Infrarotstrahlung - Was ist das?
Um eine Infrarotheizung und ihre Funktion verstehen zu können, sollte man bei der Infrarotstrahlung beginnen: Jede Art von Strahlung, die der Mensch heute kennt, ist Teil eines gemeinsamen Spektrums elektromagnetischer Wellen. Dazu zählen etwa Röntgenstrahlen, ultraviolette (UV) Strahlen und Rundfunk genauso wie das sichtbare Licht und Radar. Auch alltägliche Bekannte wie WLAN und Bluetooth reihen sich in dieses Spektrum. Der Unterschied zwischen all diesen Strahlunsarten ist die Wellenlänge, mit der sie schwingen. Dabei gilt, dass der Energiebetrag, den die Strahlung mit sich führt, mit abnehmender Wellenlänge steigt. So sind Lichtstrahlen wesentlich energiereicher als Radiowellen, aber auch sehr viel kürzer. Während das sichtbare Licht im Spektralbereich von 380 bis 780 Nanometern liegt, können Radiowellen bis zu 100 Kilometer lang sein.
Auch die Infrarotstrahlung ist Teil des elektromagnetischen Spektrums und bezeichnet darin einen Bereich von 780 Nanometern bis zu 1 Millimeter. Sie schließt damit also direkt an das sichtbare Licht an, kann selbst aber optisch nicht mehr wahrgenommen werden. Spüren kann der Mensch sie trotzdem. Denn bei ihrem Auftreffen auf der Haut empfinden wir sie als Wärme.
Infrarotstrahlung und Wärmestrahlung
Der Name der Infrarotstrahlung ist ein sprechender: Denn so wie UV-Strahlung den Wellenlängenbereich über dem des noch sichtbaren, violetten Lichts bezeichnet (lat.: ultra: über etwas hinaus), schließt der Spektralbereich der IR-Strahlung an das rote Licht an (lat.: infra = unterhalb von). Je nach der spezifischen Wellenlänge wird dabei vom Licht ausgehend in nahes Infrarot, mittleres Infrarot und fernes Infrarot unterschieden. Die Strahlung, die auf der Haut als angenehm empfunden wird, ohne dabei zu brennen, entstammt dem Bereich der fernen IR-Strahlung, auch als IR-C bekannt.
Im Bereich natürlicher menschlicher Erfahrungen liegt das Strahlungsmaximum einer irdischen Wärmequelle immer im Bereich des infraroten Spektrums. Auch der Mensch selbst gibt mit seiner Körperwärme Infrarotstrahlung ab. Deshalb wird IR-Strahlung gerne mit Wärmestrahlung gleichgesetzt. Astronomisch gesehen kann sich das Strahlungsmaximum einer Wärmequelle aber weit in den optischen Bereich und darüber hinaus verschieben. Deshalb ist die IR-Strahlung eigentlich nur eine, aber nicht die einzige Form von Wärmestrahlung. Das Prinzip eines Glashauses etwa basiert auf genau dieser Erkenntnis. In der Anpreisung moderner Heiztechnik werden diese Feinheiten freilich nur selten berücksichtigt.
Das Prinzip hinter der Infrarotheizung
Die Infrarotheizung ist eine der jüngeren technischen Errungenschaften in der Heizungsindustrie und verdankt ihren Namen dem Umstand, dass sie den zum Heizen nötigen Wärmeffekt vorwiegend durch direkte Bestrahlung mit Infrarot hervorruft. Dies wird dadurch ermöglicht, dass sich der Kern einer Iinfrarotheizung bei laufender Funktion wesentlich höher aufheizt als eine konventionelle Heizung. Von ihrer Oberfläche wird dadurch sehr viel mehr direkte Infrarotstrahlung in den Raum entsandt als bei herkömmlichen Heizsystemen. Trifft diese Strahlung auf feste Oberflächen wie Wand, Boden oder Möbel, gibt sie dort ihre Energie ab und versetzt damit die Moleküle und Atome dieser Stoffe in Schwingung. Wärme entsteht!
Für den Menschen funktioniert dieses Prinzip auf die gleiche Weise. Wie an einem sonnigen Tag auf der Skipiste kann dabei ein sofortiges Wärmegefühl eintreten, selbst wenn die Umgebungsluft relativ kühl ist. Infrarotstrahlen sind nämlich auf die Luft als Trägermedium nicht angewiesen. Trotzdem wird auf Dauer auch die Raumluft von einer IR-Heizung erwärmt. Denn Wand, Möbel und Mensch geben die Wärme, die sie durch die Strahlen aufnehmen, zum Teil wieder an die umgebende Luft ab, so dass diese auch langsam wärmer wird.
Der Aufbau einer Infrarotheizung
Infrarotheizungen, die für eine Wandmontage vorgesehen sind, erhitzen sich an ihrer Oberfläche auf bis zu 120 Grad Celsius. Andere Exemplare erreichen sogar Temperaturen von bis zu 200 Grad. Diese dürfen allerdings nur noch an Decken angebracht werden, also außerhalb der Reichweite von Mensch und Tier. Damit sich die Oberfläche so aufheizen kann, verfügen IR-Heizungen in ihrem Kern über ein Heizelement aus Graphit, Kohlenstofffasern oder Metall. Zu besseren Wärmeübertragung ist dieses Heizelement bei einigen Modellen auch direkt mit der Frontplatte der Heizung verwoben.
Eine Isolierschicht, zumeist aus Steinwolle, sorgt hinter dem Heizelement dafür, dass die produzierte Hitze vor allem zur Raumseite hin entweicht. Das rettet nicht nur Wand und Decke, sondern steigert die Effizienz des gesamten Systems. Gelegentlich sorgen auch zusätzliche Spiegel dafür, dass die erzeugte IR-Strahlung vorwiegend in den Raum reflektiert wird. Die Frontplatte besteht aus Glas, Keramik oder Metall und bietet je nach Material unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten. Mit Glas etwa lassen sich Oberflächen erstellen, die wie Gemälde aussehen oder als Badezimmerspiegel dienen. Je leistungsstärker allerdings eine Infrarotheizung in Funktion arbeitet, desto größer sollte auch ihre Abstrahlfläche sein. Denn sonst bleibt ein Großteil der erzeugten Strahlung im laufenden Betrieb ungenutzt.
Infrarotheizung und Konvektionsheizung
Wo genau liegt nun der Unterschied zwischen einer Infrarotheizung und einer herkömmlichen Heizung? Übliche Heizsysteme arbeiten mit einem Wasserkreislauf. Ein öl- oder gasbetriebener Boiler erhitzt das Wasser, welches anschließend mittels Pumpen durch den Heizkreislauf befördert wird. Dabei gibt das Wasser seine Wärme beständig an die metallischen Innenflächen von Rohren und Heizkörpern ab. Nachdem das Metall die Energie dann durch Wärmeleitung an die Außenseite befördert hat, wird sie hier wiederum an die angrenzende Raumluft übertragen. Die erwärmte Luft dehnt sich im Raum aus, steigt auf und kühlere Luft strömt nach. Anschließend wird auch diese an der Heizung erwärmt, während sich die Warmluft an der Decke abkühlt und herabsinkt. Ein Strömungskreislauf entsteht, auch Konvektion genannt. Die Heizkörper werden dabei nie wärmer als 60 Grad.
Bei einer Infrarotheizung ist die Funktion eine andere: Sie ist nicht auf die Luft als Übertragungsmedium für die Wärmeenergie angewiesen und erfordert auch keinen Heizwasserkreislauf. Die Heizpaneele lassen sich einfach in Nähe einer Steckdose anbringen und hier direkt betreiben. Zugleich ist das aber auch ihre größte Einschränkung. Denn Infrarotheizungen für den Innenbereich sind stets elektrische Heizsysteme - mit allen Vor- und Nachteilen, die das mit sich bringt. Zudem macht ihre weit höhere Betriebstemperatur eine wohldurchdachte Anbringung erforderlich. Durch welche Pros und Kontras Infrarotheizungen außerdem gekennzeichnet sind, zeigen wir im zweiten Teil dieser Serie.