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Infrarotheizung

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Definition: Sammelbegriff für Heizsysteme, die vorwiegend Wärmestrahlung (Infrarotlicht) abgeben

Englisch: infrared heating, radiant heating

Kategorien: Haustechnik, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 02.05.2010; letzte Änderung: 28.11.2016

Infrarotheizungen (oder Strahlungsheizungen) sind Heizsysteme, die vorwiegend Wärmestrahlung (Infrarotlicht) abgeben, anstatt z. B. Luft zu erwärmen und durch Konvektion im Raum zu verteilen. Der Begriff klärt also nur die Art der Wärmeabgabe, aber nicht die der Wärmeerzeugung. Streng genommen ist Wärmestrahlung keine Wärme, weswegen der Begriff Strahlungswärme etwas ungenau ist. Jedoch entsteht Wärme dort, wo Infrarotstrahlung auf Gegenstände trifft und von diesen absorbiert wird. An den erwärmten Gegenständen wird schließlich dann auch die Raumluft erwärmt.

Elektroheizungen werden oft als Infrarotheizung verkauft, um die Nachteile der elektrischen Wärmeerzeugung zu verschleiern. Zum Teil ist bei ihnen die Wärmeabgabe über Strahlung noch nicht einmal dominant.

Besonders groß wird der Anteil der in Form von Wärmestrahlung abgegebenen Heizleistung, wenn ein Heizelement mit hoher Temperatur verwendet wird und gleichzeitig die Luftkonvektion behindert wird, z. B. durch ein entsprechendes Gehäuse. Dies ist besonders leicht möglich mit Elektro-Heizstrahlern (Quarzstrahlern), die eine Heizwendel in einem Quarzglasstab enthalten. In der Tat sind viele Infrarotheizungen von der Wärmequelle her Elektroheizungen, und zwar Elektro-Direktheizungen. Der Artikel über Elektroheizung diskutiert die damit resultierenden Nachteile, insbesondere die geringe Systemeffizienz und die daraus resultierenden ökonomischen und ökologischen Nachteile. Teilweise wird mit Begriffen wie Infrarotheizung und Wärmewellenheizung versucht, diese Umstände zu verschleiern. Häufig wird der Begriff sogar irreführend für solche Heizkörper verwendet, bei denen die Wärmestrahlung schwächer wirkt als die Luftkonvektion.

Man beachte, dass fast alle Heizsysteme zu einem gewissen Grad auch Wärmestrahlung abgeben, ohne deswegen unbedingt als Infrarotheizung bezeichnet zu werden. Dies trifft z. B. für Kachelöfen und besonders für Kaminfeuer zu. Auch eine Deckenheizung z. B. mit Deckenstrahlplatten gibt vorwiegend Strahlungswärme ab, da eine Luftkonvektion in diesem Fall kaum auftritt.

Gasbefeuerte Infrarotheizungen; Heizpilze

Eine Infrarotheizung ist auch mit Gasbrennern (meist auf der Basis von Erdgas oder Flüssiggas) möglich. Industriehallen können beheizt werden mit Geräten, bei denen ein nach unten strahlender Körper mit einem Gasbrenner stark erhitzt wird. So wird ein wesentlicher Teil der Heizleistung in nach unten gerichtete Infrarotstrahlung umgewandelt. Erhebliche Verluste entstehen sowohl durch in anderen Richtungen entweichende Infrarotstrahlung als auch über das Abgas. Allerdings wäre eine Warmluftheizung unter Umständen noch ineffizienter, wenn z. B. die Halle nicht gut abgeschlossen werden kann, so dass Warmluft sofort entweichen könnte.

Ein Heizpilz im Garten mag zur Gemütlichkeit beitragen, kann aber eine ähnliche Heizleistung erfordern wie die Beheizung eines ganzen Hauses.

Nach dem gleichen Prinzip arbeiten mit Flüssiggas betriebene Heizpilze, die häufig z. B. bei Gartensitzplätzen genutzt werden. Die Infrarotstrahlung kann unter oder nahe einem Heizpilz sitzende Personen treffen, wird dann auf der Kleidung und der Haut absorbiert, wobei Wärme entsteht. Auf diese Weise lässt sich ein Heizeffekt sogar im Freien erzielen, wo die Erzeugung von Warmluft (die unmittelbar nach oben abziehen würde) sinnlos wäre. Trotzdem ist die Verwendung von Heizpilzen im Freien als große Energieverschwendung anzusehen, da hier für das gemütliche Sitzen von wenigen Personen eine zusätzliche Heizleistung aufgewendet wird, die sonst für ein ganzes Einfamilienhaus ausreichen könnte. In wesentlicher Teil der erzeugten Wärme entweicht übrigens ungenutzt über das heiße Abgas und über die Luft, die an den heißen Teilen vorbeistreicht und dann nach oben steigt.

Hellstrahler und Dunkelstrahler

Infrarot-Heizgeräte Arbeiten mit unterschiedlich hohen Temperaturen der die Wärmestrahlung abgegebenen Flächen. Wenn diese Temperatur relativ hoch ist – beispielsweise über 800 °C –, sieht man die Heizelemente im Betrieb deutlich glühen (rot, orange oder bei besonders hohen Temperaturen sogar gelb), weil ein kleiner Teil der Abstrahlung (meist weit unter 1 %) in Form sichtbaren Lichts geschieht. Hier spricht man von sogenannten Hellstrahlern. Die Abstrahlung kann entweder direkt durch einen elektrischen Heizdraht erfolgen (der häufig innerhalb einer transparenten Quarzröhre liegt) oder indirekt beispielsweise durch eine hoch erhitzte Keramikplatte.

Wenn dagegen die Temperatur wesentlich niedriger ist (z. B. unter 300 °C), entsteht zwar immer noch gut spürbare Wärmestrahlung (etwa man mit der Hand in die Nähe kommt), jedoch praktisch kein sichtbares Licht; bei solchen Geräten spricht man von Dunkelstrahlern. Hier wird die Wärme beispielsweise von Keramikplatten oder metallischen Körpern abgestrahlt, die von der anderen Seite her beheizt werden.

Die pro Fläche des abstrahlenden Elements abgegebene Wärmeleistung hängt stark von der Temperatur des Heizelements ab. Dies bedeutet, dass ein Hellstrahler die gleiche Heizleistung mit einer wesentlich geringeren Fläche des Heizelements erzielen kann. Mit diesem Ansatz sind also wesentlich kompaktere Bauweisen möglich. Damit wird auch die Betriebstemperatur meist relativ kurz nach dem Einschalten erreicht. Außerdem kann die Wärmestrahlung dann beispielsweise mithilfe von Reflektoren besser gebündelt werden. Damit ist es beispielsweise möglich, selbst über eine Entfernung von einigen Metern noch eine relativ geringe Fläche des Strahls und somit eine konzentrierte Beheizung zu erzielen. Dies kann beispielsweise bei einem im Badezimmer aufgestellten Infrarotstrahler günstig sein, der gezielt den Bereich beim Waschbecken beleuchten soll. Dagegen ist es bei der Beheizung eines größeren Bereichs kein Vorteil; dort wünscht man eher die verteilte diffuse Strahlung eines Dunkelstrahlers.

Ein Nachteil von Hellstrahlern ist, dass eine höhere Gefahr von Verbrennungen bei Berührung oder auch der Auslösung eines Brandes besteht. Ein Stück weit können solche Gefahren mit einem Berührungsschutz vermieden werden; damit kann immerhin die direkte Berührung eines Heizelements verhindert werden. Beispielsweise werden Quarzstäbe, die eine elektrische Heizwendel enthalten und im Betrieb sehr heiß werden, häufig hinter einem metallischen Gitter montiert. Dagegen werden Dunkelstrahler häufig ohne Berührungsschutz verwendet und lassen sich dann auch optisch oft besser z. B. in eine Decke integrieren.

Strahlplattenheizungen mit Wärmezufuhr durch heißes Wasser sind grundsätzlich Dunkelstrahler mit relativ niedriger Temperatur und müssen entsprechend große Flächen haben.

Die Verschwelung von Staub und damit die Bildung unangenehmer Gerüche ist sowohl bei Hellstrahlern als auch bei Dunkelstrahlern kaum vermeidbar, da sie bereits ab Temperaturen von gut 50 °C erfolgt. Hellstrahler sind diesbezüglich tendenziell sogar günstiger, da auf kompaktere Heizelemente insgesamt weniger Staub gerät.

Strahlungswirkungsgrad

Der Strahlungswirkungsgrad sagt praktisch nichts über die Energieeffizienz aus, sondern nur über den Anteil der abgegebenen Wärmestrahlung!

Der Anteil der Wärmeabgabe eines Heizkörpers, der in Form von Wärmestrahlung geschieht, wird als Strahlungswirkungsgrad bezeichnet. Je höher dieser Strahlungswirkungsgrad ist, desto berechtigter ist die Bezeichnung “Infrarotheizung”. Über die Energieeffizienz ist damit jedoch nichts ausgesagt, da es stark von der Situation abhängt, in wieweit die Wärmeabgabe über Konvektion ebenfalls nützlich ist oder ob die Zufuhr von Wärmestrahlung effizienter ist als durch Konvektion.

Der Artikel über Strahlungswirkungsgrad enthält weitere Details.

Infrarotheizung als Grundbeheizung

Es ist technisch möglich, ein ganzes Gebäude mithilfe von Infrarotheizgeräten im Winter warm zu halten. Diese Geräte werden dann also nicht für eine zeitlich und räumlich gezielte Zusatzbeheizung genutzt, sondern zur Grundbeheizung. Soweit es sich um Elektroheizgeräte handelt, ist dies freilich energetisch sehr ungünstig:

Die Behauptung, die Grundbeheizung eines Gebäudes würde mit einer Infrarotheizung viel geringere Mengen von Heizwärme brauchen, ist falsch!

Für die Hersteller von Infrarotheizgeräten ist es natürlich vorteilhaft, wenn diese Geräte möglichst flächendeckend eingesetzt werden, weswegen der Einsatz für die Grundbeheizung immer wieder mit äußerst zweifelhaften Argumenten und Behauptungen propagiert wird. Beispielsweise wird immer wieder darauf hingewiesen, dass man mit der Infrarotheizung nicht die Raumluft erwärme, sondern direkt die Gegenstände, und deswegen mit einer niedrigeren Raumtemperatur auskomme. Mit letzterem ist die Temperatur der Raumluft gemeint, aber deren Absenkung kann allenfalls die Lüftungsverluste etwas vermindern; zumindest bei nicht speziell wärmegedämmten Gebäuden sind aber die Transmissionswärmeverluste dominierend, und diese können kaum abnehmen, wenn man die Wände mit Infrarotstrahlung warm hält.

Gezielte Wärmeabgabe

Unter bestimmten Umständen können Infrarotheizungen energieeffizienter als andere Heizsysteme eingesetzt werden, selbst wenn die (z. B. elektrische) Wärmeerzeugung ineffizient ist:

Infrarotheizkörper erlauben eine räumlich und zeitlich sehr gezielte Wärmezufuhr. Das kann ihre Anwendung effizient machen.

Infrarotstrahler

Abbildung 1: Ein kleiner Infrarotstrahler im Badezimmer, für wenige Minuten am Tag betrieben, verhindert das Frösteln nach dem Duschen auf effiziente Weise.

Dagegen entsteht durch die generelle Verwendung einer Infrarotheizung z. B. für die Grundbeheizung eines Wohnhauses höchstens ein geringfügiger energetischer Vorteil dadurch, dass die Raumtemperatur ein wenig tiefer gehalten werden kann. Dies verkehrt sich rasch in einen großen Nachteil, falls die Wärmeerzeugung ineffizient ist, was insbesondere für Elektroheizungen zutrifft.

Man beachte auch, dass häufig auch Außenwände von Infrarotheizungen angestrahlt werden. Dann liegt die Temperatur der Wandoberfläche oberhalb der Lufttemperatur, und die Verluste durch Wärmeleitung können entsprechend erhöht sein. (Die reduzierte Lufttemperatur kann dann allenfalls die Lüftungsverluste reduzieren.) Zwar wird teils behauptet, die Wärmeleitfähigkeit der Wände würde durch den Trocknungseffekt so reduziert, dass die Verluste durch Wärmeleitung dennoch zurückgehen. Dies ist allerdings fragwürdig, zumal die Wände normalerweise ohnehin trocken sein sollten.

Anstrahlen von Fenstern

Auch wenn ein Infrarotstrahler auf ein Fenster gerichtet ist, führt dies zu vermehrten Wärmeverlusten. Zwar ist das Fenster für den Großteil der Wärmestrahlung undurchlässig. Jedoch wird die Wärmestrahlung vom Glas zu einem großen Teil nicht reflektiert, sondern absorbiert, so dass das Glas erwärmt wird. Dies führt dann zu erhöhten Wärmeverlusten nach außen.

Komfortaspekte

Ein durch eine Heizung erhöhtes Niveau an Wärmestrahlung in einem Raum wird im Winter häufig als angenehm empfunden – angenehmer als stärker erwärmte Luft. Es wird so auch bei einer etwas tieferen Raumtemperatur eine gute Behaglichkeit erreicht. Allerdings ist diese Art von Erwärmung ungleichmäßiger, wenn sie von nur einem Ofen ausgeht.

Wärmestrahlung kann angenehm sein, aber zu viel davon ist unangenehm insbesondere für die Augen.

Zu starke Wärmestrahlung kann den Komfort auch beeinträchtigen. Unangenehm ist es, von einer Seite stark angestrahlt zu werden, während die andere Körperseite kalt bleibt. (Dieser Effekt tritt z. B. an Lagerfeuern auf.) Außerdem kann eine unangenehme Reizung der Augen auftreten. Dies kommt oft bei Heizstrahlern vor, aber auch bei manchen Holzöfen (z. B. Schwedenöfen), die recht hohe Oberflächentemperaturen erreichen. Ein weiterer Effekt hoher Oberflächentemperaturen ist, dass Staub verschwelt wird, was zur Geruchsbildung führt.

Literatur

[1]“Vergleich Energieeffizienz: Infrarot-Heizung versus Wärmepumpen-Heizung”. Studie im Auftrag der Konferenz der Ostschweizer Energiefachstellen. Autoren: Sebastian Klauz, Iwan Plüss, Urs-Peter Menti, Hochschule Luzern, Technik & Architektur, August 2010

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Heizstrahler, Wärmestrahlung, Wärmewellenheizung, Strahlungswirkungsgrad, Elektroheizung, Handtuchtrockner
sowie andere Artikel in den Kategorien Haustechnik, Wärme und Kälte

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