Warum das Heizen mit Dunkelstrahlern so energiesparend ist

„Wer Dunkelstrahler für die Hallenbeheizung nutzt, spart enorm Energiekosten und schont die Umwelt“, so das Versprechen der Hersteller. Doch warum?

Im Grunde lassen sich Dunkelstrahler nahezu überall einsetzen, wo die Deckenhöhe über 4 Meter hoch ist. Überwiegend sind sie jedoch in Werkstätten, Lager- und Produktionshallen der Industrie, der Logistik und auch in Sportstätten zu finden. Dunkelstrahler werden an der Decke montiert und sorgen für ein angenehmes Raumklima, da sie für die Wärmeverteilung keine Luft bewegen sondern mit Infrarotstrahlen die Wärme erzeugen. Neben der Vollbeheizung können Dunkelstrahler auch einzelne Zonen beheizen und überzeugen durch sehr kurze Aufheizzeiten. Schauen wir uns die Technik mal genauer an…

Wie funktionieren Dunkelstrahler?

Dunkelstrahler sind Infrarotstrahler, deren Funktionsweise mit dem Prinzip der Sonne zu vergleichen ist. Die Infrarotstrahlung bzw. Wärmestrahlung der Sonne wird auf den Oberflächen, auf die sie treffen, in Wärme umgewandelt. Auch auf unserer Haut. Dabei benötigen die Infrarotstrahlen kein „Trägermedium“ zum Transport ihrer Energie. Wie bei der Sonne, bei der ihre Infrarotstrahlen rund 150 Millionen Kilometer zur Erde zurücklegen müssen, gelangen die Infrarotstrahlen eines Dunkelstrahlers nahezu verlustfrei von den Geräten unter der Hallendecke in den Aufenthaltsbereich der Mitarbeiter, Maschinen und des Lagerguts.

Dunkelstrahler erzeugen die Wärme durch Verbrennung eines Sauerstoff-Gas-Gemisches, in geschlossenen Brennern mit Strahlrohren [Abbildung 2]. Die Verbrennung ist nicht sichtbar, daher der Name Dunkelstrahler. Durch die erzeugte Flamme und Heißgase wird die Oberfläche der Strahlrohre erhitzt, die die Wärme dann überwiegend in Form von Strahlung abgeben. Als Brennstoff wird Erd- oder Flüssiggas oder Biogas eingesetzt, erste Versuche, Dunkelstrahler mit reinem Wasserstoff zu betreiben, laufen gerade.

Wie sind Dunkelstrahler aufgebaut?

Das drückende Gebläse

Dunkelstrahler sind recht einfach aufgebaute Geräte. Sie verfügen über einen Brenner [deswegen zählen sie zu den dezentralen Heizsystemen], einen Ventilator, Strahlungsrohren und darüber angeordneten Reflektoren. Dabei agiert das gerade [linear] oder u-förmig ausgebildete Rohr als Strahlfläche. Der Brenner, der an einem Ende des Strahlrohres montiert ist, erzeugt eine Flamme, die in das Rohr hineinreicht. Modernere Geräte arbeiten dabei als sogenannte „drückende Systeme“. Das heißt, der Ventilator befindet sich unmittelbar im Bereich des Brenners und „drückt“ die Flamme in das Strahlungsrohr hinein. Somit wird eine laminare Flamme erzeugt, die das Strahlrohr über die gesamte Länge erwärmt [Abbildung 2]. Eine andere Konstruktion nutzt den Ventilator zum Saugen am gegenüberliegenden Ende des Rohres. Die Ventilatoren erzeugen dabei einen Unterdruck, der die Flamme und die Gase durch das Strahlrohr „saugt“. Nachteile: Die Ventilatoren und deren Kugellager sind dem heißen Abgas und aggressivem Kondensat in der Aufwärmphase der Geräte ausgesetzt.

Grafik, die die Funktion eines Dunkelstrahlers von Schwank erklärt.

Das Strahlungsrohr erhitzt sich je nach Konstruktion auf etwa 550 bis 700 °C. Es wird von einem Reflektor abgedeckt, der die Wärmestrahlung in den gewünschten Bereich lenkt. Zur Steigerung der Infrarotausbeute kann das Reflektorblech mit einer Wärmedämmung versehen werden. Die Ableitung der Rauchgase erfolgt über Einzelkamine pro Gerät oder Sammelabgasanlagen, bei der mehrere Geräte ihre Rauchgase gebündelt ableiten. Bei belasteter Raumluft [beispielsweise durch Dämpfe] dient der Abgaskamin zusätzlich als Frischluftführung für den Brenner [LAS-Systeme].

Der Gas-Luft-Verbund

Die aktuelle Generation Dunkelstrahler nutzt einen pneumatisch gesteuerten Gas-Luft-Verbund, der die Geräteleistung stufenlos in Bereichen zwischen 40 % und 100 % anpassen kann. So ist ein Heizen im Teillastbetrieb bei durchgängig hohem Wirkungsgrad möglich. Das wirkt sich neben einer zusätzlichen Energieeinsparung auch positiv auf die Erfüllung der gesetzlich geforderten ErP-Richtlinie aus. Als Richtwert kann gesagt werden, dass Dunkelstrahler mit Gas-Luftverbund-Brennern durchschnittlich 30 % wirtschaftlicher sind als handelsübliche Dunkelstrahler.

Warum heizen Infrarotstrahlstrahler gesund?

In erster Linie ist das behagliche Raumklima, das durch Dunkelstrahler erzeugt wird, der Tatsache geschuldet, dass die Systeme keine Luft zur Beheizung bewegen müssen. So entstehen keine unangenehmen Zugerscheinungen oder Staubaufwirbelungen, was besonders die Allergiker freut, und nebenbei werden auch Viren und Keime nicht unnötig umhergeblasen. Weil Dunkelstrahler primär die Oberflächen und Menschen und nur sekundär die Luft erwärmen, kann die Lufttemperatur in der zu beheizenden Halle durchschnittlich ca. drei Kelvin weniger betragen [Abbildung 3]. Diese geringere Lufttemperatur wird aufgrund der Infrarotwärme dennoch als behaglich empfunden.

Was macht Dunkelstrahler so effizient?

Im Vergleich zu herkömmlichen Hallenheizsystemen können Dunkelstrahler bis zu 50 % an Energiekosten sparen. Die Höhe der Einsparung ist von mehreren Faktoren abhängig. Der Baukörper und der eigentliche Anwendungsfall spielen dabei eine wesentliche Rolle. So gilt:

Die Energieeinsparung mit Dunkelstrahlern steigt…

  • …je höher eine Halle ist.
  • …je schlechter die Gebäudehülle gedämmt ist.
  • …je höher der Luftwechsel in der Halle ist [z.B. durch ständig geöffnete Tore bei Be- oder Entladevorgänge, Absaugung an Maschinen etc.].
  • …wenn nur bestimmte Zonen oder Hallenteile beheizt werden sollen.
  • …wenn die Heizung flexibel auf wechselnde Schichtzeiten eingehen soll.
  • …je kälter die durchschnittlichen Außentemperaturen sind.

Doch hauptsächlich sparen Dunkelstrahler aufgrund ihres Konstruktionsprinzips und der Wärmeübertragung durch Infrarotstrahlen. Denn es gilt: Was nicht geheizt werden muss, muss auch nicht bezahlt werden. Das bezieht sich sowohl auf die Möglichkeit, Hallenbereiche unbeheizt zu lassen, als auch auf das Herabsetzen der Lufttemperatur. Im Schnitt spart 1°C weniger Lufttemperatur 7 % Energie. Zudem nutzen Dunkelstrahler die Primärenergie Gas, welche sie direkt im Gerät in Wärmeenergie umwandeln. Aufwändige Kesselanlagen und die Übertragungsverluste der Wasserleitungen von zentralen Systemen entfallen.

Darüber hinaus erlauben eine intelligente Steuerung und die Möglichkeit die Geräteleistung stufenlos modulierend anzupassen nochmals rund 14 % im Gegensatz zu einstufig geregelten Dunkelstrahlern. Modulierende Dunkelstrahler, bestenfalls mit Gas-/Luft Verbund, können ihre Brennerleistung dem tatsächlich benötigten Wärmebedarf ideal anpassen. Hierzu wird neben der Brennstoffmenge auch die Verbrennungsluft geregelt. So kann die energetisch beste Verbrennung und der höchste Strahlungsfaktor [auch im Teillastbetrieb] gewährleistet werden.

Die meisten Heiztage sind in den sogenannten Übergangszeiten. Die Leistung der Heizungsanlage ist jedoch auf Spitzenzeiten – also besonders kalte Tage – ausgelegt. Dunkelstrahler, die nicht modulieren können, fahren quasi immer Vollgas.

Eine zusätzliche Einsparung kann durch den Einsatz von isolierten und komplett geschlossenen Reflektoren mit hohem Reflexionsgrad erzielt werden. Mit der Isolierung der Reflektoren werden Wärmeverluste nach oben vermieden. Die Strahlungsrohre werden damit heißer und geben wiederum mehr Wärme durch Infrarotstrahlung nach unten ab.

Konstruktionsbedingt steigt die Effizienz von Dunkelstrahlern, wenn…

  • …das Gerät stufenlos modulieren kann.
  • …ein Gas-Luft-Verbund Brenner verwendet wird.
  • …gedämmte Reflektoren zum Einsatz kommen.
  • …die Reflektoren rundum geschlossen sind [auch an Kopf- und Stirnseite].
  • …ein gut reflektierendes Reflektormaterial verwendet wird.

Was sind die Vorteile einer Dunkelstrahler Hallenheizung für den Anwender?

Wie jeder weiß, gibt es aber zwischen Theorie, technischen Vorteilen und Praxis feine Unterschiede. Die Heizung muss zum Gebäude und seinen Gegebenheiten passen.

Dunkelstrahler eignen sich als Hallenheizung besonders gut, wenn…

  • Staubaufwirbelungen vermieden werden sollen.
  • …bestimmte Flächen/Zonen individuell beheizt werden sollen.
  • …die Halle nur sporadisch genutzt wird.
  • …der Baukörper schlecht gedämmt ist oder über viele Kältebrücken verfügt.
  • …die Investitionskosten gering gehalten werden sollen.
  • Tore häufig offen stehen oder ein hoher Luftwechsel gegeben ist.
  • …die Halle hoch ist.
  • Kondensat auf empfindlichen Lagergütern [z.B. Stahl] vermieden werden soll.

Dunkelstrahler eignen sich nur bedingt als Hallenheizung, wenn…

  • …expolsionsgeschützte Räume beheizt werden sollen.
  • …die Halle unter 4 Meter hoch ist.
  • …kein Erd- oder Flüssiggas genutzt werden kann.
  • …die Mindestabstände vom Lagergut zum Dunkelstrahler nicht eingehalten werden können.
  • …Dach- oder Wandlasten durch das Gerätegewicht nicht eingehalten werden können [z.B. bei Zeltkonstruktionen, Gewächshäuser oder Leichtbauhallen].

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