Infrarotheizungen im Hybridsystem: Thermische Behaglichkeit
Die Infrarotheizung gilt als effiziente Methode, um gezielt Wärme in Räumen zu erzeugen. Doch wie wirkt sich die Strahlungswärme auf das persönliche Wohlbefinden aus? Um diese Frage zu beantworten, wurden im Rahmen des Projekts Infrarotheizungen im Hybridsystem Untersuchungen zur thermischen Behaglichkeit durchgeführt von Krisitin Batke. In speziell eingerichteten Versuchen sollten Probanden bewerten, wie angenehm sie die Wärme von Infrarotheizungen empfinden und unter welchen Bedingungen diese optimal funktioniert. Ziel der Untersuchungen war es, die besten Konfigurationen in Bezug auf Heizleistung, Abstand und Dauer herauszufinden.
Darstellung der Erwärmung eines Wandelements durch Infrarotstrahlung eines DunkelstrahlersDie Grundlagen – Was ist mit der thermischen Behaglichkeit bei Infrarot?
Thermische Behaglichkeit beschreibt das Gefühl, sich in einem Raum weder zu warm noch zu kalt zu fühlen, also eine als angenehm empfundene Temperatur. Bei herkömmlichen Heizsystemen, die meist mit Konvektion arbeiten, wird die Luft erwärmt und im Raum verteilt. Infrarotheizungen dagegen arbeiten mit Wärmestrahlung: Sie erwärmen nicht die Luft, sondern direkt die Oberflächen von Wänden, Möbeln und auch den Menschen im Raum.
Da die Infrarotstrahlung direkt auf den Körper einwirkt, stellt sich oft schneller ein angenehmes Wärmegefühl ein, ähnlich dem natürlichen Wärmeempfinden bei Sonneneinstrahlung. Dadurch kann auch bei niedrigeren Lufttemperaturen ein Behaglichkeitsgefühl erreicht werden, da die Körperoberfläche direkt erwärmt wird. Für die thermische Behaglichkeit bedeutet dies, dass Infrarotheizungen oft ein gleichmäßigeres und punktuelleres Wärmeempfinden ermöglichen, das weniger von der Raumluft abhängig ist.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizsystemen erfordert die Platzierung der Infrarotpaneele oder -strahler eine genaue Planung. Für eine optimale Behaglichkeit sollten die Heizflächen so positioniert werden, dass sie die Aufenthaltsbereiche gezielt bestrahlen und keine großen Schattenbereiche entstehen. Um zu entscheiden, wie weit und wie intensiv die Infrarotheizung eingesetzt werden sollte, wurden von der Projektgruppe Versuche durchgeführt.
Die Kurzfassung
Die thermische Behaglichkeit ist individuell verschieden. Bei den Versuchen hatten die verschiedenen Testpersonen unterschiedliche Empfindungen, aber alle waren überzeugt, dass die Infrarotheizung die Behaglichkeit bei kalten Raumtemperaturen kurzfristig erhöht. Die Schwierigkeit bestand darin, ein Maß zu finden, das auf Dauer nicht unangenehm wird.
Bei einem Abstand von drei Metern und nur einem Strahler wurde die Wärme nicht gleichmäßig verteilt, vor allem Gesicht und Hände wurden schneller warm als der Rest des Körpers. Bei einem Abstand von zwei Metern fühlten sich die Testpersonen schneller wohl, aber nicht alle gleichmäßig.
Letztendlich beeinflussten sowohl der Abstand als auch die Leistung das Wärmeempfinden in die erwarteten Richtungen. Am besten war die Wärmeverteilung bei drei Metern Abstand und zwei Strahlern. Nach 10 bis 12 Minuten fühlten sich die Testpersonen durchgehend angenehm warm, ohne dass das Gefühl dauerhaft störend wurde.
Versuche zur thermischen Behaglichkeit im Klimaraum
Besonders bei Infrarotheizungen, die nicht die Luft, sondern direkt die Oberflächen erwärmen, ist es wichtig, die richtige Balance zwischen Strahlungsintensität und Raumgeometrie zu finden. Die folgenden Untersuchungen wurden durchgeführt, um herauszufinden, wie verschiedene Parameter wie der Abstand zur Strahlungsquelle oder die Anzahl der Strahler angepasst werden müssen, damit eine angenehme und gleichmäßige Wärmeverteilung gewährleistet ist.
In einem klimatisierten Raum, der auf eine Temperatur von etwa 16 °C heruntergekühlt wurde, fanden verschiedene Tests mit Infrarotstrahlern statt. Die Probanden nahmen an unterschiedlichen Positionen gegenüber den Strahlern Platz, um den Einfluss von Abstand und Strahlerleistung auf ihre gefühlte Behaglichkeit zu bewerten. Die Tests orientierten sich an der DIN EN ISO 7730, einer Norm zur Ermittlung der thermischen Behaglichkeit, und wurden über einen Zeitraum von 20 bis 30 Minuten durchgeführt.
Die Probanden bewerteten ihre Empfindungen in regelmäßigen Abständen auf einer Skala von -3 („sehr kalt“) bis +3 („sehr warm“), wobei das Ziel eine „neutrale“ Bewertung von 0 war. Gleichzeitig wurde beobachtet, ob die Wärme gleichmäßig auf den Körper verteilt war oder ob Unterschiede zwischen direkt und indirekt bestrahlten Körperflächen bestanden.
Übersicht der Versuche
Die Versuche wurden mit unterschiedlichen Abständen zur Infrarotquelle und mit variierender Strahlerleistung durchgeführt, um herauszufinden, wie sich diese Faktoren auf das Empfinden der thermischen Behaglichkeit auswirken. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die verschiedenen Versuchskonfigurationen und die jeweiligen Ergebnisse.
| Abstand zur IR-Quelle | Leistung der Strahler | Dauer | Ergebnisse | |
|---|---|---|---|---|
| Erster Versuch | 3 Meter | 800 W | 20 Min | – Proband 1: nach 20 Min „neutral“; Gesicht und Hände wurden schneller erwärmt als der Rest des Körpers – Proband 2: nach 20 Min „etwas kühl“, ungleichmäßige Wärmeverteilung |
| Verkürzter Abstand | 2,5 Meter | 800 W | 20 Min | – Proband 1: nach 18 Min „neutral“, aber Wärmeverteilung ungleichmäßig – Proband 2: nach 20 Min „etwas kühl“; dritter Proband nach 30 Min keine Verbesserung |
| Weitere Verkürzung | 2 Meter | 800 W | 20 Min | – Proband 1: nach 6-12 Min „neutral“, danach „etwas warm“ – Proband 2: ab 16. Min „neutral“, Proband 3: ab 18. Min „neutral“ |
| Erhöhung der Leistung | 2 Meter | 2 Strahler, 1330 W | 20 Min | – Beide Probanden nach 8 Min „neutral“, danach „etwas warm“, später leichtes Unbehagen |
| Abstandserhöhung | 3 Meter | 2 Strahler, 1330 W | 20 Min | – Beide Probanden erreichten nach 10-12 Min „neutral“, Behaglichkeit blieb bis zum Ende der Versuchszeit stabil |
Analyse der Ergebnisse
Die Versuche zeigten, dass der Abstand zur Infrarotquelle sowie die Strahlerleistung einen signifikanten Einfluss auf die wahrgenommene Behaglichkeit haben. In den Tests mit einem Abstand von drei Metern und nur einem Strahler reichte die Wärmeverteilung nicht aus, um eine gleichmäßige Behaglichkeit zu gewährleisten. Insbesondere Bereiche wie Gesicht und Hände wurden deutlich schneller warm als der Rest des Körpers.
Bei einer Verkürzung des Abstands auf zwei Meter wurde die Behaglichkeit schneller erreicht, doch nicht bei allen Probanden gleichermaßen. Der Einsatz eines zweiten Strahlers mit höherer Leistung führte schließlich dazu, dass die Probanden bereits nach etwa acht Minuten eine neutrale Behaglichkeit bewerteten, jedoch berichteten sie später von einem leicht unangenehmen Wärmegefühl.
Der optimale Versuch fand schließlich bei einem Abstand von drei Metern und zwei Strahlern statt. Hier erreichten die Probanden nach 10 bis 12 Minuten eine stabile neutrale Behaglichkeit, die über den gesamten Testzeitraum konstant blieb.
Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass Infrarotheizungen bei richtiger Konfiguration eine effektive und angenehme Wärmequelle darstellen können. Die entscheidenden Faktoren für die thermische Behaglichkeit sind der Abstand zur Strahlungsquelle und die Heizleistung der Strahler. Bei größeren Abständen sind zusätzliche oder leistungsstärkere Strahler notwendig, um eine gleichmäßige Wärmeverteilung zu gewährleisten.
In Anwendungen wie dem beschriebenen Klimaraum hat sich gezeigt, dass eine Kombination aus zwei Infrarotstrahlern mit einer Gesamtleistung von 1330 W bei einem Abstand von drei Metern die beste Behaglichkeit bietet. Für die Praxis bedeutet dies, dass bei der Installation von Infrarotheizungen in größeren Räumen die Anzahl und Platzierung der Strahler sorgfältig geplant werden müssen, um eine optimale Verteilung der Wärme zu gewährleisten.
Durch die Erkenntnisse dieser Versuche lässt sich schlussfolgern, dass Infrarotheizungen eine wertvolle Ergänzung zu bestehenden Heizsystemen darstellen können, insbesondere in Fällen, in denen eine schnelle und gezielte Erwärmung von Aufenthaltsbereichen gewünscht ist.
Weiterführende Einträge
Für eine detailliertere Betrachtung der einzelnen Themen haben wir jeweils einzelne Einträge erstellt. Alle Beiträge laufen hierbei unter den Namen Infrarotheizungen im Hybridsystem darunter:
- Infrarotheizungen im Hybridsystem: Ein innovativer Ansatz für effizientere Wärmeversorgung Dieser Eintrag fasst die Kernpunkte der Thematik zusammen.
- Infrarot-Heiztechnologien im Vergleich In diesem Artikel vergleichen wir die verschiedenen Infrarot-Heiztechnologien und erklären, warum sich die Gruppe für Dunkelstrahler als bevorzugte Technologie entschieden hat.
- Modellierung des Raumes und die Energiebilanz Die Modellierung der Energieeffizienz des Raumes und der daraus resultierenden Einsparungen war eine Kernfrage dieses Projekts. Dieser Artikel beschreibt die Modellierung und die Ergebnisse.
- Prüfen der Wirtschaftlichkeit Dieser Artikel beschreibt die grundlegenden Kosten- und Amortisationsberechnungen und wie diese von der Projektgruppe durchgeführt wurden.
Fragen? Die Betreuer dieses Projekts waren Prof. Dr. Joachim Schettel und Thomas Leidenbach vom SWK E² – Institut für Energietechnik und Energiemanagement der Hochschule Niederrhein (https://www.hs-niederrhein.de/swk-e2) . Nehmen Sie hier gerne Kontakt auf, um mehr Informationen zu erhalten.