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PROF. DR. - ING. habil. CLAUS MEIER Architekt SRL, BayAK Nürnberg Die Tragödie der Strahlung Die Heiztechnik ist nicht in der Lage, die Strahlung physikalisch richtig einzuordnen. Sie verharrt in den methodischen Regularien der für eine übliche Konvektionsheizung geltenden klassischen Wärmelehre und versucht nun, die Strahlung hier mit einzupassen. Strahlung ist jedoch eine elektromagnetische Welle und kann deshalb mit Wärmeleitung und Wärmeströmung nicht gleichgesetzt werden. Man begeht damit methodisch einen gravierenden Fehler. Dieser allgemeine Mißstand wird jedoch systematisch zu verschleiern versucht: dies wird anhand von Dokumenten untermauert. Zunächst wird zur Orientierung ein kurzgefaßter Text vorangestellt, der in ”Wohnung und Gesundheit” 3/01 – Nr. 98 erschienen ist. Humane Strahlungswärme
Es gibt drei Möglichkeiten des Wärmetransportes:
Die Wärmeleitung, die Wärmeströmung oder Konvektion und
die Wärmestrahlung.
Die von einer Oberfläche ausgehende Wärmestrahlung, wie z. B. die Heizfläche einer Strahlungsheizung oder die Oberfläche eines Raumes, ist als Wärmestrahler eine elektromagnetische Welle, gleich dem sichtbaren Licht, der Radiowelle, den Röntgenstrahlen und gehorcht im Gegensatz zur Wärmeleitung quantenmechanischen Gesetzen, eben dem Planckschen Strahlungsgesetz. Dieses Strahlungsgesetz läßt sich nicht aus der klassischen Physik herleiten, sondern erfordert die Annahme quantenhafter Absorption und Emission elektromagnetischer Strahlungsenergie durch den Schwarzen Strahler [8]. Es mußte damals von Planck ein radikaler Bruch mit den klassischen Vorstellungen der Wärmelehre vollzogen werden. Somit läßt sich Strahlung physikalisch auch nicht mit den Mitteln der kinetischen Wärmelehre beschreiben [11]. Das Plancksche Strahlungsgesetz beschreibt nun die Intensität der elektromagnetischen Strahlung eines Schwarzen Körpers in Abhängigkeit von der Wellenlänge; das Strahlungsgesetz von Stefan und Boltzmann führt daraus abgeleitet zur Strahlungsleistung, die sich nun proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur verhält (~ T4 ). Strahlung benötigt zum Wirksamwerden also lediglich eine Temperatur. Eine Temperaturdifferenz, wie sie bei der Thermodynamik erforderlich wird, ist bei der Strahlung also fehl am Platz. Dies drückt sich auch in der Dimension für die Strahlungsleistung aus (W/m²). Mit der Wärmestrahlung werden besonders günstige Wärmeleistungen erreicht, weil diese allein von der "absoluten Temperatur" abhängen. Damit fallen Unterschiede von z. B. 10 oder 15 K nicht groß ins Gewicht, wie dies beim klassischen Wärmeübergang der Fall ist. Eine Strahlungsheizung funktioniert allein durch eine temperierte Fläche und kann deshalb auch nicht mit einer üblichen Konvektionsheizung, die auf vorliegende Temperaturdifferenzen zwischen Heizkörper und Luft angewiesen ist, verglichen werden. Da Strahlung keine Luft, sondern nur massive Stoffe erwärmt (erst die erwärmten Oberflächen geben dann Energie an die Innenraumluft ab), ist bei einer Strahlungsheizung die Wandtemperatur immer höher als die Raumlufttemperatur. Dies hat Vorteile: Bei dem hygienisch notwendigen Luftaustausch wird dadurch viel Energie gespart. Auch werden Kondensatschäden (Schimmelpilzbildung) vermieden. Wer also Energie sparen und Schimmelpilze vermeiden will, wählt eine Strahlungsheizung! Bei vielen Bauten, besonders aber in der Denkmalpflege, hat sich die Temperierung durch eine Strahlungsheizung sehr bewährt [3]. Warum aber hat sich bei diesen vielen Vorteilen
eine Strahlungsheizung noch nicht endgültig durchgesetzt?
Wegen der Vorstellung einer räumlich nur nach einer Seite hin gerichteten Strahlung wird vom "Schwarzen Strahler in den Halbraum" gesprochen (so z. B. in [2] und [5]). Sind als Konsequenz dieser Argumentation die Ergebnisse der Strahlungsgesetze halbiert worden, so ist dies nicht gerechtfertigt. Wenn eine Fläche gemäß dem Strahlungsgesetz Energie emittiert, dann strahlt sie eine bestimmte Energieleistung pro Flächeneinheit ab (W/m²), unabhängig von der Form der Strahlfläche (Kugelgestalt oder ebene Fläche). Die emittierte Leistung der Fläche ist in beiden Fällen gleich, nur die empfangenen Flächen erleiden durch die unterschiedliche Erreichbarkeit der emittierten Strahlen Reduzierungen. Bei einer Wandflächenheizung in einem geschlossenen Raum (Hohlraumstrahlung) allerdings erfolgen keine Reduzierungen. In Anlehnung an die klassische Thermodynamik werden bei der Strahlungsheizung Differenzen gebildet. Wärmestrahlung jedoch wirkt als elektromagnetische Welle und ist allein von der absoluten Temperatur abhängig, ist also immer positiv (+). Insofern ist es falsch, bei zwei gegenüberliegend angeordnete Temperaturstrahlern (z. B. Heizfläche und Wandfläche) die Strahlungsleistungen mit einem positiven (+) und einem negativen (-) Vorzeichen zu belegen. Diese Differenzbildung (T14 - T24 ) ist jedoch überall vorzufinden, z. B. in [1], [2], [4], [9], [10]. Man berechnet damit jedoch die Strahlungsbilanz einer Heizfläche, nicht aber die Summe der in den Raum strahlenden Energie. Bei einer Strahlungsheizung versagt dieses Modell der Differenzbildung, es führt zu absurden Ergebnissen. Was passiert, wenn zwei gleich große Strahlplatten oder sogar Strahlwände gegenüberliegend angeordnet werden, die beide das gleiche Temperaturniveau haben? Die Energieabgabe in Richtung des Raumes (und darauf kommt es ja doch an) würde bei der Differenzbildung dann zu Null werden - ein Unding. Ein solches Ergebnis muß falsch sein, denn immerhin strahlen beide Flächen recht deutlich. Werden die Temperaturen der beiden Flächen, sagen wir, auf 40 °C gebracht, so wird es für einen Menschen im Raum gewiß recht unangenehm warm - und doch wird für die beiden Heizflächen jeweils eine Wärmeabgabe von Null errechnet! Dies kennzeichnet in eindrucksvoller Weise die Unrichtigkeit einer Differenzbildung, beim Strahlungsaustausch wird mit der Strahlungsaustauschzahl also fehlerhaft gerechnet. Die bei einer Strahlungsheizung übliche
Anwendung der Strahlungsaustauschzahl C1,2 [9] beinhaltet sowohl die Halbierung
der Strahlleistung als auch die Differenzbildung. Insofern werden grundsätzlich
zu niedrige Ergebnisse berechnet. Darüber hinaus werden u.a. bei der
Ableitung der Strahlungsausgleichzahl für zwei parallele Flächen,
die im übrigen auch in der DIN EN ISO 6946 von 1996 aufgeführt
ist, gemäß [2] noch folgende Randbedingungen angenommen [5],
[6]:
1. Es wird eine einmalige Reflektion berücksichtigt.Diese Randbedingungen müssen beachtet werden. Es ist zu vermuten, daß bei der in der Fachwelt doch allgemein angenommenen Gültigkeit dieser in der Literatur vorzufindenden Strahlungsaustauschzahlen (u.a. in [9]) man gar nicht ahnt, wie fehlerhaft man rechnen kann. Um die Wärmestrahlung den thermodynamischen Rechenmethoden anzupassen, wird zusätzlich noch die T4 -Differenz durch die Temperaturdifferenz T1 - T2 geteilt, um am Ende wieder analog der allerdings für die Strahlung nicht zutreffenden kinetischen Wärmelehre mit einer Temperaturdifferenz multiplizieren zu können. Quintessenz: Die langjährig angewendeten und damit auch fälschlicherweise als "bewährt" bezeichneten Formelansätze für die Berechnung der Strahlungsaustauschzahlen erweisen sich für die Beurteilung der wahren Strahlungsverhältnisse als logisch widersprüchlich; sie verstoßen gegen die elementaren Gesetzmäßigkeiten der Strahlungsphysik. Bemerkenswert ist, daß bei Anwendung der "praktizierten" Formeln stets alle errechneten Werte zu Ergebnissen führen, die zu niedrig ausfallen. Dies bedeutet neben einer Überdimensionierung der Anlage eine generelle Unterbewertung und damit Benachteiligung der Strahlungsheizung! Bei einer solchen Methodik braucht man sich dann auch nicht zu wundern, daß die Strahlungsheizung nicht die Geltung erreicht, die sie verdient. Es ist deshalb ernsthaft die Frage zu prüfen,
inwieweit hier nicht grundsätzlich umgedacht werden muß, damit
bei der Installation von Heizungsanlagen die rechnerisch produzierten Benachteiligungen
der Strahlungsheizung der Vergangenheit angehören.
Dieser Text machte schon vor der Veröffentlichung
einigen ”Experten” Kopfzerbrechen, denen der Artikel zwecks Begutachtung
zugeschickt wurde.
Eine Firma für Haus- und Küchentechnik schreibt am 07. 01. 1999: ”Insofern teilen wir die Ansicht von Prof. Meier nicht, wonach Strahlung keine Luft erwärmt, sondern nur massive Baustoffe ...” Ein pensionierter Fachhochschulprofessor und öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger schreibt am 05. 02. 1999: ”Die Kritik an der Strahlung in den Halbraum ist nicht berechtigt. Auch führt die Differenzbildung bei der Ermittlung der erforderlichen Strahlungsflächen bei der Beheizung eines Raumes durch eine Strahlungsheizung nicht zu ”absurden Ergebnissen”, wie der Verfasser schreibt. Der Unterzeichnete weiß aus eigener Erfahrung, daß Flächenstrahlungsheizungen dann richtig dimensioniert sind, wenn sie nach den Dimensionierungsverfahren der Heizungstechnik ausgelegt werden. Dies trifft ebenso auf die Strahlungsaustauschzahl zu, bei der der Verfasser behauptet, daß diese wegen der Halbierung der Strahlungsleistung und Differenzbildung zu falschen Ergebnissen führen würde. Wegen der falschen bzw. unrichtigen Einschätzung der Auslegungsverfahren der Strahlungsheizung kommt der Verfasser schließlich zu Folgerungen, die dem Stand der Technik auf diesem Gebiet einfach nicht gerecht werden”. Auch Prof. Bach vom Lehrstuhl für Heiz-
und Raumlufttechnik (IKE) in Stuttgart lieferte am 09. 06. 1999 eine Stellungnahme
ab, in der es u. a. heißt: ”Abgesehen davon, daß dieser Teil
seiner Ausführungen für mich nicht nachvollziehbar ist, dürfen
seine Behauptungen über die Praxis in der Heiztechnik nicht unwidersprochen
bleiben.” Und weiter wird geschrieben: ”Im Übrigen hat Herr Prof.
Meier in allen 5 Punkten die übliche Berechnung des Strahlungsaustausches
und der dabei verwendeten Randbedingungen falsch verstanden”.
Prof. Dr. C. Meier - Neuendettelsauerstr. 39 - 90449 Nürnberg Herrn
Pfaffenwaldring 35
Nürnberg, den 29. 06. 1999 "Humane Strahlungswärme"
Sehr geehrter Herr Prof. Bach,
Nun werden Sie bemüht, um "Licht in das Dunkel" zu bringen. Dr. Schneider bat mich mit Schreiben vom 14.06., den Sachverhalt mit Ihnen abzuklären. Persönlich konnten wir uns auf dem BHKS/VDI-Symposium
am 26. und 27. September 1991 auf der Wartburg bekannt machen und damals
habe ich in meinem Referat auf die nachweisbare Effizienzlosigkeit dicker
Dämmungen hingewiesen. Heute wird dieser Unfug allgemein vorgeschrieben.
Wie Sie daraus ersehen können, setze ich mich auch kritisch mit technischen
Entwicklungen auseinander.
Ausgehend von der römischen Hypokaustenheizung stellt sich die Frage, wie die Strahlungswärme von umschließenden Bauteilen rechnerisch erfaßt werden kann. Hierfür dient die Plancksche Strahlungsformel [1] und als Integral das Stefan-Boltzmannsche Gesetz [4]. Dabei müssen nun die zwei im Artikel aufgeworfenen Fragen geklärt werden: 1. Warum fehlt im Gegensatz zum Planckschen [1] (Bd. 18, S. 747) und Wienschen Strahlungsgesetz [1] (Bd. 25, S. 346) in der einschlägigen Fachliteratur der Faktor 2.Die Beantwortung dieser Fragen erfolgt u. a. auch in dem Ihnen vorliegenden Manuskript. Die Ableitung der Strahlungsausgleichszahl gemäß [6] und [8] habe ich unter Berücksichtigung der aufgeführten fünf Randbedingungen nachvollzogen und komme eben auch zu dem allseits bekannten Ausdruck. Diese Randbedingungen werden in [6] genannt und begrenzen die Einsatzmöglichkeit. Was habe ich da "falsch verstanden"? Sie empfehlen zur Lektüre den Rietschel/Raiß. Bei meinem Vordiplom im SS 59 an der TU Berlin bin ich noch von Prof. Raiß geprüft worden (Note: sehr gut); Sie sehen also, daß ich mich in Fragen der Heizung und Lüftung schon ein wenig auskenne. Über die Integrität von Prof. Raiß gibt es keine Zweifel, immerhin wurde er von Prof. Esdorn als ein Wissenschaftler charakterisiert, der sich stets dem höchsten Ziel, der Wahrheit, verpflichtet fühlte. Gehen wir deshalb in seinem Sinne an die
Frage der Strahlungswärme heran.
Dazu wäre folgendes zu sagen:
2. Es heißt, auch weitere Reflektionen
seien zu betrachten. Aber nur "zur Vereinfachung" könne man nach der
ersten Reflektion abbrechen. Nun, mehrere Reflektionen abzuleiten, führt
zu einem Zahlensalat, der unüberschaubar wird. Man kommt also damit
nicht weiter. Die Zulässigkeit einer derartigen Vorgehensweise wird
mit zwei Argumenten begründet:
3. Für zwei "idealisierte" Fälle
"unendlicher Ausdehnung" wird eine exakte Lösung angegeben. Wann aber
kommt dies vor?
Mit freundlichen Grüßen
Nun erarbeitete die VDI-Gesellschaft im Richtlinienausschuß VDI 6030 ”Auslegung von freien Raumheizflächen” (Obmann Prof. Bach) einen Entwurf, zu dem eine Stellungnahme abgegeben wurde. In der Einspruchssitzung trage ich mein Begehren vor, man signalisiert Berücksichtigung. Bedeutsam ist nun, daß bei der weiteren Behandlung dieses Vorganges eine Anwesenheit meiner Person generell ignoriert wird, denn im Protokoll fehlt mein Name. Wenn dies die Methoden zukünftiger ”Richtlinienarbeit” sind, dann besteht höchste Alarmstufe. Insofern wird es notwendig, meinen Brief vom 11. 02. 2000 an den Obmann des VDI-Auschusses vorzulegen: Prof. Dr. C. Meier - Neuendettelsauerstr. 39 - 90449 Nürnberg Herrn
Nürnberg, den 11. 02. 2000
Sehr geehrter Herr Prof. Bach,
Ich gehe davon aus, daß dies ein Versehen ist. Nach Erhalt des Protokolls am 16.12.1999 setzte ich mich sofort mit Herrn Funk telefonisch in Verbindung, machte ihn auf diesen Umstand aufmerksam und bat ihn, dies umgehend zu berichtigen und mir dann das vollständige Protokoll zuzusenden. Es geschah nichts. Ein erneutes Telefonat am 07.02.2000, entgegengenommen von Frau Wichmann, wollte er, weil abwesend, tags darauf erwidern. Bis heute geschah wieder nichts. Ich würde Sie dringend bitten, als Obmann des Arbeitskreises für ein ordnungsgemäßes Protokoll zu sorgen. In diesem Zusammenhang wären stichpunktartig
die Inhalte meines Diskussionsbeitrages in der o.g. Sitzung in Erinnerung
zu bringen, die auch wesentliche Argumente meines Einspruches vom 07. Oktober
1999 enthielten:
1. Die quantenmechanischen Grundlagen der Strahlung bewirken nur das Erwärmen von Materie. Luft wird durch Strahlung nicht erwärmt. Dies führt zu grundsätzlich unterschiedlichen Rechenmethoden, denn Thermodynamik und Quantenmechanik sind klar zu unterscheiden. Zum Beispiel sind gemäß dem Behaglichkeitsprofil nach Bedford und Liese bei der Auslegung einer Heizungsanlage baupraktische Konsequenzen zu beachten, die in der VDI-Richtlinie keinerlei Berücksichtigung finden. Auch würden sich bei einer Strahlungsheizung die in der VDI-Richtlinie oft angeführten ”kalten Fallströme” in ”warme Steigströme” verwandeln.In der Sitzung haben Sie mir eine Antwort des Ausschusses auf meine Stellungnahme vom 07. Oktober 1999 zugesagt. Auch die Beantwortung der in meinem Brief vom 29.06.1999 gestellten Fragen sagten Sie mir auf der Einspruchssitzung am 9.12. zu. Ich darf Sie an diese beiden Dinge erinnern.
Das Protokoll wurde nicht berichtigt, auch
”die beiden Dinge” wurden nicht erledigt. Zwischenzeitlich wurde der Entwurf
überarbeitet; Aus diesem Grunde schrieb ich dann den nachfolgenden
Brief:
Prof. Dr. C. Meier - Neuendettelsauerstr. 39
- 90449 Nürnberg
Verein Deutscher Ingenieure
Postfach 10 11 39
Nürnberg, den 13. 11. 2000 Neues Gesamtmanuskript VDI 6030 Blatt 1 ”Auslegung von freien Raumheizflächen” Sehr geehrte Herren,
Mir liegt nur das Protokoll der Einspruchssitzung vom 09. Dezember 1999 in Stuttgart vor, zu der ich eingeladen worden bin und an der ich auch teilgenommen habe. Meinen Einspruch konnte ich dort vortragen, es wurde auch darüber diskutiert. Nur in dem Protokoll vom 09. Dezember, das ich am 16. Dezember erhielt, ist darüber nichts zu lesen, selbst meine Teilnahme ist aus dem Protokoll nicht zu ersehen. Diesen Mißstand beanstandete ich sofort nach Erhalt des Protokolls telefonisch beim Schriftführer Lars Funk und bat um Ergänzung. Es geschah nichts. Am 07. Februar 2000 wiederholte ich das Telefonat; ich sprach mit Frau Wichmann, die mir sagte, Herr Lars Funk sei nicht im Hause, würde aber am nächsten Tag zurückrufen. Es geschah wieder nichts. Darauf unterrichtete ich am 11. Februar brieflich Prof. Bach, schilderte den Sachverhalt und bat ihn, für ein ordnungsgemäßes Protokoll zu sorgen. Dieses Protokoll vermisse ich bis heute. Eine derart laxe Protokollführung kann nicht gutgeheißen werden und legt unmißverständlich skandalöse Zustände in der Richtlinienarbeit des VDI offen. Insofern ist es schon recht erstaunlich, daß ich nun die überarbeitete Fassung zugeschickt bekomme mit der Bitte, eventuell vorhandene Abweichungen vom Protokoll zu nennen. Da bei dieser Verfahrensweise mein Einspruch keinerlei Beachtung fand und völlig ignoriert wurde, obgleich er gravierende Mängel des Entwurfes VDI 6030 offenbarte, kann wohl davon ausgegangen werden, daß der Ausschuß sich für die physikalischen Naturgesetze der Strahlung und deren Umsetzung in den Richtlinien nicht für zuständig erklärt und weiter wie bisher einseitig, wenn nicht sogar wahrheitswidrig denkt und handelt. Daß dabei der Kunde auf der Strecke bleibt, ist bei der Richtlinienarbeit im VDI offensichtlich zweitrangig und bei dem hohen Einfluß und Übergewicht der Industrie wohl dann auch verständlich. Es folgen jetzt sechs wesentliche Punkte, die
im nachfolgenden Brief vom 25. 07. 2001 wiederholt werden. Das Schreiben
endet dann mit den Worten:
Meine Einwände sind physikalischer Natur und können nicht so ohne weiteres übergangen werden. Insofern lehne ich das ”Neue Gesamtkonzept VDI 6030 Blatt 1, Auslegung von freien Raumheizflächen” ab. Die in der Vorbemerkung enthaltene Zielsetzung, dem Architekten den Zusammenhang zwischen Raumgestaltung und Erfordernissen der Heizflächen aufzuzeigen, wurde damit auch verfehlt. Mit freundlichen Grüßen
Es wurde dann ein weiterer Entwurf zugeschickt,
zu dem ich den zunächst letzten Brief schrieb:
Prof. Dr. C. Meier - Neuendettelsauerstr. 39
- 90449 Nürnberg
Verein Deutscher Ingenieure
Postfach 10 11 39
Nürnberg, den 25. 07. 2001 VDI 6030 Blatt 1 ”Auslegung von freien Raumheizflächen” Sehr geehrte Frau Diana Wilhelm,
Mit Schreiben vom 3. Juli 2001 schicken Sie mir nun die letzte Version der VDI-Richtlinie 6030 vom Juli 2001 mit dem Hinweis, daß der Entwurf ”in allen angesprochenen Punkten sorgfältig überarbeitet wurde”. Der Vergleich zur Version ”Oktober 2000” zeigt, daß sich methodisch nichts geändert hat. Meine Einwände, die ich im Brief vom 13. 11. 2000 konkretisiert habe, sind nicht beachtet worden. Die auf Seite 18 erfolgte Klammerergänzung (mit Strahlungswirkung) unter ”6 Auslegung von Raumheizkörpern” kann ja wohl nicht ernst genommen werden, denn wenn eine Strahlungswirkung quantitativ berücksichtigt wird, dann muß im Manuskript wenigstens die Stefan-Boltzmannsche Formel erscheinen. Dieser Ausschuß weigert sich also weiterhin strikt, von den Vorzügen einer Strahlungsheizung bezüglich der Beseitigung von Strahlungsdefiziten überhaupt Kenntnis zu nehmen. Die sechs Punkte im Brief vom 13. 11. 2000 zeigen meine Bedenken sehr deutlich; mit dieser ”Richtlinie” werden wahrheitswidrig Naturgesetze mißachtet, so daß man schon überrascht ist von der Überheblichkeit, mit der man die sachlich/technischen Sachverhalte behandelt. Rückfragen gibt es meinerseits nur in der grundsätzlichen Fragestellung, warum ”die Heiztechnik” die anstehenden Probleme derart schwerfällig und uneinsichtig zu lösen versucht. Ein ”direkter Kontakt” zu Prof. Bach hilft hier nicht weiter, denn meine Briefe vom 11. 02. 2000 und vom 29. 06. 1999, die die Problematik verdeutlichen, sind unbeantwortet geblieben. Auch der Verfahrensablauf ”dieser VDI-Richtinie 6030” zeigt, daß an bestehenden und festgefahrenen Vorstellungen konsequent festgehalten wird. Der Vollständigkeit halber wiederhole
ich noch einmal meine Bedenken:
2. Die besonderen Merkmale einer Strahlungsheizung unterscheiden sich wesentlich von den Merkmalen einer Konvektionsheizung. Erstere bewirken nur das Erwärmen von Materie. Luft wird durch Strahlung also nicht erwärmt. Dies führt zu grundsätzlich unterschiedlichen Rechenmethoden, denn Thermodynamik und Quantenmechanik sind klar zu unterscheiden. Zum Beispiel sind gemäß dem Behaglichkeitsprofil nach Bedford und Liese bei der Auslegung einer Heizungsanlage baupraktische Konsequenzen zu beachten, die in der VDI-Richtlinie keinerlei Berücksichtigung finden. Die Raumoberflächentemperaturen sind bei einer Strahlungsheizung höher als die Raumlufttemperaturen. Dadurch würden sich die in der VDI-Richtlinie oft angeführten ”kalten Fallströme” bei einer Strahlungsheizung in ”warme Steigströme” verwandeln. In der ”VDI Richtlinie” wird immer nur von ”zu erreichenden Raumlufttemperaturen” gesprochen, dabei würden ausreichende Wand- und Fensteroberflächentemperaturen, die nur durch eine Strahlungsheizung erzielt werden, die Behaglichkeitsdefizite verschwinden lassen. Bei einer Strahlungsheizung werden Wandtemperaturen von ca. 22°C und Fenstertemperaturen von ca. 19°C erreicht – beste Voraussetzungen für die angestrebte Behaglichkeit. 3. Die VDI-Richtlinie definiert eine ”Behaglichkeitszone”, die an der ”kalten” Umfassungsfläche erst nach einem Meter beginnt, ansonsten erst nach 30 cm von der Wand. Die Beseitigung der Behaglichkeitsdefizite eines am Fenster stehenden Bewohners, dies wurde in der Debatte unter anderem als Begründung für die Notwendigkeit dieser VDI-Richtlinie vorgebracht, wird also überhaupt nicht erfaßt. Die kritischen Zonen werden also von vornherein ausgeklammert – die typischen Nachteile einer Konvektionsheizung werden also ”genormt”. Darüber hinaus gibt es für die Anforderungszonen dann noch unterschiedliche Anforderungsstufen: Stufe 3:”Vollständige Beseitigung der Behaglichkeitsdefizite”,Richtlinienmäßig wird also auch in der VDI 6030 eine Heizung klassifiziert, die zwar die ”Normheizlast” deckt, jedoch die Behaglichkeitsdefizite nicht beseitigt.
5. Auf jeden Fall müssen die juristischen
Konsequenzen beachtet werden, die sich aus der Anwendung der VDI Richtlinie
6030 ergeben. Nach BGB § 633 ist ein Werk so herzustellen, daß
es die zugesicherten Eigenschaften hat und nicht mit Fehlern behaftet ist,
die den Wert oder die Tauglichkeit zu dem gewöhnlichen oder nach dem
Vertrage vorausgesetzten Gebrauch aufheben und mindern.
6. Eine Heizung mit keinerlei Behaglichkeitsdefiziten
(in der VDI 6030 Blatt 1 werden deshalb hauptsächlich Strahlungsdefizite
angesprochen) ist jedoch die Strahlungsheizung selbst – diese aber wird
überhaupt nicht erwähnt. Insofern ergibt sich hier ein Eldorado
für juristische Auseinandersetzungen, denn dem Architekten wird mit
dieser Richtlinie nicht das bestmögliche und sauberste Heizungssystem
angeboten. Immerhin sind seit hundert Jahren die Strahlungsgesetze von
Wilhelm Wien und Max Planck bekannt. Wann endlich wird davon Kenntnis genommen,
damit diese Erkenntnisse heizungstechnisch umgesetzt werden?
Meine Einwände sind physikalischer Natur und können nicht so ohne weiteres übergangen werden. Insofern lehne ich auch das ”Manuskript VDI 6030 Blatt1, Auslegung von freien Raumheizflächen” vom Juli 2001 ab. Die in der Vorbemerkung enthaltene Zielsetzung, dem Architekten den Zusammenhang zwischen Raumgestaltung und Erfordernissen der Heizflächen aufzuzeigen, wurde damit auch verfehlt. Mit freundlichen Grüßen
Mir ist auch ein Prüfbericht zugesandt worden, der die Leistung einer Wandstrahlungsheizung quantifiziert. Dabei treten kapitale methodische Fehler auf, die sich ausschließlich aus dem physikalischen Mißverständnis von der Wirkungsweise einer Strahlung ergeben. Dabei geht es weniger um die baupraktische Umsetzung der Wandstrahlungsheizung (hier gibt es ja unterschiedliche Systeme), sondern mehr um die ”technisch / wissenschaftliche” Behandlung in Theorie und Praxis. Der Prüfbericht Nr. A96 S090.1031 der Prüfstelle HLK Stuttgart behandelt die Wandheizung ”meßtechnisch” und hier offenbart sich das ganze Dilemma bei den verwendeten Rechenmethoden. Zu diesem Prüfbericht ist folgendes zu
sagen:
Im Prüfbericht steht:
Dies sind die ”Umrechnungsfaktoren” bei der Behandlung der Wärmeleistung nach thermodynamischen Gesichtspunkten mit der Abhängigkeit von ”Übertemperaturen”. Dieses Vorgehen ist jedoch physikalisch falsch. Zum Prüfbericht Seite 2:
Die ”Wärmeleistung” ergibt sich also fast proportional zur ”Übertemperatur” (s. Zeile 10 ) und wird mit 7,65 W/m²K festgelegt (siehe oben). Dies ist falsch, denn die Strahlungsleistung hängt allein von den Oberflächentemperaturen ab. Zum Prüfbericht Seite 3:
Daraus ergibt sich die Strahlungsleistung
bei CS = 5,67 W/m2K4 und e
= 0,93:
Die Zeilen 13 und 14 wären die Strahlungsleistungen, die sich nach dem Strahlungsgesetz von Stefan und Boltzmann ergeben. Maßgebend sind dabei allein die Oberflächentemperaturen. Der Vergleich der Zeilen 13 (Halbraum) und 14 (Hohlraum)
mit der Zeile 9 zeigt die große Diskrepanz zwischen der Strahlungsleistung
(quantenmechanische Gesetzmäßigkeiten) und der ”hingerechneten”
Strahlungsleistung (thermodynamische Gesetzmäßigkeiten). Die
Unterschiede sind gewaltig:
Die Diskrepanz wird bei den niedrigen Vorlauftemperaturen
(letzte Spalte) besonders krass. Dies zeigt, daß gerade die ”Niedertemperaturstrahlungsheizungen”
besonders effektiv sind, da hier die ”Übertemperaturen” viel stärker
reagieren als die ”absoluten Oberflächentemperaturen”.
Zum Prüfbericht Seite 4:
Dem Prüfbericht können auch Kontrolltemperaturen
der linken und rechten Wandtemperatur entnommen werden, die sehr nahe beieinander
liegen und folgende Durchschnittstemperaturen aufweisen (Seite 2):
Daraus ergibt sich die Strahlungsleistung bei
CS = 5,67 W/m2K4 und e
= 0,93
Dies wären die Strahlungsleistungen, die
sich nach dem Strahlungsgesetz von Stefan und Boltzmann für die ”übrigen
Wände” ergeben würden, abgeleitet nur aus den Oberflächentemperaturen.
Der Vergleich der Zeilen 13 (Halbraum) und 14 (Hohlraum) mit der Zeile
9 zeigt selbst auch hier die Diskrepanz zwischen der Strahlungsleistung
der übrigen Wände (quantenmechanische Gesetzmäßigkeiten)
und der ”hingerechneten” Strahlungsleistung der Heizwand (thermodynamische
Gesetzmäßigkeiten).
Es zeigt sich, daß selbst die temperierten ”sonstigen Wände” höhere Wärmeleistungen erbringen, als die nach DIN 4703/04 geprüfte eigentliche Heizwand. Allein diese Temperaturen reichen aus, um dem Raum ausreichend Strahlungswärme zuzuführen. Auch hier wird die Diskrepanz bei den niedrigen Vorlauftemperaturen besonders krass. Eine ”Niedertemperaturstrahlungsheizungn” ist deshalb besonders effektiv. Der Prüfbericht offenbart sehr überzeugend die Unzulänglichkeiten in der meßtechnischen Behandlung einer Strahlungsheizung. Es ist blamabel, daß dafür noch Prüfgebühren verlangt werden. Strahlung wird systematisch falsch behandelt, nämlich thermodynamisch mit ”üblichen Übertemperaturen”, und außerdem noch rigoros ”thermodynamisch” niedergerechnet. Die in der Veröffentlichung ”Humane Wärme” dargestellten Schlußfolgerungen werden somit nicht nur bestätigt, sondern noch weit übertroffen. Der Einfluß der Konvektionsheizungslobby bei der Formulierung von Normen für Strahlungsheizungen ist offensichtlich so groß, daß man sich nicht scheut, hier sogar manipulativ vorzugehen, nur um die bessere Konkurrenz niederzuhalten. Fehlinterpretationen in der Norm:
Eine Proportionalität von Wärmeleistung und Übertemperatur ist für eine Strahlungsheizung nicht zutreffend. Der Autor des Buches ”Strahlungsheizung – Theorie
und Praxis”, erschienen im C. F. Müller Verlag Karlsruhe 1982, reagierte
am 01. 08. 2001 auf die am Anfang vorgestellte Veröffentlichung ”Humane
Strahlungswärme” und ging auf die fünf Randbedingungen für
die Strahlungsausgleichszahl, nachdem er auf verfeinerte Methoden hingewiesen
hat, wie folgt ein: ”Ihre Punkte 1 bis 5 sind gegenstandslos”.
Wie man sieht, in der Heiztechnik ist die Strahlung mit den Planckschen Erkenntnissen tatsächlich ein riesiger Kloß im Hals der Fachingenieure – man tut sich schwer. Es ist davon auszugehen, daß hier ein völliges Umdenken einsetzen muß. Nicht die ”Raumlufttemperatur” ist im Rahmen der Heizbemühungen sicherzustellen und zu gewährleisten, sondern durch Einsatz einer Strahlungsheizung die ”Wandoberflächentemperaturen”. Damit wird viel Energie gespart (geringere Raumlufttemperaturen) und der überall auftretende Schimmelpilz vermieden. Mit dem Hintergrundwissen dieser Informationen können Strahlungsheizungen nun besser verstanden – und entsprechend ihrer quantitativen Zuordnung auch richtig bewertet werden. Prof. Dr.-Ing. Claus Meier
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20.09.2001
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