Physikalische Grundlagen & Funktionsweise 

Wie und warum funktioniert eine Klimadecke? Das lässt sich am einfachsten mit Hilfe der physikalischen Grundlagen beantworten.

Neben den sichtbaren Lichtstrahlen sendet die Sonne auch unsichtbare Infrarotstrahlen – die sogenannte Wärmestrahlung aus. Auf ihrer „Reise“ über 149.600.000 km durchdringt sie zunächst die luftleere Atmosphäre und abschließend noch die letzten 100 km Erdatmosphäre. Eine Wärmeübertragung erfolgt jedoch erst, wenn diese Strahlen auf eine feste Oberfläche treffen – zum Beispiel den Erdboden oder die Haut eines Lebewesens.

Zwei Fakten werden damit sofort klar:

1.      Wärme-/Infrarotstrahlung überträgt Energie über größte Entfernung.

2.      Luft spielt bei der Energieübertragung keine Rolle.

Hier eine weitere wichtige physikalische Tatsache: Jede Oberfläche strahlt Wärme ab. Dabei verhalten sich die Wärmestrahlen der Objekte (z.B. die der Erdoberfläche) genau wie die Sonnenstrahlen. Sie durchdringen die Luft, ohne diese zu erwärmen, und übertragen ihre Energie direkt auf andere Oberflächen. Dabei gilt: Heiße Flächen strahlen mehr Wärme ab als kühlere Flächen. Durch den gegenseitigen Strahlungsaustausch gleichen sich die Temperaturen aller Oberflächen auf jede Entfernung aneinander an. Diese physikalischen Gesetze nutzen wir mit der Klimadecke zum Heizen und Kühlen. Ganz nach dem Vorbild der Sonne, nur viel sanfter, weil wir mit sehr geringen Temperaturdifferenzen arbeiten.

Heizen - Strahlung versus Konvektion

Einfach formuliert lässt sich festhalten: Je höher der Strahlungsanteil, desto angenehmer und sparsamer lässt sich ein Raum mit dem System temperieren. Das bedeutet, dass nur die vollflächig aktivierte Klimadecke zu den bestmöglichen Ergebnissen führt. Die Klima-Top Klimadecke glänzt mit 97% Strahlungsanteil (Quellenangabe: … mit Verlinkung) und in der Folge mit Spitzenwerten, bei Flexibilität, Sparsamkeit, Wirtschaftlichkeit und beim Raumklima, welches auf Wunsch auch die Akustik umfasst.

Eine wesentliche Rolle spielt dabei der Chill-Effekt. Darunter versteht man die durch eine Konvektionsheizung hervorgerufene Luftbewegung im Raum. Ursache dafür sind die Raumlufttemperatur und die Oberflächentemperaturen von Wänden, Böden und Decken. Bei Heizkörpern und Fußbodenheizungen ist die Lufttemperatur um bis zu 5° höher als die Oberflächentemperatur der sie umgebenden Raumhülle. Dadurch werden Luftströmungen im Raum erzeugt, die im Kern den Kühleffekt eines Ventilators bewirken, der als Chill-Effekt bezeichnet wird. Dieser Chill-Effekt führt dazu, dass die Raumlufttemperatur bei einer Fußbodenheizung um ca. 4 Kelvin höher liegen muss als bei einer vollflächig aktivierten Klimadecke (Quellenangabe: … mit Verlinkung).

Die Ursache für den Chill-Effekt der Fußbodenheizung lässt sich einfach beschreiben.

1.      Bei einer Fußbodenheizung ist die Temperatur der Deckenoberfläche niedriger als die Temperatur der Bodenoberfläche. Das bedeutet, dass sich die Luft an der Decke abkühlt, dadurch ein höheres spezifisches Gewicht erhält, nach unten sinkt und im Gegenzug die wärmere Luft am Boden nach oben verdrängt.

2.      Die Fußbodenheizung kann in den wenigsten Fällen als vollflächiger Heizkörper wirken, da sich Möbel, Teppiche oder andere Einrichtungsgegenstände im Raum befinden, die dies verhindern. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des Raumes und verstärkt die Bildung von Luftturbulenzen im Raum.

Wie oben beschrieben, wird für die Erhöhung der Raumlufttemperatur um 1 Grad Celsius 6,5 % mehr Energie benötigt (Quellenangabe: …), was den immensen Vorteil der Klimadecke mehr als deutlich macht. Bei einer Differenz von 4 Kelvin zwischen Fußbodenheizung und Klimadecke ergibt sich allein daraus ein Energieeinsparpotenzial von 26 % zugunsten der Klimadecke. Hinzu kommt eine beträchtliche Absenkung der Vorlauftemperatur bei der Klimadecke, die bis zu über 10 Kelvin betragen kann. Dadurch ergibt sich ein weiteres Energieeinsparpotenzial von 20% (2% pro Kelvin - Quellenangabe: … mit Verlinkung), so dass sich das Einsparpotenzial in diesem Beispiel auf 46% summiert.

Last but not least hat die Klimadecke noch einen weiteren wesentlichen Vorteil. Da die Oberflächentemperatur im Raum höher ist als die Raumlufttemperatur, kann sich keine Luftfeuchtigkeit an den Wänden niederschlagen. Vielmehr wird den Wänden Feuchtigkeit entzogen, was den Dämmwert und den Bautenschutz verbessert.

Kühlen – Strahlung versus Konvektion

Zum Kühlen wird der Strahlungsaustausch einfach in umgekehrter Richtung genutzt. Die erwärmten Oberflächen strahlen viel Wärme ab. Die Klimadecke nimmt diese Strahlung auf und führt sie mit ihrem Kühlwasser ab. Die Klimadecke packt also das Übel an der Wurzel. Sie arbeitet geräuschlos und vor allem ohne unangenehme und gesundheitsgefährdende Zugluft.

Die Klimadecke kann durch eine kontrollierte Wohnraumbelüftung ergänzt werden. Diese entfeuchtet die Luft beim hygienischen Luftwechsel und ermöglicht dadurch eine sehr flexible Klimatisierung.

Eine Klimaanlage hingegen bekämpft nur die Symptome. Sie bläst kalte Luft in den Raum, aber die Wände bleiben warm und strahlen weiterhin viel Wärme ab. Das führt zu einem sehr zwiespältigen Körpergefühl: Wir schwitzen wegen der Wärmestrahlung und frösteln wegen der kalten Luft. Dies führt schon nach kurzer Zeit zu Unbehagen und erhöht das Erkältungsrisiko erheblich.

Behagliches Raumklima verstehen und erzeugen

Wir empfinden das thermische Raumklima als angenehm, wenn unser Körper die Kerntemperatur von rund 37 °C mit möglichst geringem Aufwand konstant halten kann, das heißt, dass er weder zusätzliche Wärme abgeben, noch produzieren muss, um die Kerntemperatur aufrechtzuerhalten. Unserem Körper stehen die drei folgenden Maßnahmen zur Temperaturregulierung zur Verfügung:

Genau genommen geht es bei der Temperaturregulierung nicht darum, den Körper zu erwärmen, sondern seine Wärmeabgabe optimal zu steuern. Dies geschieht auf zwei Wegen: durch Konvektion und durch Strahlungsaustausch.

Wenn im Winter die umgebenden Oberflächen sehr kalt sind, strahlt der Körper viel Wärme an sie ab. Ist die Luft dagegen sehr kalt, kühlt sich der Körper durch Konvektion zu stark ab.

Der Wärmeverlust lässt sich auf zwei Arten drosseln: Man kann die konvektive Wärmeabgabe einschränken, indem man die Luft erwärmt. Und man kann die Wärmeabgabe beim Strahlungsaustausch senken, indem man die Oberflächen erwärmt. Beide Methoden können die thermische Behaglichkeit wiederherstellen, führen aber zu einer vollkommen anderen Temperaturverteilung im Raum.

Wird konvektiv geheizt, lassen sich zwei negative Auswirkungen feststellen:

1.      Die abfallende Zugluft wirkt vor allem an den Fenstern sehr unbehaglich

2.      Die warme Luft sammelt sich an der Decke, wo sie niemandem nützt und die kalte Luft breitet sich am Boden aus. Das verleitet dazu, die Raumluft zu überheizen, was sich nicht nur negativ auf die Energiekosten, sondern auch negativ auf die Behaglichkeit auswirkt.

Vollflächige Klimadecken erreichen dagegen eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung im Raum: Durch den Strahlungsaustausch werden die Oberflächen im Raum gleichmäßig und sanft erwärmt und werden durchgängig wärmer als die Luft. Dadurch erwärmt sich auch die Luft an den wärmeren Boden- und Wandflächen - allerdings nur sehr gering. Entsprechend langsam steigt sie nach oben und kann sich an der Klimadecke nicht mehr abkühlen. Die Luft zirkuliert deshalb nicht, sondern bildet unbewegte Luftschichten mit minimalen Temperaturunterschieden.

Das führt zu drei positiven Effekten:

1.      Die Luft bleibt auch in einem behaglich durchtemperierten Raum angenehm temperiert, weitgehend staubfrei und frisch.

2.      Die Konvektion wird auf ein Minimum reduziert, so dass unerwünschte Nebeneffekte wie Windchill durch kaltabfallende Luft vermieden werden.

3.      Die Wärmeabgabe des Menschen kann bei dieser gleichmäßigen Temperaturverteilung sehr genau reguliert werden, ohne den Raum zu überheizen oder unbehaglich kalte Zonen in Kauf zu nehmen.

Behaglich und gesund kühlen

Die Klimaanlage dröhnt, ständig strömt kalte Luft in den Nacken... Solche Arbeitsplätze und Hotelzimmer gibt es immer noch viel zu viele. Gut, dass in neuen Bürogebäuden die Deckenkühlung inzwischen Standard ist. Doch was am Schreibtisch gut tut, ist natürlich auch für Geschäfte und Wohnungen ein Segen: absolut geräuschlose Kühlung ohne Zugluft.

Im Sommer durchdringen die Sonnenstrahlen die Fensterscheiben und geben ihre Wärme an alle Oberflächen ab, auf die sie im Raum treffen. Diese erwärmen sich ihrerseits und strahlen die Wärme in den Raum ab. Zusammen mit der Abwärme von Geräten und Personen steigt die Raumtemperatur teilweise unkontrolliert über die Außentemperatur an und wird unbehaglich bis unerträglich.

Konvektive Kühlung

Die Kühlung eines Raumes mit kalter Luft konzentriert sich primär auf die Senkung der Lufttemperatur. Allerdings wird die menschliche Wärmeabgabe überwiegend durch Wärmestrahlung an kühlere Oberflächen gewährleistet. Bleiben diese Oberflächen zu warm, wird die natürliche Thermoregulation des Körpers beeinträchtigt und der Körper muss vermehrt schwitzen.

Durch die starke Kühlung und die damit verbundene Trocknung der Atemluft wird die natürliche Schleimhautfeuchtigkeit beeinträchtigt. Dies begünstigt die Vermehrung von Viren und Bakterien und erhöht das Risiko für Erkältungskrankheiten. Zudem kann die ständige Zugluft zu Verspannungen und Beschwerden führen.

Was ist besser als eine Klimadecke?

Die Klimadecke in Kombination mit einer kontrollierten Lüftung. Diese sorgt mit vorgekühlter Luft für einen hygienischen Luftwechsel und schafft dies mit so geringen Luftwechselraten, dass die Behaglichkeit nicht beeinträchtigt wird. Der große Vorteil ist, dass die Luft dabei entfeuchtet wird. So kann die Klimadecke den Raum stark abkühlen, ohne dass Kondenswasser oder schwüle Luft entstehen. Sie erhalten das Beste aus zwei Welten: Hohe Kühlleistung bei angenehmer Luftfeuchtigkeit ohne kalte Zugluft. So entfaltet die Klimadecke ihr volles Potenzial.