3.5 Versuchsaufbau: Installationen und Meßgeräte

In der Erdgeschosswohnung wurde eine komplette Infrarotheizung aus folgenden Komponenten installiert:
Diverse Infrarot-Flächenheizungen (Fa. Knebel, www.infrarot-flachheizung.de), Plan siehe unten. Dabei handelt es sich durchgehend um elektrisch betriebene Dunkelstrahler mit Oberflächentemperaturen zwischen 70°C und 110°C.
Pro Raum:
Funk-Thermostat FS20 STR2 (Fa. ELV, www.elv.com) und
Schaltsteckdose FS20 ST2 (Fa. ELV, www.elv.com).

Stromverbrauchs-Meßgeräte:
ENERGY CONTROL 3000 USB (Fa. VOLTCRAFT, www.conrad.de),
ENERGY SENSOR ES-1 (Fa. VOLTCRAFT, www.conrad.de).

Es wurden Flächen-Infrarotstrahler auf der Basis von Widerstandsfolien ohne Speichermasse dezentral ähnlich wie an den Wänden aufgehängte Bilder in den Räumen angebracht und an die normalen Steckdosen der häuslichen Elektroinstallation angeschlossen. Dabei wurde auf die Belastbarkeit der einzelnen Stromkreise geachtet und bei Bedarf neue Leitungen (Aufputz) installiert.

Zwischen Infrarotstrahler und Steckdose wurden funkgesteuerte Schalter (FS20 ST2) eingeschleift, die über Funkthermostaten (FS20 STR2 ) angesteuert werden. Die abgegebene Infrarotstrahlung ist im langwelligen Infrarot-C-Bereich (siehe oben) ohne sichtbaren Anteil. Die thermische Speicherkapazität der Flächen-Infrarotstrahler ist so gering, dass bei kurzzeitiger Berührung keine Verbrennungsgefahr besteht. Um Probleme durch Hitzestau zu vermeiden, durften sie jedoch nicht abgedeckt oder hinter Vorhängen angebracht werden.

Die Standorte der  Flächen-Infrarotstrahler mit Angabe der zugehörigen Anschlussleistung sind in Bild 3.5 skizziert. Die Standorte wurden so gewählt, dass möglichst gleichzeitig

  • ein gleichmäßiges „Ausleuchten“ des Raumes,
  • Vermeidung von Strahlungsasymmetrien,
  • eine Kompensation der relativ geringen Strahlungstemperatur der Fensterflächen und
  • der Vermeidung der direkten Anstrahlung der Fensterflächen (höchster Wärmeverlust) gegeben ist.

Fensterglas ist transparent für sichtbares Licht und kurzwelliges Infrarot. Für langwelliges Infrarot (den Bereich der Wärmestrahlung bei den verwendeten Infrarotstrahlern) ist es fast undurchlässig (ähnlich einer schwarzen Glasscheibe im sichtbaren Bereich). Diese Wellenlängenabhängigkeit der Transparenz ist z.B. entscheidend für den sogenannten Glashauseffekt (dass das Fensterglas auch für UV-Licht fast undurchlässig ist, spielt in diesem Zusammenhang keine Rolle).
Die Infrarotstrahlung kann also zwar den Raum durch die Fenster nicht verlassen, wird aber je nach Einstrahlwinkel zu einem großen Teil von den Fensterscheiben absorbiert (genau wie von den Wänden) und heizt diese auf. Der Rest der nichtabsorbierten Infrarotstrahlung wird in den Raum reflektiert. Der Wärmeverlust tritt dann wie bei den Wänden durch Transmissionsverluste und Strahlungsverluste ab der Außenseite der Innenscheibe (bei der hier verwendeten Isolierverglasung) auf, die wegen der schlechteren Dämmwerte gegenüber den Außenwänden flächenbezogen höher ist. Da die Absorbtion mit steigendem Einfallswinkel zunimmt (senkrecht am größten), sollte ein direktes Anstrahlen der Fensterflächen vermieden werden.

Grundriss Erdgeschoss des Messobjekts
Bild 3.5: Grundriss Erdgeschoss des Meßobjekts

Die zugehörigen Fotos sind im Anhang aufgeführt.

Die Funk-Thermostaten sind so angeordnet, dass sie direkt von den Infrarotstrahlern angestrahlt werden („Sichtkontakt“) und so tendenziell wie ein sogenanntes Globethermometer funktionieren, mit denen die operative Temperatur gemessen wird.

Die Stromverbrauchs-Meßgeräte wurden doppelt installiert, um Redundanz gegen Datenverlust zu erhalten.
Zur Messung wurden die installierten Infrarotstrahler zu vier Raum-Gruppen zusammengefasst:

  • Gruppe 1: Bad,
  • Gruppe 2: Küche / Wohndiele,
  • Gruppe 3: Büro / Schlafzimmer,
  • Gruppe 4: Wohnzimmer.

In dieser Gruppierung sind die Meßwerte in der untenstehenden Auswertung aufgeführt.

Ergänzend wurden regelmäßig (mindestens wöchentlich zu den Ablesetagen für den Gasverbrauch) Lufttemperatur- und Wandoberflächentemperatur-Messungen mit mobilen Meßgeräten (Lufttemperatur-/Feuchtigkeitsmeßgerät AZ 8703 und Infrarot-Thermometer Modell ST-8838, Fa. ELV) durchgeführt, um zu überprüfen, ob in den IR-beheizten Räumen die durchschnittlichen Wandoberflächentemperaturen höher sind als die Lufttemperaturen.

Die Obergeschosswohnung wurde installationstechnisch prinzipiell nicht verändert. Kurz vor Projektbeginn wurde lediglich eine neue Zirkulationspumpe installiert und der Heizkreis hydraulisch abgeglichen. Der Heizkreis der Untergeschosswohnung wurde stillgelegt.

Die Trinkwassererwärmung wurde in beiden Wohnungen durch die Gasheizung übernommen.

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