Max Planck, Heisenberg, Einstein & Co.

Alfred Eisenschink

Das Strahlungsgesetz und die Wärmestrahlung im Hohlraum machten Max Planck berühmt. Viele seiner Einsichten zeigen menschliche Größe, etwa diejenige über neue Erkenntnisse, die sich immer erst dann durchsetzen können, wenn junge Menschen, von alten Ansichten unbelastet, nachwachsen. Seine Entdeckung der Wärmestrahlung hat bis heute auch die Nachgewachsenen in der Heizungsbranche nicht erreicht.

1953 plante ich die erste Heizleistenanlage. US-amerikanische "Baseboards" - später nannte ich sie eben Heizleisten - wurden damals in Deutschland sklavisch nachgebaut. Ein Hersteller nannte eine Wärmeleistung von 6oo kcal/hm bei 90°C Vorlauftemperatur. Als ich die Ware bestellte, wollte er den Leistungswert auf 450 kcal/hm senken. Die Anlage wurde mit 6oo installiert und lief selbst in den kältesten Wintern danach mit max. 70°C Vorlauftemperatur.

1981 berichtete ich in der Zeitschrift "Sanitär- und Heizungstechnik", Heft 11, Seite 1057 über eine erste Anlage mit Heizzargen. Dabei stellte ich die Frage, wieso wird das Haus mit 50°C Vorlauftemperatur gemütlich warm, obwohl nach geltenden Rechenverfahren alles viel zu klein ausgelegt war. Keine Antwort aus Fachkreisen!

Den Strahlungseffekt der Heizleisten habe ich seither dutzendfach dargestellt und immer wieder mit Zahlen belegt. Die Branchen-Prominenz spricht, wenn überhaupt, über Heizleisten beharrlich von "Klein-Konvektoren", gesteht allenfalls einen gewissen Strahlungsanteil zu. Albert Einstein: "Zwei Dinge sind unendlich: das Universum und die menschliche Dummheit, aber bei dem Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher."

Indessen halte ich die Heizungspäpste nicht für dumm, sie wissen, wie Päpste nur zu gut, wohin Zugeständnisse schnell führen können: zum Verfall der Macht-Imperien. Was steht da für die Heizungsbranche auf dem Spiel?

Strahlenwärme folgt der Quantenmechanik und nicht, wie die Luftheizerei, der Thermodynamik. Die Ergebnisse angewandter Strahlen-Heiztechnik zeigen, daß sowohl die sogenannte installierte Leistung, als auch der Energieverbrauch gegenüber herkömmlicher luftheizender (=konvektiver) Technik auf die Hälfte gesenkt werden können. Mit halbem Aufwand werden dabei nicht nur gleiche, sondern bessere Ergebnisse erreicht. Schließlich bedeutet Strahlenwärme die natürliche Basis allen Lebens auf diesem Globus. Unter den Wärmestrahlen der Sonne und in kühler, staubfreier Atemluft fühlen wir uns wohl, nicht aber in den Staubwolken noch so warmer Wüsten-winde. Weil dies einleuchtet, und auch weil der am besten zahlenmäßig gesicherte Beweis als die Grundlage aller Wissenschaft gilt, fordern immer mehr Menschen Zahlen, mit denen sie für den Hausgebrauch, und da möglichst über Wohnflächen oder ähnlich einfache Größen auf eigene Faust vergleichen können. So leicht geht das nicht.

Alle Rechenverfahren für die Leistung von Heizkörpern und ganzen Heizanlagen wurden im Lauf vieler Jahrzehnte nicht etwa naturwissenschaftlich ermittelt, sondern aus Ergebnissen der Praxis zurückgerechnet. Ein Saal von soundsoviel Kubikfuß konnte beispielsweise mit soundsoviel Metern Röhren durch die einige Pfund Wasser, in Dampf verwandelt, strömen, einigermaßen befriedigend beheizt werden. So steht es etwa in einem Lehrbuch über die Grundsätze der Dampfheizung aus dem Jahr 1826. Aus Fuß wurden im Lauf der Zeit zwar Meter und aus Pfund Kilogramm, aber die Denkansätze blieben erhalten. Wärme wurde auf das genaueste quantifiziert. Was durch Wände mengenmäßig strömt, einerlei ob Hauswände oder Heizkörperwände wurde mit scheinbar zunehmender Genauigkeit angegeben. Die Wärmemengen wurden bilanziert, gegeneinander aufgerechnet: Was durch Mauern angeblich verschwindet, mußte aus Heizkörpern wieder ersetzt werden. Dazu wurden Rechenformeln fest- und vorgeschrieben; nach Adam Ries einwandfrei.

Um die tatsächlichen Ergebnisse der Rechnerei, wie warm es bei welchen Heizwasser-temperaturen in Räumen mit dicken oder dünnen Mauern, kleinen oder großen Fenstern wurde, hat niemanden aus der Branche ernstlich gekümmert. Jahrzehntelang wurden alle Heizanlagen auf "Neunzig-Siebzig" ausgelegt; das heißt bei tiefster Außentemperatur der jeweiligen Klimazone, -18°C, -15°C oder nur -12°C, sollte der Heizungsvorlauf 90°C erreichen und im Heizkörper auf 70°C abkühlen. Von Anfang meiner beruflichen Tätigkeit an rechnete ich genau und ohne Angst-zuschläge. Meine Anlagen waren durch Jahrzehnte halb so groß, wie diejenigen der Kollegen, und heizten bei Betriebstemperaturen von höchstens Siebzig-Sechzig, was bedeutet, der berechnete Wärmebedarf war tatsächlich kleiner und die Wärmeleistung der Heizkörper waren größer als die gerechneten Werte. Interessierte aber keinen der Branche: Kleinere Heizanlagen hätten weniger Umsatz gebracht.

Als ich dann das Wesentliche der Heizleisten erkannte, nämlich deren Strahlenwärme und schließlich deren Qualität, geriet ich vollends zum Außenseiter. Daß Heizwärme außer einem Preis auch einen Wert haben kann, das darf nicht sein. Und dieser größere Wert sollte auch noch mit halber installierter Leistung und halbiertem Energieverbrauch verbunden sein? Unmöglich! Wenn schon, dann müssen zum Beweis Zahlen her! Wo bleiben diese?

 

Es gibt keine Zahlen, weil wir von "Wärme" zu wenig wissen. Da ist zwar stets die Rede von Wärmeströmen, die von innen nach außen gehen, etwa bei Hauswänden. Was aber dabei atomar und wie vor sich geht, wissen wir noch nicht. Wärme richtet sich auch nicht nach "Innen" oder "Außen", sondern nach wärmer oder kälter. Wärme folgt als Energie innerhalb von Materie nur Potentialen, vergleichsweise wie Wasser dem Gefälle. Jedoch nur vergleichsweise, denn bei Strahlenwärme gilt auch das nicht. Die Sonne scheint auf der Erde nicht deshalb, weil es dort wärmer und hier kälter ist. Die Sonne strahlt - relativ heiß und viel - und die Erde strahlt ebenfalls - relativ kühl und wenig - ins Universum, und weil die Erde um sie kreist, trifft ein kleiner Teil der jeweiligen Strahlung sowohl auf der Erde, wie auf der Sonne ein. Die Strahlungsgeschwindigkeit beträgt 300 000 km/s.

Nicht Dürers betende Hände, sondern eine praktische Übung, die Strahlenwärme der Hände zu erfühlen. Fünf Sekunden genügen und Sie spüren, was jede Hand abstrahlt.

 

Wenn Strahlenwärme auf Materie trifft, tut sich etwas. Wir sagen die Materie wird dadurch erwärmt. Und damit geben wir uns zufrieden, ohne auch nur - wie erwähnt - die geringste Ahnung vom Ablauf der atomaren Physik zu haben. Ist das wirklich so verwunderlich? Muß jeder das Warum und das Wie verstehen, der sich die Sonne auf den Bauch scheinen läßt? Darf ich mit Strahlenwärme heizen, ein angenehmes Klima schaffen, mit dieser Technik nur wenig Rohstoffe verbrauchen und viel Energie einsparen, ohne die Weltformel zu kennen? Soll ich, muß ich als Praktiker die Theorie beschreiben, der hohen Wissenschaft die Beweise liefern, zu denen drei Generationen von Quantenphysikern nach Planck, Heisenberg, Einstein, Bohr und anderen bislang nicht in der Lage waren? Muß ich nicht und will ich nicht. Mir reicht es, daß meine Heizanlagen bestens funktionieren.

Interessant und wichtig finde ich, daß es in der Heiztechnik für simples Wohnraum-heizen schon vor fünfzig Jahren serienmäßig "Strahlplatten" gegeben hat. Mit eingeputzten Mauerrahmen und verdeckten Anschlüssen standen sie in den Katalogen der damals großen Hersteller, Strebelwerk, Buderus, Ideal Standard und anderer. Heizungsinstallateuren war deren Einbau jedoch zu umständlich. Leichter und schneller ließen sich Radiatoren auf zwei (seinerzeit üblicherweise "bauseits versetzte") Konsolen stellen. Die Leistung an Strahlenwärme wurde außerdem von den Heizungstheoretikern auf die Hälfte heruntergerechnet. Der Grund: Die "Wärmeleistung" der Strahlung wird halbiert. In den Fachbüchern fehlt ein Faktor 2 aus dem Planckschen Strahlungsgesetz, den auch das Wiensche Gesetz noch enthält. Außerdem wird die Strahlungsdifferenz herangezogen und danach muß die aus der Umgebung auf die Strahlfläche zurückgestrahlte Wärmemenge von deren Leistung abgezogen werden. Das würde bedeuten, daß sich die Wärmeabgabe zweier gegenüberliegender Strahlflächen gegenseitig aufhebt. Wer käme schon auf die Idee, die notwendige Beleuchtungsstärke einer Lampe klein zu rechnen, weil auf sie Licht von den erhellten Wänden zurückfällt? Um Fragen naturwissenschaftlicher Logik hat sich die Heizungsbranche bis heute noch nie gekümmert. Schade!

Heizende Strahlplatten der fünfziger Jahre, serienmäßig hergestellt, aber von Heizungsinstallateuren und -theoretikern kaltgestellt.

 

Das Abstrahlen von Wärme hängt im wesentlichen von der absoluten Temperatur des Strahlers ab. Und alle Materie bestrahlt sich gegenseitig. Strahlt auf einen festen Körper mehr Wärme ein, als er selbst abstrahlt, wird er sich erwärmen. Umgekehrt kühlt ein stärkerer Strahler ab, der weniger bestrahlt wird. Dieser unentwegte Strahlungsaustausch läuft mit Lichtgeschwindigkeit ab, Sie erinnern sich an die 300 000 km/s! Zwischen den Wänden Ihres Zimmers mit angenommenen fünf Metern Abstand und um Sie herum, auch zwischen Ihnen und den Wänden wechselt die Strahlenwärme demnach 60 Millionen Mal pro Sekunde in allen Richtungen.

Damit erklärt sich die Rundumwärme bei der Technik mit Heizleisten. Die Wandflächen darüber werden nur auf etwa 25°C und dies nur bis auf eine Höhe von einem Meter erwärmt, und von der Strahlung dieser Wandflächen temperieren sich alle Innenwände und Decken, die Möbel, Teppiche und Türen auf 20 bis 21°C. Fast unglaublich, aber tausendfach erwiesen!

Die abhängig von der absoluten Temperatur abgestrahlte Wärmemenge hat Prof. Claus Meier aus dem Strahlungsgesetz nach Stefan und Boltzmann kürzlich abgeleitet und in Kurven dargestellt. Damit läßt sich nun die enorme Wirkung der Strahlenwärme verstehen. Technisch allgemein anwendbar sind die Zahlenwerte für den Heizungsplaner allerdings nur bedingt. Ihn erster Linie, weil der Bedarf an Strahlenwärme eines Raumes oder Hauses ebenfalls rechnerisch nicht exakt erfaßt wird - man mißachtet die Sonnenstrahlen, die auf die Mauern scheinen und diese erwärmen. In zweiter Linie, weil in Räumen mit unterschiedlicher Abkühlung, beispielsweise in Folge unterschiedlich großer Fenster oder besonderer Raumformen, ein rechnerisch noch unbestimmbares Strahlungsverhältnis entsteht. Bis heute löse ich die Aufgaben "aus Erfahrung" und "schließe" erkennbare "Strahlungslöcher" mit Heizzargen, Heizrahmen oder Heizplatten. Die Meierschen Zahlenwerte ergeben vermutlich im Laufe der Zeit durch das Vergleichen praktischer Ergebnisse brauchbare Richtwerte.

Prof. Claus Meier: Wärmestrahlung des schwarzen Körpers in Abhängigkeit absoluten Temperatur (nach den Strahlungsgesetzen von Max Plank und Stefan-Boltzmann)

 

Bis dahin bleibt die Erfahrung die Basis alles Planens, und sei es noch so umfangreich. Merkwürdigerweise gibt es längst einen Großeinsatz strahlenintensiver Heiztechnik, allerdings nahezu ausschließlich abseits der etablierten Heizungsbranche. Gartner Metallbau in Gundelfingen kommt vom Fensterbau, heizt in aller Welt Riesen Objekte mit sogenannten "Integrierten Fassaden". Fensterpfosten und Querstreben werden von Warmwasser durchströmt. Das Unfallkrankenhaus in Murnau und das Flughafengebäude in München sind zwei Beispiele aus meiner nächsten Umgebung. Turnhallen, Lagergebäude, und Werkhallen jeder Größe werden von Spezial-Unternehmen die alle nicht aus dem Heizungsbau kommen mit Strahlenwärme geheizt. Nur die "Heiz- und Klimatechnik" bläst die Bauten immer noch mit Heißluft auf. Anstatt sich um diese ausgesprochen natürliche Heiztechnik mit Strahlenwärme zu kümmern, redet die Branche unwirtschaftliche und krankmachende Luftheizerei gesund, versteift sich auf "verordnete" Geschäfte und jubelt schamlos über 5 Millionen Heizkessel, die demnächst erneuert werden müssen, weil deren angebliche Abgasverluste 11 und nicht nur 10 Prozent betragen. Dabei hätte unsere Zeit deutlich gelehrt, was Zuspätkommern geschieht.

Damit auch Sie nicht zu spät kommen mit der Planung Ihrer Heizanlage fragen Sie nicht lange in der Branche herum, ob das mit Strahlenwärme denn funktioniert. Ich sage Ihnen es funktioniert garantiert. Fragen Sie auch mich nicht nach Zahlen, die Max Planck, Heisenberg und Co. nicht wußten und deren Nachfolger immer noch nicht wissen. Lassen Sie das Vergleichen auf eigene Faust, oder können Sie sich einen Ferrari-Kaufbewerber vorstellen, der erst noch einen Lupo-Verkäufer fragt, was der von Ferrari hält? Meine Heizsysteme gestalte ich ferrarimäßig individuell. Sie müssen sich auch nicht bewerben: Ihr Vertrauen darauf genügt. Danke!