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Strahlungswirkungsgrad

Definition: der Anteil der Heizleistung eines Heizkörpers oder Heizgeräts, der in Form von Wärmestrahlung abgegeben wird

Englisch: radiation efficiency

Kategorien: Energieeffizienz, Grundbegriffe, Wärme und Kälte

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 22.11.2016; letzte Änderung: 03.11.2018

Unter dem Strahlungswirkungsgrad eines Heizkörpers – insbesondere im Zusammenhang mit Infrarotheizungen – versteht man den Anteil der Wärmeleistung, der in Form von Wärmestrahlung (also Infrarotlicht) abgegeben wird. Die restliche Wärmeleistung trägt entweder zur direkten Erwärmung der Raumluft bei (wobei die erwärmte Luft in der Regel nach oben steigt, also zur Konvektion beiträgt) oder wird beispielsweise in eine Wand oder Decke abgeleitet, an der der Heizkörper befestigt ist.

Praktisch jeder Heizkörper gibt einen Teil seiner Leistung als Wärmestrahlung ab. Der Anteil der Wärmestrahlung hängt allerdings erheblich von der Konstruktion ab, außerdem oft auch stark von den Betriebsbedingungen – beispielsweise von der Art der Aufstellung (senkrecht an einer Wand oder waagrecht unterhalb einer Decke) sowie von der Betriebstemperatur.

Ein hoher Strahlungswirkungsgrad kann vor allem erreicht werden, indem man die Wärmeabgabe an die Raumluft möglichst gering hält. Man verwendet also keine Rippenstrukturen mit hoher Oberfläche (wie bei Konvektoren), sondern glatte Oberflächen, und bringt diese vorzugsweise an Decken an, da dann keine großflächige Konvektion im Raum angeregt werden kann. Außerdem sollte durch eine Wärmedämmung hinter dem Gerät die Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung minimiert werden. Mit solchen Methoden sind vor allem für elektrische Heizkörper Strahlungswirkungsgrade deutlich oberhalb von 50 % möglich. Inwieweit dies dann energetische oder finanzielle Vorteile bringt, hängt allerdings stark von den jeweiligen Umständen ab (siehe unten).

Messung des Strahlungswirkungsgrads

Um den Strahlungswirkungsgrad eines Heizkörpers zu messen, muss man einerseits die Leistung der abgegebenen Wärmestrahlung messen und andererseits entweder die gesamte abgegebene Wärmeleistung oder aber (was das gleiche ergibt) die aufgenommene Leistung.

Die Leistung der Wärmestrahlung lässt sich beispielsweise mithilfe einer Wärmebildkamera ermitteln, was allerdings nicht trivial ist; beispielsweise muss man die unterschiedliche Strahlungsintensität in verschiedenen Richtungen dabei angemessen berücksichtigen. Verlässliche Messwerte können nur mit relativ teurer Ausrüstung und einer sorgfältigen Durchführung der Messungen erzielt werden. Hierfür gibt es auch Normen, beispielsweise die DIN EN 416-2.

Die aufgenommene Leistung ist vor allem bei elektrischen Heizkörpern leicht zu ermitteln, z. B. mithilfe eines Stromzählers. Bei einem mit warmem Wasser versorgten Heizkörper müsste man den Volumenstrom des zugeführten Wassers sowie die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf ermitteln – dies natürlich im stationären (“eingeschwungenen”) Zustand.

Zusammenhang mit der Energieeffizienz der Beheizung und den Heizkosten

Zunächst einmal sagt der Strahlungswirkungsgrad nichts über die Energieeffizienz der Erzeugung der Heizwärme aus. (Beispielsweise ist die Erzeugung von Elektrowärme energetisch ineffizient.) Trotzdem kann ein hoher Strahlungswirkungsgrad energetisch günstig sein, wenn durch eine effizientere Wärmeverteilung weniger Heizwärme benötigt wird.

In manchen Fällen ist der Strahlungswirkungsgrad entscheidend für die Energieeffizienz der Beheizung. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Wärmeabgabe an die Raumluft nur wenig nützlich ist – beispielsweise in einem Zelt oder in einer nach außen nicht gut abgeschlossenen Industriehalle, wo erwärmte Luft häufig schnell nach oben oder sonstwo entweichen kann. Für solche Anwendungen sollten also unbedingt Heizkörper bzw. Heizgeräte mit möglichst hohem Strahlungswirkungsgrad ausgewählt werden.

Wenn dagegen beispielsweise ein gewöhnlicher Wohnraum beheizt wird, ist der Einfluss der Strahlungswirkungsgrads auf die Energieeffizienz (und damit auf den Heizwärmebedarf) viel geringer – und immer noch deutlich von den jeweiligen Umständen abhängig:

  • Im direkten Strahlungsbereich solcher Heizkörper fühlt man sich warm, selbst wenn die Temperatur der Raumluft relativ niedrig ist. Dies erlaubt eine Absenkung der Raumtemperatur, was zunächst einmal die Lüftungsverluste des Raums reduziert. Idealerweise würde man immer gezielt die Bereiche beheizen, in denen sich gerade Personen aufhalten, und andernorts nur eine deutlich reduzierte Grundbeheizung vornehmen. Dies ist allerdings meist wenig praktikabel. Allenfalls könnte man eine Wohnung grundsätzlich eher knapp beheizen und zusätzlich gezielt Infrarotheizkörper dort in Betrieb nehmen, wo sich Personen zu kalt fühlen – beispielsweise morgens und abends für einige Minuten im Badezimmer. Hierfür sind Heizgerät mit hohem Strahlungswirkungsgrad geeigneter als andere.
  • Inwieweit auch Transmissionsverluste (die in den meisten Fällen die wichtigsten Wärmeverluste sind) durch eine Strahlungsheizung reduziert werden können, hängt davon ab, inwieweit die Wärmestrahlung auch Außenwände trifft. Wenn dies nur zu einem geringen Ausmaß der Fall ist, können die Transmissionsverluste abnehmen, da die Außenwände genauso wie die Raumluft relativ kühl bleiben.
  • Teils wird allerdings behauptet, gerade eine Infrarot-Beheizung von Außenwänden würde Wärmeverluste verringern, weil die Wände dadurch trockener werden und damit ihr Wärmeübergangskoeffizient (U-Wert) sinkt. Dieser Effekt ist theoretisch denkbar, jedoch quantitativ gesehen wenig plausibel und nach Kenntnis des Autors nicht überzeugend nachgewiesen. Zunächst einmal dürften Wände selten so feucht sein, dass ihre Wärmeleitfähigkeit tatsächlich substanziell zunimmt. (Sonst müssten auch erhebliche Schimmelprobleme entstehen.) Wenn dieser Effekt so stark wäre, dass er wesentlich hilft, sollte er außerdem auch bei konventionellen Zentralheizungen dazu führen, dass stärkeres Heizen den Wärmebedarf womöglich sogar reduziert, denn auch eine Reduktion der relativen Luftfeuchtigkeit durch die Beheizung der Luft sowie eine Erhöhung der Wandtemperaturen sollte die Wände austrocknen. Solche Einsparungen entsprechen aber nicht der Erfahrung.

In der Praxis dürfte bei der Beheizung von Wohnräumen der energiesparende Effekt der Strahlungsheizung ziemlich geringfügig sein, wodurch auch die Bedeutung des Strahlungswirkungsgrad natürlich entsprechend gering ist. Jedenfalls konnte eine unabhängige Studie [1] die teils dramatischen Einsparungen im Heizwärmebedarf, die diverse von Herstellern präsentierte (also nicht unabhängige) Studien behaupten, nicht bestätigt werden.

Dieser Sachverhalt ist wichtig im Zusammenhang mit der Frage, wie sich Elektro-Infrarotheizungen bezüglich Energiebedarf und Heizkosten von Elektrospeicherheizungen unterscheiden. Hersteller von Elektro-Infrarotheizungen behaupten oft, mit ihren Geräten könnte der Heizwärmebedarf massiv tiefer ausfallen als mit einer Nachtspeicherheizung. Wie oben ausgeführt, ist dies allerdings wenig glaubhaft – außer wenn die Nachtspeicherheizung massive Verteilungsverluste in nicht wärmegedämmten Rohrleitungen aufweisen würde, was aber in der Praxis meist nicht der Fall ist.

Was die Heizkosten betrifft, könnten etwaige Einsparungen beim Heizwärmebedarf und somit beim Strombedarf dadurch zunichte gemacht werden, dass höhere Stromtarife gezahlt werden müssen. Anders als die Elektrospeicherheizungen braucht eine Elektro-Direktheizung zum nämlich in der Regel Strom rund um die Uhr und nicht nur zu tariflich begünstigten Zeiten.

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: Wärmestrahlung, Wirkungsgrad, Energieeffizienz, Heizkörper, Infrarotheizung, RP-Energie-Blog 2015-09-08
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieeffizienz, Grundbegriffe, Wärme und Kälte

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