Wärmeabgabe im Raum
Anders als bei der reinen Wärmeerzeugung wird die Art und Weise der Wärmeabgabe an den Raum weder in der Heizlastberechnung noch in der Energieeinsparverordnung berücksichtigt – obwohl die Eigenschaften verschiedener Wärmeabgabesysteme großen Einfluss auf Energieverbrauch und Behaglichkeit haben:
Konventionelle Wärmeabgabesysteme
Unabhängig vom Wärmeerzeuger wird Wärme entweder durch warme Oberflächen wie die eines Heizkörpers oder durch einströmende Warmluft an einen Raum abgegeben.
Im Falle der einströmenden Warmluft erfolgt die Wärmeübertragung ausschließlich durch Vermischen der warmen Zuluft mit der kühlen Raumluft. Das Gebläse im Auto arbeitet auch nach diesem Prinzip und sorgt so schnell für warme Luft im Fahrgastraum. Die Oberflächen wie beispielsweise Innenraumverkleidungen werden dabei erst durch den Kontakt mit der Luft erwärmt. Da die meisten Bauteile des Fahrgastraumes ständig von der Außenluft berührt werden und weder gute Dämm- noch Speichereigenschaften aufweisen, bleiben diese eher kühl. Um dies auszugleichen und nicht zu frieren, muss das Gebläse an kalten Tagen ständig heizen, was aufgrund der trocknen Luft und der damit verbundenen hohen Luftbewegung zu Unbehagen führt.
In warmluftbeheizten Gebäuden ist es ähnlich, nur kommt noch hinzu, dass in Abhängigkeit zur Heizlast des Gebäudes die Wandoberflächen der inneren Hüllfläche unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen. Je schlechter ein Gebäude gedämmt ist, umso höher ist nicht nur die Heizlast, sondern umso größer werden auch die Temperaturunterschiede an der inneren Hüllfläche, ganz abgesehen von der hohen Luftwechselrate und der hohen Temperatur der eingeblasenen Warmluft.
In sehr gut gedämmten Gebäuden, kann der Grundwärmebedarf durch eine kontrollierte Wohnraumlüftung in Kombination mit einer Kleinwärmepumpe über die Zuluft gedeckt werden. Solange die Bewegung und die Temperatur der einströmenden Luft noch als behaglich empfunden werden.
Warme Oberflächen übertragen Wärme sowohl mittels Konvektion an die Raumluft als auch mittels Infrarotstrahlung an die innere Hüllfläche des Raumes. Ob dabei die Strahlung oder die Konvektion überwiegt, ist im Wesentlichen von der Orientierung (wie ist die Oberfläche dem Raum zugewandt), der Abmessung, der Oberflächentemperatur und dem Abstrahlungsvermögen der Oberfläche dem sogenannte Emissionsgrad abhängig.
Ein Heizkörper beispielsweise bietet bedingt durch seine spezielle Bauform – zwei Platten sind durch viele Lamellen verbunden – der Raumluft eine große „Angriffsfläche“. Die dem Raum zugewandte strahlende Oberfläche ist im Verhältnis dagegen eher klein. Dadurch verliert ein Heizkörper ca. 85 % seiner Wärme auch direkt über Konvektion an die Raumluft. Die Wirkungsweise ähnelt daher eher einer Luftheizung, mit dem Unterschied, dass keine Zuluft einströmt sondern die erwärmte Luft im Raum zirkuliert. Dabei wird der Mensch in der Raummitte von warmer Luft „umspült“ und die innere Hülle bleibt kühl.
Flächenheizungen wie Fußboden/- oder Wandheizung arbeiten mit großen temperierten Oberflächen und einem Temperaturniveau, das nur wenig über der eigentlichen Raumtemperatur liegt.
Obwohl der Strahlungsanteil deutlich höher ist als beim Heizkörper, ist die Intensität der Strahlung bedingt durch die niedrige Oberflächentemperatur sehr gering. Da meist nur eine Oberfläche andere Oberfläche im Raum ungleichmäßig anstrahlt, kommt es auch hierbei zu Temperaturunterschieden an der inneren Hüllfläche. Eine Fußbodenheizung beispielsweise strahlt die Decke an und erhöht deren Oberflächentemperatur unnötig.
Da sich die Luftmoleküle aufgrund der geringen konvektiven Erwärmung vermehrt an den anderen Oberflächen der inneren Hüllfläche erwärmen, und diese unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen, kommt es außerdem zu leichten Luftbewegungen. In jedem Fall schichtet sich die Raumluft und die warme Luft sammelt sich unter der Decke. Hinzukommt, dass die tiefstehende einfallende Wintersonne den Boden unkontrolliert erwärmt und die Fußbodenheizung aufgrund Ihrer Trägheit sich den wechselnden Bedingungen nur langsam anpassen kann.
Strahlungsorientiert arbeitende Vitramo-Heizelemente
Strahlungsorientiert arbeitende Vitramo-Heizelemente bieten der Raumluft wenig Oberfläche und sind rückseitig so gedämmt, dass möglichst viel Wärme an der dem Raum zugewandten Oberfläche „ansteht“.
Das Strahlungsheizgerät ist nicht etwa Bestandteil der Raum-Hüllfläche, die sie erwärmen soll, sondern vielmehr liegt es vorzugsweise zum Raum frei und strahlt in den Raum.
Unvermeidbar ist, dass sich bei wandhängenden Geräten nach kurzer Zeit auch eine Strömung aufbaut. Der verbleibende Strahlungsanteil ist aufgrund der kleineren Oberfläche gegenüber dem normalen Heizkörper jedoch deutlich höher. Strahlungsanteil und -/Intensität reichen bei entsprechender Auslegung (Orientierung, Anzahl…) bereits aus, um Oberflächen im Raum gezielt so anzusprechen, dass eine gleichmäßige Erwärmung dieser Oberflächen möglich ist.
Die Raumluft wird erst im Kontakt mit den Oberflächen erwärmt. Die Hüllfläche selbst bleibt trocken (kein Schimmelbefall), der Taupunkt verschiebt sich weiter nach Außen.
Vitramo Decken-Heizelemente, die aufgrund Ihrer besonderen Bauart, der relativ hohen Betriebstemperatur und der Orientierung zum Boden noch weniger Konvektion erzeugen, können bei fachgerechter Auslegung die inneren Hüllfläche differenziert so erwärmen, dass sie untereinander keine Temperaturunterschiede bzw. nur geringe Temperaturunterschiede aufweisen.
Bei Heizgeräten, die auf die Decke geschraubt oder in die Decke integriert sind, baut sich - solange nicht gelüftet wird und das Heizelement nicht im Strömungsbereich einer Lüftung liegt - keine Strömung auf, da die Luftmoleküle aufgrund ihrer thermischen Eigenschaften an die warme Oberfläche des Heizgerätes gedrückt werden und somit keine kühlen Luftmoleküle nachströmen können. Dadurch wird Konvektion weitgehend vermieden und bis zu 80% der Wärmeenergie mittels Wärmestrahlung an die innere Hüllfläche übertragen. Die Luftbewegungen im Raum werden durch das Strahlungsheizsystem ebenfalls gering gehalten. Trockene Heizungsluft stellt sich nicht ein.
Im normalen konvektiven Heizbetrieb ist ein solcher Temperaturabgleich der Oberflächen nicht möglich, da durch die Konvektion bestimmte Abschnitte der Raum-Hüllfläche besonders aufgeheizt werden, hingegen andere kühl bleiben.
Durch gezielt eingesetzte Strahlung kann nicht nur die innere Hüllfläche differenziert erwärmt werden sondern auch das Individuum. Bei entsprechender Ausrichtung kann durch die empfundene Strahlungstemperatur eine deutlich niedrigere Temperatur der Umgebungsluft ausgeglichen werden. Gerade in den Übergangsjahreszeiten führt die Bereichsweise Erwärmung ständiger Aufenthaltsbereiche wie eine Sitzecke oder der Schreibtisch zu Energieeinsparungen.
Darüber hinaus bieten strahlungsorientiert arbeitende Vitramo-Heizelemente im Zusammenspiel mit der Gebäudehülle große Einsparpotenziale:
Diffusionsoffene, leichte Wandkonstruktionen wie beispielsweise Sandsteinwände, Porenbeton lassen raumseitig eingetragene Strahlungswärme an der inneren Hüllfläche so anstehen, dass die Raumluft sich daran erwärmen kann. Dadurch, dass die Wand nun wärmer ist als die Luft, nimmt der Diffusionsdruck ab und es gelangt weniger Feuchtigkeit in die Wand. Die Dämmfähigkeit der Wand bleibt über die gesamte Heizperiode stabil und führt zu einem um bis zu 50 % geringeren Wärmebedarf gegenüber konvektiv arbeitenden Wärmeabgabesystemen.
