Elektromagnetische Wellen beheizen Hallen – Eine Gas-Infrarot-Strahlungsheizung für Hallen verbindet Energieeinsparung mit hohem Komfort

Wärme kann von einen auf den anderen Körper übertragen werden, ohne dass sich Stoffe zwischen beiden befinden. Dies lässt sich am Beispiel der Sonne besonders überzeugend beobachten. Die Wärmeenergie gelangt durch Strahlung als elektromag­netische Welle durch die Leere des Weltraums zur Erde. Sie bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 300000 km/s im leeren Raum. Zur Übertragung der Wärme ist also kein Medium erforderlich. Das gleiche Prinzip nutzt man bei Strahlungsheizungen für Hallen.

Infrarotstrahlen durchdringen die umgebende Luft fast ungehindert. Sie breiten sich geradlinig aus und geben ihre Energie in Form von Wärme dann ab, wenn sie auf einen Körper treffen. Je kürzer die Wellenlänge, desto tiefer dringen sie in die Körper ein und erwärmen diesen quasi von innen heraus. Die Oberflächentemperatur des strahlenden Körpers bestimmt dabei das Wellenspektrum und die Strahlungsintensität. Eine höhere Oberflächentemperatur (T) erhöht die Strahlungsintensität um den Exponent 4 (T4) und damit die Effektivität des Strahlers.

Werden die Wärmeverluste verringert (speziell die durch Lüftung, Luftumwälzung und Transport verursachten), sind die Energieeinsparungen erheblich: 30 – 50% und mehr gegenüber herkömmlichen (konvektiven) Heizsystemen sind realistisch.

Die Wärme wird von der Strahlerfläche durch einen Reflektor mit genau bestimmten Abstrahlungswinkeln auf die zu beheizende Fläche abgestrahlt. Die Luft im Deckenbereich wird nicht nutzlos erwärmt, bzw. der sonst übliche Wärmestau unter der Hallendecke entfällt. So sind bei der Strahlungsheizung die vertikalen Temperaturgradienten vernachlässigbar und die Raumhöhen ohne Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit dieses Heizsystems.

Infrarotstrahler beheizen also Oberflächen bzw. Körper direkt und nicht das Raumvolumen. Die bestrahlten Oberflächen wie Maschinen, Werkstücke oder der Boden selbst absorbieren die Wärmeenergie und werden dadurch ihrerseits zu Strahlern zweiter Ordnung. Man spricht von Sekundärstrahlung. Wärme wird so gleichmäßig und ohne örtliche Spitzen empfunden.

Der Einsatz der Infrarot-Strahlungsheizung bietet gegenüber anderen Heizsystemen zahlreiche Vorteile:

• der Fußboden, alle dort befindlichen Körper und Gegenstände sowie die unteren Raumumschließflächen nehmen eine höhere Temperatur als die Raumluft an und erwärmen diese von unten nach oben,
• Vermeidung von Korrosionsbildung; die bestrahlten Flächen weisen eine höhere Temperatur auf als die Umgebungsluft,
• keine unnatürliche Luftumwälzung in der Halle und kein erhöhter Wärmestau unterm Hallendach,
• direkte Verfügbarkeit der Wärme, Wegfall eines Wärmeträgers (Wasser, Dampf, Luft) bzw. einer zentralen Wärmeerzeugung,
• kurze Aufheizzeiten, trägheitslose Regelung des Heizsystems,
• Führungsgröße für die Regelung ist die Empfindungstemperatur, keine Überheizung möglich,
• Möglichkeit der Teilzonenbeheizung bzw. auch einzelner Arbeitsplätze,
• sehr niedrige Energiekosten,
• einfache Montage und Wartung; kann von jedem Installateur bewerkstelligt werden.

Im Ergebnis reduziert die Infrarot-Strahlungsheizung den Heiz-Energieverbrauch erheblich. Durch die äußerst rationelle Energieverwendung trägt ihr Einsatz zur Reduzierung der Umweltbelastung und zur CO2–Verringerung bei.

Mit dem Einsatz verbunden ist ferner eine Verbesserung des Raumklimas und des Komforts für die Mitarbeiter und Personen, da unnatürliche Luftbewegungen nicht mehr stattfinden. Zeitgemäße Raumtemperaturregelanlagen erfassen Raumlufttemperatur und Strahlungsintensität als Maßstab für die Behaglichkeit und ermitteln so die Empfindungstemperatur.

Besondere Vorteile hinsichtlich Komfort und Wirtschaftlichkeit bieten 2-stufig geregelte Strahlungsheizsysteme, die ohne Veränderung der Oberflächentemperatur mit den Laststufen 50%/100% arbeiten. Der Systemwirkungsgrad dieser Systeme ist bei Voll- und Teillast gleichbleibend hoch.

Die Infrarot–Strahlungsheizung wird angewendet zur Beheizung von Großräumen ab 4m Höhe, z.B. Produktionshallen, Lagerhallen, KFZ–Werkstätten, Sporthallen, Tennishallen, etc. Dies betrifft sowohl Neubauten als auch die Heizungsmodernisierung älterer Bestandsgebäude. Weiterhin werden Gas-Infrarotstrahler sehr erfolgreich in der Außengastronomie und der Tieraufzucht eingesetzt. Eine hohe Anwendungsflexibilität ermöglicht dabei die optimale Anpassung an die jeweiligen Projekterfordernisse. 

Praxisbericht: Kfz-Werkstatt

Die Mercedes Nutzfahrzeuge AG betreibt am Bornkampsweg ein Autohaus für Transporter-Verkauf, Service und Reparatur. Der Betrieb mit einer Werkstattfläche von ca. 3000m² wurde in den Jahren 1997 bis 1999 in drei Bauabschnitten komplett neu errichtet. Es handelt sich um einen Kfz-typischen Betrieb mit Werkstätten unterschiedlicher Nutzung, z.B. Direktannahme, Transporterwerkstatt, Nutzfahrzeughalle, Lager, Bremsenprüfstand.

Durch die typische Hallennutzung eines Kfz-Betriebes werden häufig die Tore geöffnet. Aufgrund dessen und durch die nicht positiven Erfahrungen des Vorgängerbetriebes kam eine Beheizung mit Warmluft nicht infrage. Gesucht war ein schnell reagierendes Heizsystem, das in der Lage ist, eine Beheizung in den Arbeitsbereichen zwischen den Bühnen und Standplätzen sicherzustellen.

Nach ausführlicher Diskussion fiel die Entscheidung zugunsten einer Gas-Infrarot-Strahlungsheizung mit Hochleistungskeramikstrahlern. Durch den Einsatz kleinerer Strahlereinheiten ist eine gezielte Beheizung der Arbeitsplätze zwischen den Bühnen und Standplätzen optimal gewährleistet. Unnötige Verluststrahlung durch Strahleranordnung über den Fahrzeugen wird vermieden.

Es wurden 48 Hochleistungsstrahler verschiedener Leistung installiert. Die Leistung der größten Strahlereinheiten beträgt 8,5 kW. Neun Regelkreise übernehmen die Gewährleistung für die gewünschte Raumtemperatur in den verschiedenen Hallenbereichen. Die speziell für dieses Heizsystem entwickelten Strahlungsregler sind in der Lage, aus der gemessenen Luft- und Strahlungstemperatur die (bei Strahlungsheizungen erhöhte) Empfindungstemperatur zu ermitteln.

Diese wird als Führungsgröße verwendet. Bisher hat das Heizsystem alle Erwartungen mehr als erfüllt – sowohl hinsichtlich Heizkomfort für die Mitarbeiter, gleichmäßige Temperaturen in den Arbeitsbereichen als auch extrem niedriger Heizenergieverbrauch.

Praxisbericht: Logistikcenter

Die Logistik-Halle mit einer Fläche von 22000 m² wurde 2003 neu errichtet. Es handelt sich um ein Zentrallager für pharmazeutische Artikel. Aufgrund der häufig geöffneten Tore ergab sich ein erhöhter Luftwechsel, was sich auf den Energieverbrauch auswirkt. Schon aus diesem Grund kam eine Beheizung mit Warmluft nicht in Frage.

Die Wahl fiel auf das Hochleistungs-Gas-Infrarot-Heizsystem. Mitentscheidend waren folgende Kriterien:

• geringer Energieverbrauch der Strahlungsheizung,
• angenehme thermische Behaglichkeit,
• trägheitslose Regelbarkeit durch 2-stufige Betriebsart 50%/100%,
• keine Umwandlungs- und Verteilverluste,
• die Wärme wird dort erzeugt, wo sie gebraucht wird,
• erhöhte Betriebssicherheit der Anlage durch mehrere Heizgeräte gegenüber nur einem großen Kessel,
• Platz- und Kostenersparnis, weil kein Heizraum erforderlich ist,
• sehr lange Lebensdauer, keine beweglichen Bauteile am Gerät.

Mit einem Hochleistungs-Gas-Strahlungsheizsystem ist eine gezielte und bedarfsorientierte Beheizung einzelner Bereiche in Umschlags- und Lagerhallen gewährleistet. Im Bereich der Kommissionierung können andere Temperaturen als im Lager- und Regalbereich gefahren werden.

Es wurden 86 Hochleistungs-Gas-Infrarotstrahler verschiedener Leistung installiert. Die Gesamtleistung ist auf acht nutzungsbezogene Hallenbereiche aufgeteilt, die bedarfsgerecht nach der Empfindungstemperatur geregelt werden. Die gesamte Anlage wird 2-stufig mit den Leistungsstufen 50%/100% betrieben, d.h. auf jede Veränderung des Temperaturniveaus wird sofort und schnell reagiert.

Dies und die weiteren Vorteile der Hochleistungs-Gas-Strahlungsheizung führen zu einer deutlichen Energieeinsparung gegenüber konvektiven Heizsystemen. Geschäftsleitung und Mitarbeiter sind mit dem installierten Heizsystem sehr zufrieden. Angenehme Komforttemperaturen bei geringen Betriebskosten.

Fazit

Hochleistungs-Gas-Infrarotstrahler haben ein weites Anwendungsspektrum und können sowohl mit Erdgas als auch mit Flüssiggas betrieben werden. Dies betrifft sowohl eine Vollbeheizung von Hallen als auch eine Teil- und Arbeitsplatzbeheizung. Weitere Anwendungen ergeben sich als Zusatzheizung ergänzend zu bestehenden Heizsystemen.

Moderne Systeme ermöglichen dem Anwender deutliche Energieeinsparungen bei gleichzeitigem Wärmekomfort. Investitions- und Betriebskosten sind vergleichsweise gering, die Installation unkompliziert.

Autoren: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Lorenz, SBM Ingenieur-Büro Nord, Hamburg
Michael Leitenberger, Leitenberger Energiesys­teme GmbH, Reutlingen
Jürgen Sandersfeld, INHEAT – Sandersfeld Systemheizungen, Reutlingen

Bilder: SBM

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