Keine heiße Luft

Markus Hoeft

Strahlungsheizungen mit an der Decke montierten Hell- oder Dunkelstrahlern sind typische Lösungen für große Hallenbauten in Industrie und Gewerbe.

Bei diesen Anwendungen steht meist die technische Funktion im Mittelpunkt, gestalterische Anforderungen haben eher untergeordnete Bedeutung.

Das heißt jedoch nicht, dass Strahlungsheizungen ausschließlich für architektonisch minder bedeutende Projekte zum Einsatz kommen müssen. Ihr Funktionsprinzip und ihre Vorteile können auch bei ästhetisch anspruchsvolleren Gebäuden wie Sport- und Mehrzweckhallen, Ausstellungs- und Messegebäuden sowie Einkaufszentren und auch Kirchen genutzt werden.

Immer wenn hallenartige Bauwerke mit großen Grundflächen und/oder großen Raumhöhen zu beheizen sind, kann es sich lohnen, die Decken-Strahlungsheizung als Alternative zur Konvektionsheizung in die Überlegungen einzubeziehen.

Bei Hallenbauten mit großer Grundfläche ist die Anordnung von Konvektionsheizkörpern entlang der Wände oder die Ausbildung von Wandheizungen nicht sinnvoll, weil die Wärme nur unvollkommen in die Tiefe des Raums gelangt.

Eine Fußbodenheizung lässt sich wegen der hohen Verkehrs- und Nutzlasten im Industrie- und Gewerbebau ebenfalls oft nicht einsetzen. Allein schon wegen der Raumgeometrie sind Deckenheizungen in Hallen deshalb eine elegante und platzsparende Alternative. Besonders dann, wenn die alten Heizungen von bestehenden Bauten durch modernere Systeme ersetzt werden müssen.

Strahlungsheizungen geben ihre Energie als Wärmestrahlung ab, die weitgehend verlustfrei auch über längere Strecken übertragen werden kann und sich erst beim Auftreffen auf feste Körper in fühlbare Wärme verwandelt. Dadurch erwärmen sich primär die Wände, Böden und Einrichtungsgegenstände in den Hallen, jedoch kaum die Luft.

Auch der Mensch ist in diesem Sinne ein fester Körper. Er empfindet in der Strahlung eine angenehme Wärme, wie man sie z. B. auch vom Sonnenbad im winterlichen Hochgebirge oder auf einem Gletscher kennt. Das Gefühl der Behaglichkeit tritt selbst bei relativ kalter Luft ein. Die angestrebte Lufttemperatur kann bei Strahlungsheizungen deshalb um etwa 2 bis 3 °C geringer gewählt werden als bei Konvektionsheizungen. Typisch für viele Anwendungen von Decken-Strahlungsheizungen in hallenartigen Gebäuden sind 15 bis 18 °C Lufttemperatur.

Weil nicht primär die Luft erwärmt wird, tritt bei Strahlungsheizungen keine ausgeprägte Wärmeschichtung im Raum auf. Unter der Decke entsteht nicht der typische Wärmestau mit oft übermäßig warmer Luft. Gerade bei hohen Hallen verbraucht dieses Wärmepolster einen großen Anteil der eingesetzten Heizenergie, ohne zur Behaglichkeit im unteren Hallenbereich beizutragen.

Strahlungsheizungen sparen diese Energie und entfalten gleichzeitig wesentlich schneller ihre Wirkung. Es muss nicht erst das Wärmepolster unter der Decke aufgebaut werden, sondern die Wärme steht in kürzester Zeit nach dem Anschalten dort zur Verfügung, wo sie gebraucht wird: Am Boden.

Doch nicht nur in der Höhe, auch in der Grundfläche muss mit einer Konvektionsheizung stets das gesamte Raumvolumen beheizt werden. Strahlungsheizungen ermöglichen hingegen eine Zonierung der beheizten Fläche.

Die Steuerung kann beispielsweise so eingerichtet werden, dass weniger benutzte Lagerbereiche in einer Halle schwächer oder gar nicht beheizt werden, während die Deckenstrahler über Produktionsflächen, in denen sich ständig Menschen aufhalten, mit höherer Leistung gefahren werden.

Weil Strahlungsheizungen eben nicht mit dem Prinzip der warmen Luft arbeiten, entsteht trotz der ungleichmäßigen Beheizung ein behagliches Mikroklima im stärker beheizten Hallenteil.

Der Effekt lässt sich auch in Hallen ausnutzen, die regelmäßig großflächig geöffnet werden müssen. Das können z.B. Produktions- und Lagergebäude mit intensivem Materialfluss durch große Tore sein oder auch viel befahrene Fahrzeughallen oder Flugzeughangars.

Trotz des unvermeidlichen Luftaustauschs über die geöffneten Tore bleiben die Lüftungswärmeverluste durch die vergleichsweise niedrige Lufttemperatur gering.

Die kontinuierliche Wärmestrahlung auf den menschlichen Körper erzeugt auch bei einströmender Kaltluft eine relativ hohe Empfindungstemperatur. Strahlungsheizungen werden darum sogar in ständig offenen Bereichen eingesetzt, etwa auf Stadiontribünen oder in Terrassencafés, wo die Wirte mit Wärmestrahlern ihre Freiluftsaison weit in das Frühjahr und den Herbst hinein verlängern.

Der für Konvektionsheizungen charakteristische Luftstrom verwirbelt nicht nur die Wärme im Raum, sondern leider auch Staub und Schmutz. Für viele Gewerberäume mag dies unerheblich sein, es kann aber in Branchen mit hoher Staubentwicklung und/oder besonders schmutzsensiblen Produkten selbst im Industriebau zum Problem werden. Noch häufiger dürften allerdings die ästhetischen Folgen des Luftstroms in der anspruchsvolleren Architektur zum Ärgernis werden. Denn der aufgewirbelte Staub setzt sich konzentriert in strömungsberuhigten Bereichen ab und erzeugt dort unansehnliche Schmutzfahnen oder -flächen.

Strahlungsheizungen in Veranstaltungs- und Ausstellungshallen oder Kirchen können diese unansehnlichen Spuren vermeiden. Gleichzeitig sind diese Gebäudetypen wegen ihrer temporären Nutzung ein interessantes Anwendungsfeld für Decken-Strahlungsheizungen:

Die Wärme steht ohne lange Vorlaufzeiten für die Heizung punktgenau zum Gottesdienst oder der Abendveranstaltung zur Verfügung.

Decken-Strahlungsheizungen werden in indirekt und direkt befeuerte Systeme unterteilt, wobei für letztere noch einmal Hell- und Dunkelstrahler zu unterscheiden sind.

Indirekt befeuerte Strahlungsheizungen beziehen ihre Wärme aus einem Trägermedium, in der Regel Wasser, das in einem herkömmlichen Kessel erwärmt wird. Die prinzipielle Funktionsweise ähnelt somit einer Fußboden- oder Wandheizung, nur dass die metallischen Strahlplatten in diesem Fall oben im Raum montiert werden und ihre Energie überwiegend als Wärmestrahlung abgeben.

Die konvektive Wärmeabgabe nach oben wird mit Dämmstoffen gemindert.

Bedingt durch das Trägermedium Wasser arbeiten indirekt befeuerte Decken-Strahlungsheizungen in einem niedrigeren Temperaturbereich und mit einer geringeren Wärmeleistung pro Flächeneinheit als direkt befeuerte Systeme. Dadurch können sie auch in geringeren Höhen über dem Boden aufgehängt werden. Trotzdem empfinden die Menschen im Raum keine unangenehmen Hitzespitzen im Kopfbereich.

Der große Vorteil der indirekten Wärmeversorgung ist die Integrationsmöglichkeit in konventionelle Heizungsanlagen. Bei Gebäudeerweiterungen oder kompletten Neubauten können Hallenbereiche beispielsweise mit Strahlungsplatten beheizt werden, während die Büros und Nebenräume Fußbodenheizungen oder Konvektoren erhalten, die aus dem gleichen Heizkessel versorgt werden.

Im Rahmen einer Modernisierung ist die Umstellung auf eine Strahlungsheizung in einzelnen oder allen Räumen auch dann möglich, wenn die alte Heizzentrale weiter benutzt werden soll.

Bei direkt befeuerten Systemen wird Erd- oder Flüssiggas zu den von der Decke abgehängten Heizkörpern geleitet und dort direkt verbrannt. Hellstrahler verbrennen das Gas mit sichtbarer Glut in einem offenen System. Dunkelstrahler arbeiten mit geschlossenen Röhren ohne sichtbaren Verbrennungsprozess. Sie senden also kein Licht aus, was mit dem Begriff Dunkelstrahler ausgedrückt wird.

Herzstück der Hellstrahler sind fein perforierte Keramikplatten in deren Löchern das Gas weitgehend schadstofffrei verbrennt. Die Abgase werden über die Raumluft abgeführt, weshalb keine Abgasrohre und Kaminanlagen notwendig sind. Dafür ist jedoch eine Frischluftzufuhr von 10 m³/h pro kW zu gewährleisten.

Über den Keramikplatten befinden sich Reflektoren, die die Wärmestrahlung gezielt nach unten führen. Bei Verbrennungstemperaturen bis zu Größenordnungen von 1 000 °C entsteht eine sehr hohe Strahlungstemperatur, weshalb unbedingt auf eine ausreichend hohe Aufhängung zu achten ist, damit Personen am Boden nicht übermäßige Hitzespitzen erleben. Das absolute Minimum sind 4 m nach DVGW-Arbeitsblatt G 638–1, empfohlen werden meist 6 m und mehr.

Nach oben sind die Höhe im Rahmen der üblichen Raumhöhen in der Hallenarchitektur faktisch unbegrenzt.

Hellstrahler erreichen gegenüber den dunklen Systemen eine höhere abgestrahlte Leistung pro Flächeneinheit.

Neben der größeren erforderlichen Höhe sind dafür aber die offene Zuluft- und Abgasführung sowie die optisch und gestalterisch nicht immer erwünschte sichtbare Verbrennung hinzunehmen.

Das geschlossene System der Dunkelstrahler arbeitet mit der Verbrennung in einem Stahlrohr, dem an einem Ende ein Gebläse Frischluft zuführt.

Am anderen Ende nehmen Rohre die Abgase auf und führen sie über Kamine aus dem Gebäude hinaus. Von den Rohroberflächen, über denen sich wie bei den Hellstrahlern ein Reflektor befindet, wird die Wärme als Strahlung in den Raum abgegeben. Die Oberflächentemperatur kann bauartbedingt in einem breiten Bereich variieren, liegt aber mit ungefähren Größenordnungen um 500 °C in jedem Fall unter den Hellstrahlern.

Gerade wegen ihrer kleineren Strahlungstemperatur sowie wegen ihrer geschlossenen Abgasführung eignen sich Dunkelstrahler ausgezeichnet für Hallen geringerer Höhe (Aufhängehöhe ab 3 m nach DVGW-Arbeitsblatt G 638–2).

Im Gegensatz zu Hellstrahlern erreichen sie auch bei relativ niedriger Hängung ein als gleichmäßig und angenehm empfundenes Strahlungsfeld am Boden. Gleichzeitig werden optische und gestalterische Irritationen vermieden, weil die Verbrennung nicht sichtbar verläuft, das Erscheinungsbild des Raums also nicht verändert. Lediglich die Gebläse können mit einem leichten Geräusch den Betriebszustand signalisieren, was in Industrieanlagen, Sporthallen und anderen durchschnittlich belebten Hallen kaum ins Gewicht fallen dürfte. Anders kann dies bei besonders stillebedürftigen Bauwerken wie Kirchen oder Ausstellungshallen sein.

Eine weitere Einschränkung gilt sowohl für Hell- als auch für Dunkelstrahler: Sie können nur sehr bedingt bzw. gar nicht in Räumen mit leicht entzündlichen oder explosiven Stoffen eingesetzt werden. In diesen Fällen können indirekt befeuerte Decken-Strahlungsheizungen Abhilfe schaffen.

Weil Strahlungsheizungen nicht mit dem Prinzip der erwärmten und umgewälzten Luft arbeiten, erzielen sie die größten Energieeinsparungen paradoxerweiser bei schlecht gedämmten Gebäuden.

Da die Raumluft eine geringere Temperatur als bei Konvektionsheizungen hat, verringern sich auch die Transmissionswärmeverluste über wenig oder gar nicht gedämmte Außenbauteile. Die Umrüstung alter Hallen von einer Konvektions- zu einer Strahlungsheizung bildet deshalb ein wichtiges Einsatzgebiet der Hell- und Dunkelstrahler.

Anders als Boden- oder Wandheizungen können die Geräte an den Decken fast immer problemlos und ohne große Umbauten nachgerüstet werden. Das geringe Gewicht überfordert auch bei alten Dach- bzw. Deckenkonstruktionen die Statik in der Regel nicht.

Neben den geringeren Transmissionswärmeverlusten profitiert der Nutzer meist von weiteren Energieeinsparungen, z.B. weil das Wärmepolster unter der Decke entfällt oder weil nutzungsbedingte Verluste über offene Tore weniger stark zu Buche schlagen.

Andere Gewinne ergeben sich aus den neuen Möglichkeiten bei der Fahrweise der Heizung. Ihre Betriebszeit kann genauer an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden. Durch die beschriebene Zonierung der Heizung lassen sich untergeordnete Bereiche eventuell aus der Beheizung herausnehmen, deren Volumina mit der früheren Konvektionsheizung stets mit erwärmt werden mussten.

Die Gesamtheit dieser Einsparpotenziale kann zu deutlichen Reduzierungen des Energieverbrauchs und damit zu einer schnellen Amortisation der Investition führen. Das gilt im Rahmen von Modernisierungen ganz besonders dann, wenn durch den Einsatz von Hell- oder Dunkelstrahlern die ansonsten fällige Erneuerung der Kesselanlage eingespart werden kann.

Im Grundsatz eignen sich Decken-Strahlungsheizungen auch für den Neubau. Allerdings sind moderne Bauten häufig nicht mehr von den fast schon extremen Hallenhöhen früherer Epochen geprägt.

Zudem ist der Wärmebedarf wegen des heute erreichten Dämmstandards geringer. Unter diesen Umständen sind vor allem indirekte befeuerte Systeme oder – je nach Projekt – auch Dunkelstrahler die effizienteste Form der Decken-Strahlungsheizung.

Weitere Informationen

Gewea bba 548

Kübler bba 549

Mark bba 550

Schulte bba 551

Schwank bba 552

Vacurant bba 553

Von den prinzipiell drei möglichen Arten der Wärmeübertragung sind für die Raumheizung hauptsächlich zwei von Bedeutung: Die Wärmestrahlung und die Wärmemitführung in der strömenden Raumluft (Konvektion).

In der Praxis treten Strahlung und Konvektion immer gemeinsam auf, jedoch kann je nach Heizungssystem der eine oder der andere Anteil deutlich überwiegen, weshalb zwischen Konvektions- und Strahlungsheizungen unterschieden wird.

Eine relativ reine Form der Konvektion ist bei allen Luftheizungen gegeben. Auch die weit verbreiteten Platten- oder Gliederheizkörper heizen überwiegend konvektiv mit dem bewegten Luftstrom. Mischformen, die beide Varianten der Wärmeübertragung ausnutzen, sind der traditionelle Kachelofen oder Fußbodenheizungen.

Zu den Strahlungsheizungen, bei denen der Anteil der Konvektion äußerst gering ist, zählen Hell- und Dunkelstrahler sowie Strahlplatten für die Wand- oder Deckenmontage. Auch elektrische Heizsonnen oder das offene Feuer in einem Kamin heizen überwiegend mit der Wärmestrahlung.