Wie eine Klimadecke das Raumklima verbessert
Rundum warme Oberflächen
Kennen Sie das Gefühl, an einem klaren Wintertag in der Sonne zu stehen? Die Luft ist kühl, aber die Wärmestrahlung gleicht das aus. Nach diesem Prinzip funktioniert auch das Heizen mit der Decke.
Sämtliche Oberflächen im Raum werden erwärmt und strahlen diese Wärme an uns ab. Man ist in einem solchen Raum quasi rundum von sanft temperierten Heizflächen umgeben. So muss die Luft nicht überheizt werden und wir fühlen uns trotzdem pudelwohl.
Der menschliche Körper hat eine Kerntemperatur von rund 37 °C. Thermische Behaglichkeit stellt sich ein, wenn er diese Kerntemperatur konstant halten kann, ohne zusätzliche Maßnahmen einzuleiten – Maßnahmen wie zum Beispiel schwitzen, zittern oder die Anpassung der Durchblutung. Da sein Stoffwechsel selbst Wärme erzeugt, muss er hierfür etwas mehr Wärme abgeben, als er von seiner Umgebung erhält.
Genau genommen muss man den Körper also nicht beheizen, sondern lediglich seine Wärmeabgabe genau dosieren.
Temperatur-Regulierung über Konvektion und Strahlungsaustausch
Durch Konvektion und durch den Austausch von Wärmestrahlung mit Oberflächen in seiner Umgebung.
Wenn im Winter die Oberflächen sehr kalt sind, strahlt der Körper zu viel Wärme an sie ab. Und wenn die Luft sehr kalt ist, kühlt der Körper über die Konvektion zu stark aus.
Der Wärmeverlust lässt sich also auf zwei Arten drosseln: Man kann die konvektive Wärmeabgabe einschränken, indem man die Luft beheizt. Und man kann die Wärmeabgabe beim Strahlungsaustausch einschränken, indem man die Oberflächen erwärmt. Beide Methoden können die thermische Behaglichkeit wiederherstellen, aber sie erzielen eine vollkommen andere Temperaturverteilung im Raum.
Konvektionsheizung
Beim Luftheizen bleiben die Oberflächen relativ kühl. Die warme Luft steigt auf und sammelt sich zunächst unter der Decke. Dort kühlt sie an den kühleren Oberflächen wieder ab und strömt zu Boden.
Das hat zwei negative Auswirkungen:
- Die abfallende Kaltluft kann vor allem an den Fenstern unbehaglich wirken.
- Während sich die Warmluft an der Decke ausbreitet, wo sie niemandem nutzt, sammelt sich die kühlere Luft am Boden. Diese Temperaturverteilung ist für uns Bodenbewohner denkbar ungünstig und verleitet dazu, die Raumluft zu überheizen. Das kostet Energie und wirkt sich negativ auf die Behaglichkeit aus.
Strahlungsheizung
Dagegen erzielen Klimadecken eine sehr ausgeglichene Temperaturverteilung im Raum: Der Strahlungsaustausch erwärmt sanft und gleichmäßig die Oberflächen im Raum und sie werden allesamt wärmer als die Luft. Daraufhin erwärmt sich auch die Luft an den wärmeren Flächen des Bodens und der Wände – aber nur sehr schwach. Entsprechend langsam steigt sie auf und an der Klimadecke angekommen, kann sie nicht wieder abkühlen. Darum zirkuliert die Luft nicht, sondern bildet unbewegte Luftschichten mit einem minimalen Temperaturverlauf.
Das alles hat drei positive Effekte:
- Die Luft bleibt auch in einem behaglich durchtemperierten Raum angenehm kühl und frisch.
- Die Konvektion reduziert sich auf ein Minimum, was unerwünschte Nebenwirkungen wie Windchill durch kalt abfallende Luft vermeidet.
- Die Wärmeabgabe des Menschen lässt sich bei einer so gleichmäßigen Temperaturverteilung sehr präzise regulieren, ohne den Raum zu überheizen oder unbehaglich kalte Regionen in Kauf zu nehmen.
Kühlen ohne kalte Zugluft
Das Gebläse dröhnt und permanent strömt kalte Luft in den Nacken … solche Arbeitsplätze und Hotelzimmer gibt es noch immer viel zu viele. Zum Glück hat sich die Deckenkühlung inzwischen zum Standard für neue Bürogebäude entwickelt.
Aber was am Schreibtisch gut tut, ist natürlich auch ein Segen für Geschäfte und Wohnungen: absolut geräuschlose Kühlung ohne Zugluft.
Im Sommer empfangen wir mehr Wärmestrahlung von der Sonne. Die Sonnenstrahlen durchdringen Fensterscheiben und übertragen ihre Wärme auf jede Oberfläche, die sie im Rauminneren treffen. Der Boden und die Wände heizen sich auf und strahlen ihre Wärme an die Umgebung ab. Wir kennen das bereits vom Heizbetrieb der Klimadecke: Die Wärmestrahlung verwandelt quasi jede Oberfläche in eine Heizfläche – nur lässt sich die Leistung der Sonne leider nicht regulieren.
In Kombination mit der Abwärme von Geräten und Personen steigt die Raumtemperatur deshalb unkontrolliert über die Außentemperaturen hinaus und wird unbehaglich.
Konvektives Kühlen
Das ändert aber nichts daran, dass Menschen darin rundum von aufgeheizten Oberflächen umgeben sind. Diese Flächen blockieren die menschliche Wärmeregulierung, denn unser Körper gibt seine überschüssige Wärme bevorzugt in Form von Wärmestrahlung an kühlere Oberflächen ab. Wenn die umliegenden Oberflächen dafür zu warm sind, schwitzt er, um stattdessen stärker durch Verdunstung zu kühlen.
Eine Klimaanlage unterstützt diese Reaktion, indem sie kalte Luft durch den Raum bläst. Das kühlt zwar, wirkt aber auf Dauer unbehaglich und erhöht das Erkältungsrisiko.
Kühlen durch Strahlungsaustausch
Statt mit kalter Luft nur die Symptome unserer Überhitzung zu lindern, wirkt die Klimadecke direkt der Ursache entgegen:
Kaltes Wasser durchströmt ihre Rohrleitungen und kühlt die gesamte Deckenfläche. Diese Kühlfläche absorbiert nun die überschüssige Wärmestrahlung aus dem Raum.
Der Boden, die Wände und Möbel übertragen ihre Wärme an die Decke, wo sie mit dem zirkulierenden Wasser kontinuierlich abgeführt wird. Alle Oberflächen im Raum kühlen sich ab und der Mensch kann seine Wärme wieder regulieren, ohne zu schwitzen. Ganz natürlich durch die Abgabe von Wärmestrahlung – ohne unbehagliche Zugluft und Lüfter-Geräusche.
Die optimale Kühlung
Eine Klimaanlage kann beliebig stark kühlen und dabei zugleich die Luft entfeuchten, was ein schwüles Raumklima vermeidet. Sie benötigt dafür aber sehr kalte Luft und hohe Luftwechselraten. Zu den unerwünschten Nebenwirkungen gehört unbehaglich kalte Zugluft.
Dagegen kühlt eine Klimadecke den Raum vollkommen ohne kalte Zugluft und steigert so die Behaglichkeit. Wenn sich an den abgekühlten Oberflächen schließlich auch die Luft abkühlt, steigt jedoch die relative Luftfeuchtigkeit. Damit der Raum nicht schwül wirkt und an den kalten Oberflächen kein Wasser kondensiert, sollte der Raum daher nur um etwa 5 Kelvin unter die Außentemperatur abgekühlt werden. Das ist bereits sehr viel, wenn man bedenkt, dass sich unklimatisierte Räume im Sommer mitunter wie ein Treibhaus über die Außentemperatur aufheizen. Der Unterschied kann also durchaus 10 Kelvin ausmachen. Wenn das noch nicht ausreicht und eine Vollklimatisierung mit Klimadecken gewünscht ist, empfiehlt sich die Kombination von Klimadecke und Luftkonditionierung.
Dream-Team: Klimadecke und kontrollierte Lüftung
Im Idealfall wird die Klimadecke durch eine kontrollierte Lüftung ergänzt. Diese sorgt mit vorgekühlter Luft für einen hygienischen Luftwechsel und schafft das mit so geringen Luftwechselraten, dass sie sich nicht auf die Behaglichkeit auswirkt. Der große Vorteil ist, dass sie dabei die Luft entfeuchtet. Dadurch kann die Klimadecke den Raum beliebig stark abkühlen, ohne Tauwasser oder schwüle Luft zu riskieren. Man erhält das Beste aus zwei Welten: Beliebig starke Kühlung mit angenehmer Luftfeuchtigkeit und ohne kalte Zugluft.
Schimmel kommt uns nicht ins Haus
Schimmel ist die Geißel unserer Gebäude. Wer nicht genug lüftet, malt den Teufel an die Wand.
Es gibt aber noch ein weiteres effektives Gegenmittel: Sind die Wände wärmer als die Luft, bleiben sie trocken und bieten dem Schimmel keinen Nährboden.
So beugen Klimadecken der Schimmelbildung vor, denn sie erwärmen in erster Linie die Hüllflächen – nicht die Luft.
Je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasserdampf kann sie bis zur Sättigung aufnehmen.
Das bedeutet umgekehrt: Wenn sich die Luft abkühlt, ist sie plötzlich schon mit weniger Wasser vollständig gesättigt. Deshalb führt das Abkühlen der Luft zur verstärkten Kondensation der enthaltenen Feuchtigkeit.
Wenn zum Beispiel warme, feuchte Luft auf kühle Wände trifft, kondensiert das enthaltene Wasser an der Wand und dringt ins Mauerwerk. Die feuchte Wand bietet nun einen idealen Nährboden für Schimmel.
Konvektives Heizsystem:
Warme Luft trifft auf kalte Oberflächen
Bei Heizkörpern und Fußbodenheizungen führt der Wärmestrom von der Heizquelle über die Luft bis zu den Hüllflächen. Deshalb ist die Luft immer wärmer als die Hüllflächen.
Bei der Luftzirkulation trifft also permanent warme Luft auf kühlere Hüllflächen. Dabei kühlt sich die Luft ab und ist plötzlich schon mit einer geringeren Wassermenge gesättigt. Wird durch die Abkühlung die Sättigungsgrenze der Luft überschritten, kondensiert der überschüssige Wasserdampf an den Oberflächen.
Diese Feuchtigkeit zieht in das Mauerwerk und kann zu Stockflecken und Schimmelbildung führen. Zudem verringert feuchtes Mauerwerk die Dämmeigenschaften.
Klimadecke:
Kühle Luft trifft auf warme Oberflächen
Bei der Klimadecke führt der Wärmestrom von der Decke über die Hüllflächen bis hin zur Luft. Deshalb ist die Luft immer kälter als die Hüllflächen.
Wenn die kühle Luft auf die warmen Hüllflächen trifft, erwärmt sie sich und kann nun bis zu ihrer Sättigung noch mehr Wasser aufnehmen.
Die Feuchtigkeit in den Hüllflächen kann verdunsten und wird von der Luft aufgenommen. Dadurch trocknen die Hüllflächen und sie verbessern ihre Dämmeigenschaften. Stockflecken und Schimmelbildung werden verhindert.
Minimale Staubbelastung
Wir nehmen täglich rund 23.000 Atemzüge.
Das sind bis zu 15.000 Liter Luft, die in unsere Lungen strömt – inklusive all der Stoffe, die darin schweben. Darunter ist vor allem Hausstaub eine äußerst unappetitliche Mischung aus Milbenkot und anderen Überresten. Allergiker können ein Lied davon husten.
Aber mit einer Klimadecke dürfen Sie aufatmen – sie wirbelt beim Heizen erheblich weniger Staub auf als andere Systeme.
Gerade erst gesaugt und schon lagert sich wieder Staub ab.
Das liegt vor allem daran, dass eine beträchtliche Menge Staub gar nicht am Boden liegt, sondern sich aufgewirbelt in der Luft verteilt.
Dort ist er unerreichbar für den Staubsauger und nun auch Bestandteil unserer Atemluft, was nicht nur Allergikern auf die Gesundheit schlägt. Schließlich besteht der inhalierte Hausstaub aus so köstlichen Zutaten wie:
- Milben und Milbenkot
- Spinnweben mit Beuteresten
- Schimmelpilzen und Pollen
- Bakterien und Viren
- Hautschuppen und Haaren
- Ruß und Gummiabrieb
- Essensresten
Die Luftwalze einer Fußbodenheizung
Die Luft erwärmt sich am warmen Fußboden und steigt auf. An den kalten Oberflächen der Decke und der Wände kühlt die Luft wieder ab und strömt zu Boden, wo der Vorgang von neuem beginnt.
So zirkuliert die Luft mit hoher Geschwindigkeit. Dabei wirbelt sie den Hausstaub vom Boden auf und verteilt ihn in der Atemluft.
Kein zirkulierender Luftstrom – kein Staub-Problem
Eine Klimadecke erwärmt alle Oberflächen im Raum – den Boden, die Wände und natürlich die Decke selbst. Diese rundum warmen Oberflächen verhindern, dass sich eine Luftwalze bildet:
Die Luft erwärmt sich sanft an den warmen Oberflächen und steigt entsprechend langsam nach oben. Dort angekommen, kann sie sich nicht wieder abkühlen, weil die Oberflächen der Wände und der Decke immer wärmer sind.
Folglich zirkuliert die Luft nicht und der Staub bleibt am Boden, wo er sich leicht entfernen lässt.
Klimadecken vermeiden Windchill
Ein Luftzug kann selbst bei behaglichen Lufttemperaturen unangenehm wirken. Die vorbeiströmende Luft steigert die Verdunstungsrate und kühlt den Körper ab. Dieser Effekt verstärkt sich, je schneller sich die Luft bewegt und je kälter sie ist.
Besonders betroffen sind Fensterbereiche, wo die zirkulierende Heizungsluft sich abkühlt und zu Boden strömt. Darum werden viele Büros auch nicht bis zur Verglasung belegt, um keine unbehaglichen und ungesunden Arbeitsplätze zu riskieren.
Eine Klimadecke vermeidet den Windchill, da sie nicht konvektiv heizt. Die Luft wird nicht umgewälzt und kühlt nirgendwo ab. Die Folge ist nahezu unbewegte Luft mit einer sehr gleichmäßigen Temperaturverteilung im ganzen Raum. So sind auch Fensterplätze behaglich und der Raum wirkt schon bei niedrigeren Temperaturen angenehm warm.
Klimadecke: Strömungsgeschwindigkeit der Luft
Quelle: Numerische CFD-Strömungsimulation nach DIN: HTCO GmbH Freiburg
