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Die Erstellung einer Wärmebilanz in einem Wohngebäude ist kompliziert, da diese aus verschiedenen Teilströmen besteht. Die wichtigsten Ströme sind:

• Die Konvektion ist ein Wärmeaustausch zwischen Gasgemisch (Luft) und Stoffoberfläche,
• die Wärmeleitung ist ein Wärmeaustausch zwischen Stoffoberfläche und dem Baustoff,
• die Infrarotstrahlung ist eine Wärmeaufnahme des Baustoffs durch Sonnenstrahlung oder Infrarotheizung und
• die langwellige Strahlung, Wärmeaustausch zwischen Oberfläche und Umgebung. [1]

Die einzelnen Wirkungsmechanismen dieser Teilströme und ihre gegenseitige Beeinflussung sind bisher nicht ausreichend bekannt und messetechnisch erfasst. Vorwiegende kann daher nur auf die praktischen Erfahrungen zurückgegriffen werden. So hatte zum Beispiel ein Kollege bei praktischen Messungen in einem Schlosssaale in Schleswig Holstein festgestellt, dass Textilien, Holz und Mauerteiloberflächen in einem Abstand von größer 2 m von den neu installierten Strahlungssäulen die gleiche Oberflächentemperatur haben. [2] Wegen der unterschiedlichen Wärmeeindringkoeffizienten b der Materialien müssten sich unterschiedliche Oberflächentemperaturen ergeben. Dieser Sachverhalt konnte bisher nicht beantwortet werden.

„Die in einem Körper absorbierte Strahlung wird in innere Energie zurück verwandelt. Das geschieht bei den meisten festen und flüssigen Körpern in einer sehr dünnen Randschicht, bei Nichtleitern bis 1 mm Tiefe.“ [3] Die an der dünnen Randschicht (bis 1 mm) der Oberfläche absorbierte Wärmestrahlung wird in innere Energie zurück verwandelt. Dabei liegt die Oberflächentemperatur über der Lufttemperatur. Das ist der entscheidende Vorteil einer Strahlungsheizung, ob Kachelofen oder moderne Infrarotheizung, z. B. gegenüber einer Konvektionsheizung.

Vorwiegend wurden bei der Modernisierung der Altbauten die alten Strahlungsheizungen (z. B. Kachelöfen) durch eine Konvektionsheizung ausgetauscht. In den nachfolgenden Bildern wird der Unterschied deutlich.

Bei der Konvektionsheizung entsteht eine Luftwalze. Die Luft selbst wird zum Wärmträger. Das Problem hierbei besteht darin, dass nicht alle Bauteiloberflächen gleichmäßig erwärmt werden. Gerade Ecken an der Außenwand oder über dem Fußboden werden nicht ausreichend temperiert. Es liegt eine Temperaturdifferenz von einigen Grad zwischen der Bauteiloberfläche und der Raumluft vor. Die Folge ist eine Tauwasserbildung an diesen Bauteilflächen. Tritt dies öfter auf, dann kommt es dort zur Schimmelbildung. Bisher waren die Fensterflächen die kühlsten Oberflächen. Neu Fenster mit einer Isolierverglasung haben eine höhere Oberflächentemperatur, was den geschilderten Prozess zusätzlich begünstigt.

Der wesentliche Vorteil der Infrarotstrahlung ist, dass tauwassergefährdete Mauerwerke oder andere poröse Bauteile getrocknet und die relative Luftfeuchte im Raum gesenkt werden. Durch die höhere Oberflächentemperatur nimmt die Wandoberfläche keine Feuchtigkeit aus der Raumluft auf, sondern gibt dies ab (Desorption). Mit der höheren Oberflächentemperatur ist der Wärmetransport größer, was sich günstig auf den Feuchtetransport im Wandquerschnitt auswirkt. Wandkonstruktionen, die einer höheren Wärmestrahlung ausgesetzt sind, haben im Durchschnitt eine niedrigere Feuchtehöhe.

Die Wärmestrahlung breitet sich gleichmäßig in alle Richtungen aus, sodass auch die unteren Wandabschnitte in einem Raum besser temperiert werden. Zusätzlich entsteht durch die Strahlungswärme ein angenehmeres Raumklima. Die Lufttemperatur ist gegenüber einer Konvektionsheizung bei gleicher Behaglichkeit niedriger, was auch eine Energieeinsparung bedeutet. Bereits eine Verringerung der Raumtemperatur um 1 K bedeutet etwa eine Energieeinsparung um 5 %.

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Peter Rauch 24.5.2013

Quelle:
[1] Bagda, Engin; in Weinmann, Kur; Handbuch Bautenschutz Bd. 2, Bauphysik und Bauchemie, Punkt 4 Instationäre Wärme- und Feuchteströme durch Baustoffe, 1992, expert Verlag, S. 56

[3] Meyer, Günter, Erich Schiffner; Technische Thermodynamik, 2. Aufl., 1983, Fachbuchverlag Leipzig
S. 247-248