Die Tragödie der Strahlung
Von Claus Meier
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
Strahlungswärme bedeutet eine Nutzwärme, die physiologisch günstig
bewertet und vom menschlichen Organismus als wohltuend empfunden wird.
Seit Urzeiten nutzt und genießt der Mensch die Strahlungswärme der
Sonne.
Es gibt drei Möglichkeiten des Wärmetransportes: Die Wärmeleitung,
die Wärmeströmung oder Konvektion und die Wärmestrahlung.
Die Wärmeleitung und damit auch die Konvektion ist Teil der klassischen
Wärmelehre und braucht zum Wirksamwerden immer Temperaturdifferenzen
(zweiter Hauptsatz der Thermodynamik - Wärme fließt vom höheren zum
niedrigeren Potential). Dies wird auch bei den Dimensionen erkennbar
(W/m²K), (W/mK). In der Heiztechnik spricht man von
”Übertemperaturen”.
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?
Daß das Plancksche Strahlungsgesetz und die Wiensche Strahlungsformel in
[8] einen Faktor 2 enthält, der in den einschlägigen Fachpublikationen
fehlt, ist schon recht bemerkenswert. Sollte die Heizungsbranche
gegenüber den hervorragenden Vorteilen einer Strahlungsheizung
Korrekturen eingeführt haben, die die Strahlungsleistung einer
Strahlungsheizung gewaltig mindern? [5], [6].
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 Einschränkung beschreibt einen Zeitpunkt, der bei vorliegender
Lichtgeschwindigkeit der Strahlung in Sekundenschnelle vorbei ist. In
Wirklichkeit erfolgt, besonders bei Wandflächen, eine vielfache
Reflektion, die solange anhält, bis die gesamte Strahlungsenergie
absorbiert und nach gewisser Zeit der Energieaustausch zwischen den
beiden Flächen abgeschlossen ist - die Temperaturen gleichen sich an.
Wenn alle Strahlung jedoch absorbiert wird, dann nähert sich der
Emissionsgrad der Zahl 1 und wird zum Schluß zu 1.
2. Es werden zwei gleich große und parallele Flächen
angenommen.
Bei der verallgemeinerten Anwendung dieser Strahlungsaustauschzahl
trifft dies selten zu.
3. Die seitlichen Strahlungsverluste werden zu Null.
Inwieweit diese Randbedingung gesetzt werden kann, hängt vom Abstand
der beiden Flächen ab. Um seitliche Strahlungsverluste vernachlässigen
und dies einigermaßen rechtfertigen zu können, müssen die beiden
Strahlflächen sehr eng beieinander liegen oder sehr groß sein. In
Praxis ist dies aber selten der Fall, es sei denn, es handelt sich um
einen geschlossenen Raum mit vielfältigen Reflektionen.
4. Die beiden Temperaturen T1 und T2 werden konstant angenommen.
Dies trifft in Realität nicht zu, da ein Strahlungsaustausch erfolgt
(s. Randbedingung 1).
5. Die beiden Emissionsgrade ?1 und ?2 werden konstant
angenommen.
Auch dies trifft bei einem Innenraum in Realität nicht zu, da durch
wiederholte Reflektionen man sich dem "Schwarzen Strahler" nähert (s.
Randbedingung 1).
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.
Literatur:
[1] Bogoslowskij, V. N:: Wärmetechnische Grundlagen der Heizungs-,
Lüftungs- und Kli-matechnik. VEB Verlag für Bauwesen, Berlin 1982.
[2] Cerbe, G.; Hoffmann, H.-J:: Einführung in die Thermodynamik - von
den Grundlagen zur technischen Anwendung, Hanser Verlag München.
[3] Großeschmidt, H:: Das temperierte Haus: sanierte Architektur und
Großvitrine. Aspekte der Museumsarbeit in Bayern, MuseumsBausteine Band
5, Landesstelle für die nichtstaatlichen Museen beim Bayerischen
Landesamt für Denkmalpflege
[4] Lutz, P.; Jenisch, R.; Klopfer, H.; Freymuth, H.; Krampf, L;
Petzold, K:: Lehrbuch der Bauphysik, Teubner Verlag Stuttgart, 3.
Auflage 1994.
[5] Meier, C. (Hrsg.): Wärmeschutzplanung für Architekten und
Ingenieure. Rudolf Müller Verlag Köln, 1995; 2 Bände mit insgesamt 1800
Seiten;
(im Mai 1998 vom Markt genommen).
[6] Meier, C:: Humane Wärme. Strahlungswärme als energiesparende
Heiztechnik.
bausubstanz 1999, H. 3, S. 40.
[7] Meier, C:: Bauphysik – aus den Gleisen geraten. bausubstanz 2000, H.
11/12, S. 48.
[8] Meyers Enzyklopädisches Lexikon. Bibliographisches Institut
Mannheim, Wien, Zürich 1971
[9] Recknagel, H.; Sprenger, E; Hönmann, W:: Taschenbuch für Heizung und
Klmatech-nik. München und Wien: R. Oldenbourg Verlag 1988/1989.
[10] Reeker, J.; Kraneburg, P:: Haustechnik - Heizung, Raumlufttechnik,
Werner Verlag Düsseldorf 1994.
[11] Tipler, P.A:: Physik. Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg
Berlin Oxford, 1994.
Dieser Text machte schon vor der Veröffentlichung einigen ”Experten”
Kopfzerbrechen, denen der Artikel zwecks Begutachtung zugeschickt wurde.
Ein Oberingenieur mit über 40 Jahren Berufserfahrung schreibt am 15. 12.
1998: ”Ich habe Sie im Verdacht, daß Sie eine revolutionierende
Erfindung gemacht haben, die es ermöglicht, aus einer Heizwand mehr
Energie herauszuholen als man hineinbringt”. Weiter heißt es: ”Das ist
sicher die umwälzenste Erfindung unserer Zeit, Herr Professor, da sehe
ich Sie schon mit dem Bundesverdienstkreuz herumlaufen”.
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”.
Wegen der Bedeutsamkeit der Strahlung in Theorie und Praxis wird der
Antwortbrief auf diese Stellungnahme vorgelegt:
Prof. Dr. C. Meier - Neuendettelsauerstr. 39 - 90449 Nürnberg
Herrn
Prof. Dr.-Ing. Heinz Bach
IKE, Lehrstuhl f. Heiz- und Raumlufttechnik
Universität Stuttgart
Pfaffenwaldring 35
70 569 Stuttgart
Nürnberg, den 29. 06. 1999
"Humane Strahlungswärme"
Ihre Stellungsnahme vom 09.06.99
Sehr geehrter Herr Prof. Bach,
der og Artikel scheint beim Neubeuerner Institut auf Mißtrauen zu
stoßen, denn bisher lagen mir drei Stellungnahmen vor, die alle die
Kernaussagen des Artikels nicht behandelten, sondern sie mit Nebensätzen
umgingen. Zwischenzeitlich handelt es sich bei dem nochmals
überarbeiteten Text, den ich beilege, mit Rücksicht auf die Leserschaft
um die dritte Kürzung, die sich nur verbal, also ohne Formeln, mit
dieser Materie auseinandersetzt. Dies geschah bereits ausführlich in [3]
und zusammengefaßt in [4] (ebenfalls beiliegend), so daß die
"Diskussion" dieser Problematik meine Sichtweise zum Thema nur erweitern
kann.
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.
Bei meinen Überlegungen betrachte ich nur die Wärmestrahlung und ihre
physikalischen Gesetzmäßigkeiten als selbständige Heiztechnik.
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.
2. Warum muß bei der Quantifizierung der Strahlungsleistung für
einen Raum die Differenz zweier Strahlflächen gebildet werden? Planck
hätte bei seinen Messungen der Hohlraumstrahlung infolge des dort
vorliegenden Strahlungsgleichgewichtes dann das Ergebnis "Null"
erhalten !
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.
Ich finde in Rietschel/Raiß "Heiz- und Lüftungstechnik" 1958 auf Seite
351 unter "B. Strahlungswärmeaustausch" folgenden Satz:
"..., daß jede Fläche gleichzeitig Wärme abgibt, aufnimmt und
rückstrahlt, wobei nicht nur die erste Emission und Absorption, sondern
auch der weitere Weg der reflektierten Wärme mit neuerlicher
Teilabsorption und Reflektion betrachtet werden muß. Zur Vereinfachung
der Rechnung vernachlässigt man meist die Wiederabsorption der
reflektierten Strahlung, bricht also den Vorgang nach der ersten
Reflektion ab. Das ist zulässig, wenn die Absorptionszahlen beider
Flächen nahe bei 1 liegen, oder wenn der Abstand der Flächen
voneinander, im Verhältnis zu ihrer Ausdehnung, so groß ist, daß nur
sehr kleine Beträge der reflektierten Strahlung jeweils die andere
Fläche wieder treffen. Für zwei idealisierte Fälle, die auch praktische
Bedeutung haben, kann eine einfache exakte Lösung angegeben werden,
nämlich für zwei ebene parallele Flächen unendlicher Ausdehnung und
...".
Dazu wäre folgendes zu sagen:
1. Bei der Ableitung der Strahlungsausgleichszahl wird nur die
Reflektion, also die zurückkommende Strahlung berücksichtigt. Die
absorbierte Strahlung geht bei der Ableitung verloren. Diese absorbierte
Energie führt aber zur Temperaturerhöhung, so daß die Annahme konstanter
Temperaturen fehlerhaft ist (s. Kommentar zur Randbedingung 1).
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:
a) wenn die Absorptionszahlen nahe bei 1 liegen. Wenn diese jedoch nahe
bei 1 liegen müssen, dann ist es nur ein kleiner Schritt, sie mit 1
anzunehmen. Damit wäre dann die vielfache Reflektion einer
Hohlraumstrahlung berücksichtigt (s. Kommentar zur Randbedingung 1),
b) oder nur sehr kleine Beträge der reflektierten Strahlung die andere
Fläche treffen. Bei der Ableitung der Strahlungsausgleichszahl wird
jedoch gemäß Randbedingung 3 genau das Gegenteil angenommen, es werden
keine seitlichen Verluste berücksichtigt. Auch bei einem geschlossenen
Raum mit strahlenden Wandflächen trifft dieses Argument nicht zu. Ein
Zimmer wirkt wie ein Hohlraum und ermöglicht eine vielfache Reflektion.
3. Für zwei "idealisierte" Fälle "unendlicher Ausdehnung" wird eine
exakte Lösung angegeben. Wann aber kommt dies vor?
Entscheidend für die Fragwürdigkeit der Strahlungsausgleichszahl dürfte
aber die eingearbeitete Differenzbildung sein. Darüber hinaus bleibt zu
klären, warum die Strahlungsleistungen nicht den Faktor 2 enthalten.
Diese beiden Aspekte bedürfen der Klärung.
Mit freundlichen Grüßen
gez. C. Meier
Anlagen: Manuskript "Humane Strahlungswärme"
Humane Wärme
Dieser Brief ist nie beantwortet worden.
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
Prof. Dr.-Ing. Heinz Bach
IKE, Lehrstuhl f. Heiz- und Raumlufttechnik
Universität Stuttgart
Pfaffenwaldring 35
70 569 Stuttgart
Nürnberg, den 11. 02. 2000
VDI-Einspruchssitzung
am 9. Dezember 1999 zur VDI Richtlinie 6030, Blatt 1
Sehr geehrter Herr Prof. Bach,
leider sehe ich mich veranlaßt, Sie auf einen Mißstand in der
Protokollführung des Technisch-Wissenschaftlichen Mitarbeiters Herrn
Lars Funk aufmerksam zu machen. Obgleich ich eingeladen wurde, zugesagt
habe und ab 14:00Uhr als Gast an der o.g. Sitzung teilnahm, bin ich im
Protokoll nicht erwähnt. Sowohl bei der Aufzählung der Teilnehmer (auch
in TOP 2), als auch in TOP 3 (Behandlung der Einsprüche) vermisse ich
meinen Namen.
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.
2. Die komplizierten rechnerischen Verfahren werden so filigran und
umfangreich, daß die Praktikabilität nicht mehr gegeben ist.
Verwirrung der Anwender ist die Folge. Durch den dann notwendigen oder
vielleicht sogar auch beabsichtigten CD-ROM-Einsatz wird ein
”unwissendes Expertentum” herangebildet, das die grundsätzlichen
Zusammenhänge der Heizungstechnik gar nicht mehr sieht, erfaßt und
versteht. Der Ingenieur degradiert sich damit zum Erfüllungsgehilfen
von Vorschriften, Richtlinien und Normen.
3. Die VDI-Richtlinie definiert eine ”Behaglichkeitszone”, die an der
kalten Umfassungsfläche erst nach einem Meter beginnt. 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.
Was soll dann eigentlich die ganze VDI-Richtlinie 6030, Blatt 1
bezwecken?
Soll sie Mängel einer Heizungsanlage richtlinienmäßig absichern und
rechtfertigen? Soll sie vielleicht vor Mängelbeseitigung (BGB § 633),
Wandlung und Minderung (BGB § 634) oder Schadensersatz (BGB § 635)
schützen?
Hier eröffnen sich Fragen, die beantwortet werden müssen.
4. 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.
In der VDI Richtlinie 6030, Blatt 1 werden nur die
Konvektionsheizungen aufgeführt, die nun einmal große
Leistungsdefizite aufweisen. Dies manifestiert sich in den
klassifizierenden drei Anforderungsstufen. Sollen damit etwa
”schlechte Heizungen” mit Tauglichkeitseinbußen durch eine Richtlinie
zertifiziert werden?
Immerhin heißt die Stufe 1: ”Deckung der Normheizlast ohne Beseitigung
der Behaglichkeitsdefizite”.
Die Heizung mit keinerlei Behaglichkeitsdefiziten
(Strahlungsdefiziten) 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 Heizungssystem
angeboten. Kunden und Richter interessieren sich schon für solche
Vorgänge, dies sollte man bedenken.
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.
Mit freundlichen Grüßen
gez. C. Meier
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
VDI-Gesellschaft Technische Gebäudeausrüstung
Postfach 10 11 39
40 002 Düsseldorf
Nürnberg, den 13. 11. 2000
Neues Gesamtmanuskript VDI 6030 Blatt 1 ”Auslegung von freien
Raumheizflächen”
Sehr geehrte Herren,
Den Erhalt o.g. neuen Manuskriptes VDI 6030 als Einsprecher zum
Gründruck bestätige ich. Dem Anschreiben vom 25. 10. ist zu entnehmen,
daß diese neue Version die Änderungen der Einspruchssitzungen und die
Änderungswünsche der Mitarbeiter enthält und zum Weißdruck verabschiedet
wurde. Sie bitten um Kenntnisnahme und um Nennung gravierender Fehler
bzw. Abweichungen zum ”Beschluß der Einspruchssitzungen”.
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:
In diesem Zusammenhang sei auch an den Briefwechsel erinnert, den ich
mit Prof. Bach bezüglich des Manuskriptes ”Humane Strahlungswärme”
geführt habe – auch hier wurden auf meine Fragen keine oder keine
zufriedenstellenden Antworten gegeben.
Kunden und Richter interessieren sich sehr wohl für derartige Vorgänge
beim Zustandekommen von ”Richtlinien” für die Auslegung von Heizungen,
dies sollte man bedenken. Bei den DIN-Normen zeichnen sich parallele
Tendenzen ab. Höchstrichterlichen Entscheidungen (BGH-Urteile) haben
bereits festgestellt, daß DIN-Normen keine Rechtsnormen, sondern private
technische Regelungen mit Empfehlungscharakter seien.
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
gez. C. Meier
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
VDI-Gesellschaft Technische Gebäudeausrüstung
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40 002 Düsseldorf
Nürnberg, den 25. 07. 2001
VDI 6030 Blatt 1 ”Auslegung von freien Raumheizflächen”
Sehr geehrte Frau Diana Wilhelm,
mit Schreiben vom 25. 01. 2001 teilten Sie mir Gründe mit, warum das mit
dem Protokoll nicht so recht klappen wollte. Maßgebend ist allein die
Tatsache, daß ich trotz Teilnahme an der Einspruchssitzung am 09. Dez.
1999 im Protokoll vom 13. Dez. 1999 nicht erwähnt werde. Diese
Fehlerhaftigkeit ist bis heute nicht ausgeräumt worden; hier verweise
ich auf meinen an Prof. Bach gerichteten Brief vom 11. 02. 2000, der auf
diesen Mißstand hinwies und auf den ich bis heute keine Antwort erhalten
habe.
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:
1. Die quantenmechanischen Grundlagen der Strahlung werden in der
Richtlinie VDI 6030 völlig ignoriert. Immerhin geht es ja hier um die
Beseitigung von Strahlungsdefiziten. Insofern ist es physikalisch
falsch, mit thermodynamischen Regularien dieses Ziel erreichen zu
wollen. Diese stimmen zwar für Konvektionsheizungen, nicht jedoch für
Strahlungsheizungen mit ihren besonderen Beiträgen zur Raumtemperierung.
Die Begründung dazu habe ich in meinem Einspruch vom 07. Oktober 1999
geliefert. Meine dortigen Ausführungen sind bisher nicht widerlegt
worden – nach den wissenschaftstheoretischen Regularien gemäß Raimund
Popper gelten sie also. Das Ignorieren von Argumenten jedoch dient nicht
der Sache.
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”,
Stufe 2:”Teilweise Beseitigung der Behaglichkeitsdefizite” und
Stufe 1:”Deckung der Normheizlast ohne Beseitigung von
Behaglichkeitsdefiziten”.
Richtlinienmäßig wird also auch in der VDI 6030 eine Heizung
klassifiziert, die zwar die ”Normheizlast” deckt, jedoch die
Behaglichkeitsdefizite nicht beseitigt.
- Was soll dann eigentlich die ganze VDI-Richtlinie 6030, Blatt 1
bezwecken?
- Soll sie Mängel einer Heizungsanlage richtlinienmäßig absichern
und rechtfertigen?
- Soll sie vielleicht vor Mängelbeseitigung (BGB § 633), Wandlung
und Minderung (BGB § 634) oder Schadensersatz (BGB § 635) schützen?
Immerhin wird ja nach dem ”Pflichtenheft” vom Auftraggeber die
Anforderungsstufe ”bestätigt”.
- Hier eröffnen sich Fragen, die beantwortet werden müssen.
4. Die komplizierten rechnerischen Verfahren in der VDI 6030 werden
so filigran und umfangreich, daß die Praktikabilität nicht mehr gegeben
ist. Verwirrung der Anwender ist die Folge. Durch den dann notwendigen
oder vielleicht sogar auch beabsichtigten CD-ROM-Einsatz wird ein
”unwissendes Expertentum” herangebildet, das die grundsätzlichen
Zusammenhänge der Heizungstechnik gar nicht mehr sieht, erfaßt und
versteht. Der Ingenieur degradiert sich damit zum Erfüllungsgehilfen von
Vorschriften, Richtlinien und Normen, die dann auch noch fehlerhaft
sind.
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.
Die VDI-Richtlinie 6030 kommt dieser Forderung jedenfalls nicht nach, es
sei denn, daß eine ”unzureichende” Heizung vertraglich festgelegt wird,
indem man z. B. die ”Deckung der Normheizlast” vereinbart (siehe Punkt
3).
In der VDI-Richtlinie 6030, Blatt 1 werden darüber hinaus nur die
Konvektionsheizungen aufgeführt, die einzig und allein nur aus
systembedingten Gründen diese großen Leistungsdefizite aufweisen. Dies
manifestiert sich in den klassifizierenden drei Anforderungsstufen.
Damit werden ”schlechte Heizungen” mit Tauglichkeitseinbußen durch eine
Richtlinie nur sanktioniert, sogar zertifiziert.
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?
Kunden und Richter interessieren sich sicher für derartige Vorgänge beim
Zustandekommen von ”Richtlinien”, dies sollte man bedenken. DIN-Normen,
das haben höchstrichterliche Entscheidungen (BGH-Urteile) bereits
festgestellt, sind keine Rechtsnormen, sondern private technische
Regelungen mit Empfehlungscharakter – sie sind wirtschaftsorientiert.
VDI-Richtlinien unterliegen offensichtlich dem gleichen Trend.
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
gez. C. Meier
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:
Zum Prüfbericht Seite 1:
Es wird ein Strahlungsanteil von 0,50 angenommen. Dies ist für einen
Wandstrahler unrealistisch. Hier zeigt sich die Unvereinbarkeit von
Wärmeleitung/Wärmeströmung (Thermodynamik) und Wärmestrahlung
(Quantenmechanik). Die Rechenmethode der Thermodynamik ist auf die
Strahlung nicht übertragbar.
Im Prüfbericht steht:
Nutzwärmeleistung bei DT = 20 K: q = 153 W/m²
Die spezifische Leistung pro Kelvin ergibt dann; 7,65 W/m²K
Mit Heizregistern belegt werden 3 m².
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:
Hier werden technische Daten aufgelistet, die für die Behandlung im
Sinne der klassischen Wärmelehre wichtig werden. Es können folgende
Daten entnommen bzw. berechnet werden:
| |
|
|
1 |
2 |
3 |
| 1 |
Lufttemperatur Tl (0,75 m) |
°C |
20,87 |
20,72 |
20,2 |
| 2 |
Vorlauftemperatur Tv |
°C |
55,46 |
44,93 |
34,99 |
| 3 |
Rücklauftemperatur Tr |
°C |
48,98 |
40,7 |
32,44 |
| 4 |
Temperaturspreizung |
K |
6,48 |
4,23 |
2,55 |
| 5 |
Mitteltemperatur (2 und 3) |
°C |
52,22 |
42,82 |
33,72 |
| 6 |
Übertemperatur DT |
K |
31,35 |
22,1 |
13,52 |
| 7 |
Wärmeleistung, gemessen |
W |
755 |
493 |
295 |
| 8 |
Wärmeleistung (1013 mbar) |
W |
765 |
500 |
299 |
| 9 |
spez. Leistung/m² (8 : 3,00) |
W/m² |
255 |
166,8 |
99,8 |
| 10 |
spez. Leistung/K (9 : 6) |
W/m²K |
8,13 |
7,54 |
7,38 |
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:
Hier werden vier Oberflächentemperaturen der Heizwand angegeben, die
Mittelwerte werden in nachfolgender Tabelle aufgeführt.
| |
|
|
1 |
2 |
3 |
| 11 |
Oberflächentemperatur |
°C |
38,2 |
33,4 |
28,1 |
| 12 |
dto. absolut |
K |
311,2 |
306,4 |
301,1 |
Daraus ergibt sich die Strahlungsleistung bei CS = 5,67 W/m2K4
und e = 0,93:
| 13 |
Halbraum |
W/m² |
495 |
465 |
433 |
| !4 |
Hohlraum |
W/m² |
989 |
930 |
867 |
| 9 |
spez. Leistung/m² (8:3,00) |
W/m² |
255 |
166,8 |
99,8 |
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:
| 15 |
Halbraum |
fach |
1,94 |
2,79 |
4,34 |
| 16 |
Hohlraum |
fach |
3,88 |
5,58 |
8,69 |
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”.
Die DIN 4703/04 kann also zur Bestimmung der ”Nutzwärmeleistung” einer
Strahlungsheizung (Wandstrahler) nicht herangezogen werden. Die
Ergebnisse sind ein ”Theoriedebakel” sondersgleichen, ein völliges
Durcheinander im Denken und im Rechnen.
Zum Prüfbericht Seite 4:
Die falsche Annahme einer Proportionalität zwischen Leistung und
Übertemperatur hat natürlich Folgen. Auf Seite 4 wird die Wärmeleistung
in W proportional zur Übertemperatur in K grafisch aufgetragen; dies
aber widerspricht den Erkenntnissen der Strahlungsphysik. Dies führt nur
zu falschen Vorstellungen über die Wirksamkeit einer Strahlungsheizung.
Man meint, nur mit hohen Wassertemperaturen könne man eine
Strahlungsheizung betreiben – mitnichten, gerade die niedrigen
Wassertemperaturen sind besonders wirkungsvoll.
Dem Prüfbericht können auch Kontrolltemperaturen der linken und
rechten Wandtemperatur entnommen werden, die sehr nahe beieinander
liegen und folgende Durchschnittstemperaturen aufweisen (Seite 2):
| |
|
|
1 |
2 |
3 |
| 11 |
Oberflächentemperatur |
°C |
21,05 |
20,85 |
20,2 |
| 12 |
dto. absolut |
K |
294,05 |
293,85 |
293,2 |
Daraus ergibt sich die Strahlungsleistung bei CS = 5,67 W/m2K4
und e = 0,93
| 13 |
Halbraum |
W/m² |
394 |
393 |
390 |
| 14 |
Hohlraum |
W/m² |
788 |
786 |
779 |
| 9 |
spez. Leistung/m² (8:3,00) |
W/m² |
255 |
166,8 |
99,8 |
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).
| 15 |
Halbraum |
fach |
1,55 |
2,36 |
3,91 |
| 16 |
Hohlraum |
fach |
3,09 |
4,71 |
7,81 |
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:
Diese Fehlinterpretationen finden nun leider auch ihren Niederschlag in
den Normen. Im Vorschlag zur ÖNORM H 5610 ”Wandheizung und –kühlung” vom
Februar 2000 wird auf Seite 9 dieser Unfug der Proportionalität von
Leistung und Übertemperatur nun festgeschrieben. Bei einer
”Übertemperatur” von 10 K weist die Grafik in der ÖNorm etwa eine
Wärmeleistung zwischen 65 (10 cm Abstand) und 85 W/m² (5 cm Abstand)
aus. Bei einer ”Übertemperatur” von 20 K ergeben sich dann die doppelten
Werte (130 W/m² bzw. 170 W/m² ). In ”Wirklichkeit” würde die
Wandstrahlungsheizung jedoch nach Stefan/Boltzmann generell, also
unabhängig von der Übertemperatur, bei einer Oberflächentemperatur von
ca. 20°C Strahlungswerte von etwa 390 W/m² (Halbraum) bzw. 780 W/m²
(Hohlraum) erbringen. Die Unterschiede zur ”Norm” sind gewaltig.
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”.
Kein Kommentar !
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
Architekt SRL, BayAK
Nürnberg
20.09.2001
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