Wärmestrahlung: Wärmeübertragung ohne Materie
Wärmestrahlung (auch Temperaturstrahlung oder thermische Strahlung) beschreibt den Wärmetransport ohne materielle Trägerstoffe. Dabei gelangt thermische Energie in Form elektromagnetischer Wellen von einem Körper auf einen anderen. Die Luft zwischen beiden erwärmt sich allerdings nicht. Wir erklären, wie die Wärmestrahlung funktioniert und welche Bedeutung sie für die Heizungstechnik hat.
Einfach erklärt: Das Prinzip der Wärmestrahlung
Jeder Körper gibt Wärme in Form von Strahlung an seine Umgebung ab. Dabei geht es um elektromagnetische Wellen, die sich unabhängig von materiellen Trägern im Raum ausbreiten. Treffen die energiereichen Wellen auf feste oder flüssige Stoffe, können diese Wärmestrahlung abhängig von ihrer Beschaffenheit hindurchlassen, reflektieren oder absorbieren. Im letztgenannten Fall nehmen sie thermische Energie auf, wodurch ihre Temperatur ansteigt. Auf der eigenen Haut spüren wir das zum Beispiel im Sommer, wenn die Sonne mit voller Kraft auf die Erde scheint.
Wie intensiv ein Körper Wärme abstrahlt, hängt vor allem von seiner Temperatur ab. Je höher diese ist, umso mehr Energie gibt er dabei an die Umgebung ab. Relevant für das Strahlungsvermögen ist aber auch die Farbe der Oberfläche.
Besonders stark tritt die Wärmestrahlung dabei an dunklen Körpern auf. Während diese gleichzeitig viel Wärme absorbieren können, reflektieren helle Oberflächen mehr. Gründe, aus denen die Absorber von Solaranlagen dunkel und die Oberflächen von Kühltransportern hell sind.
Wärmebildkameras erkennen die thermische Strahlung
Während die Wärmestrahlung für das bloße Auge unsichtbar ist, lässt sie sich mit einer Wärmebildkamera grafisch darstellen. Dazu misst die Technik die abgestrahlte Wärme eines Körpers, bevor sie deren Intensität in kontrastreichen Farben darstellt.
Behagliche Wärmestrahlung in der Heizungstechnik
In der Heizungstechnik sorgt die thermische Strahlung für eine hohe Behaglichkeit. Denn anders als die Luft in einem Raum wirkt diese direkt auf der Haut. Da sich die empfundene Temperatur aus Luft- und Oberflächentemperaturen zusammensetzt, lassen sich die Raumtemperaturen mit einer Strahlungsheizung ohne Einbußen im Komfort herabsetzen. Der Kessel muss weniger leisten und der Brennstoffverbrauch sinkt.
Nutzbar sind diese Vorteile mit einer Infrarotheizung oder einem Flächenheizsystem . Letzteres verwandelt Böden, Wände sowie Decken in Heizflächen, die thermische Energie zu 50 bis 92 Prozent in Form von Wärmestrahlung an den Raum abgeben. Auch Heizkörper übertragen einen Teil der Wärme in Form von Strahlung. Abhängig von ihrer Bauart liegt dieser allerdings nur bei 20 bis 40 Prozent.
Während die Heizflächen Wärmestrahlung aussenden, sollen Solaranlagen diese auffangen. Möglich ist das mit dunkel eingefärbten Absorbern.
Diese befinden sich in den Kollektoren auf dem Dach und wandeln die Energie der Sonne an Ort und Stelle in nutzbare Wärme um. Einsetzen lässt sich diese dann zur Erwärmung des Trinkwassers oder für die Unterstützung der Heizung.
Konvektion und Konduktion: Alternativen zur Strahlung
Neben der Wärmestrahlung gibt es weitere Arten des Wärmetransports, die in der Praxis oft gemeinsam auftreten. Gemeint sind dabei die Vorgänge der Konduktion (Wärmeleitung) und der Konvektion (Wärmemitführung). Bei der Konduktion wandert thermische Energie durch feste Körper. So erwärmt sich ein Löffel auch am Griff, wenn sich seine Spitze lange genug über einer Wärmequelle befindet. Konvektion steht hingegen für die Wärmemitführung. Dabei transportieren strömende Medien (Gase oder Flüssigkeiten) thermische Energie an sich gebunden durch den Raum. Ein Beispiel dafür ist die natürliche Heizwasserzirkulation in einer Schwerkraftheizung . Moderne Zentralheizungen setzen hingegen auf die erzwungene Konvektion, bei der Heizungswasser angetrieben von einer Umwälzpumpe durch die Anlage zirkuliert.
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Wärmestrahlung:
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