Die Tragödie der Strahlung
Von Claus Meier
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Besser wäre der Titel:
Tragödie, daß jemand der durch Titel, Beruf und Auftreten Fachkompetenz vermuten läßt, so viel Falsches schreibt

Die Heiztechnik - falsch, richtig Meier - ist nicht in der Lage, die Strahlung physikalisch richtig einzuordnen. In den nachfolgenden Kommentaren wird deutlich wieso. 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, aber ähnlich behandelt werden. ManMeier begeht damit methodisch einen gravierenden Fehler. Dieser allgemeine Meier'sche 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 sowohl der Thermodynamik als auch den quantenmechanischen Gesetzen, eben dem Planckschen Strahlungsgesetz.

Dieses Strahlungsgesetz läßt sich nicht aus der klassischen Physik herleiten falsch: sondern es ist von Planck aus der klassischen Physik hergeleitet - siehe [12]. sondern erfordert Zur Erklärung seiner Gleichung benutzte Planck 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. Falsch: Es wurde kein Bruch vollzogen - und deshalb ist der nachfolgende Satz falsch: 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 (Falsch: nicht das Stefan-Boltzmansche-Strahlungsgesetz wurde aus dem Planckschen Strahlungsgesetz abgeleitet, sonder das Planckschen Strahlungsgesetz baut auf der Grundlage des Stefan-Boltzmansche-Strahlungsgesetzes auf - siehe [12]) zur Strahlungsleistung, die sich nun proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur erhält (~ T4). Strahlung benötigt zum Wirksamwerden also lediglich eine Temperatur. Der Ausdruck "Wirksamwerden" ist in diesem Zusammenhang etwas sehr ungewöhnlich. Das Strahlen eines erwärmten Körpers ist naturgesetzlich. Aber eines hat Meier nicht verstanden: Beobachtbare Wärmeströme werden immer als (vektorielle) Summe aller Wärmeströme beobachtet. Wenn nur zwei entgegengesetzte Wärmeströme vorhanden sind wird die Differenz beobachtet. So ist von Stefan sein Gesetz als nur ein Term des beobachteten Wärmestroms verstanden worden - siehe in [12] die Arbeit von Stefan von 1876, Seite 400. Aus diesen und anderen Gründen ist der nachfolgende Satz falsch. Anschließend ist die richtige Formulierung. Eine Temperaturdifferenz, wie sie bei der Thermodynamik erforderlich wird, ist bei der Strahlung also fehl am Platz. Eine Temperaturdifferenz, wie sie bei thermodynamischen Berechnungen oft benutzt wird, ist also bei Strahlung auch richtig. Daraus folgt auch, daß aus der Dimension kein Beweis folgt: 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. Es darf aber nicht die Absorption der Wärmestrahlung, die auf die strahlende Fläche fällt, vergessen werden, wie Meier handelt. Damit fallen Unterschiede von z. B. 10 oder 15 K stark ins Gewicht, weil der Überschuß (Unterschuß) zwischen Absorption und Emission den beobachteten Wärmestrom bestimmt. Damit ist der nachfolgende Satz falsch. Damit fallen Unterschiede von z. B. 10 oder 15 K nicht groß ins Gewicht, wie dies beim klassischen Wärmeübergang der Fall ist. Nehmen wir als Beispiel einen Unterschied von 10 K - und zwar die zwei Fälle: die betrachtete Fläche soll im ersten Fall 5 K unter der Umgebungstemperatur, im zweiten Fall 5 K über der Umgebungstemperatur liegen. Im ersten Fall wird die Umgebung leicht gekühlt, im zweiten Fall leicht erwärmt. Und diese Unterschiede sollen nicht ins Gewicht fallen??? Also ist der nachfolgende Satz falsch: 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. Richtig muß es heißen: jede Heizung hat Strahlungs- und Konvektionsanteile. Beide Vorgänge können durch ähnliche Formeln beschrieben 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. Nein, evtl. wird sogar mehr Energie gebraucht. Auch werden Kondensatschäden (Schimmelpilzbildung) vermieden. Aber nur an den erwärmten Stellen. Alle Umfassungsflächen gleich warm zu halten, ist fast unmöglich. 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? Ganz klar, weil die Vorteile nur in der Meierschen Phantasie existieren.
Daß das Plancksche Strahlungsgesetz und die Wiensche Strahlungsformel in [8] einen Faktor 2 enthält, der in den einschlägigen Fachpublikationen fehlt, ist schon recht bemerkenswert. Wieso bemerkenswert? Fehler passieren hin und wieder in Veröffentlichungen. Bemerkenswert ist etwas anderes. Allen Fachpublikationen glaubt Meier nicht, aber einer Literaturstelle, die keine Fachliteratur ist, sondern eine umfassende Information. Dazu kommt noch, daß von den 2 Formen des Plankschen Gesetzes in [8] nur eine Form falsch angegeben ist - siehe [12] Punkt 3. Und genau die falsche Form wählt Meier und beleidigt Fachleute. Sollte die Heizungsbranche gegenüber den hervorragenden Vorteilen einer Strahlungsheizung Korrekturen eingeführt haben, die die Strahlungsleistung einer Strahlungsheizung gewaltig mindern? [5], [6].

Der nachfolgende Absatz ist Unsinn. Von einer Oberfläche kann natürlich nur in den davor liegenden Raum abgestrahlt werden - und das ist an jedem Punkt ein Halbraum - ganz gleich ob die Oberfläche eben oder kugelförmig ist. Nach rückwärts strahlen entzieht sich zumindest der Beobachtung, denn es geht ja in den Körper selbst hinein. Ob die strahlende Oberfläche dabei Teil der Innenfläche eines Hohlraums ist oder nicht ist für die Stärke der Abstrahlung absolut unbedeutend [13]. 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. Der vorhergehende Satz zeigt das mangelnde Wissen von Meier. Wenn die Emission von Wärme positiv gesehen wird, ist es zweckmäßig die Absorption negativ zu sehen. Die Nettoabstrahlung einer Fläche ist die Differenz der 2 Bruttogrößen Emission und Absorption. Und dieser Nettowert muß der strahlenden Fläche zugeführt werden - z.B. in Form elektrischer Energie oder Warmwasser. Diese Differenzbildung (T14 - T24 ) ist jedoch überall berechtigt 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. Meier vergißt wieder die Energie, die vom Raum auf die Heizfläche gestrahlt wird. Bei einer Strahlungsheizung versagt dieses Modell der Differenzbildung, es führt zu absurden Ergebnissen. Falsch - es führt zu richtigen Ergebnissen - wie auch die Meßergebnisse zeigen.

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 (, d.h. in Richtung der genüberliegenden Strahlplatte) (und darauf kommt es ja doch an) würde bei der Differenzbildung dann zu Null werden - ein Unding. Kein Unding, denn jede der beiden Strahlplatten wird genau so stark bestrahlt, wie sie selbst abstrahlt, d.h. es muß den Strahlplatten keine Energie zugeführt werden, damit die Temperatur der Strahlplatten nicht abfällt. 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 (weil er mehr Wärme empfängt, als er selber abgibt) - und doch wird für die beiden Heizflächen jeweils eine Wärmeabgabe von Null errechnet!? Nein, denn mit dem Menschen dazwischen darf man nicht die Gleichung für Strahlplatten ohne den kühleren Menschen dazwischen anwenden - wer das aber macht, hat das Problem nicht verstanden. Dies kennzeichnet in eindrucksvoller Weise die Unrichtigkeit einer Differenzbildung, beim Strahlungsaustausch wird mit der Strahlungsaustauschzahl also fehlerhaft gerechnet. Falsch, daß zeigt die Wissensdefizite von Meier.

Die bei einer Strahlungsheizung übliche Anwendung der Strahlungsaustauschzahl C1,2 [9] beinhaltet sowohl die Halbierung der Strahlleistung (Meier meint damit das Weglassen seines falschen Faktors 2) als auch die Differenzbildung (Meier meint damit die Berücksichtigung der Absorption). Insofern werden grundsätzlich zu niedrige richtige 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. In der DIN EN ISO 6946 Gleichung B3 werden ∞-viele Reflexionen 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 (Unsinn - der Emissionsgrad der Oberfläche ist eine Materialkonstante - zumindest bei jeder Wellenlänge) 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. Für beliebige Formen kann man z.B. im VDI-Wärmeatlas Beispiel finden [14].

3. Die seitlichen Strahlungsverluste werden zu Null.
Inwieweit diese Randbedingung gesetzt werden kann, hängt vom Abstand der beiden Flächen ab. Deswegen wird in der DIN EN ISO 6946 Anhang B von "Länge und Breite mehr als das 10fache der Dicke". 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). Das ist wieder eine unzutreffende Meiersche Behauptung. Meier geht davon aus, das sich die Temperaturen angleichen. Das kann zwar in Sonderfällen zutreffen (und auch das läßt sich leicht berechnen), aber in der Regel bleibt ein Temperaturunterschied bestehen, da die Wärmeableitungsbedingungen und Umgebungsbedingungen nicht konstant sind.

5. Die beiden Emissionsgrade ε1 und ε2 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). Unsinn - der Emissionsgrad der Oberfläche ist eine Materialkonstante - zumindest bei jeder Wellenlänge

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. Die Fachwelt weiß schon, wie man richtig rechnet - aber Meier offensichtlich nicht.

Um die Wärmestrahlung den thermodynamischen Rechenmethoden anzupassen, wird zusätzlich noch die T4-Differenz durch die Temperaturdifferenz T1 - T2 geteilt, um bei Inkaufnahme unwesentlicher Fehler einfacher rechnen zu können. Aber Meier schreibt falsch: 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 richtig als "bewährt" bezeichneten Formelansätze für die Berechnung der Strahlungsaustauschzahlen erweisen sich für die Beurteilung der wahren Strahlungsverhältnisse als richtig, so daß " logisch widersprüchlich; sie verstoßen gegen die elementaren Gesetzmäßigkeiten der Strahlungsphysik" falsch ist.

Bemerkenswert ist, daß bei Anwendung der "praktizierten" Formeln stets alle errechneten Werte zu Ergebnissen führen, die zu niedrig richtig ausfallen. Dies bedeutet, daß "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." falsch ist.

Es ist deshalb ernsthaft die Frage zu prüfen, inwieweit die verunsichernden Veröffentlichungen von Meier abgestellt werden können, statt " 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 Klimatechnik. 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 Klimatechnik. 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.
    [12] Ebel, J.: Die Strahlungsgesetze. http://www.Ing-Buero-Ebel.de/strahlung/index.htm
    [13] Ebel, J.: Der Zusammenhang zwischen Ausstrahlung und Energiedichte. http://www.Ing-Buero-Ebel.de/Energie/Energie.htm
    [14] Verein Deutscher Ingenieure : VDI-Wärmeatlas : Berechnungsblätter für den Wärmeübergang / Hrsg.: Verein Deutscher Ingenieure, VDI-Gesellschaft Düsseldorf Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC). - 9. Aufl. . - Berlin [u.a.] : Springer, 2002.

Dieser Text machte schon vor der Veröffentlichung einigen “Experten” Kopfzerbrechen (aber nicht entsprechend der Meierschen Vorstellung, sondern: wie reagiert man auf den Unsinn: berichtigend, höflich, ironisch, scharf, gar nicht oder ...), denen der Artikel zwecks Begutachtung zugeschickt wurde.

Ein Oberingenieur mit über 40 Jahren Berufserfahrung schreibt am 15.12.1998 (ironisch): “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 (höflich): “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 (belehrend): “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 (belehrend), 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 (im Meierschen Wunschdenken) 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 o.g. 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 (um höflich zu bleiben). 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 (Macht Meier gern, aber trotzdem ist seine Aussage falsch). 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? Weil der Faktor im Lexikon fehlerhaft ist.

2. Warum muß bei der Quantifizierung der Strahlungsleistung für einen Raum die Differenz zweier Strahlflächen gebildet werden? Weil nur so die Realität richtig beschrieben wird. Planck hätte bei seinen Messungen der Hohlraumstrahlung infolge des dort vorliegenden Strahlungsgleichgewichtes dann das Ergebnis "Null" erhalten ! Nein, denn der hat richtig gerechnet.

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"? alles

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. Warum merkt man nichts davon? 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 kann führt aber zur Temperaturerhöhung führen, so daß die Annahme konstanter Temperaturen fehlerhaft ist nicht immer zutrifft (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. In Gleichung B3 der DIN EN ISO 6946 werden ∞-viele Reflexionen 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. Es bestehen diese Unklarheiten bloß bei Meier - und der will sich nicht helfen lassen.

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. Vielleicht weil bloß Fachleute aufgeführt wurden? 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 14:00 Uhr als Gast an der o.g. Sitzung teilnahm, bin ich im Protokoll nicht erwähnt. Vielleicht weil bloß Fachleute aufgeführt wurden. 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. Das sind keine Argumente - nur für den unwissenden Meier sind es Argumente.:

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. Mit den gleichen Fehlern, wie der vorhergehende 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. Mit den gleichen Fehlern, wie die vorhergehenden Briefe:

Prof. Dr. C. Meier - Neuendettelsauerstr. 39 - 90449 Nürnberg

Verein Deutscher Ingenieure
VDI-Gesellschaft Technische Gebäudeausrüstung

Postfach 10 11 39
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. 22C und Fenstertemperaturen von ca. 19C 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 Meierschen 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 42,815 33,715
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 ε = 0,93 bei Nichtberücksichtigung der Absorption (Zeile 14 ist wegen des falschen Faktors 2 sowieso falsch):

13   Halbraum W/m2 495 465 433
14   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 ohne Berücksichtigung der Absorption (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 kein “Theoriedebakel” sondersgleichen, kein völliges Durcheinander im Denken und im Rechnen.

Zum Prüfbericht Seite 4:
Die falsche Annahme (verblüffend: wenn die gemessene Realität nicht mit der Meierschen Theorie übereinstimmt, dann ist nicht die Meiersche Theorie, sondern die Realität falsch) 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 Meierschen 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 ε = 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 Meierschen 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.

Meiersche 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. 20C 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 die Meierschen Vorstellungen zu 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