Leistungsbedarf Wandheizung

Diskutiere Leistungsbedarf Wandheizung im Forum Haustechnik im Bereich - Hallo, die vorteilhaften Wirkungen von warmen Außenwänden werden ja vielfach benannt. Meine Frage wäre, wie man den Leistungsbedarf einer...
Ja und der TE hat sich von Herrn Hausleithner nicht irritieren lassen und hat sein Heizungsbauvorhaben in die Tat umgesetzt. D.h. meine ca. 100 Jahre alte Stadtvilla mit 1,5 Stein Ziegelwänden und 3,3m hohen Räumen hat jetzt im EG und OG einen an allen Außenwänden umlaufenden Streifen aus Typ10 HK.

Da gibt es ja auch irgendwelche dubiosen Tabellen, die temperaturunabhängig für jeden HK-Typ einen prozentualen Wert für die Energieabgabe per Konvektion und per Strahlung angeben.

Das ist für mich jetzt nicht mehr nur theoretisch falsch sondern auch praktisch überprüft. Unterhalb von 50 Grad HK-Temperatur mag zwar der Raum die gewünschte Lufttemperatur haben, weil es draußen nicht so sehr kalt ist, aber angenehme Strahlungswärme gibt es erst, wenn die HK wärmer als 50 Grad sind. Dann darf die Raumlufttemperatur auch 19 Grad sein und einigen ist es trotzdem noch zu warm.

Insgesamt funktioniert es hervorragend und ich bin fast zufrieden. Störend ist lediglich, dass die Raumlufttemperaturregelung keine Rücksicht auf den mit der HK-Temperatur relativ stark schwankenden Anteil Strahlungswärme nimmt. Da werde ich mir etwas einfallen lassen, wie ich der Raumtemperaturregelung beibringe, bei höheren Außentemperaturen die Solltemperatur der Räume zu erhöhen.

Kalte Wände wie meine mit Luft von HK oder Fußleisten zu erwärmen, funktioniert tatsächlich nicht. D.h. ich kann nicht feststellen, dass die Wände dort wo die HK sind, nennenswert wärmer sind als an den Stellen wo keine sind. Die großflächigen warmen HK vor den kalten Wänden wirken eher direkt als Wärmestrahler in den Raum und kompensieren so die Wirkung der kalten Wände.

Bleibt die Frage nach dem Energieverbrauch.
Die kann ich noch nicht beantworten.
Das Gebäude ist bisher auch noch nicht im Endzustand.

Da immer wieder Leute kommen, die behaupten, dass eine AWH "die" Lösung gewesen wäre, versuche ich mich gerade darin, den Energieverbrauch dafür abschätzen zu können.

Die bisherigen Überlegungen erscheinen mir plausibel, auch wenn einigen die Ergebnisse nicht passen.

Edit: Die Heizung ist übrigens sehr reaktionsschnell (wenn ich die VL-Temperatur nicht zu knapp einstelle). Auf Grund der großen HK-Fläche hat man ein unmittelbares Wärmeempfinden, sobald die HK warm werden. Da außerdem die Wassermenge relativ gering ist, kann man innerhalb von 30 Minuten das Wärmeempfinden deutlich beeinflussen.
 
Wandstärke

Das sind 38,5 cm Rohbaumauerwerk + Putz innen und außen.
1 Stein gleich Länge eines Ziegels im Reichsformat = 25 cm.
 
Das wichtige ist, dass Du weitgehend...

...zufrieden bist und dass es Deinem allergiegeplagten Familienmitglied gut geht.

Trotzdem noch ein bisschen Strahlungsphysik und die Auswirkungen auf die Heiztechnik...

"Nach den Stefan-Boltzmann-Gesetz steigt die Strahlungsintensität mit der 4. Potenz der Oberflächentemperatur des Strahlers."

Das Stefan-Boltzmann-Gesetz gilt für sogenannte "Schwarze Strahler", die man wie folgt definieren kann:

Schwarzer Strahler = Körper, der alle Strahlung in allen Wellenlänge absorbiert, die auf ihn trifft.

Gemäß dem Kirchoffschen Gesetz ist ein "Schwarzer Strahler" dementsprechend auch in der Lage, in allen Wellenlängen Strahlung zu emmitieren.

Das Ganze ist eine Theorie, de fakto gibt es keinen solchen idealen "Schwarzen Strahler" in der Natur.

Auch eine Raumheizung, wie auch immer ausgeführt ist kein idealer "Schwarzer Strahler", daher hat das

Stefan-Boltzmann-Gesetz hier nur eingeschränkte Gültigkeit; der Einfachheit halber möge es aber weiter gelten.

Zurück zum Stefan-Boltzmann-Gesetz. 4. Potenz heißt: bei Verdoppelung der Temperatur wird 2*2*2*2=16 mal soviel Energie in Form von Strahlung abgegeben.
Bei der Oberflächentemperatur ist die absolute Temperatur gemeint, also die Kelvin-Skala.
Die Erhöhung der Temperatur eines idealen "Schwarzen Strahlers" von 20°C auf 50°C ist absolut gesehen also keinesfalls eine "Ver-Zweikommafünffachung" sondern "nur" die Erhöhung um den Faktor 1,102 und die Strahlungsintensität steigt damit auch "nur" um den Faktor 1.48.

Die mittlere Temperatur der Heizkörper von 50°C entspricht also ungefähr der "Ver-Einskommafünffachung" der Strahlungsintensität eines idealen "Schwarzen Strahlers", den wir aber in der Realität noch nicht einmal haben.

Weiter: Die Verteilung der Strahlungsintensität (Energie/Fläche) über die Wellenlängen gehorcht einer mathematischen Formel, deren Kurve als "Boltzmann-Verteilung" bezeichnet wird. Kurz beschrieben steigt die Strahlungsintensität und damit die zugeordnete Energie mit der Wellenlänge zunächst steil an, nach dem Scheitelpunkt fällt die Energiekurve mit wachsender Wellenlänge immer flacher ab. Die Kurve sieht ein bisschen wie ein kleines Schreibschrift-i aus (ohne Punkt).

Zu jeder Temperatur lässt eine solche Verteilungskurve aufstellen, berechnen und darstellen. Der Scheitelpunkt ist dabei von der Temperatur abhängig. Korrekt ausgedrückt heisst das: Die Wellenlänge, bei der die maximale Energie emittiert wird, verkleinert sich proportional mit steigender Temperatur.

Aufgrund dieser Tatsache lässt sich theoretisch eine optimale Temperatur eines "Schwarzen Strahlers" für die Strahlungsintensität im gesuchten "Wärmewellen"-Bereich von ganz grob gesagt 1 - 10 Mikrometer finden. Und tatsächlich liegt die Temperatur eher sehr hoch (4.500K) als im sinnvoll nutzbaren Bereich.

Die Strahlungsintensität wird in Energie/Fläche angegeben. Ich muss für dieselbe Strahlungsintensität bei kleinerer Fläche also mehr Energie zur Verfügung stellen --> Oberflächentemperatur hoch (s.o.)

Die Folge ist ein kleiner "Strahler" mit hoher Oberflächentemperatur, also ein Heizkörper.

Der andere Weg ist, einen größeren "Strahler" mit geringerer Oberflächentemperatur bereitzustellen, dies geht in der Praxis von "kleinen" Heizkörpern mit "hohen" Übertemperaturen über "mittlere" Heizkörper mit "mittleren" Übertemperaturen bis hin zu "großen" Heizkörpern mit "geringen" Übertemperaturen und zu "sehr großen" Heizkörpern mit "sehr geringen" Übertemperaturen, das wäre dann die Flächenheizung.

Wenn man den Begriff "Heizkörper" von dem weißen Blechkasten, der an der Wand unterm Fenster hängt, löst, und die Fußböden, Wände und Decken als Heizkörper-Fläche und damit Heizfläche gedanklich miteinbezieht, ist jedem klar worauf ich hinausmöchte.

Nicht grundsätzlich auf die "klassische" WW-Fußboden/Wand/Hüllflächenheizung, vielmehr nur auf die
Tatsache, dass "mehr Fläche" mit "geringerer Übertemperatur" korrespondiert, und dadurch geringere Betriebskosten nach sich zieht, vorrausgesetzt, dass der Wärmestrom ins kalte Nirvana eingegrenzt ist.

Eine große Heizfläche mit geringer Übertemperatur ist aus physiologischer Sicht (Behaglichkeit) einer kleinen Heizfläche mit hoher Übertemperatur vorzuziehen.

Schlussendlich wäre noch der Emissionsgrad zu betrachten. Jede Oberfläche gibt Strahlung anders ab, genau wie sie Strahlung aufnimmt. Für einen matt lackierten Heizkörper (abhängig von der Farbe) und eine verputzte Wand ergeben sich allerdings ungefähr die gleichen Werte in der Hausnummer 0,9-0,95...

MfG,
sh
 
Pataphysik !

Nicht zu vergessen, in diesem erlesenen Zusammenhang zu erwähnen das "Alfred-Jarry-Gesetz", nachdem der "Weiße Strahler" als Emittend subkutan oszillierender Wellen nicht unerheblich zur Temperierung halbunendlich ausgedehnter Körper beiträgt und dabei -Paradoxon !!!- die bislang kürzeste, bekannte Entfernung zwischen plus und minus Unendlich darstellt. Quod erat demonstrandum. Vielen Dank.
 
Sorry,…

… bei dem Theorieseminar habe ich wohl gefehlt. Soll man jetzt lieber heiße Krankenhausheizkörper oder eine lauwarme Flächenheizung nehmen? Oder kann das mal jemand für Normalsterbliche bzw. für Menschen der Praxis übersetzen?
 
Strahlungsheizung

Je größer die Fläche, desto strahl...
Je wärmer die Fläche, desto strahl...
Je dunkler die Fläche, desto strahl...
Je rauher die Fläche, desto strahl...
Je weniger reflektierend, desto strahl...

Es gibt gewisse "sinnvolle" Begrenzungen für die Oberflächentemperaturen verschiedener Heizsysteme, den jeweiligen Energieaufwand kann man am Zähler ablesen oder aber auch theoretisch berechnen/abschätzen... mit Bezug auf die Raumlufttemperatur und -feuchte lässt sich damit dann auch (sinnloserweise) eine anteilige Aufteilung auf Konvektion und Strahlung ermitteln... aber das sind von-bis-Werte...

Für die Energieverteilung einer WW-Heizung gilt: je niedriger das Temperaturniveau, desto geringer die unerwünschten Verluste.

MfG,
sh
 
"Je größer die Fläche, desto strahl..."

Bzgl. absoluter effektiv abgegebener Strahlungsenergiemenge wahr.
Bzgl. Verhältnis von abgegebener Menge per Konvektion und abgegebener effektiver Menge per Strahlung falsch.

"Je wärmer die Fläche, desto strahl..."
Bzgl. absoluter und relativer effektiv abgegebener Strahlungsenergiemenge wahr.

Das Beispiel mit den 20 und 50 Grad warmen schwarzen Strahlern ist für Wohnräume nicht geeignet, da ein 20 Grad warmer Strahler in einer 20 Grad warmen Umgebung effektiv keine Strahlungsenergie abgibt. D.h. die Strahlungsenergiemenge, die er abgibt, entspricht genau der Strahlungsenergiemenge, die er empfängt.

Nehmen wir also 25 bzw. 50 Grad und gehen von 20 Grad warmen Umgebungsflächen aus.

Die absolute abgegebene Strahlungsenergiemenge eines schwarzen Strahlers ergibt sich nach https://de.wikipedia.org/wiki/Boltzmann-Gesetz
P = A * sigma * T^4

Im Beispiel gehen wir davon aus, dass sowohl Heizung als auch die Umgebungsflächen schwarze Strahler sind.

Absolute Temperatur Umgebungsflächen bei 20 Grad = 293,15 K
Absolute Temperatur Heizung bei 25 Grad = 298,15 K
Absolute Temperatur Heizung bei 50 Grad = 323,15 K

Die effektiv abgegebene Strahlungsleistung ist die Differenz aus abgegebener und empfangener Strahlungsleistung.

Für die 25 Grad warme Heizung

P(eff25) = A * sigma * (298,15^4 - 293,15^4)
P(eff25) = A * sigma * 5,17E08

Für die 50 Grad warme Heizung

P(eff50) = A * sigma * (323,15^4 - 293,15^4)
P(eff50) = A * sigma * 35,20E08

Verhältnis 50 zu 25 Grad

P(eff50) / P(eff25) = 35,2 / 5,17 = 6,8

D.h. vom 50 Grad warmen HK bekommen wir in 20 Grad warmer Umgebung ca. 7 mal soviel effektiv abgegebene Strahlungsleistung pro qm wie vom 25 Grad warmen HK.

(Habe das gerade zum ersten Mal selbst ausgerechnet. Fehler?)

Das bestätigt soweit erst einmal nur den Effekt, dass die effektiv abgegebene Strahlungsleistung überproportional mit der Temperaturdifferenz der Heizung zu ihrer Umgebung steigt.

Für die Frage Strahlung vs. Konvektion(Wärmeleitung) müsste man sich ein Bild bzgl. Konvektion machen.
 
Vielleicht kommt man auch mit absoluten Zahlen darauf, dass z.B. bei FBH der Strahlungsenergieanteil nicht den Energieverbrauch beschreibt.

Rechnen wir mit dem Beispiel oben weiter und nehmen an, dass der Fußboden mit FBH eine Temperatur von 25 Grad und die Umgebungsflächen 20 Grad haben.
sigma = 5,67E-08

Die effektiv abgebbare Strahlungsleistung ergibt sich für das Beispiel nach

P = A * 5,67 * 5,17 = A * 29,3 w/qm

D.h. jeder qm Fußbodenfläche, der frei in den Raum abstrahlen kann, gibt ca 30W per Strahlung ab.
Wenn man für ein existierendes Objekt so die Strahlungsleistung der FBH berechnet und das mit der Heizlastberechnung des Objekts bzw. der aktuellen Gasdurchflussmenge vergleicht, dann müsste es eine deutliche Diskrepanz zwischen berechneter Strahlungsleistung und Leistungsbedarf lt. Heizlastberechnung bzw. jeweiliger Gasdurchflussmenge geben.

Hier noch die theoretischen Strahlungsleistungen für weitere mögliche FBH-Temperaturen bei 20 Grad Umgebung entsprechend obigem Rechenweg.
22 Grad -> 11,5 W/qm
23 -> 17,4 W/qm
24 -> 23,3 W/qm

Bei 22 Grad RT und 25 Grad FBH -> 17,8 W/qm
 
Alles reine Theorie...

Ich wollte eigentlich nur die grundsätzlichen Zusammenhänge aufzeigen... akademisches Rumgerechne bringt hier wenig Erkenntnis in Bezug auf die Heiztechnik.

Zum einen gibt es keinen "schwarzen Strahler", zum anderen sind Heizflächen meist näherungsweise zweidimensional, weiter gibt es zahlreiche Faktoren, die den Übergang von Theorie zur Praxis erschweren.

Es bleibt festzuhalten, dass die Strahlungsintensität von der Fläche, der Temperatur, der Oberfläche, der Farbe des Strahlers (Heizfläche) abhängt.

MfG,
sh
 
"das ein 20 Grad warmer Strahler in einer 20 Grad warmen Umgebung effektiv keine Strahlungsenergie abgibt"

da eben liegt der Irrtum! Tut er doch!

Sonst müsste man auch annehmen, dass am Tag der Energieverbrauch für Licht automatisch sinkt. Wer braucht dann noch Schalter?

dass ein Strahler selbst angestrahlt werden kann, geschenkt!
Dass er dabei soviel Energie aufnimmt, wie er abgibt, ist doch eine praxisferne Modellvorstellung. Das hat in jedem Falle nichts mit der Raumluft Temperatur zu tun, sondern nur mit anderen Strahlern.
(dass das die berühmten Rückstrahler, sind ist aber ein Gerücht!).

Solange der Vorlauf wärmer ist, als der Rücklauf (das dürfte bei einer Heizung sinnvollerweise so sein), wird auch Netto Energie abgegeben.

Der Strahlungsanteil ist bei einer bestimmten Temperatur der Wandoberfläche konstant, der Anteil der per Konvektion abgegeben wird ist allerdings von der Raumlufttemperatur abhängig.
So herum wird ein Schuh d'raus.

Könntes Du bitte mal erklären wo in dem von Dir zitierten Boltzmann Gesetz etwas von einer Temperaturdifferenz steht?
Da geht es ausschließlich um die absolute Temperatur des Strahlers!


edit:

Der Gedankenfehler liegt darin, dass Strahlungswärme und "Konvektions"-Wärme zwei völlig unteschiedliche Phänomene sind.

Bei der Strahlungswärme wird die Energie per elektromagnetischer Strahlung übertragen, analog zum Licht. Die Energieabgabe einer Lichtquelle wird auch nicht weniger, wenn wir mit einer anderen Lampe hineinleuchten.

Bei der "Konvektions"-Wärme erfolgt die Energieübertragung aber über die kinetische Energie der Teilchen, die sog. Brown'sche Molekularbewegung.

Erhitzte Luft kann angrenzende Teilchen in Schwingung versetzen (also erwärmen), die Strahlung wird hiervon überhaupt nicht berührt. Die geht durch den Raum völlig unabhängig davon, ob die darin enthaltenden Teilchen sich bewegen oder nicht. Sie kann allerdings -wenn sie auf ein telchen trifft- dieses in bewegung versetzen, also erwärmen.
Umgekehrt geht das nicht.
 
"Sonst müsste man auch annehmen, dass am Tag der Energieverbrauch für Licht automatisch sinkt."

Könnte für eine Glühlampe sogar passen.
Wenn die selbst angestrahlt wird, wird sie wärmer, damit steigt der elektrische Widerstand der Glühwendel, wodurch die Stromstärke sinkt.

Aber im Ernst. Ich denke, dass gewisse Modelle schon ganz brauchbar sind um die Auswirkungen bestimmter Heizungsgestaltungen abschätzen zu können.

Ob man für eine AWH mal eben 30 bis 60% mehr Leistung benötigt als für eine andere Heizung, wenn man sich über die Wand keine Gedanken macht, würde ich nicht unter akademischer Spielerei einordnen.
 
"Bei der Strahlungswärme wird die Energie per elektromagnetischer Strahlung übertragen, analog zum Licht. Die Energieabgabe einer Lichtquelle wird auch nicht weniger, wenn wir mit einer anderen Lampe hineinleuchten."

Wird sie doch. Zumindest was die effektiv abgegebene Lichtmenge angeht.
Frag mal Beleuchtungskonstrukteure oder schau dir die Datenblätter unterschiedlich geformter Leuchtstoffröhren an. Sobald sich lichtemmitierende Flächen gegenüberstehen, sinkt die effektiv abgestrahlte Lichtmenge.

Zwei gleichartige Lichtquellen, die sich anstrahlen wie z.B. die Innenflächen an einem Typ20 HK führen dazu, dass es von diesen Flächen keine effektive Strahlungsenergieabgabe an die Umgebung gibt, da die abgestrahlte Energiemenge gleich der aufgenommenen ist. Das unterstellt allerdings das Verhalten eines schwarzen Strahlers, der sich per Definition bei Emission und Absorption identisch verhält.

Irgendwer brachte doch den Link zu den Zehnder Deckenstrahlern. Dort ist es eine entscheidende Auslegungsgröße, wie warm die angestrahlte Fläche im Verhältnis zur Temperatur der Strahler werden soll.
 
So weit...

... so gut.

Aber mit S-B und dem "schwarzen Körper" lässt sich eben keine Heizung beschreiben...
Auch nicht mit den davon abgeleiteten 2D-Modellen.

Ein bissel Planck und Wien gehört allein für die Theorie schon noch dazu...

Ich werde mich hüten, hier etwas zu quantifizieren... Prozente ohne Bezugsgröße sind grundsätzlich irrelevant...

Wo steht denn bei Zehnder was zur Temperatur der angestrahlten Fläche?

MfG,
sh
 
"Wo steht denn bei Zehnder was zur Temperatur der angestrahlten Fläche?"

Ich würde sagen, die steckt in der "Übertemperatur", die ab S.12 eingeführt wird und in den Leistungstabellen der Module in der ersten Spalte steht.
S.14: Mittlere Strahlertemperatur Minus "empfundene Temperatur" ergibt die "Übertemperatur". Als "empfundene Temperatur" wird der Mittelwert aus Temperatur der Umgebungsflächen und der Lufttemperatur genommen.

D.h. die Leistungsangaben für die Deckenstrahler erfolgen immer für eine Temperaturdifferenz.

Das Auslegungsbeispiel am Ende ist etwas merkwürdig. Obwohl es sich um eine Strahlungsheizung handelt, wird als Ziel eine zu erreichende Lufttemperatur von 20 Grad für die Halle angegeben.

Interessant übrigens auch die Fußnoten auf Seite 16, in denen darauf hingewiesen wird, dass nach Absprache auch höhere Betriebstemperaturen als die angegebenen 120 Grad möglich sind.
 
Ja richtig, für Wohnungen alles nicht geeignet.

Heizungen an der Decke müssen aber Strahlungsheizungen sein und spätestens dann stellt man fest, dass es keine Niedertemperatur-Strahlungsheizungen gibt.
 
Was ist Fakt

meine lieben Freunde,

die Rechenbeispiele und die Erläuterungen sind ja sehr Interessant und lesen sich sehr gut. Leider sind sie so scheint es zumindest fernab jeder Realität. Pardon leider kann ich dem vorhandenen Mauerwerk nicht vorschreiben wie es reagieren soll.
Der Fragesteller hat das Problem, dass die Wände nicht warm werden, aus welchen Gründen auch immer. Aber jetzt mal ehrlich was bringt genau diese Rechnerei?
Die Heizung ist schon eingebaut und der Fragesteller ist nur bedingt zufrieden....und wenn er sich verpeilt hat , ist das sein Problem...schön- oder schlecht rechnen liegt im Ermessen des Fragestellers.
Das Haus soll mittels Konvektionsheizung erwärmt werden, funktioniert aber nicht und was nun?
 
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