dass möglichst gleichzeitig

  • ein gleichmäßiges "Ausleuchten" des Raumes
  • Vermeidung von Strahlungsasymmetrien
  • eine Kompensation der relativ geringen Strahlungstemperatur der Fensterflächen und
  • der Vermeidung der direkten Anstrahlung der Fensterflächen (höchster Wärmeverlust)

gegeben ist.

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

Die Behaglichkeit ist zugleich abhängig von der Lufttemperatur und von der durchschnittlichen Wand- und Fensteroberflächentemperatur. Bei gleicher subjektiver Behaglichkeit konnte 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.

Ergebnisse

Im Verhältnis zu Niedertemperatur-Gasheizug (NTG) beträgt der Energieverbrauch der Infrarotheizung (IR) nur 34,1%, zur Gasheizung in Brennwerttechnik nur 37,9%. Das heißt, der Endenergieverbrauch der Gasheizung beträgt mehr als das 2,5fache derjenigen der Infrarotheizung.

Der wohnflächenbezogene Gesamtverbrauch der Infrarotheizung im Meßzeitraum war 7305,92 kWh/102,6m2 = 71,21 kWh/m2.

Der wohnflächenbezogene korrigierte Gesamtverbrauch der Gasheizung im Meßzeitraum war 33542,33 kWh/160,7m2 = 208,73 kWh/m2.

Die infrarotbeheizten Wandoberflächen wurden auf mindestens 19°C gehalten und ware durchschnittlich immer höher als die Lufttemperatur. Durch die hohen Oberflächentemperaturen wurde außerdem die Aufnahme von Wasserdampf durch die Wände weitesgehend unterbunden.

Feuchtes mauerwerk hat gegenüber trockenem 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 der Dämmwert stark angehoben.

Die Strompreise sind in den letzten 10 Jahren seit der Liberalisierung der Märkte um durchschnittlich ca. 2,25% pro Jahr, die Gaspreise um ca. 7,1% pro Jahr gestigen. Die Koppelung der Gas- an die Ölpreise wird in absehbarer Zeit erhalten bleiben und beide fossilen Brennstoffe werden weiter im Preis steigen. Daher wird auch in Zukunft der Gaspreis deutlich schneller steigen als der Strompreis.

Emissionen Ergebnisse

Wohnflächenbezogene CO2-Emission der IR: 541 g/kWh * 71,21 kWh/m2 = 38,52 kg/m2.

Wohnflächenbezogene CO2-Emission der BW-Gasheizung: 249 g/kWh * 187,85 kWh/m2 = 46,77 kg/m2.

Der Unterschied zwischen beiden Werten ist hinreichend groß, so dass die generelle Aussage möglich ist, dass die Infrarotheizung bezüglich CO2-Emissionen besser abschneidet als die Gasheizung. Dies gilt erst recht bei Verwendung von 100% regenerativem Strom.

Fazit

Wie in den einleitenden Informationen zum Thema Energieformen und Nachhaltigkeit ausführlich dargestellt, ist in erster Linie wesentlich, ob eine Energie regenerativen Quellen entspringt oder nicht. Das macht die ökologische Qualität einer Energieform aus. Gerade die potenzialreichsten regenerativen Energiequellen wie Sonne und Wind lassen sich besonders leicht zur Gewinnung elektrischer Energie einsetzen. Die Endenergie in Form von elektrischem Strom aus regenerativen Quellen muss deshalb höchste Priorität haben.

Eine mit 100% regenerativ erzeugtem elektrischem Strom betriebene Infrarotheizung ist eine der nachhaltigsten Heizungen überhaupt. Da die Kosten für 100% regenerativen Haushaltsstrom inzwischen mit konventionellen Angeboten gleichgezogen haben, gibt es hier auch keinen ökonomischen Hinderungsgrund mehr, diesen dem klassischen Strom-Mix vorzuziehen.


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 Teil der Besucher ausmachten, positiv vermerkt
  • warme Füsse (im Gegensatz zu vorher mit der Konvektionsheizung)
  • frische (kühle) Luft
  • molllige 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.

Weitere Qualitätskriterien, die für Infrarotheizung sprechen, sind:

  • geringe Investitionskosten
  • keine Nebenkosten (z.B. Schornsteinfeger)
  • Warungsfreiheit
  • 100% regenerativ betreibbar