Was sind Infrarotheizungen?

Funktionsweisen einer Infrarotheizung

Tiefenentspannt mit Strom heizen

Eine Infrarotheizung basiert auf der sogenannten Strahlungs- beziehungsweise Wärmewellentechnologie und gehört fachlich betrachtet zu den Elektroheizungen. Mit einer optimal gesteuerten Infrarotheizung lassen sich im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen Kosteneinsparungen von bis zu 50 Prozent erzielen, wobei minimale Vorwärmzeiten zudem einen ausgezeichneten Nutzungskomfort bieten.

Auch unter stilistischen Aspekten betrachtet ist eine Infrarotheizung eine attraktive Alternative zu den meist schnöden und gleichförmigen Heizkörpern einer Zentralheizung – es gibt sie beispielsweise als Spiegel, Tafel oder Bild, wodurch die Infrarotheizung nicht nur Wärmequelle ist, sondern auch zum Einrichtungsgegenstand oder Wohnaccessoire wird.

Die Infrarotheizung kann direkt mit der Steckdose verbunden werden oder sie wird über die Stromleitungen angeschlossen. Die Infrarotstrahlen erwärmen die Materie des gesamten Raumes, so dass sich die ausstrahlende Wärme wie bei einem Kachelofen sanft und angenehm im Wohnraum ausbreitet. Auch der Einsatz in Außenbereichen wie Balkon oder Terrasse ist möglich.

Die Wirkungsweise einer Infrarotheizung

Um die Wirkungsweise einer Infrarotheizung zu verdeutlichen, ist die Aufschlüsselung des Wortbestandteils „Infra“ hilfreich. „Infra“ entspringt dem Lateinischen und kann mit „unterhalb“ oder auch „jenseits“ übersetzt werden. Demgemäß gilt, dass es sich bei Infrarot um eine elektromagnetische Strahlung dreht, die unterhalb des roten Endes des sichtbaren Lichtspektrums liegt – einem für das Auge nicht mehr wahrnehmbaren Wellenlängenbereiches zwischen etwa 780 und einer Million Nanometer.

Zum Verständnis: ein Nanometer ist 70.000 Mal dünner als ein menschliches Haar. Infrarote Wärmestrahlen sind somit zwar unsichtbar, aber mittels der menschlichen Hautsensorik fühlbar, denn die Infrarot-Wärmewellen einer Infrarotheizung besitzen die Eigenschaft, beim Auftreffen auf Materie diese zu erwärmen.

Die Wärmewellen einer Infrarotheizung werden direkt auf den menschlichen Körper und andere feste sowie flüssige Materialien im Raum übertragen und benötigen dabei keine Luft als Transportmittel wie es bei anderen Heizsystemen der Fall ist. Die im Raum befindlichen festen und flüssigen Körper nehmen die Wärmestrahlung auf und geben sie anschließend wieder ab.

Durch das Aussenden von Wärme erfolgt ein Strahlungsaustausch, so dass sämtliche sich im Raum befindende Körper gleichmäßig von der Infrarotheizung erwärmt werden. Begleitend hierzu streicht die Raumluft über die aufgewärmten Körper und heizt sich dabei von selbst auf, ohne dass hierfür ein zusätzlicher Energieaufwand betrieben werden muss.

Prinzipiell kann man sagen, dass eine Infrarotheizung mit zwei verschiedenen Arten von Wärme operiert. Erstens ist es die direkte Strahlungswärme der Infrarotheizung, die in einer Entfernung von drei bis vier Metern deutlich spürbar ist und sich um zwei bis drei Grad wärmer als die gemessene Raumtemperatur anfühlt. Zweitens verfügt eine Infrarotheizung über eine indirekte Raumwärme, die von Wänden und Möbeln zurückgegeben wird. Infrarotstrahlen sorgen für ein besonders angenehmes Raumklima und haben eine für den Menschen positive Auswirkung, was auch durch die immer beliebter werdenden Infrarot-Saunen belegt ist. Gesteuert und reguliert wird eine Infrarotheizung zumeist über ein Funkthermostat mit einem bedienbaren Sender und einem Empfänger.

Der Unterschied zwischen einer Infrarotheizung und herkömmlichen Heizsystemen

Gängige Heizsysteme erzeugen Wärme durch das Erwärmen der Raumluft, was auch als Konvektionswärme bezeichnet wird. Meistens werden hierbei fossile Brennstoffe wie Öl oder Gas verbrannt.

Schlussendlich soll die auf Temperatur gebrachte Luft den Menschen erwärmen. Aber dadurch, dass die warme Luft vom Heizkörper aus nach oben steigt, entsteht eine permanente Luftzirkulation im Raum – warme Luft steigt auf, kalte Luft sinkt ab.

So ist es immer zuerst an der Zimmerdecke schön warm. Hinzu kommt, dass herkömmliche Heizanlagen wassergeführt sind: Wasser wird an einem zentralen Ort erwärmt (meistens im Keller) und dann durch ein langes, verzweigtes Rohrsystem in die Heizkörper der einzelnen Zimmer transportiert. Dabei entsteht ein hoher Energieverlust, Staub wird aufgewirbelt, es kommt zu trockener Raumluft, es begünstigt Schimmelbildung und insgesamt führt dies zu keinem besonders angenehmen Raumklima.

Infrarotheizungen hingegen erzeugen Strahlungswärme, was durchaus vergleichbar mit der Wirkung der Sonne ist. Infrarotheizungen erwärmen Personen, Wände und Einrichtungsgegenstände direkt und die Wände als Umgebungsflächen geben die Wärme an den Raum ab.

So entsteht ein sehr angenehmes Raumklima wie bei einem Kamin. Da die von Infrarotheizungen ausgehende Infrarot-C-Strahlung die Haut nicht nur oberflächlich erwärmt, wie es beim konventionellen Heizen der Fall ist, sondern tiefer in die Haut eindringt, kann die Temperatur einer Infrarotheizung zwei bis drei Grad niedriger eingestellt werden, was zu einem sehr angenehmen Körpergefühl führt.

Trotz dieser eindeutigen Vorteile einer Infrarotheizung schaffen es die Marketingstrategen herkömmlicher Heizsysteme immer wieder, die kosmetischen Neuerungen an ihren an sich überholten Systemen als innovative sowie sparsame Heiztechnik im Markt zu positionieren. Auch der Tatbestand, dass die zur Befeuerung herkömmlicher Heizsysteme benötigten Brennstoffe wie Öl und Gas zur Neige gehen, deshalb immer teurer werden und irgendwann so gut wie unbezahlbar sind, sollte beim Vergleichsdenken eine zentrale Rolle spielen.

Infrarotheizungen und ihre Technik

Im Wesentlichen bestehen Infrarot-Plattenheizelemente aus einem Heizleiter, der elektrische Energie in Form von Strom in Wärme verwandelt und der – je nach Hersteller – auf einer Matte oder in einem Naturstein fixiert ist. Die Heizschicht hingegen ist in der Regel aus Karbonfasern oder Folien gefertigt, die durch Glasfasern verstärkt sind und in einer Kunststoffmasse eingearbeitet wurden.

Damit die erzeugte Wärme hauptsächlich nach vorne abgegeben werden kann, ist die Heizschicht zu einer Seite thermisch isoliert. Die vordere Abdeckung einer Infrarotheizung ist entweder aus pulverbeschichtetem Aluminium, Einscheiben-Sicherheitsglas oder einer Natursteinplatte gefertigt.

Bei den Natursteinplatten handelt es sich meistens um Keramik, Granit, Marmor oder Sandstein. Der Einsatz dieser variablen Materialien dient optischen Aspekten, denn diese ermöglichen es, die Front einer Infrarotheizung bei gleichartiger Technik individuell zu gestalten. Die Möglichkeiten erstrecken sich von einfarbig oder mehrfarbig über individuelle Motivdrucke bis hin zu Dekorglas, Spiegelelementen, Kreidetafeln oder Natursteinen.

Der weitere Aufbau einer Infrarotheizung betrifft die Rückseite, die mit einer thermischen Isolationsschicht behaftet ist und aus einer nicht brennbaren Dämmplatte mit ausgezeichneten wärmedämmenden Eigenschaften besteht. Auf diese Schicht folgt eine aus verzinktem und pulverbeschichtetem Stahlblech hergestellte Rückwand, die der Technik im Inneren einer Infrarotheizung eine solide Stabilität gewährt.

Wird eine Infrarotheizung eingeschaltet, erwärmt sich die vordere Abdeckung auf Temperaturen zwischen 80° C und knapp 200° C, die Mindesttemperatur liegt bei 75° C. Die Heiztemperaturen von Wandheizgeräten belaufen sich auf Temperaturen zwischen 80° C und 120° C, Deckenheizelemente arbeiten mit Temperaturen von bis zu 200° C. Mit diesen Werten sind Infrarotheizungen deutlich wärmer als herkömmliche Heizkörper, durch die erhitztes Wasser strömt. Die hohen Temperaturen einer Infrarotheizung ermöglichen es, dass der Hauptanteil der Wärme nicht an die Raumluft abgegeben wird und die Wärme mehrheitlich in Form einer Wärmestrahlung im infraroten Bereich ausgestrahlt wird. Um zu verhindern, dass sich ein Heizelement zu stark aufheizt – etwa beim unbeabsichtigen Abdecken der Infrarotheizung – sind in der überwiegenden Anzahl aller Geräte Überhitzungs- und Sicherheitssensoren eingebaut.

Die Anschluss-Leistung einer Infrarotheizung für private Wohnräume variiert zwischen 250 bis maximal 2.000 Watt. Als Stromanschluss kommt ein handelsüblicher Netzstecker zum Einsatz. Die Bedienung einer Infrarotheizung erfolgt über ein Thermostat, das nicht im Heizgerät eingebaut ist. Technik und Aufbau von Infrarotheizungen sind frei von Gefahrenstoffen wie Blei oder Quecksilber, was an der sogenannten RoHS-Kennzeichnung deutlich zu erkennen ist.

Der Wirkungsgrad von Infrarotheizungen

Der Wirkungsgrad einer Infrarotheizung ist in Abhängigkeit von der Strahlungsintensität zu betrachten und liegt bei mindestens 86 Prozent. Zum Vergleich: bei moderneren Öl- oder Gasheizungen bewegt sich die Strahlungsintensität gerade mal zwischen 60 und maximal 80 Prozent. Das bedeutet, dass bei einer Infrarotheizung mindestens 86 Prozent der eingesetzten Energie in Wärme umgewandelt werden und einen enorm geringen Energieverlust zur Folge hat.

Je nach Einsatzgebiet existieren unter den Infrarotheizungen unterschiedliche Intensitäten. Beim Heizen einzelner Räume in geschlossenen Gebäuden werden vornehmlich großflächige, an Decken oder Wänden montierte Heizelemente eingesetzt. Diese Plattenheizelemente erzeugen sogenannte langwellige IR-C-Strahlen mit Wellenlängen zwischen 3.000 und 50.000 Nanometer. Bei zu beheizenden Außenflächen wie beispielsweise Straßencafes, Biergärten oder auch Fußballstadien werden Infrarot-Strahler mit mittel- bis kurzwelligen IR-B- oder IR-A-Strahlen bevorzugt, weil die Wärmewirkung dieser Strahlen höher ist und in einer kälteren Umgebung mehr Wärme generieren.

Dass Infrarotheizungen ihre Strahlleistung derart variieren beziehungsweise steigern können, ist in einer Naturkonstanten begründet. Die beiden Physiker Josef Stefan und Ludwig Boltzmann entdeckten, dass sich die abgestrahlte thermische Leistung eines Körpers nicht in gleichen Werten erhöht wie seine Temperatur – dass also die Verdoppelung der Temperatur einer Heizung nicht zwangläufig zur Verdoppelung der abgestrahlten Leistung führt.

Es ist wesentlich drastischer, denn die Wirkung steigt um den Faktor „hoch 4“. Das bedeutet: wenn sich die Temperatur einer Infrarotheizung veroppelt – beispielsweise von 100° C auf 200° C – dann ist die abgestrahlte Wärmeleistung sechzehnmal stärker. Diese beachtliche Erhöhung der Wärmewirkung wird mit nur minimalen Aufwand erreicht.

Diesen Vorteil nutzt eine Infrarotheizung, da die Wärmeleistung nur von der Oberflächentemperatur und Oberflächenbeschaffenheit des Heizgerätes abhängt. Umgebungstemperaturen wirken sich in keinster Weise auf die Wärmewirkung einer Infrarotheizung aus, da die Wärme nicht über die Luft transportiert wird, sondern per Wärmestrahlung direkt auf den Menschen wirkt.

Wie schnell heizen Infrarotheizungen?

Infrarotheizungen werden aus verschiedenen Materialien angeboten und demgemäß variieren auch die Aufheizzeiten der unterschiedlichen Modelle – sie bewegen sich zwischen fünf und 20 Minuten. Infrarotheizungen in einem Stahlgehäuse benötigen fünf Minuten zum Aufheizen, um dann die Strahlungswärme an den Raum abzugeben. Infrarotheizungen, die von Natursteinen „ummantelt“ sind, brauchen hingegen ungefähr 15 bis 30 Minuten bis die Oberfläche die Infrarot-C-Strahlung abgibt, da der Stein die Wärme zuerst einmal speichert.

Dabei bestimmt die Profilstärke des verwendeten Natursteins die Aufheizzeit der Infrarotheizung. Die Profilstärken reichen von 10 bis 30 mm. Als Faustregel gilt: je dicker der Naturstein, desto länger dauert es, bis dieser die Wärme abgibt. Eine Infrarotheizung aus Glas benötigt etwa acht bis zehn Minuten zum Aufheizen, um danach die Wärme an den Raum abzugeben.

Ganz allgemein lässt sich festhalten, dass ein Raum ohne jegliches Mobiliar etwas länger braucht, um aufgeheizt zu werden als dies bei möblierten Räumen der Fall ist. Konventionelle Heizsysteme benötigen zum Aufheizen etwas weniger Zeit, da sie nur die Raumluft erwärmen.

Jedoch kann eine Infrarotheizung die gewünschte Raumtemperatur mit wesentlich geringerem Energieaufwand konstant halten.

Wellenwärmebereiche und Strahlunsintensitäten von Infrarotheizungen

Die Oberflächentemperatur der Heizpaneele einer Infrarotheizung schwankt zwischen 80° C und 120° C, so dass bei einer kurzen, unabsichtlichen Berührung keine Verbrennungsgefahr besteht. Außerdem verhindern in die Heizpaneele eingebaute Sicherheitssensoren eine Überhitzung. Die von Infrarotheizungen erzeugten Infrarotstrahlen gleichen der C-Strahlung der Sonne, ohne die kein Leben auf der Erde existieren würde. Somit ist die Strahlung einer Infrarotheizung sehr wohltuend für den Körper und sein Immunsystem.

Heruntergebrochen auf die Gesetzmäßigkeiten der Physik, besteht Infrarotstrahlung aus elektromagnetischen Wellen, die zwischen 780 und einer Million Nanometer lang beziehungsweise kurz sind. Zur Verdeutlichung: eine Million Nanometer entsprechen einem Millimeter.

Elektromagnetische Wellen unter 780 Nanometer können mit dem bloßen Auge erkannt werden, und zwar als Licht, was ebenfalls aus elektromagnetischen Wellen besteht. Der für den Menschen sichtbare Bereich liegt bei Wellenlängen zwischen 380 und 780 Nanometer.

Wellen außerhalb dieses Bereiches – ob kürzer oder länger – kann das menschliche Auge nicht mehr erfassen. Infrarotstrahlung kann man sich quasi als Licht vorstellen, das aufgrund der größeren Wellenlänge nicht mehr sichtbar ist.

Elektromagnetische Strahlung kann von Körpern, also auch dem menschlichen, umso besser aufgenommen werden, je kürzer die Wellenlänge ist. Demgemäß dringt eine Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 1.000 Nanometer tiefer in die Haut ein als eine Infrarotstrahlung im Bereich zwischen 10.000 und 100.000 Nanometer, was zu unterschiedlichen Wärmeempfindungen führt. Infrarotstrahlung kann zwischen 0,3 und 5 Millimeter tief in die Haut eindringen und eben diese Tiefenwirkung unter die Hautschichten empfinden Menschen als Wärme.

Effektives Heizen mit einer Infrarotheizung

Um die Effektivität einer Infrarotheizung zu beleuchten, sei nochmal auf den grundsätzlichen Unterschied zwischen konventionellen Heizsystemen und einer Infrarotheizung hingewiesen. Eine Infrarotheizung erwärmt Flächen wie Wände, Decken, Böden und Einrichtungsgegenstände und sorgt dafür, dass diese wärmer sind als die Raumluft. Bei konventionellen Heizsystemen ist genau das Gegenteil der Fall, sie erwärmen nur die Raumluft – Wände, Böden, Decken und Einrichtungsgegenstände hingegen bleiben kalt. Eine Infrarotheizung erwärmt also feste Materialien und nutzt diese als Wärmespeicher. Es empfiehlt sich, eine Infrarotheizung tagsüber, wenn niemand zu Hause ist, nicht komplett auszuschalten, sondern nur etwas zurückzudrehen, weil sonst die in den Umgebungsflächen gespeicherte Wärme verloren geht, die Wände auskühlen und ein hoher Energieaufwand nötig ist, um alles wieder auf Temperatur zu bringen.

Ein Beispiel: Bei einer gewünschten Temperatur von 21° C sollte die Infrarotheizung während der Abwesenheit auf 18° C bis 19° C eingestellt werden. Dies bewirkt, dass der gesamte Raum mit seinen Umgbungsflächen gleichmäßig temperiert bleibt und die Infrarotheizung am wenigsten Energie benötigt, um diesen Zustand konstant zu halten. Das Autofahren bietet hier einen anschaulichen Vergleich. Bei konstanter Geschwindigkeit wird viel weniger Benzin verbraucht, als bei ständigen Geschwindigkeitswechseln.

Das Badezimmer als ein nicht kontinuierlich genutzer Raum sollte nicht den ganzen Tag über auf Temperatur gehalten werden. Für das Schlafzimmer gilt es zu beachten, dass es bei einer Temperatur von unter 14° C zu Schimmelbildungen kommen kann.

Eine Infrarotheizung und ihre Effizienz

Fachmännisch augedrückt heißt es: Grundsätzlich hängt die Effizienz einer Infrarotheizung vom Absorptionsspektrum des Materials in Bezug auf die emittierte Wellenlänge ab. Wie bitte, geht’s auch verständlicher?

In einem leeren Raum kann die Heizwirkung einer Infrarotheizung absinken, weil nichts vorhanden ist, was die erzeugte Wärme aufnehmen, sprich speichern könnte. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass sich die Heizeffizienz einer Infrarotheizung beträchtlich erhöht, je mehr Gegenstände sich in einem Raum befinden.

Bei einer von der Universität Kaiserslautern vorgenommenen Vergleichsmessung zwischen Infrarot-Strahlungsheizungen und Gasheizungen im Altbaubereich erhielt die Infrarotheizung eine eindeutig positive Bewertung. In der Zusammenfassung dieser Untersuchung steht geschrieben: „Es konnte in der vorliegenden Untersuchung gezeigt werden, dass die Infrarot-Strahlungsheizung eine sinnvolle Alternative zu herkömmlichen Heizsystemen darstellt. Bei der richtigen Anwendung einer Infrarot-Strahlungsheizung ergeben sich sowohl Vorteile beim Energieverbrauch als auch bei den Kosten und der CO2-Bilanz.“

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