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Radiant heating - function, types and possible applications

29. September 2021
Modern industrial hall with machinery and equipment.

Klassische Heizungen, die Raumluft durch Konvektion erwärmen kennt jeder – die weißen Plattenheizkörper mit innenliegenden Wärmeleitblechen versorgen seit Jahrzehnten Millionen Wohnungen und Büros über warmes Wasser und Luft mit indirekter Wärme. Weit weniger bekannt sind sogenannte Strahlungsheizungen, auch Wärmewellenheizungen genannt. Ihr Funktionsprinzip unterscheidet sich von dem der klassischen Heizkörper grundlegend, da Wasser und Luft bei der Wärmeübertragung keine Rolle spielen. Stattdessen übertragen Strahlungsheizungen elektromagnetische Infrarot-Wärmestrahlung direkt auf Böden, Wände, Gegenstände und Personen. Ein Prinzip, das der Sonnenstrahlung ähnelt. Selbst bei kühler Umgebungstemperatur erwärmen Strahlungsheizungen Räume ideal. Zusätzlich sparen Nutzer von Strahlungsheizungen eine Menge an Energy.

Doch wie funktionieren Strahlungsheizungen überhaupt? Und welche Typen gibt es? Lesen Sie in unserem Beitrag alles über Strahlungsheizungen und warum sie besonders für Industrie- und Eventhallen die optimale Wahl sind.

Strahlungsheizungen – der Unterschied zwischen Hell- und Dunkelstrahlern

Heizungen, wie wir sie aus unserem privaten Umfeld kennen arbeiten mit Wasser, welches an einer zentralen Stelle erwärmt wird, durch den Heizkörper fließt und so den Raum erwärmt. Strahlungsheizungen hingegen benötigen kein Übertragungsmedium wie Wasser, das zentral erwärmt wird, sondern erzeugen Heizenergie unmittelbar in oder an einem Abstrahlbauteil, welches die Wärme an die Umgebung projiziert. Dabei gibt es zwei verschiedene Arten von Strahlungsheizungen: Hellstrahler und Dunkelstrahler. Beide Varianten ähneln sich, haben aber eine andere Funktionsweise.

Charakteristika von Hellstrahlern

Bei Strahlungsheizungen, die zu den Hellstrahlern zählen verbrennt ein mit der Verbrennungsluft gemischtes Brenngas an einer hochtemperaturbeständigen, perforierten Keramikplatte. Die Brennerfläche erwärmt sich dabei auf Temperaturen zwischen 750 °C und 950 °C. Die Platte der Strahlungsheizung glüht dabei sichtbar, was der Heizung den Namen Hellstrahler verleiht, und gibt Infrarotstrahlung an die Umgebung ab. Sobald die Strahlung auf Festkörper trifft, verwandelt sie sich in Wärme. Die Abgase, die bei dieser offenen Verbrennung entstehen, gelangen in der Regel mit der Raumluft ins Freie. Entsprechend wichtig ist eine ausreichende Belüftung, realisiert beispielsweise mit Deckenventilatoren.

Charakteristika von Dunkelstrahlern

Die zweite Art der Strahlungsheizungen sind sogenannte Dunkelstrahler, die heute in der Regel Infrarotstrahler genannt werden. Sie zählen ebenfalls zu den dezentralen Hallenheizsystemen, die Wärmeerzeugung und Wärmeübergabe in einem Gerät vereinen. Zwar ist ihr physikalisches Prinzip mit dem der Hellstrahler identisch, jedoch verfügen sie über eine andere Funktionsweise. Dunkelstrahler arbeiten nicht mit offener Verbrennung, sondern mit Rohren, meist in U-Form. Durch diese Rohre strömt ein Verbrennungsgas, in der Regel Erdgas, mit einer Temperatur von bis zu 800 °C – ein Sauggebläse am Rohrende erzeugt dabei den Unterdruck für den Transport des Brenngases, welches durch einen Brenner verbrannt wird. Dabei ist die mittlere Oberflächentemperatur mit 250 °C bis 500 °C entlang der gesamten Rohrlänge annähernd gleich. Ein Reflektor lenkt die Infrarotstrahlung der Rohre schließlich in den Heizbereich, sodass die erzeugte Wärme der Strahlungsheizung an die Umgebung übertragen wird.

Warum der Name Dunkelstrahler aus technischer Sicht überholt ist

Der Begriff Dunkelstrahler bezeichnete früher im Gegensatz zu Hellstrahlern eine nicht-glühende Heizfläche bei Strahlungsheizungen. Doch heute existieren in der Hochleistungsklasse der Dunkelstrahler auch Geräte mit glühenden Rohren. Warum sie dann nicht zu den Hellstrahlern zählen? Weil sie nicht mit einer offenen, sondern mit einer geschlossenen Verbrennung arbeiten. Passender erscheint daher der Name Infrarotstrahler für eine solche Strahlungsheizung. Der große Vorteil der geschlossenen Verbrennung: Anwender können Abgase kontrolliert über Rohre abführen. Und dabei auf Wunsch die Restwärme an einen Wärmetauscher weiterleiten, um z.B. über ein klassisches hydraulisches Heizungssystem Büros zu heizen.

Ein kleiner Exkurs: Es muss nicht immer Erdgas sein

Eine Sonderform der Strahlungsheizungen sind Elektrostrahler. Sie setzen nicht auf die Verbrennung eines Brennstoffs, sondern auf einen Stromfluss in einem elektrischen Widerstand. Allerdings spielen Elektrostrahler bei der Beheizung von Hallengebäuden in der Regel keine Rolle – eher bei Wickeltischen für Babys oder der Beheizung von Bänken und Tischen in Biergärten. Nichtsdestotrotz ist dies ein spannender Ansatz, der in den nächsten Jahren weiterentwickelt und ausgebaut wird, um Alternativen für Strahlungsheizungen, wie Dunkel- und Hellstrahler, sowie klassische Heizsysteme zu bieten.

Darin unterscheiden sich Deckenstrahlplatten von anderen Strahlungsheizungen

Ebenfalls mit thermischer Strahlung arbeiten Deckenstrahlplatten – Heizelemente in Form von Profilbändern aus Stahlblech mit eingeschweißten Rohren. Durch die Rohre fließt warmes Wasser, welches die Strahlflächen temperiert, sodass sie Wärmestrahlung abgeben. Deckenstrahlplatten können große Hallen ebenfalls heizen. Aufgrund ihrer geringen Temperatur benötigen Deckenstrahlplatten sehr große Flächen an den Decken und daher verhältnismäßig viel Platz. Zudem ist warmes Wasser als Aktivator ein recht reaktionsträges Medium. Temperaturänderungen und Anpassungen des Heizbetriebs an einen dynamischen Alltag lassen sich daher nicht so schnell realisieren wie mit gasbetriebenen Strahlungsheizungen.

Strahlungsheizungen – die optimale Wahl für Industriehallen

Hallen mit Deckenhöhen von mehreren Metern haben ein gigantisches Volumen und nur ein kleiner Teil von rund 20 Prozent sind dabei der Nutzbereich – meist 2,5 Meter über dem Boden. Das Problem: Mit klassischer Konvektion ist es schwierig, diesen Bereich gezielt und dazu effizient zu heizen. Denn warme Luft bleibt nicht am Fleck, sondern steigt stets nach oben – dorthin, wo niemand sie benötigt. Ein physikalisches Prinzip, das unbestechlich ist und Hallenbetreibern einen großen Wärmeverlust beschert. Zudem verursachen warme Luftströme Staubaufwirbelungen und unangenehme Zugerscheinungen in Hallen. Bei Strahlungsheizungen wie Hell- oder Dunkelstrahlern bleibt dies aus und eine gezielte Wärmeabgabe wird sichergestellt.

Aspekte, die für dezentrale Strahlungsheizungen sprechen

Strahlungsheizungen ermöglichen, wie bereits erwähnt, die gezielte Erwärmung des gewünschten Bereichs einer Halle. Dort, wo Menschen arbeiten, ist es somit angenehm warm, in den oberen Luftschichten bleibt es hingegen kühl. Selbst dann, wenn sich Tore und Türen häufig öffnen und schließen. Strahlungsheizungen sind somit nicht nur absolut effizient, sondern sparen extrem viel Energie ein.

Die Wärme der Strahlungsheizungen steht zudem sofort zur Verfügung, da kein reaktionsträger Umweg über Wärmeleitmedien wie Wasser und Luft nötig ist. Somit lassen sich auch Räume für kurze Nutzungsdauern effizient heizen, die normalerweise kalt bleiben. Etwa Lagerräume, die Mitarbeiter nur selten betreten. Da zusätzlich beim Heizen mit einer Strahlungsheizung keine Zugluft entsteht, ist auch die Staubbelastung reduziert. Somit eignen sich Infrarotsysteme bestens für Allergiker und eine allgemein angenehmere und gesündere Hallenatmosphäre.

Mit Strahlungsheizungen bis zu 70 Prozent Energie sparen

Strahlungsheizungen machen es aber nicht nur möglich, kalte Räume schnell und kurzfristig zu heizen, vielmehr können Betreiber riesige Hallenräume auch in mehrere Heizzonen aufteilen. Sie müssen also nicht eine Einheitstemperatur einstellen, sondern können beispielsweise in der Nähe der Waste heat von Maschinen und Anlagen weniger heizen, im Lagerbereich hingegen mehr. So erhalten alle Mitarbeiter durch eine Strahlungsheizung die perfekte Wohlfühltemperatur – und das ganz ohne Energieverschwendung.

Vernetzen Anwender die Strahlungsheizungen darüber hinaus mit intelligenten Steuerungen und Analysesoftwares, können sie alle Parameter des Heizbetriebs kontinuierlich überwachen und optimieren. Unterm Strich steht eine enorme Kostenersparnis. So sparen Hallenbetreiber mit diesen Strahlungsheizungen im Vergleich zu konventionellen Konvektionssystemen in der Regel zwischen 30 und 50 Prozent, je nach Projekt auch bis zu 70 Prozent Energie.

Ein kleines Beispiel: St. Pauli Fischauktionshalle spart rund 50 Prozent Energiekosten mit Strahlungsheizungen

Strahlungsheizungen kommen aber nicht nur in Industriehallen zum Einsatz. Ihre Vorteile haben sich längst auch in der Eventbranche herumgesprochen. Zu finden sind die Heating systems mittlerweile auch auf Konzerten, Kunstausstellungen oder Firmenevents, die an ausgefallenen Orten stattfinden – etwa in alten Fischwerken oder Heizwerken.

So beispielsweise in der alten Fischauktionshalle auf dem St. Pauli Fischmarkt. Strahlungsheizungen von KÜBLER sorgen in der 103 Meter langen und 23 Meter breiten Halle, die an der Kuppel elf Meter hoch ist, für eine angenehme Wärme auf der Bühne sowie an Tischen, Bänken und Essensständen. Kühl hingegen bleiben die Kubikmeter Luft oberhalb des Nutzungsbereichs. Ohne dass es jemanden stört. Im Gegenteil: Die Betreiber sparen im Vergleich zu klassischen Warmluftheizungen bis zu 50 Prozent Energiekosten.

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