Strahlungswärme heizt ein

Die Einsatzgebiete eines Heizsystems sind vielfältig: Industrie- und Gewerbehallen (Komplett- oder Teilbeheizung), Kirchen, Tribünen, Sportstätten und auch Außenbereiche wie Biergärten und Terrassen. Für diese Anwendungsfälle sind gasbetriebene dezentrale Heizsysteme die ideale Wahl. Die wichtigsten Vertreter dieser Heiztechnik sind Hellstrahler, Dunkelstrahler und Warmlufterzeuger.

In Industriehallen bzw. gewerblich genutzten Hallen wird hauptsächlich die Warmluftheizung bzw. die Hoch- oder Niedertemperaturstrahlungsheizung eingesetzt. Die Entscheidung für oder gegen ein bestimmtes Heizsystem wird vor allem durch die Raumgeometrie, die Bauphysik und die Nutzung der Halle festgelegt. Dezentralen Heizungssystemen kommt hier eine besondere Bedeutung zu. Die direkte Umwandlung von Energie in Wärme vermeidet Verteilungs- und Bereitschaftsverluste, die bei zentralen Heizungssystemen zwangsläufig auftreten.

Strahlungsheizung

Das wärmephysiologische Empfinden des Menschen wird durch die physikalischen Größen Lufttemperatur, Strahlungstemperatur, Luftgeschwindigkeit und relative Luftfeuchtigkeit bestimmt, wobei die beiden letztgenannten Faktoren in modernen Industriehallen eher eine untergeordnete Rolle spielen. Entscheidend für die empfundene Raumtemperatur ist die Kombination aus Lufttemperatur und Strahlungstemperatur bzw. der eingestrahlten Wärmemenge. Eine geforderte Raumtemperatur (empfundene Temperatur) kann somit aus unterschiedlichsten Kombinationen von Lufttemperatur und Strahlungsintensität resultieren. Betrachtet man die Bedingungen an einem klaren Wintertag, wird der Zusammenhang anschaulich: die Wärmeeinstrahlung der Sonne bewirkt auch bei Minusgraden ein Temperaturempfinden, das deutlich über der tatsächlichen Lufttemperatur liegt. Die Strahlungsheizung arbeitet nach demselben Prinzip.

Hellstrahler

Im Bereich Großraumbeheizung wird der so genannte Hellstrahler bereits seit mehr als 50 Jahren eingesetzt. Hellstrahler sind kompakte Heizgeräte, die an den Wänden oder an der Dachkon­struktion installiert werden und den eingesetzten Brennstoff Erd- oder Flüssiggas überwiegend in Form von Strahlung in den Aufenthaltsbereich emittieren. Hellstrahler werden durch einen Gasinjektorbrenner direkt beheizt. Das Gas/Luft-Gemisch verbrennt an der Oberfläche einer Keramikplatte. Die Oberflächentemperatur beträgt etwa 950 °C. Das Strahlungsgitter führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades. Mit dem Reflektor erreicht man eine gezielte Wärmestrahlung in den unteren Halbraum. Neuartige Hellstrahler, so genannte Kombistrahler, verfügen über einen wärmegedämmten Reflektor. Dieser heizt sich auf und wirkt als sekundäre Strahlfläche. Vorteile der Gas-Infrarottechnik sind kurze Amortisationszeiten, geringer Energieverbrauch, sehr kurze Aufheizzeiten, gezielte Voll-, Teil- oder Arbeitsplatzbeheizung (für Hallenhöhen bis zu 60 m), angenehme thermische Behaglichkeit, geringer Verschleiß sowie präzise Regelfähigkeit und Steuerung. Das Zusammenspiel dieser Vorteile bürgt für eine Betriebskostenersparnis von bis zu 50 % im Vergleich zu zentralen Heizungssystemen. Der Betrieb erfolgt ohne Luftbewegung und Staubaufwirbelung, dies ist von besonderer Bedeutung bei sensiblen Fertigungsprozessen.

Dunkelstrahler

„GoGaS-Dunkelstrahler“ bestehen aus oberflächenbehandelten Linear- oder U-Strahlrohren mit hohen Absorptionseigenschaften im Inneren und hohen Emissionseigenschaften an der Rohraußenseite. Am Anfang ist ein Gasgebläsebrenner montiert, am Ende werden mit einem Abgassystem die Verbrennungsrückstände abgeführt. Werden mehrere Dunkelstrahler in einer Halle installiert, können diese Systeme an eine so genannte Sammelabgasanlage angeschlossen werden, so dass die Anzahl von Dachdurchtritten minimiert wird. Der Reflektor kann wärmegedämmt ausgeführt werden und leitet die Strahlung direkt in den zu beheizenden Raum. Die Strahlrohre erreichen eine mittlere Oberflächentemperatur von ca. 350 °C und emittieren langwellige Wärmestrahlung in den Aufenthaltsraum. Ein Gebläsebrenner transportiert die Verbrennungsgase durch das Strahlrohr und sorgt für eine einwandfreie Verbrennung des Brennstoffes Erdgas oder Flüssiggas. Mit der u-förmigen Bauform der Strahlungsrohre wird eine gleichmäßige Strahlungsintensität über die gesamte Länge des Strahlers erreicht. Aufgrund der Baulänge und der niedrigeren spezifischen Abstrahlung können Gasinfrarotstrahlungssysteme auch in niedrigen Hallen mit geringen Raumvolumina eingesetzt werden. Auch hier ist die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten groß: Industrie, Gewerbe, Handwerk und Handel, selbst Sportstätten lassen sich damit effektiv beheizen.

Die Firma GoGaS (www.gogas.com)arbeitet nach einem effektiv geplanten Baukasten-System, das für den Endkunden individuell konfektioniert wird. GoGaS bietet beispielsweise 13 Dunkelstrahler-Typen in einem Leistungsbereich zwischen 10 und 80 kW an.

Warmluftheizungen

Gasbetriebene Warmluftheizungen, so genannte Warmlufterzeuger (WLE), werden wegen ihrer universellen Einsatzmöglichkeiten häufig bei gewerblichen und industriellen Anwendungen verwendet. Jedes Gerät verfügt über einen Gasanschluss und eine Abgasanlage. Ein atmosphärischer Brenner oder ein Gas-Gebläsebrenner übernehmen die Energieumwandlung des Brennstoffes. Die Brennkammer ist zum Schutz gegen Verzunderung oder Korrosion vorzugsweise aus legiertem Stahl oder Edelstahl gefertigt. Gasbetriebene Warmlufterzeuger ermöglichen eine direkte Wärmeübertragung von der Flamme über den Wärmetauscher an die Raumluft. Da zwischengeschaltete Übertragungsmedien (z. B. Wasser oder Dampf) nicht erforderlich sind, wird ein hoher Anlagenwirkungsgrad bei niedrigen Betriebskosten erreicht. Das Abschalten der Geräte ist ohne besonderen Frostschutz möglich. Die Installation erfolgt je nach Geräteserie auf Wandkonsolen oder auf dem Boden in der zu beheizenden Halle. Außerdem ist die Montage raumsparend unter dem Dach bzw. außen auf dem Dach möglich. Das Leistungsspektrum reicht bei Geräten mit atmosphärischem Brenner bis etwa 90 kW. Mit Gebläsebrenner sind Leistungsgrößen bis 1000 kW und einer Luftleistung von bis zu 67 000 m³/h lieferbar. Gasbetriebene Warmlufterzeuger sind ein ideales Heizsystem in niedrigen und dichten Hallen. Lagerhallen, in denen hohe Regallager installiert sind, lassen sich mit Warmlufterzeugern gleichmäßig beheizen.

Langzeitbetrachtung nach Heizungssystemwechsel

Welch hohes Energieeinsparpotential durch Einsatz eines effizienten Heizsystems möglich ist, zeigt das folgende Beispiel.

Die Spedition Dören ist ein mittelständisches Unternehmen in Bochum. Durch notwendige Modernisierungsmaßnahmen stellte sich im Juni 2003 die Frage nach einem neuen Heizsystem, das den gestiegenen ökonomischen und ökologischen Bedürfnissen gerecht wird.

Die Rahmenbedingungen der zu beheizenden Gebäude sahen wie folgt aus. Die gesamte Nutzfläche beträgt 2630 m², davon sind Büro und Betriebswohnung 672 m² groß, Lager bzw. Werkstatt und Lkw-Waschanlage haben eine Fläche von 1958 m². Die Altanlage zur Beheizung bzw. Warmwasserbereitung bestand aus einer zentralen, gasbetriebenen Kesselanlage. Die Leistung von ca. 350 kW wurde in Kaskaden­schaltung mit vier je 2-stufigen atmosphärischen Gaskesseln aufgeteilt. Das Lager bzw. die Werkstatt wurden mit einer Pumpenwarmwasserheizung beheizt. Im Büro und in der Betriebswohnung sind Flächenheizkörper installiert, die von der zentralen Kesselanlage gespeist wurden. Der beteiligte Fachhandwerker schlug der Fa. Dören folgende Varianten vor:

Alternative A:

Erneuerung der Kesselanlage mit angepasster Leistung. Die veraltete Verteilanlage sollte bestehen bleiben. Investitionskosten ca. 20 000 €.

Alternative B:

Brennwertkesselanlage mit ca. 60 kW sowie Beheizung von Lager und Werkstatt mit einer Infrarot-Strahlungsheizung mit Hellstrahlern der Geräteserie „Kombimax M“, mit einer Gesamtleistung von 336 kW. Investitionskosten ca. 50 000 €.

Trotz der höheren Investitionskosten entschied man sich letztendlich für die Alternative B. Den grundlegend verschiedenen Nutzungsanforderungen der Gebäude konnte nur durch eine Trennung des Heizsystems in zwei autonome Heizkreise optimal entsprochen werden. Die zentrale Brennwertkesselanlage wird lediglich für den Büro- und Wohnbereich verwendet.

In der Lagerhalle bzw. der Werkstatt wird durch den Einsatz der „GoGaS-Infrarot-Strahlungsheizung“ eine hohe Wirkung erzielt. Bei diesem dezentralen Heizsystem entstehen keine Energieverteilverluste. Die Wärme wird bei diesem System vor allem durch Strahlung übertragen, d. h. in erster Linie wird nicht die Luft erwärmt, sondern die Menschen, Maschinen und Fußböden.

Durch den Einsatz der mikroprozessorgesteuerten Regelung „Infratronic Comfort“ in Kombination mit Strahlungsfühlern wird eine optimale Anpassung der Raumtemperatur an ständig wechselnde Einflüsse wie Außentemperatur, Sonneneinstrahlung oder z.B. geöffnete Rolltore ermöglicht.

Energieverbrauch – vom Betreiber selbst gemessen:

07/2001 – 06/2002 537 800 kWh alte Anlage

07/2002 – 06/2003 547 600 kWh alte Anlage

07/2003 – 06/2004 222 100 kWh GoGaS-Anlage

07/2004 – 06/2005 233 800 kWh GoGaS-Anlage

07/2005 – 06/2006 224 067 kWh GoGaS-Anlage

07/2006 – 06/2007 145 744 kWh GoGaS-Anlage

Im Mittel sind in der Altanlage 542 700 kWh je Heizperiode verbraucht worden. Bei der neuen Gasinfrarot-Strahlungsheizung lag der Verbrauch im Durchschnitt der ersten vier Jahre bei 206 428 kWh. Daraus resultiert im Mittel eine Energie­einsparung in Höhe von 62 % je Heizperiode (oder 336 272 kWh), ohne dass die Heizgewohnheiten verändert worden. Der im betrachteten Zeitraum zu zahlende Leistungspreis Gas betrug durchschnittlich ca. 0,04 € / kWh. Ohne Berücksichtigung der marktüblichen Preisschwankungen ergibt sich damit eine Ein­sparung in Höhe von 13 451 € je Heizperiode. Eine Amortisierung der Investitions-Mehrkosten von 30 000 € wird somit innerhalb der ersten 2 1/2 Betriebsjahre der Anlage erreicht. Durch die Gaseinsparung kommt ein weiterer positiver Effekt zum Tragen. Beim Einsatz von Erdgas wurde in einer Heizperiode eine Reduktion von 73,6 t CO₂ erzielt.