Eine Temperierung der Räume, egal ob für den dauernden Aufenthalt von Menschen oder als Museumsdepot, wird
nach der branchenüblichen Definition durch eine Aufheizung der Wärmeverlustfläche des Gebäudes erreicht.
Die auf die Strahlungstemperatur von z.B. 20 °C erwärmten Außenwände versorgen dann den Innenraum
mit Strahlungswärme. Bei einer Innenraumtemperatur von 20 °C wäre der Strahlungsanteil der temperierten
Wand 100 Prozent, Konvektion, die eine Übertemperatur des Konvektors gegenüber der Raumluft voraussetzt,
wäre dann bei 0 Prozent.
Die angestrahlten Körper (Wände, Decke, Boden, Möbel, Nutzer) strahlen (reemittieren) ihrerseits die
absorbierte Wärmestrahlung in alle Richtungen. Ein von der Oberflächenbeschaffenheit abhängiger Teil der
ankommenden Wärmestrahlung wird auch sofort wieder reflektiert, also zurückgestrahlt, ohne vorher absobiert
zu werden. Damit sorgt der Strahlungsausgleich für ein allseits temperiertes Raumklima. Denken Sie vergleichsweise
mal an Ihre Glühbirne (pardon, natürlich mußdas in heutigen, ökologisch korrigierten Zeiten
"Energiesparlampe" heißen, sei's drum) über dem Eßtisch. Wenn sie bei dunkelster Nacht angeknipst wird,
können Sie auch unter dem Tisch die Essensreste suchen - und finden. Bei der Energiesparlampe dauert das freilcih etwas
länger, dafür wird freilich gaaaanz dolle die Umwelt gerettet ;-)
Das Ziel des Temperierens mit vorzugsweise Strahlungswärme ist einmal die aus Komfortgründen erforderliche Erwärmung des Raumes. Andererseits erwärmt die infrarote Wärmestrahlung die abkühlenden Außenwände auf eine Temperatur, die idealerweise über der Temperatur der Raumluft liegt. Und das verhindert das oft schädliche Einwandern von Kondensat der Raumluftfeuchte in die Außenbauteile und damit auch die der Feuchteaufnahme üblicherweise nachfolgenden Schäden wie Verschmutzung, Beschimmelung, Insekten- und Schwammbefall der Holzbauteile und schädigenden Dimensionsänderungen (hygrisches Quellen) der Raumausstattung und Oberflächenverkleidungen bzw. -beschichtungen.
Erreicht wird dieses Ziel durch den Einsatz von Wärmestrahlung als Heizsystem. Die Wärmestrahlung durchstrahlt dabei ausgehend von der Strahlungsquelle (Strahler z.B. Heizleiste, Heizkabeltrasse, WW-Rohre, Heizkörper, Heizgläser, Marmorplatte / Marmorheizung bzw. Elektrodirektheizung / Elektroheizung / Elektroheizfläche/ elektrisch beheizte sonstige (z.B. metallische) Heizflächen Wärmewellenheizung ...) die Luft ohne Energieverlust und Lufterwärmung.
Erst bei Auftreffen auf Bauteile/Materie wird die Strahlung dort absorbiert/reflektiert/reemittiert. Indirekt wird dann die Raumluft durch laminare Wärmeübergabe der erwärmten Bauteilflächen (schnellere Molekularbewegung) an die direkt anliegende kühlere Luftschicht (langsamere Molekularbewegung) ebenfalls erwärmt.
Im Ergebnis bleibt die Luft systematisch kühler als die Baukörper, was - wie schon erwähnt - einerseits
das Kondensat an den Bauteilen sicher verhindert und andererseits heizungsbedingte konvektive Luftbewegung mit Staub-
und Feuchtetransport stark einschränkt. Eine Strahlungsheizung wird also eine etwas kühlere Raumluft erzeugen
- und an diese - soweit über der Raumlufttemperatur abstrahlend - auch einen gewissen Konvektionsanteil abgeben.
Das bedeutet, daß es eine "reine", will sagen hundertprozentige Strahlungsheizung nur geben kann, wenn der Wärmestrahler
genau der Temperatur der Raumluft entspricht, denn dann ist der Konvektionsanteil gleich Null. Ansonsten ist,
abhängig von der Übertemperatur zur umgebenden Luft, immer auch ein Konvektionsanteil vorhanden. Und je
heißer der abstrahlende Körper ist - Hellstrahler - mit sichtbarer offener Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches sind an ihren Oberflächen ca. 950 °C heiß,
Dunkelstrahler immer noch um die 300 bis 650 °C (Strahlungsanteil ca. 45-55%), Heizsonnen sind über 300 °
C heiß, Marmorplatten und andere moderne Elektrodirektheizplatten meist um die 90 °C, warmwasserbetriebene
Heizkörper und Heizrohre abhängig von der am Kessel gewählten Vorlauftemperatur so um die 40 bis 45
°C warm/heiß - umso mehr konvektiven Luftauftrieb kann eine Heizfläche auslösen. Insofern ist es
eigentlich falsch, von reinen Strahlungsheizungen oder Konvektionsheizungen zu sprechen, da normalerweise jeder
erwärmte Konvektor strahlt und jeder Strahler bei einer über der umgebenden Luft liegenden Temperatur auch
Konvektion erzeugt.
Nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz (nach den Physikern Josef Stefan und Ludwig Boltzmann) ist die
Strahlungsleistung abhängig von der vierten Potenz der Temperatur, deswegen strahlen wärmere Flächen
wesentlich intensiver, als kühlere. Wobei die Strahlungsintensität selbstverständlich mit der Entfernung von der Strahlungsquelle
abnimmt.
Da die Strahlung von der Strahlungsquelle aber quasi verlustfrei in den Raum abgegeben wird, ist es für die Außenwände kein extremer Nachteil, wenn sich die Strahlungsquelle von der Wand entfernt befindet. Man könnte sich als Analogon auch eine Lichtquelle (z.B. Neonlampe) vorstellen. Das Licht bzw. die Lichtstrahlen/Lichtstrahlung durchdringt das Zimmer, ohne in der Luft sichtbar zu sein. Erst beim Auftreffen auf einen Körper wird dieser von der Lichtquelle hell erleuchtet, je nach Abstand von der Lichtquelle freilich mehr oder weniger hell. Nur wenn wir Rauch oder Wasserdampf in den belichteten Raum blasen, werden dessen Partikel hell und zeigen die Wirkung der Lichtstrahlen in der Raumluft.
Die Neon-Analogie
Das Analogon mit einer Neonröhre können wir noch weiter ausbauen:
Licht und Wärmestrahlung befinden sich im benachbarten Wellenlängenspektrum, beide Strahlungen sind elektromagnetische Wellen und pflanzen sich mit Lichtgeschwindigkeit fort. Sie durchdringen beide unsichtbar und nahezu ohne Energieverlust die Luft, erst wenn Sie auf Materie/Stoff treffen, wird Licht "sichtbar" und Wärmestrahlung an Temperaturerhöhung "spürbar". Geht es nun bei Wärmestrahlung darum, es "warm" zu bekommen, soll Licht den Raum "erhellen".
Wir montieren nun einen Meter Neonröhre - es könnten natürlich auch Leuchtkörper von Müller, Meier oder
Fischer sein - an die Zimmerdecke. Ein Knipser - und der ganze Raum wird hell. Überall können wir auch unser kleingedrucktes
gut lesen. Selbst hinter Möbeln und anderen verschatteten Bereichen - dank Reflexion der Lichtwellen ( wer es genauer wissen will:
Info Lichtstrahlung/Wärmestrahlung) bis unter das Bett. So funktioniert im Prinzip auch die offen vor die
Wandfläche montierte Temperierung aus Strahlkörperflächen und -leitungen. Sie erreicht bzw. bestrahlt direkt oder
über "Umwege" nahezu alle Bereiche der Raumhülle und erwärmt sie als elektromagnetische Strahlung mit geringstem baulichen
Aufwand und Energieverbrauch in Lichtgeschwindigkeit und quasi Echtzeit. Erst indirekt auf Umwegen wird es auch im oberflächennahen
Querschnitt der Raumhüllenkonstruktionen oder auch drinnen im Sofapolster etwas wärmer, was uns als Nutzer freilich egal sein
kann:
Die direkt spürbare Temperatur der Oberflächen zählt ja für uns. Je weniger Heizenergie in die Innereien der Bauteile
und Möbel "verschwindet", umso besser. Der Massivbau nimmt die Wärmeenergie wie das Licht an der dichten Oberfläche auf
und spendet einen Großteil der auftreffenden Energie dem Raum und seinen Bewohnern zurück (und ja , eine Innendämmung
wäre schon sinnvoll, denn dann erwärmt die Raumhülle mangels zu erwärmender Masse schneller - jedoch dann plagt uns
das Tauwasser in der dann tiefer drin unterkühlten Bauteilzone). Die Strahlungsfunktionen heißen überigens Absorption,
(Re-)Emission und Reflexion. Danke! Uns kommt es ja genau auf die direkte Wärmeanstrahlung von den Oberflächen her an.
Kuschelig und wohlig und gemütlich!
Nun kommt der bebrillte Ästhet daher und will keine Neonlampe an der Decke sehen - es wäre allzu funktionalistische Bahnhofshallenatmosphäre, sagt er. Gut - wir kaufen halt 10 Meter Neonröhre und montieren sie als indirekte Beleuchtung hinter einer Blende in der Wand-Decken-Ecke. Kostet 10 mal mehr an Baukosten nur für die Lampen, dazu die Kosten der Blende, und dann 10fach höherer Energieverbrauch für die gleiche Luxzahl, die nun vorwiegend von der Decke schimmert. Hinter der Blende ist auch schlecht putzen. Und ist es etwa schöneres Licht, was nun den Raum beleuchtet? Ich weiß es nicht. Der Vergleich mit den Fußbodenheizleisten und ihrer indirekten Erwärmung der Außenwandflächen ist hier einigermaßen passend.
Der schwarzglattgelackte Perfektionist will nun gar keine Lampen mehr sehen, die Putzfrau gar kein Lichtsystem verstauben sehen. Folglich montieren wir 100 Meter Neonröhren unter Wandputz, bis die Oberfläche schimmert und leuchtet. Jede Röhre zeichnet sich nun verschwommen leuchtend hinter dem Putz ab. Schööön. Kostet 100 mal mehr Lampe, 100 mal mehr Lichtstrom, dazu das Risiko, daß tagsüber einer mal einen Nagel in die unbeleuchtete Wand haut. Gibt das nun bessere Beleuchtung als die nackte Lampe an der Decke? Können wir noch bequem im Gesangbuch lesen? Auch das weiß ich nicht. Aber dieser Perfektionswunsch ist Hintergrund aller in der Wand und im Fußboden versteckt im Schatten geführten Heizleitungen, Hypokaustensysteme usw. Da darf man freilich nie nach den Energiekosten fragen, die ausweislich der mir zugänglich gemachten Daten von glücklichen Wandheizungsbesitzern 30 Liter Heizöläquivalent je Quadratmeter leicht übersteigen können. Von der Vorlauftemperatur werden nur stark gedämpfte Bruchteile flächenwirksam, erhebliche Mengen setzen die benachbarten Moleküle von Stein und Mörtel in Bewegung und lehren sie tanzen. Das nutzt der Raumwärme nur bedingt, das System ist sehr "träge" - ein Zeichen für die Effizienznachteile. Dafür sieht es top aus, zugegeben. Soviel zu den Bauartunterschieden. Eine kostengünstige Bausanierung geht anders.
Das Wirkprinzip der Wärmestrahlung
Das Wirkprinzip des Wärmestrahlers wird in der nachfolgenden Grafik sinngemäß (die Grafik zeigt eine erwärmte Strahlplatte - das könnte ein warmwasserversorgter Flachheizkörper oder eine elektrisch betriebene Marmorheizung sein - an der Außenwand und die dann dank Strahlungsausgleich allseits "zurück" strahlenden Raumoberflächen, bei Hüllflächentemperierung mittels Sockelheizleitung wirkt entsprechend das heiße Rohr und die davon erwärmte Sockelzone, bei Unterputzrohrführung die umgebende Wandfläche als "Quelle" der Wärmestrahlung) dargestellt:
Wirkung der Wärmestrahlung einer Hüllflächentemperierung
Bildquelle: raum&zeit 25. Jg. Nr. 144, 11/12.2006 nach Angaben von Konrad Fischer
Durch das Strahlungsprinzip, das selbstverständlich nicht nur für Marmorheizung (um Mißverständnisse zu vermeiden: Ich benutze die Grafiken um das Prinzip zu zeigen!), sondern für alle "echten" Strahlungsheizungen gilt, wird der Energieverbrauch grundsätzlich günstig beeinflußt - ohne korrespondierende Gesundheits- und Feuchteschäden, da:
Grafik: Konrad Fischer
Der Trocknungseffekt
Die Hüllflächentemperierung trocknet erst mal die Mauerfeuchte im Wirkungsbereich der Wärmequelle (Rohrleitung, Heizkabel, mit Heizkabeltechnik nachgerüstete alte Kachelöfen, Strahlplatte ...) aus. Bei erstmaliger Inbetriebnahme ist also damit zu rechnen, daß ein gewisser Teil des Energieverbrauchs für die Bauwerkstrocknung benötigt wird. Ist dieser von der vorliegenden Bauteilfeuchte zeitabhängige Prozeß nach einiger Zeit abgeschlossen, sinkt folglich der Energieverbrauch - wenn nicht bauart- bzw. objektbedingte Gründe als Effizienzbremsen vorliegen. Man kann ja auch bei Temperieranlagen "alles falsch" machen. Jahresenergieverbräuche von um die 200 bis über 300 kWh/qm bzw 60 bis über 80 kWh/cbm deuten darauf hin.
Hier ist dann nicht die gängige Erklärung "Feuchteaustrocknung" maßgebend, sondern in aller Regel die Bauart und ungünstige Wärmeverteilung bei eingeschlitzten und überputzten Temperierleitungen, die dann nicht gerade selten auch ungenügend erwärmte Räume bedingen. Welcher Sinn soll auch darin liegen, Massivmauern durch sozusagen mechanisch übertragene Wärmeenergie im Inneren "auf Bewegung" zu bringen anstelle die Wärmeenergie direkt dem Raum und seinen Bauteiloberflächen zur Verfügung zu stellen? Von den massiven und teuren Eingriffen zur Leitungseinschlitzung mal ganz abgesehen.
Die falsche Theorie eines Kampfes gegen "aufsteigende Feuchte" mittels "thermischer Trockenlegung" hilft da nicht weiter. Wärmestrahlung muß möglichst "unverschattet" im Raum bereitgestellt werden - man beleuchtet ja auch nicht mittels hunderter Neonröhren unter dann milde schimmerndem Putz den Raum, in dem man lesen will. Auch Wärmestrahlung gehorcht ja wie Licht den unverrückbaren Gesetzen der Strahlungsphysik.
Der "Wärmeverlust" - Konvektion kontra Strahlung
Bei der Bilanzierung des Raumwärmeverlustes der Fassade an die kühlere Umgebung überwiegt die Energieabgabe durch Abstrahlung (über 90 %). Man muß ja die Abstrahlung von fünf massiven und erwärmten Raumflächen (Wände, Decke, Boden) in Bezug setzen zu dem bißchen Wärmeenergie, das die erwärmten Moleküle der Raumluft an die Außenwand abgeben - unter Berücksichtigung auch der solaren Energieeinstrahlung tagsüber.
Hier rechnet die heute auf maximale Heizkessel- und Dämmstoffauslegung ausgelegte "offiziöse" Bauphysik dank abstruser Vereinfachungen und Hypothesen grottenfalsch herum. Die gigantische Abweichung vieler U-Wert-basierter Energiebedarfsberechnungen vom realen Heizenergieverbrauch wird zwar mit allerlei wohlfeilen Ausreden wie "Nutzerverhalten" bemäntelt, ist aber eigentlich ein schlagender Beweis gegen die Rechenansätze bzw. widerlegt das sinnlose Unterfangen, einem Energieverbrauch in realen "instationären" Verhältnissen - also mit ständig und äußerst unterschiedlich schwankenden Aufheiz- und Auskühlvorgängen in, an, unter, auf und zwischen der Bausubstanz des Hauses mit "stationären" Modellen beizukommen, die gerade mal für ein im ewigen Beharrungszustand Tag und Nacht entfremdetem Laborprüfstand zutreffen mögen. Zugegebenermaßen. Wenn der Versuchsaufbau gerade mal paßt.
Link: U-Wert-Narretei
Mit dem Meßmodell werden nun im Auftrag letztlich der Fertighausindustrie die Leichtbaustoffe krass bevorteilt. Sie können dank ihrere geringen Dichte nämlich dem von außen anstehenden erwärmten Medium Luft nur wenig Wärme mittels Kontakt entnehmen und nur wenig Solarenergie tagsüber einspeichern.
So sieht eine Leichtbau-WDVS-Fassade dank nächtlicher Abkühlung unter Lufttemperatur und damit verbundener Kondensateinspeicherung inkl. Veralgung schnell aus (schon lustig, wie die besser speicherfähigen Kunststoffdübel dann auch weniger veralgen):
(Abbildung "Algenbefund auf der WDVS-Fassade" aus "[Forschung] Wärmedämmung; Zur EnEV:
1. Grünes Hinweisschild + 2. Schotten dicht" in: Bautenschutz+Bausanierung,
Zeitschrift für Bauinstandhaltung und Denkmalpflege, Januar 2002, S. 44, Bildautor: Hochschule Wismar,
Bildbearbeitung K.F.)
Andererseits flutscht dann die aufgenommene Wärme durch ein leichtes Bauteil schnell hindurch, während ein massives Bauteil die aufgenommene Wärme lange festhält, eben einspeichert. Und bei einem warmen Bauteil sieht es entsprechend andersherum aus: Nur ein Bruchteil der eingespeicherten Wärmeenergie kann ein erwärmt schwingendes Baustoffmolekül demnach an die Außenluftmoleküle abgeben:
Erstens, da nur 1/6 der Schwingungsenergie tatsächlich "nach außen" abgegeben wird und dort zweitens relativ selten ein Molekül trifft - dank der vergleichsweise geringen Moleküldichte der Luft.
Dieser "kontaktabhängige" Energietransport ist in diesem Fall also gering und kann hilfsweise als "Wärmeleitung" beschrieben werden. Deswegen entnimmt ein schütterer "Dämmstoff" mangels Moleküldichte der warmen Hand wenig Wärme, ein dicht gepackter Stahl aber viel - gespürt als Abkühlung. Und genau so funktioniert eine Thermoskanne: Ihre dünne Glaswandung entnimmt der warmen Flüssigkeit nur wenig Wärme, die Quecksilbervespiegelung reflektiert die Wärmestrahlen und die Dicke der - ohnehin fats 100% vakuumisierten Luftschicht spielt für die Abkühlungsgeschwindigkeit nahezu keine Rolle. [Weitere Details Thermoskanne / Thermosflasche] Insofern ist es natürlich der Gipfel der Energieverschwendung, auf Strahlungsheizung angelegte Systeme wie bei der Betonkernaktivierung / Betonkerntemperierung / Bauteilaktivierung / Bauteiltemperierung in Wände einzuputzen. Das heißt dann Bauteiltemperierung.Die Energie, da solche eingemörtelten Systeme verbrauchen bzw. vergurken, um erst mal die rohrberührende träge Wand in thermische Bewegung (Brownsche Molekularbewegung) zu versetzen, kann man sich eigentlich sparen. Sie wird dem Raum nur sehr indirekt zur Verfügung gestellt und verpufft größtenteils im Wandquerschnitt, der die Wärme = Bewegung der Moleküle dämpft und schluckt. Es wäre wohl genug, nur die oberste Zone der Wandoberfläche in thermisch erhöhten, abstrahlungsaktiv warmen Zustand zu versetzen und diese möglichst wenig bis gar nicht zu verschatten bzw. zu dämpfen und blockieren. Das gewährleisten eben nur nackerte Vorwand-Systeme und das sollte der Bauherr wissen, wenn er und seine Baufrau die unsichtbare und technisch/wirtschaftlich ineffiziente Versteckung des Heizsystems unter Putz fordern.
Ja, so wird nun Wärme "transportiert" - mit Wärmeleitung, Konvektion (Transport erwärmter Gase) und Strahlung (Welle/Teilchen-Bewegung in Lichtgeschwindigkeit). Im Baustoff ist natürlich die Konvektion als Wärmetransport untergeordnet, man könnte allenfalls noch mit herrlich komplizierten Rechenmodellen den Kapillartransport des wärmehaltigen Porenwassers betrachten, was in der Sache aber wohl kaum was bringt. Gute Baustoffe sollen eben trocken sein, obwohl die Baufuzzis lieber Feuchtefallen verbauen. Traurig, aber wahr. Hier weiter ...
