Wärmestrahlung

Physikalische Grundlage

Wärmestrahlung entsteht durch die thermische Bewegung geladener Teilchen in Materie. Die abgestrahlte Leistung hängt von der Oberflächentemperatur ab und folgt dem Stefan-Boltzmann-Gesetz: Die Strahlungsleistung steigt mit der vierten Potenz der absoluten Temperatur. Ein Körper mit 30 °C strahlt daher merklich mehr Energie ab als ein Körper mit 20 °C.

Wärmeaustausch des Menschen

Der menschliche Körper tauscht rund 60 Prozent seiner Wärme über Strahlung mit der Umgebung aus. Als typischer Richtwert entfällt rund ein Viertel auf Konvektion (Luftbewegung), der Rest auf Verdunstung und Wärmeleitung. Deshalb beeinflusst die Temperatur der umgebenden Oberflächen, Wände, Decke, Boden, das Temperaturempfinden stärker als die Lufttemperatur allein.

Strahlung in der Gebäudetechnik

In der Heiz- und Kühltechnik nutzen Flächensysteme wie Deckenheizungen und Kühldecken gezielt den Strahlungsaustausch. Eine erwärmte Deckenfläche gibt Infrarotstrahlung nach unten ab und erwärmt Personen sowie Oberflächen direkt. Umgekehrt absorbiert eine gekühlte Deckenfläche die Wärmestrahlung, die von Personen, Möbeln und Wänden ausgeht, der Raum wird gekühlt, ohne dass Luft bewegt wird.

Abgrenzung zur Konvektion

Konvektive Systeme (Klimaanlagen, Gebläsekonvektoren, Radiatoren) erwärmen oder kühlen primär die Raumluft. Das führt zu Luftbewegung, Temperaturschichtung und häufig zu Zugerscheinungen. Strahlungsbasierte Systeme arbeiten zugfrei und geräuschlos, weil sie den Energieaustausch zwischen Oberflächen nutzen statt Luft umzuwälzen.

Relevanz für die Praxis

Für Planer und Architekten ist das Verständnis der Wärmestrahlung entscheidend bei der Auswahl von Heiz- und Kühlsystemen. Systeme, die auf Strahlungsaustausch basieren, ermöglichen höhere Lufttemperaturen im Sommer bei gleichem Komfort, denn die operative Temperatur (der Mittelwert aus Luft- und Strahlungstemperatur) bestimmt das tatsächliche Wohlbefinden, nicht die Lufttemperatur allein.

In der Praxis bedeutet das: Eine Kühldecke, die Wärmestrahlung absorbiert, erlaubt bei gleichem Behaglichkeitsempfinden (operative Temperatur) eine um etwa 1 bis 2 K höhere Lufttemperatur als eine Klimaanlage, ohne dass kalte Luft umgewälzt werden muss.

Maßgeblich für das Empfinden ist nicht die Lufttemperatur allein, sondern die operative Temperatur als Mittel aus Lufttemperatur und mittlerer Strahlungstemperatur (Bewertung der thermischen Behaglichkeit nach DIN EN ISO 7730, Messung der physikalischen Größen nach DIN EN ISO 7726). Ebenso begrenzt diese Bewertung die Strahlungstemperatur-Asymmetrie zwischen warmen und kühlen Flächen, wobei eine kühle Decke deutlich höhere Werte zulässt als eine warme. Für Planer heißt das: Eine Fläche, die Wärmestrahlung abgibt oder aufnimmt, lässt sich gezielt einsetzen, um bei gleicher operativer Temperatur einen weiteren Spielraum bei der Lufttemperatur zu erhalten.