1 van 53

Nederlandse vertaling Uit het Duits

Door Li-Tech Comfort Heating BV voor intern gebruik

Verslag met betrekking tot het onderzoeksproject

`voorbeeld vergelijkingsmeting tussen infraroodverwarming en

gasverwarming in oude woningen`

Projektleiding:

Dr.-Ing. Peter Kosack

Graduate School CVT

Werkgebied ecologisch bouwen

TU Kaiserslautern

Gottlieb-Daimler-Sraße 42

67663 Kaiserslautern

Projecttijdperk: 1. 10. 2008 tot 30. 4. 2009

Versie 1; Stand: oktober 2009

© Copyright by Dr.-Ing. Peter Kosack

Het onderzoeksverslag mag als geheel naar behoefte gekopieerd en doorgegeven worden.

Gedeeltelijk gebruik, vooral als deze de verklaringen van het onderzoeksverslag vervalsen, zijn

daarentegen ten strengste verboden!

2 van 53

Samenvatting

In het stookseizoen 2008/2009 is een vergelijkingsmeting tussen een infrarood verwarming en een cv

gasverwarming uitgevoerd, om met de op de toekomst gerichte structuurveranderingen in het gebruik van de

energievoorzieningen het fundamentele nut en kwaliteit van een infrarood verwarming in een woning te

onderzoeken.

In het onderzoek kon aangetoond worden, dat de infrarood-verwarming een zinvol alternatief is, in

vergelijking tot conventionele verwarmingssystemen. Bij de juiste toepassing van een infrarood verwarming

levert dit zowel voordelen bij het energieverbruik, als ook bij de kosten en de CO2- uitstoot op.

Voorwoord

Algemeen, doel van het onderzoek

In het stookseizoen 2008/2009 werd een vergelijkingsmeting tussen infrarood verwarming (in het kort:

infraroodverwarming) en een cv gasverwarming uitgevoerd.

Het doel was het vaststellen van het energie- en energiekostenverbruik van een concreet praktijk voorbeeld en

een daaruit afgeleide poging een algemenere schatting van de energiebalans onder vergelijking van

ecologische aspecten en de totale kosten voor beide verwarmingssystemennader te kunnen specificeren.

Motivatie en achtergrond

De energiemarkt is momenteel door sterk stijgende kosten voor fossiele energiedragers gekenmerkt. Ook de

daartussen gekomen instorting in deze ontwikkeling als gevolg van de wereldwijde financiële crisis moet naar

algemene inschatting als van tijdelijke aard en als korte adempauze worden gezien. Onder deze prijsstijging

lijden vooral de eigenaren en huurders van oude gebouwen met een daarbij horend hoog warmte

energieverbruik. Er is dan wel veel stimulans van de overheid tot sarnering, toch ontbreken in veel gevallen de

daarvoor nodige financiële middelen. Als een mogelijke zeer interessante uitweg wordt op de markt het

gebruik van elektrisch gedreven infraroodstralers aangeboden. Dit project moet de tot grondslag dienende

bruikbaarheid en het economische, als ook het ecologische nut van deze oplossing van het

Praktijk voorbeeld onderzoeken.

Dankbetuiging

Bijzonder hartelijk bedankt de projectleider de familie Dietz-Groß voor de toestemming van alle nodige

installaties, de mogelijkheid, de metingen onder hedendaagse omstandigheden uit te kunnen voeren en voor de

veelzijdige ondersteuning tijdens het verloop van het project.

Hartelijk dank ook aan de familie Knebel, die een zeer onbureaucratisch projectpartner was en de Li-tech

infraroodstraler, als ook de meetinstrumenten ter beschikking stelde.

Belangrijke indicatie

Het voorliggend verslag is vanwege de grote algemene interesse zo vormgegeven, dat het ook door

geïnteresseerde leken begrepen kan worden. Het bevat daarom een overzichtelijke weergave van de fysieke,

als ook van de verwarmings - en klimaattechnische grondslagen. Voor betere achtergrondinformatie wordt

naast de vakliteratuur ook naar uitgebreide, makkelijker begrijpelijke internetsites verwezen. Voor het onderzoeksverslag zullen er afhankelijk van de berichten van de lezers en volgende uitbreidende

analyse van de meetresultaten meerdere versies komen.

Vragen, meningen, kritiek en verbeteringsvoorstellen voor volgende versies zijn daarom uitdrukkelijk

gewenst!

De desbetreffende actuele versie is te vinden onder:

http://www-user.rhrk.uni-kl.de/~kosack/menu1/1.shtml

3 van 53

Inhoudsopgave

1 Inleiding

1.1 In beginsel toelichting van de taak van het verwarmen

1.2 Motivatie van het voorliggend onderzoek

1.3 Ter verduidelijking van het project en zijn resultaten benodigde grondslagen en

achtergrondinformatie

1.3.1 Energie-economische grondslagen en duurzaamheid

1.3.2 Warmtetechnische grondslagen

1.3.3 Medische aspecten

1.3.4 Fundamentele energiestromingen bij verwarmingssystemen: primaire energie, secundaire

energie, eindenergie, nuttige energie

1.3.5 Indeling van de verwarmingssystemen naar energiebronnen

1.3.6 Indeling van de verwarmingssystemen naar type warmteverdeling

1.3.7 Bijzondere bouwvormen van verhitters en warmteoppervlaktes

1.3.8 De rol van de opbergmassa voor warmte-energie in verwarmingssystemen

1.3.9 Rangordening van de infraroodverwarming

2 Verwante werken

3 Onderzoeksaanpak

3.1 Bekeken systemen

3.2 Vergelijking van de energiestromen

3.3 Onderzoekshypothese

3.4 Het meetobject

3.5 Proefopbouw: installaties en meetapparatuur

3.6 Praktijkproef

4 Resultaten en evaluatie

4.1 De meetresultaten

4.2 Vergelijking van de alle waarden van het energieverbruik binnen het onderzoekstijdvak

5 Interpretatie van de resultaten

5.1 Interpretatie omtrent het energieverbruik

5.2 Interpretatie omtrent de kosten

5.3 Interpretatie omtrent de duurzaamheid/ecologie

5.4 Interpretatie omtrent medische en wellnessaspecten

5.5 Kritische opmerkingen over teksten op internetsites en reclamebeweringen in brochures van

fabrikanten

6 Conclusies en vooruitzichten

7 Literatuurlijst

Bijlages

Bijlage A: Tabellen

Bijlage B: Foto´s

4 van 53

1 Inleiding

1.1 In beginsel toelichting van de taak van het verwarmen

Het verwarmen dient er over het algemeen voor de binnentemperatuur van gebouwen, ondanks dalende

buitentemperaturen, op een voor de mensen verdraagbare aangename of zelfs overleving geschikte

temperatuur te houden. Dit is in omgevingen nodig, waar de buitentemperatuur duidelijk onder de 20 graden

Celsius kan dalen.

Hier gebruiken we het begrip stookperiode. Als stookperiode wordt het tijdvlak bedoeld, waarin het

verwarmingssysteem gebruikt wordt om de binnentemperatuur op een richtwaarde van 20 graden celsius te

houden. Betrekking hierop, Duitsland heeft een gemiddelde buitentemperatuur over het jaar van 15 graden

Celsius, de zogenaamde verwarmingsgrens.

Wettelijke regels omtrent de stookperiode zijn er niet, aangezien de behoefte en de dimensionering van een

verwarmingssysteem van het klimaat, geografie en hoogtepositie en andere factoren, zoals isolatiestandaards

van het gebouw afhankelijk en op iedere plaats verschillend zijn. In extreme gevallen is het zelfs mogelijk, een

gebouw zo goed te isoleren, dat zelfs in vriesgebieden überhaupt geen verwarmingssysteem nodig is en een

pure proceswarmte door het gebruik voldoende is.

De gewone isolatiestandaard, in het bijzonder geldend op dit moment, liggen echter ver daaronder. In de

energiebehoefte van een huishouden maakt de verwarming zo’n gemiddeld 76% uit (zie afbeelding 1.1). Er is

dus een verwarmingssysteem nodig, die de taak van het verwarmen zo veel mogelijk langdurig, efficiënt en

kostenbesparend uitvoert.

Afbeelding 1.1: energiebehoefte huishouden

(http://de.wikipedia.org/wiki/Energieeinsparung)

1.2 Motivatie van het voorliggend onderzoek

De motivatie was de vraagstelling, of een infraroodverwarming een zinvolle oplossing voor de

probleemstelling van het verwarmen is. Deelvragen daarbij waren:

Is het als verwarming in de woningbouw überhaupt geschikt?

Zijn de kosten concurrerend met andere verwarmingssystemen?

Is de ecobalans concurrerend met andere verwarmingssystemen?

Is het bruikbaar in de praktijk?

Is het onbegrensd beschikbaar, dat betekent, wat gebeurd er als iedereen dit doet?

Energiebehoefte van een huishouden

Verwarming 76%

Licht 2%

Koken 4%

Koelen, vriezen en wassen 6%

Warm water 12%

5 van 53

Deze vragen zijn al in een voorafgaand-project van het arbeidsgebied ecologisch bouwen in de jaren 1994-

1996 onderzocht. Daarbij werd de geschiktheid van infraroodstralers in de uitvoering met gloeidraad

(badkamerstraler en kerkstraler) in een duurzaam huis onderzocht.

Vanwege het zichtbare verschil bij de destijdse energieprijzen tussen olie/gas en stroom werd het onderzoek

echter voortijdig afgebroken. Tevens bewees zich de bouwvorm van de gebruikte stralers voor permanent

gebruik als enige verwarming als ongeschikt.

Met de verandering van energieprijzen en van de marktrijpheid voor het gebruik van infrarood verwarming als

oppervlaktestraler, die zo goed als zonder te verslijten werkt en voor permanent gebruik zeer geschikt is, werd

het thema opnieuw opgepakt.

Als eerste werd een marktonderzoek op het internet uitgevoerd, om geschikte oppervlaktestralers uit te kiezen.

Belangrijke criteria waren de fysieke geschiktheid als infraroodstraler (zie ook hier onder):

- Oppervlaktetemperaturen in het bereik van ca. 60 graden Celsius tot 120 graden Celsius (meer dan

50% puur stralingsaandeel) en

- Geen opslagmassa (snel in- en uitschakelgedrag).

Met de fabrikant van het uitgekozen product werd daarna contact opgenomen en een onderzoekscoöperatie

gesloten.

Hierbij is het uitdrukkelijk mede te delen, dat het hier niet gaat om een vergelijkend onderzoek tussen

verschillende aanbieders of producten, maar om de algemene geschiktheid van infraroodstralers, in het

bijzonder oppervlaktestralers, ter verwarming van ruimtes in woonruimtes.

1.3 Ter verduidelijking van het project en zijn resultaten benodigde grondslagen en

achtergrondinformatie

1.3.1 Energie economische grondslagen en duurzaamheid

Met het begrip energie economie wordt bedoeld de gehele infrastructuur, die nodig is om de

energievoorziening te garanderen.

Daarbij hoort het ontsluiten van energievoorzieningen, de energieopwekking, de energieopslag, de

energietransport, de energieomzetting en de energiehandel.

Vanuit het perspectief van het heelal gezien, zijn er als primaire basis van iedere energie economie in principe

drie beschikbare energiebronnen, waaruit alle andere energiedragers door omzetting ontstaan:

zonnestraling, zwaartekracht en eigenwarmte van de planeten.

De achtergrondstraling als theoretische vierde bron is energie economisch gezien niet bruikbaar. De

achtergrondstraling is iedere elektromagnetische straling, die door sterren, pulsaren, quasars etc. in de diepte

van het universum ontstaan en van buiten naar ons zonnestelsel gestuurd wordt.

De zonnestraling ontstaat door kernfusie in de zon. Dit maakt het mogelijk dat leven op onze planeet aarde

mogelijk is en is de met grote voorsprong grootste bruikbare energiebron in het zonnesysteem.

Daarom wordt in de kernnatuurkunde getracht deze energiebron in de vorm van een technisch gerealiseerde

kernfusie op aarde bruikbaar te maken. De fysieke en technische problemen daarbij zijn echter voor een groot

gedeelte nog niet opgelost, zodat deze energiebron in afzienbare tijd niet ter beschikking staat of ten minste

zeer onzeker is.

De zwaartekracht, veroorzaakt door de massa van het heelal, kan men gebruiken, aangezien de maan om de

aarde draait. Daardoor ontstaat bijvoorbeeld eb en vloed met de mogelijkheid, in getijcentrales energie te

winnen.

De eigenwarmte van de aarde ontstaat hoofdzakelijk door kernsplitsing binnen in de aarde. Deze warmte kan

bijvoorbeeld geothermisch gebruikt worden.

Op afbeelding 1.2 zijn de drie bruikbare primaire energiebronnen en de daaruit voortvloeiende recuperatieve

en fossiele energievormen ofwel energiedragers weergegeven.

1. Door de kernfusie in de zon ontstaat elektromagnetische energie in de vorm van straling, die direct en

indirect gebruikt kan worden.

6 van 53

Het directe gebruik van de straling vindt bij de zonne-energie plaats door omzetting van zonnelicht in stroom

of warmte.

Het indirecte gebruik van de straling vindt bij wind, waterkracht en geometrie plaats door absorptie, dat

betekent door opname en omzetting van de straling in warmte. Door de verwarmde lucht ontstaat wind, die in

windkrachtinstallaties in stroom omgezet worden. Verwarmd water verdampt en vormt wolken en neerslag. Zo

ontstaan beekjes en rivieren, waarin men waterkrachtcentrales bouwen kan. Bij de geometrie door

zonnestraling wordt de bovenste bodemlagen verwarmd. Deze opgeslagen warmte wordt door warmtepompen

en aardomrandingen gebruikt.

Het indirecte gebruik van de straling bij biomassa geschied door fotosynthese in de planten. De meest

gebruikte daarbij ontstane energiedrager is hout.

2. Door de kernsplijting binnen in de aarde ontstaat warmte, die via geometrie op verschillende wijze

bruikbaar is.

3. Door de zwaartekrachten tussen aarde en maan ontstaat kinetische energie, welke de atmosfeer en de

wereldzeeën beweegt.

De bewogen atmosfeer levert een bijdrage aan de windenergie. Uit de beweging van het zeewater zoals eb en

vloed wordt in getijdencentrales stroom gewonnen.

Afbeelding 1.2: Bruikbaar energiespectrum

Kernfusion in der sonne – Kernfusie in de zon

Kernspaltung im erdinnern – Kernsplisting in het binnenste van de aarde

Gravitation erde/Mond – Zwaartekracht aarde/maan

Strahlung (el.magn. Energie) – straling (elektromagnetische energie)

Wärme (Wärmeenergie) – Warmte (warmte energie)

Bewegung (kinetische Energie) – Beweging (kinetische energie)

Solarenergie – zonne-energie

Wind – Wind

Wasserkraft – waterkracht

Biomasse – Biomassa

Geothermie – Geothermisch (aardwarmte)

Uran – Uranium

Erdöl – Petroleum(Aardolie)

Erdgas – Aardgas

Kohle – kolen

Sonstige Ablagerungen - andere deposito's

7 van 53

De fossiele energiedragers steenkool, petroleum (aardolie) , aardgas en andere depots zijn in miljoenen jaren

door geologische processen uit biomassa ontstaan. Deze energiebronnen worden tegenwoordig het meest

gebruikt.

Een bijzonder geval is het element uranium, dat in kerncentrales gebruikt wordt om stroom te verwekken. Het

is één van de radioactieve elementen, die voor de eigenwarmte van de aarde zorgen en wordt in mijnen

uitgehouwen. In kerncentrales wordt de radioactieve energie in warmte omgezet en daaruit wordt via stoom en

turbines stroom verwekt. Dit is eigenlijk een technologische omweg. De directe weg zou zijn, de energie uit

atoomenergie zoals bij de andere radioactieve elementen via geometrie direct uit de aarde te winnen.

Dragers van de energie economie in Duitsland is hoofdzakelijk de aardolie-industrie, de steenkoolmijnbouw,

als ook de elektriciteitsvoorziening, gasindustrie en stadsverwarmingvoorzieningen.

Zoals afbeelding 1.3 laat zien, wordt het overgrote gedeelte van de energievoorzieningen is afkomstig uit

fossiele energiebronnen.

Sinds de jaren 1990, onder de wettelijke eis van een energie-industrie in Duitsland zijn de deelnemende

huishoudens betrokken op basis van hernieuwbare energie (stroom-verstrekkingen-wet, duurzame-energie-

wet).

Afbeelding 1.3: Primair energieverbruik Duitsland

Erdgas – aardgas

Mineralöl – petroleum (Aardolie)

Steinkohle – steenkool

Kernenergie – kernenergie

Braunkohle – bruinkool

Anteil EE – deel van de energie verkregen uit hernieuwbare bronnen.

Wasser – water

Wind – wind

Biomasse – biomassa

Restl. -EE – restenergie verkregen uit andere hernieuwbare bronnen.

Het begrip langdurigheid stamt oorspronkelijk uit het bosbeheer. Het beschrijft daar de wijze van beheer van

het bos, bij welke er altijd enkel zoveel hout wordt onttrokken, als ook opnieuw groeien kan, zodat het bos

nooit compleet gekapt wordt, maar zich iedere keer weer in volle omvang kan regenereren.

Over het algemeen is langdurigheid van het gebruik van een systeem zo, dat dit systeem in zijn noodzakelijke

structuren en eigenschappen in stand gehouden blijft en zijn bestand zich op natuurlijke wijze regenereren kan.

8 van 53

In de energie economie vervullen enkel de regeneratieve energiebronnen de voorwaarden voor langdurigheid,

aangezien deze automatisch en een constante,- in overbrengende zin opnieuw groeit- energiestroom leveren,

die naar menselijke maatstaven eindeloos is.

Vanwege de beperktheid van fossiele energiedragers en de toenemende negatieve bijverschijnselen van het

gebruik zoals globale verwarming, milieuvervuiling, stijgende energiekosten als gevolg door schaarste en de

sociale gevolgen, is het nodig, zo snel mogelijk om te schakelen op herbruikbare energie. Dit werd reeds met

het internationale verdrag van Agenda 21 op de `conferentie van de verenigde naties voor milieu en

ontwikkeling `(UNCED) in Rio de Janeiro in 1992 besloten, dat door bijna alle staten van de wereld

ondertekend werd.

(http://de.wikipedia.org/wiki/Nachhaltigkeit)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Agenda_21)

Aangezien de voor verwarmingsdoelen benodigde energiehoeveelheid in een gemiddeld huishouden ca. drie

vierde van het gehele energieverbruik uitmaakt, is daar een snelle omzetting naar herbruikbare energiedragers

het meest dringend nodig.

1.3.2 Warmtetechnische grondslagen

Thermische energie (warmte-energie)

Thermische energie (ook warmte genoemd) is de energie, die in de ondergeschikte beweging van de atomen of

moleculen van een stof opgeslagen is. Het is een toestandsgrootheid van de stof en wordt in de meeteenheid

joule gemeten.

de thermische energie en de temperatuur zijn onderling afhankelijk via de volgende vergelijking

Eth = m * c * T

In verhouding met elkaar, waarbij Eth de thermische energie, T de absolute temperatuur, m de massa en c de

warmtecapaciteit is. De warmtecapaciteit is zelfs weer temperatuurafhankelijk, dat betekent dat de verhouding

niet proportioneel is. Het komt tot zogenaamde faseovergangen zoals bij smeltend ijs, waarbij een gedeelte van

de toegevoegde energie voor de smeltvoortgang gebruikt wordt, zonder de temperatuur te verhogen.

Tussen twee systemen met verschillende temperaturen worden de temperaturen door warmteoverdracht van

het warmere naar koudere systeem automatisch gelijk getrokken, totdat beide dezelfde temperatuur hebben.

Men noemt dit thermisch evenwicht.

De warmteoverdracht kan door warmtegeleiding, thermische convectie en warmtestraling plaatsvinden.

(http://de.wikipedia.org/wiki/Thermische_Energie)

Warmtegeleiding

Bij de warmtegeleiding (ook warmtediffusie of conductie genoemd), wordt de warmte in een vaste stof of een

statisch fluïdum als gevolg van een temperatuurverschil van deeltjes tot deeltjes door een inter-moleculaire

wisselwerking overgedragen. Dit gebeurt ook tussen meerdere extracten van vaste stof of fluïdum, die tot rust

komen en statisch bij elkaar zijn. Op grond van de energie-instandhouding gaat daarbij geen warmte-energie

verloren. Bij de warmtegeleiding wordt thermische energie, maar geen deeltje, van één plaats naar een andere

getransporteerd.

In de verwarmingstechniek zijn effecten door warmtegeleiding meestal te verwaarlozen. Deze spelen enkel

een rol bij een verlies, bijvoorbeeld door slechte isolering van branders en buisleidingen.

(http://de.wikipedia.org/wiki/Wärmeleitung)

(Recknagel, Sprenger, Schramek: Handboek voor verwarmings- en klimaattechniek. Oldenbourg.

Wetenschappelijke uitgever; 68ste druk (1997/98) Pag. 135 e.v.)

9 van 53

Convectie

Warmteconvectie is een vorm van warmteoverdracht, die via de transport van deeltjes verloopt, die de warmte-

energie met zich mee voeren. In de verwarmingstechniek spreekt men van de warmteconvectie zonder

stofuitwisseling, dit betekent dat er een warmteovergang plaatsvindt van een extract naar een fluïdum

(bijvoorbeeld water of lucht), dat de warmtetransport overneemt. Aan de thermische grenslaag tussen extracten

en fluïdum is er dan een warmtegeleiding tussen de extractoppervlakte en de direct aan de extractoppervlakte

liggende deeltjes van het fluïdum. Toch komt er geen thermisch evenwicht tot stand, aangezien de afhankelijk

van de temperatuurverval opgewarmde of afgekoelde deeltjes voortdurend weg vervoerd worden en door

nieuwe vervangen worden, waarbij het oorspronkelijke temperatuurverval aangehouden wordt.

Bij de in een woning het meest gebruikte warmwaterverwarming is water het warmtetransportmiddel door

warmteconvectie in een gesloten buiscyclus tussen brander en de binnenkant van de verwarmingen. Door

warmtegeleiding raakt de warmte-energie van de binnenkant naar de buitenkant van de verwarming. Aan de

buitenkant van de verwarming is het warmtetransport middel de lucht. Daarbij treedt zogenaamde vrije

warmteconvectie op, dit betekent dat de lucht zich oprekt door verwarming en zich naar boven beweegt, van

onder stroomt steeds opnieuw koudere lucht langs de grond. In plaats van de veel gebruikte radiator-

verwarming kunnen oppervlakteverwarmingen, waterverwarmde vloeren-, muur- of plafondoppervlaktes of

andere constructies gebruikt worden. In principe treedt overal warmteconvectie op.

De van verwarmingen door warmteconvectie in de lucht overgedragen warmtecapaciteit is proportioneel met

het temperatuurverschil tussen verwarmingen en lucht volgens de formule:

PHL = w * A * (TH – TL), waarbij w de warmteovergang factor in (W/m2K), A de oppervlakte van de

verwarming, TH de temperatuur van de verwarming en TL de luchttemperatuur weergeeft.

De warmteconvectie is bij de aangegeven verwarming dus vooral van het temperatuurverschil tussen

verwarming en omgeven lucht in de ruimte afhankelijk.

(Recknagel, Sprenger, Schramek: Handboek voor verwarming en klimaattechniek, Oldenbourg

Wetenschappelijke uitgever; 68ste druk (1997/98) Pag. 146 e.v.)

(Dillmann, Andreas (2005): Karl Wieghardt: Theoretische stromingscursus, Universiteitsuitgever Göttingen)

(H. Oertel (Hrg.): Prandtl- Wegwijzer door de stromingscursus. Fundamenten en fenomenen, Vieweg 2002

(11de drukl))

(http://de.wikipedia.org/wiki/Konvektion)

10 van 53

Warmtestraling en infraroodstraling

Als warmtestraling omschrijft men dat deel uit het spectrum van de elektromagnetische straling, die iedere

verwarming afhankelijk van zijn temperatuur uitstraalt, zodra deze van de absolute nulpunttemperatuur van 0

K anders is. Als vorm van warmteoverdracht is het niet aan materie gebonden en treedt in tegenstelling tot

warmtegeleiding en warmteconvectie ook in een vacuüm op.

De bekendste warmtestraling is de zonnestraling, die zich in het bereik UV-straling, zichtbaar licht en

infraroodstraling laat opdelen (zie afbeelding 1.4).

Afbeelding 1.4: warmtestraling in het elektromagnetische spectrum

Gammastrahlung – Gammastraling

Röntgenstrahlung – Röntgenstraling

Wärmestrahlung – Warmte straling

Mikrowellen - elektromagnetische golven met een golflengte in het micron bereik

Radio-Wellen – Radiogolven

Spektrum der Wärmestrahlung - Spectrum van warmtestraling

Wellenlänge in µm - Golflengte in microns

UV – Strahlung – Ultraviolet straling

Sichtbares Licht – zichtbaar licht

Infrarot – infrarood

Nahes – nabij

Mittleres – middel

Fernes – ver

11 van 53

De spectrum verdeling van de stralingintensiteit (Plancksches Stralingsspektrum) is afhankelijk van de

oppervlaktetemperatuur van de stralende verwarming. Hoe warmer de verwarmingsoppervlakte is, hoe hoger

de intensiteitmaximum en des te verder verschuift zich dit maximum naar kortere golflengtes.

Afbeelding 1.5: Stralingsspectrum van de ideale zwarte straler

Planckes Strahlungsspektrum – Planck stralingspectrum

Spektrale spezifische Ausstrahlung – spectrale specifieke stralingspectrum

spektrale strahldichte - spectrale uitstraling

wellenlänge - golflengte

Op afbeelding 1.5 zijn de geïdealiseerde spectra voor de zogenaamde `zwarte straler` weergegeven. Een

voorbeeld hierbij is de afstraling van het menselijk lichaam (300 Kelvin) en van de zon (5777 Kelvin). De

idealisering van de zwarte straler betekent, dat het aangegeven spectrum volledig afgestraald wordt. In de

realiteit zijn er echter enkel ´grijze stralers` bij die de afstraling met een factor ε (0<ε<1) gewogen wordt. Toch

is ε bij de meeste oppervlaktes in gebouwen dicht bij 1. Daarom is er in de praktijk over het algemeen geen

noemenswaardig verschil tussen zwarte en grijze stralers.

Erg belangrijk is dat, de stralingsfactor ε (ook stralingsgetal genoemd) niet met de stralingsefficiëntie van een

infraroodstraler te verwarren is. Dit is bij het aangeven van de technische gegevens bij de op de markt

aangeboden producten een veel voorkomende fout. De stralingsfactor geeft de stralingscapaciteit van de

infraroodstraler weer in verhouding tot die van een ideale zwarte straler, de stralingsefficiëntie geeft het

aandeel van de afgegeven stralingscapaciteit in verhouding tot toegevoegde elektrische capaciteit weer.

(zie ook: Fröse, H.-D.: Elektrische verwarmingssystemen, Pflaum uitgeverij 1995, 23 e.v.)

Volgens Stefan-Boltzmann is de gehele intensiteit van de uitstraling van het lichaam:

M = σ * T4 (Stefan-Boltzmannsches-wet) met σ = 5,67 * 10-8 W/(m2K4) (Stefan-Boltzmann-

constanten) en T = absolute oppervlaktetemperatuur van het lichaam.

De gehele intensiteit stijgt dus met de vierde exponent van de temperatuur sterk. Per vierkante meter

oppervlakte straalt de zon dus ca. 400 keer meer energie uit in vergelijking met het menselijk lichaam,

ondanks het feit dat de temperatuur maar iets meer dan 19 keer hoger is.

Ook bij de Stefan-Boltzmann’s-wet werkt men dicht bij een idealisering. Er wordt zo gedaan alsof het lichaam

alleen in het universum zou zijn. In werkelijkheid zijn er talloze lichamen in de kosmos, met hun straling

interactie. Daarbij wordt de van een lichaam uitgezonden stralingsenergie op de oppervlakte van een andere

12 van 53

lichaam gedeeltelijk geabsorbeerd en gedeeltelijk gereflecteerd. De geabsorbeerde energie draagt ter

verwarming bij en veroorzaakt een verhoging van de afstraling.

Als het uitgestraalde vermogen van een lichaam volgens de Stefan-Boltzmannschen-wet is

P = σ * A * T4, met A = oppervlakte van het lichaam,

dan levert dit voor de stralingsuitwisseling tussen twee lichamen het volgende:

P12 = σ * k * (T14 – T24), waarbij k voor de stralingsuitwisselhoeveelheid staat, die van de grootte van de

tegenzijdige lichaamoppervlaktes en de stralingsfactoren ε1 en ε2 afhangt.

De stralingsuitwisseling vindt zo tussen alle lichamen plaats en wordt theoretisch eerst afgerond, als alle

lichaamoppervlaktes dezelfde temperatuur hebben.

In de realiteit van een verwarmde woonruimte zijn alle stralingoppervlaktes de oppervlaktes van de

verwarmingen, muren, plafond, vloeren, ramen, deuren, meubels, mensen, dieren etc. daarbij betrokken.

Aangezien de verwarmingen of verwarmingsoppervlaktes de hoogste temperatuur bezitten en constant met

energie gevoed worden, zou zich in het ideale geval de temperatuur van alle andere oppervlaktes zo lang

verhogen, totdat alle oppervlaktes in de ruimte de temperatuur van de verwarmingsoppervlaktes bereikt

zouden hebben.

------------ In de verwarmingstechniek speelt in het spectrum van de warmtestraling enkel de infraroodstraling een rol.

Het wordt daarom verkort vaak ook als warmtestraling beschreven, terwijl infraroodstraling enkel een deel van

de warmtestraling is.

Op grond van DIN 5031 wordt de infraroodstraling in het golflengtebereik IR-A (0,78 μm tot1,4 μm), IR-B

(1,4 μm tot 3,0 μm) en IR-C (3,0 μm tot 100 μm) ingedeeld.

Een andere indeling is de dichtbij, middel en verre infrarood, die in de geowetenschappen gebruikelijk is (zie

afbeelding 1.4).

Ver infrarood en IR-C zijn gelijk. Dit is het stralingsbereik, in die de in dit project gebruikte

infraroodverwarmingen werken.

Absorptie van warmtestraling in lucht

Naast de energieoverdracht tussen verwarmingen door stralingsuitwisseling is er ook nog de energieoverdracht

van lichamen in een daarvan omgeven vloeistof door absorptie van de uitgezonden stralingsenergie uit

vloeistofwarmte.

In de verwamingstechniek treedt absorptie van infraroodstraling in lucht op, die over het algemeen echter een

duidelijk kleiner aandeel aan de energieoverdracht heeft dan de warmteconvectie.

De absoptiegraad in afhankelijkheid van de golflengte geeft afbeelding 1.6 weer.

Afbeelding 1.6: Absorptiespectra van verschillende stoffen in de lucht

Absorptionsvermögen – absorptiecapaciteit

Wellenlänge - Golflengte

UV-Strahlung – ultraviolet straling

Sichbare – zichtbaar

Nahes Infrarot – nabij infrarood

Mittleres Infrarot – middle infrarood

Fernes Infrarot – ver infrarood

13 van 53

Het is makkelijk te herkennen, dat door hoge luchtvochtigheid grote delen van de infraroodstraling

geabsorbeerd kunnen worden. Dit transparante venster is alleen in het bereik van ca. 7μm tot 13 μm te

herkennen, aangezien de infraroodstraling zich dan bijna ongehinderd door de lucht kan uitbreiden.

De daar gemarkeerde absorptiebereik voor ozon, steenkoolwaterstoffen en geoxideerde stikstof spelen in de

woonruimte geen rol. Het stralingsmaximum van de gebruikte infrarood-C-straling ligt ideaal in dit

transparante venster. Vanwege de grens bij 7μm moet de oppervlaktetemperatuur van de straler ca. 120°C niet

overtreffen. De onderste oppervlaktetemperatuurgrens wordt door de verhouding van stralings- en

warmteconvectieaandeel vastgelegd en zou 60°C niet mogen overschrijden (zie beneden).

(http://www.webgeo.de/beispiele/rahmen.php?string=de;1;k_304;1;;;;)

(http://www.ikg.rt.bw.schule.de/planck/planck1.html)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Plancksches_Strahlungsgesetz)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzer_Körper)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Infrarotstrahlung)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Wärmestrahlung)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Strahlungsaustausch)

(http://www.ing-buero-ebel.de/strahlung/Strahlungsaustausch%20-%20Wikipedia.htm)

(Baehr, H.D., Stephan, K.: Warmte- en stofoverdracht, 4de druk. Springer uitgeverij, Berlijn 2004)

Comfort In de verwarmings- en klimaattechniek betekent (thermische) comfort de omgevingstemperatuur en de

luchttoestand, waarin zich een mens het beste voelt. Daarvoor worden de begrippen gevoelde temperatuur en

comforttemperatuur ingevoerd.

Gevoelstemperatuur en comforttemperatuur

Een verwarmingssysteem heeft niet alleen tot doel, bij lage buitentemperaturen te zorgen voor een

overlevingsmogelijkheid, maar moet ook bijdragen aan een comfortabel ruimteklimaat. Objectieve meetbare

parameters daarvoor zijn de zogenaamde gevoelstemperatuur en de comforttemperatuur, die onderwerp van de

DIN 33 403, DIN EN ISO 7730 en de DIN 1946 zijn. De comforttemperatuur is een sub-concept van de

gevoelstemperatuur en wordt verkregen op vooraf bepaalde gestandaardiseerde fysiologische en individuele

parameters van de temperatuur, die wordt gevoelt in binnenruimtes, die op de basis van DIN EN ISO 7730 bij

een statistisch groot aantal mensen (ten minste 90%) tevredenheid veroorzaakt.

Gevoelstemperatuur en comforttemperatuur zijn afhankelijk van

De luchttemperatuur in de woonruimte,

De stralingstemperatuur van de omgeving,

De luchttemperatuurverdeling (luchtlagen),

De luchtstroming (tochtwind) en

De relatieve luchtvochtigheid.

Een uitgebreide weergave daarvan vindt men in

(Recknagel, Sprenger, Schramek: Handboek voor verwarming en klimaattechniek,Oldenbourg.

Wetenschappelijke uitgeverij; 68ste druk (1997/98) Pag. 50 e.v.)

Luchttemperatuur in een ruimte

De luchttemperatuur in een ruimte is een fysieke parameter, die de energetische toestand van de lucht in de

ruimte beschrijft. Het wordt in Kelvin (K) of in graad Celsius (°C) aangegeven. In het voorliggende verslag

wordt °C gebruikt. In Kelvin worden temperatuurverschillen aangegeven.

De luchttemperatuur in de ruimte geeft indirect de thermische energie in de lucht weer, die met de omgeving

van de ruimte of in de ruimte aanwezige objecten of personen interactief kan zijn. Dit gebeurt bij

temperatuurverschillen met de lucht door warmtegeleiding van de warmere naar de koudere kant.

14 van 53

Fysiologisch wordt warmtegeleiding door het menselijk lichaam in de lucht als afkoeling aangevoeld, het

tegenovergestelde als opwarmen.

(http://de.wikipedia.org/wiki/Temperatur)

Stralingtemperatuur van de omgeving

De stralingstemperatuur van de omgeving is de gemiddelde oppervlaktetemperatuur van de ruimte

aangrenzende vlaktes (muren, vloeren, plafond, deur- en raamoppervlaktes van de verwarming). Het is

gevormd uit het quotiënt van de som van de producten van de verschillende oppervlakken en de temperatuur

en de som van de individuele gebieden:

tU = (Σ Ai ti / Σ Ai ) met:

Ai :vlakte-inhoud van de oppervlakte

ti : Temperatuur van de oppervlakte

Ze is verbonden met de waargenomen temperatuur en een maat voor de mens waargenomen thermische

straling uit de omgeving.

Stralingstemperatuursymmetrie

Als de muren van de ruimte een groot verschil in oppervlaktetemperaturen hebben, kan dit invloed op het

comfort hebben, desondanks dat de gemiddelde stralingstemperatuur van de omgeving een aangename

temperatuur heeft. Men spreekt dan van stralingstemperatuur asymmetrie. Op grond hiervan is het niet

zinvol, verwarmingsoppervlaktes met temperaturen van meer dan ca. 120°C te gebruiken, aangezien de

asymmetrie dan al duidelijk aan te voelen is. Bij een ongunstige plaatsing van de infraroodstraler zoals

bijvoorbeeld tegenover ruiten, is de asymmetrie al bij ca. 80°C storend.

Infraroodstralers worden daarom het best aan de muren van de kant van de ruiten of dwars daarvan

aangebracht.

Bij montage aan het plafond moet de afstand van op zijn minst een meter van de muur aangehouden worden.

Een staande houding is enkel in hoge ruimtes, zoals bij oude gebouwen te vinden is zinvol.

(Deskundig rapport over het thermische comfort in woonruimtes met betrekking tot elektrische verwarmingen,

Prof. Dr.-Ing. Bruno Gräff, November 2006;

http://ihs-europe.de/wp-content/uploads/2009/03/gutachten-uber-infraheat-vprofgraff-in-pdf-datei.pdf)

(Onderzoeksverslag B I 5 80 01 97 – 14, Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen, Optimering van het plaatse van

verwarmingen en luchtverversingselementen door middel van stromingssimulatie, Universität

Gesamthochschule Kassel, 1999)

Luchttemperatuurverdeling

Onder de mogelijke luchttemperatuurverdeling is in een binnenruimte de verticale verdeling van de

luchttemperatuurlagen voor de gevoelstemperatuur relevant. Horizontale of onregelmatige verdelingen komen

of niet voor of er wordt via de luchtstromingen rekening mee gehouden.

Bij de luchttemperatuurlaag is het temperatuurverloop afhankelijk van de hoogte van de vloeren. Het

temperatuurverloop is afhankelijk van de soort verwarming, de isolatie en de dichtheid van de ruimte ten

opzichte van de buitenlucht.

Het temperatuurverloop moet het liefst constant zijn. Onderzoeken (bijvoorbeeld (Olesen, B. W., M.Schøler

en P. O. Fanger, Indoor Climate, 36. S. 561/579 (1979)) concludeerden, dat temperatuurverschillen al vanaf

1K per hoogtemeter als storend ondervonden kunnen worden.

Luchtstroming

De luchtstroming wordt veroorzaakt door luchtdruk verschillen, gerichte beweging van het geheel van de

luchtdeeltjes aan een bepaald punt van de ruimte. Dit wordt als gemiddelde snelheid van luchtdeeltjes in m/s

aangegeven. Het heeft voor het geval dat de luchtdeeltjes kouder zijn dan de omgevingslucht in de ruimte en

de beweging constant in één richting verloopt, een bijzonder grote invloed op het comfort. Men spreekt dan

van tocht. Volgens ISO 7730 en VDI 2083 zijn luchtstromingen onder 0,1 m/s niet storend en hebben geen

invloed op het comfort.

(http://de.wikipedia.org/wiki/Tochtwind)

15 van 53

Luchtvochtigheid

De luchtvochtigheid beschrijft het aandeel van waterdamp in de lucht. Aangezien het opneembaar vermogen

van de lucht voor watermoleculen van de temperatuur afhangt, onderscheid men tussen absolute en relatieve

luchtvochtigheid. Hoe warmer de lucht is, des te groter is de afneembare waterhoeveelheid. De absolute

luchtvochtigheid wordt in waterhoeveelheid per ruimtevolume aangegeven (g/m3).

De relatieve luchtvochtigheid is de verhouding tussen de werkelijke hoeveelheid water in de lucht en

maximaal mogelijke waterhoeveelheid bij een gegeven luchttemperatuur en wordt in % aangegeven. De kracht

van verdamping op de menselijke huid hangt af van de relatieve luchtvochtigheid. Door verdamping ontstaat

verdampingskou op de huid.

Voor de comfort speelt bij luchttemperaturen rond de 20°C pas relatieve luchtvochtigheid van onder de 30%

of boven de 70% een rol (DIN 1946).

(http://de.wikipedia.org/wiki/Luchtvochtigheid)

Operatieve temperatuur

In de praktijk is het comfort vooral afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de stralingstemperatuur van

de omgeving, eventueel nog van tochtwind verschijnselen. Daarom werd in de DIN EN ISO 7730 ook nog het

begrip van de operatieve temperatuur gedefinieerd, die precies deze parameters omvat.

(Recknagel, Sprenger, Schramek: Handboek voor verwarmings- en klimaattechniek,Oldenbourg,

Wetenschappelijke uitgever; 68ste druk (1997/98) Pag. 54)

(Onderzoeksverslag B I 5 80 01 97 – 14, Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen, Optimering van het aanbrengen

van verwarmingen en luchtververserelementen door middel van stromingssimulatie, Universität

Gesamthochschule Kassel, 1999)

In het makkelijkste geval zonder tochtwind verschijnselen is de operatieve temperatuur To het gemiddelde uit

de luchttemperatuur TR en het gemiddelde van de stralingstemperatuur van de omgeving TU:

To = (Tr + Tu)/2 .

De optimale operatieve temperatuur hangt dan over het algemeen nog van de activiteit en kleding van de

mensen af. Bij een zittende bezigheid en lichte bekleding is bijvoorbeeld de operatieve temperatuur bij 21,5°C

optimaal.

Bij de keuze van de dimensionering van een verwarmingssysteem met het daarbij behorende

besturingssysteem is het voldoende, de eisen voor het bereiken van het doel van een bepaalde operatieve

temperatuur te vervullen. Bij klimaatsystemen zijn de eisen hoger en alle eisen voor het bereiken van de

ingestelde gevoels temperatuur moeten vervuld worden, dus moet ook bijvoorbeeld de luchtvochtigheid

geregeld worden.

De operatieve temperatuur wordt in de vorm van comfortvelden in stralingstemperatuur-luchttemperatuur-

diagrammen weergegeven (zie afbeelding 1.7).

Hogere stralingstemperaturen worden tegenover hogere luchttemperaturen vaak als aangenamer aangevoeld.

Een verwarmingssysteem, dat in beginsel hogere stralingstemperaturen dan luchttemperaturen verwekt, heeft

op grond van comfortredenen daarom de voorkeur.

16 van 53

Afbeelding 1.7: Stralingstemperatuur-Luchttemperatuur-Diagram

Mittlere Oberflächentemperatur der Raumbegrenzungen – De gemiddelde oppervlaktetemperatuur van het

vertrek.

Noch behaglich – nog steeds behaaglijk

Unbehaglich warm – onaangenaam warm

Behaglich – behagelijk

Empfundene Temperatur – gevoelstemperatuur

Unbehaglich kalt – onbehaaglijk koud

Raumlufttemperatur - ruimte lucht temperatuur

Geltungsbereich – geldigheidsgebied

Rel. Luftfeuchte φi von 30 bis 70 % - relatieve luchtvochtigheid φi van 30% tot 70%

Luftbewegung von 0 bis 20 cm/s – luchtverplaatsing van 0 tot 20 cm/s

Weitgehende Temperaturgleichheit – Uitgebreide temperatuurverdeling

Aller raumbegrenzenden Flächen – alle ruimte beperkte wanden.

17 van 53

1.3.3 Medische aspecten

Allergie/astma Door de bestaande CV verwarmingstechniek worden vooral mensen met een huismijtallergie getroffen. Dit is

een allergie met een sensibel gevoel en een allergische reactie tegenover de uitwerpselen van huismijt, die een

neusontsteking, jeuk en allergische reactie in de vorm van astma kunnen veroorzaken.

Veroorzaakt wordt deze reactie van het immuunsysteem niet door de huismijt direct, maar door de

uitwerpselen van huismijt, die in de stof leven. Deze uitwerpselen plakken aan het stof in huis en wordt met

iedere vorm van warmteconvectie `opgedwarreld`. Hoe lager het warmteconvectieaandeel, hoe beter voor de

persoon met de allergie. Het minst hoge warmteconvectieaandeel heeft de infraroodstralingsverwarming.

(Wilfried Diebschlag, Brunhilde Diebschlag: Huismijtallergieën. Sanitaire en hygiënische aspecten. 2de druk,

Herbert Utz uitgeverij, München 2000)

Medische warmtebehandeling

De medische warmtebehandeling met infraroodstraling behoort tot de fysieke therapie of fysiotherapie. Daar

houdt men zich bezig met medische behandelingsvormen, die op fysieke principes zoals warmte, elektrische

stroom, infrarood- en Uv-straling, watertoepassingen en mechanische behandelingen zoals massage.

Vooral het gebruik van infrarood-C-straling, zoals het ook bij infraroodsauna´s gebruikt wordt, is in de pijn-

therapie, bij overbelastingen van gewrichten en bij de behandeling van doorbloedingsstoringen goed

onderzocht. Een infraroodstralingsverwarming heeft dus meestal een positief medisch-therapeutisch effect.

Daarnaast is het dat stralingsaandeel dat ons iedere dag sowieso constant omgeeft, aangezien het van alle

objecten meer of minder sterk afgestraald wordt.

(Richter W., Schmidt W.: Milde Ganzkörper-Hyperthermie mit Infrarot-C-Strahlung. Z Onkol/J Onkol

34(2002) 49 - 58)

(Schmidt W., Heinrich H., Wolfram G.: Detoxifikation und Immunstimulation durch Infrarot-C-Strahlung.

Biol. Med. 33 (2004) 66 – 68)

1.3.4 Fundamentele energiestromingen bij verwarmingssystemen: primaire energie, secundaire

energie, eindenergie, nuttige energie

Met primaire energie bedoeld men economisch de energie die met de in de natuur voorkomende

energiebronnen als vrije of gebonden energiebron ter beschikking staat.

Daarbij horen de eerder genoemde energieën van het energiespectrum:

- Duurzame energie, zoals biomassa, waterkracht, zonne-energie, aardwarmte (geometrie) en

windenergie,

- Fossiele energie, zoals bruinkool, steenkool, aardgas en aardolie en

- Kernenergie (uraan).

Secundaire energie of energiedragers ontstaan door verliesvolle omzettingsprocessen, zoals

verbranding, kernsplijting of raffineren. Energiedragers zijn bijvoorbeeld gas, elektrische energie, benzine,

kerosine of stadsverwarming.

De na eventuele verdere omzetting of overdragsverliezen voor bij de consument aankomende energie noemt

men eindenergie.

De nuttige energie is uiteindelijk die energie, die de consument door directe toepassing of na omzetting van

eindenergie voor de gewenste energiedienst ter beschikking staat.

Tot de nuttige energie behoren warmte, kou, licht, mechanisch werk of echogolven. Over het algemeen is de

nuttige energiehoeveelheid kleiner dan de eindenergiehoeveelheid, aangezien de energieomzetting uit

eindenergie ook veel verliest. Een gloeilamp verwekt bijvoorbeeld zowel licht als ook warmte uit de

eindenergie stroom. Normaal gesproken wordt de warmte echter niet gebruikt.

18 van 53

(http://de.wikipedia.org/wiki/Primärenergie)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Sekundärenergie)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Endenergie)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Nutzenergie)

1.3.5 Indeling van de verwarmingssystemen volgens energiebronnen

Vanwege de ecologische aspecten is het zinvol, verwarmingssystemen naar de gebruikte energiebronnen voor

de omzetting in warmte en zijn herkomst in te delen.

Fysiek gezien hebben we met vier verschillende energievormen te maken:

- Chemische energie: vaste bandstoffen, olie, gas

- Elektrische energie

- Zonnestralingsenergie

- (omgeving-) warmte

De zonnestralingsenergie en omgevingswarmte zijn van zich uit regeneratieve energievormen.

Bij de chemische en elektrische energie komt het op de vooropgeslagen energiebronnen aan of het regeneratief

is of niet. Vaak is de herkomst ook gemengd. Zo bedraagt het regeneratieve aandeel in de stroomverzorging

ondertussen meer dan 15% en in de aardgasleidingen worden regionaal verschillende, maar doorgaans nog

geringe aandelen van een paar procent aan biogas erbij gemengd.

Vaste brandstoffen en olie kunnen volledig uit biomassa verwekt bij de consument aangeleverd worden.

Aangezien de overgang naar regeneratieve energieën in de energievoorziening in zijn geheel een relatief

langzaam proces over tientallen jaren is, zou bij de keuze van een verwarmingssysteem op de mogelijk

makkelijkste en volledigste gebruiksmogelijkheid van regeneratieve energieën gelet worden.

19 van 53

1.3.6 Indeling van de verwarmingssystemen naar type warmteverdeling ------------------------------

Individuele verwarming

Met een individuele verwarming bedoeld men verwarmingen, bij die de warmte uit de toegevoerde

eindenergievorm zoals gas, olie, hout, kool of stroom eerst in de ruimtes door middel van zelfstandige

energieomzetters verwekt wordt. De warmtebron bevindt zich dus in de desbetreffende ruimtes en heeft als

doel, de directe omgeving waar de verwarming in staat onafhankelijk van andere ruimtes te verwarmen. De

warmteverdeling vindt ook in dezelfde ruimte plaats.

Tot de individuele verwarmingen behoren de open haard, gesloten haarden, zoals haardkachels, tegelkachels,

grondkachel, langdurig brandende kachels met aangesloten olietank en gas-enkele kachels met gasaansluiting

direct in de ruimte of elektrisch gestuurde weerstandsverwarmingen zoals straalkachels, elektrisch verwarmde

radiatoren, infraroodstralers (warmtestralers), Electrische-vloerverwarming of elektrische-

accumulatieverwarming.

Centrale verwarming

Bij centrale verwarming bevindt zich de energieomzetter van eindenergie tot warmte en daarmee de

warmtebron centraal in het gebouw of in het gebouwcomplex. De warmte-energie moet door geschikte media

zoals water, waterdamp of hete lucht eerst in de verschillende ruimtes verdeelt worden en dan via

verwarmingen of verwarmingsoppervlaktes in de ruimte.

De meest gebruikte centrale verwarming in Duitsland is de gas-centrale verwarming met warmwater als

transportmedium, de zogenaamde warmwaterverwarming. Andere zijn de olie-centrale verwarming, de

verschillende soorten van warmtepompverwarmingen en de pelletsverwarming.

In het voorliggende onderzoek wordt een gas-centrale verwarming met een decentraal verwarmingssysteem uit

enkele infrarood verwarmingen vergeleken.

Warmteoverdrachtsprincipe in de woonruimte: warmteconvectie- en stralingsverwarming

In dit onderzoeksverslag wordt van stralingsverwarming gesproken, wanneer het door straling via de

verwarming of verwarmingsoppervlakte in de ruimte aangegeven aandeel van de energiehoeveelheid meer dan

50% is.

Dit wordt in de praktijk echter niet vaak behaald (zie beneden).

Overeenkomstig wordt van warmteconvectie gesproken als het door warmteconvectie via de verwarming of

verwarmingsoppervlakte in de ruimte afgegeven aandeel van de energiehoeveelheid meer dan 50% is.

Bij bijna alle op de markt te krijgen verwarmingen gaat het om warmte-convectieverwarmingen.

Belangrijke mededeling:

Iedere vorm van verwarming of verwarmingsoppervlakte geeft de warmte-energie zowel door straling, als ook

door warmteconvectie, in een meestal te verwaarlozen klein aandeel zelfs door warmtegeleiding af.

Doorslaggevend is de mengverhouding. Door verkeerde of verkeerd begrepen weergaven in reclamebladen, op

internetsites en andere publicaties van de verwarmingsbranche wordt vaak de indruk gewekt, alsof er ´zuivere´

stralings- of warmte-convectieverwarmingen zijn. Deze is echter enkel in een fysiek experiment met grote

kosten bereikbaar. In de verwarmingstechnische praktijk is dit verre van het geval.

20 van 53

Aandelen warmteconvectie- en stralingsverwarming bij verschillende verwarmingen en

verwarmingsoppervlaktes

In beginsel is de verdeling van warmteconvectie- en stralingsaandeel van de oppervlaktetemperatuur,

oppervlaktetoestand en de bouwvorm van de verwarming afhankelijk.

In de meest eenvoudige ontwerp van de vrijstaande paneelradiator met een plaat, stralingsfactor bijna bij 1 en

gebruikelijke grootte van ca. een halve tot één vierkante meter zijn bij ca. 60°C tot 70°C

oppervlaktetemperatuur beide aandelen gelijk. Bij lagere oppervlaktetemperaturen overheerst het warmte-

convectieaandeel, bij hogere oppervlaktetemperaturen het stralingsaandeel.

Bij ingewikkeldere bouwvormen zoals deelverwarmingen, straalbuisradiatoren, lamellenradiatoren en

plaatverwarmingen bestaand uit meerdere platen en een convector geeft het warmte-convectieaandeel door

schoorsteeneffecten sterk toe en kan zelfs bij hoge capaciteit- en oppervlaktetemperaturen van 90°C meer dan

90% bedragen.

Omgekeerd neemt bij de eenvoudige verwarming het stralingsaandeel met toenemende oppervlakte toe. Bij

een oppervlakte van meer dan 10 vierkante meter is daarom de gelijkheid van warmteconvectie- en

stralingswarmte al bij ca. 45°C tot 50°C oppervlaktetemperatuur bereikt.

(Recknagel, Sprenger, Schramek: handboek voor verwarming en klimaattechniek,Oldenbourg

Wetenschappelijke uitgeverij; 68ste druk (1997/98) pag. 435 e.v. en pag. 938 e.v. en Pag. 836)

1.3.7 Bijzondere bouwvormen van verhitters en warmteoppervlaktes

Tegelkachel en open haard

Tegelkachels en open haarden zonder luchtkanalen lijken in hun afstraalbeeld het meest op de eenvoudige

plaatverwarming, de oppervlakte is door de vierkantvormige schacht over het algemeen groter. Aangezien de

oppervlaktetemperaturen typisch bij ca.80°C liggen, is het de klassieke stralingsverwarming.

Bij tegelkachels en vele open haarden met luchtkanalen overweegt echter door de sterke kacheleffecten het

warmte-convectieaandeel.

Plintconvector

De plintconvector (ook plintverwarming genoemd) is een speciale vorm van warmte-convectieverwarmingen.

De plintconvector loopt meestal aan de binnenkant van buitenmuren dicht bij de vloeren. De

verwarmingselementen van de plintconvector bestaan uit een door warmwater doorstroomde buis met vele

daarop aangebrachte lamellenblikken. Door de lamellen wordt een lokaal kacheleffect (warmteconvectie)

verwekt.

Plint-convectoren bouwen een warme lucht gordijn langs de muren of langs glasvlaktes van de ruiten op.

Daardoor worden de muur- en ruitoppervlaktes verwarmt.

Door de daardoor ontstane stralingstemperatuur van de oppervlaktes stelt zich het gewenste comfort in.

Aangezien de warme lucht gordijn zeer dun is in vergelijking met de luchtstroom van andere warmte-

convectieverwarmingen en zich maar langzaam beweegt, wordt de lucht in de ruimte langzamer verwarmd en

blijft over het algemeen beneden de temperatuur van het warme lucht gordijn.

De plintconvector geeft daarmee een geoptimaliseerde vorm van warmteconvectie weer. Om een

stralingsverwarming te kunnen worden, zou de oppervlaktetemperatuur van de muur of ruitoppervlakte door

het warme lucht gordijn op minstens 45°C verwarmd moeten worden, wat echter niet het geval is.

Grote oppervlakteverwarmingen (plafond-, muur- en vloerverwarmingen)

Grote oppervlakteverwarmingen ontstaan meestal door in de pleisterlaag van plafonds en muren of in de

vloerbepleistering flexibele verwarmingsbuizen aan te leggen. Men spreekt dan van plafond- muur- of

vloerverwarming. Door warmtegeleiding worden de oppervlaktes verwarmt en zo voor een aangename

gemiddelde stralingstemperatuur gezorgd. De lucht wordt overwegend door langzame warmteconvectie

verwarmt.

21 van 53

Ditzelfde geldt, wanneer in plaats van waterdoorstroomde verwarmingsbuizen elektrisch gedreven

verwarmingsleidingen of verwarmingsfolies gebruikt worden.

Plintconvector en grote oppervlakteverwarmingen worden onjuist stralingsverwarmingen genoemd terwijl

deze over het algemeen minder dan 50% van de toegevoegde energie of elektrische energie in de vorm van

straling in de ruimte afgeven. Bedoeld wordt met de uitdrukking het voordeel, dat deze voor een hoge

gemiddelde stralingstemperatuur van de omgeving zorgen, aangezien de ruimteoppervlaktes gedeeltelijk

direct, gedeeltelijk via het stralingsaandeel en gedeeltelijk via een luchtgordijn opgewarmd worden.

Ideaal zou het bij grote oppervlakteverwarmingen zijn, als alle ruimte oppervlaktes een lage temperatuur

zouden hebben van ongeveer 20oC tot 25

oC. Dit resulteert dat tussen de ruimte oppervlaktes en een gekleed

menselijk lichaam er zo goed als geen stralingsuitwisseling plaatsvindt, omdat de oppervlaktetemperaturen

bijna gelijk zijn. Dit wordt als bijzonder aangenaam ervaren.

De van zulke verwarmingen afgegeven warmtecapaciteit in de ruimte vindt vooral plaats door wamteconvectie

en door stralingsabsorptie door de lucht in de ruimte. De voordelen zijn ongeveer gelijk als bij een echte

stralingsverwarming:

- Geen ruimteverlies door verwarmingen in de ruimte;

- Geen stofnesten op de verwarmingen;

- weinig temperatuurgradiënt over de hoogte van de ruimte;

- Geringere luchttemperatuur dan bij de klassieke convectieverwarming; daardoor ontstaat een

fysiologisch voordelige verwarming van de mens;

- Geen of geringe vochtigheid aan bouwonderdelen, dat verhindert schimmelvorming.

1.3.8 De rol van de accumulerende massa van warmte-energie in verwarmingssystemen

Zowel in individuele verwarmingen als ook in centrale verwarmingen wordt de warmte-energie direct door de

afgifte in de massa van het verwarmingssysteem opgeslagen. Afhankelijk van het verwarmingssysteem zijn

deze opslagruimtes van verschillende grootte, dit is afhankelijk van de massa. Over het algemeen geldt: hoe

groter de massa, hoe groter de warmteopslag.

Zulke opslagmassa´s zijn het water in de verwarming en de verwarming zelf, vuurvaste tegels in open haarden

en elektrische verwarmingen of de vloerbepleistering.

In vroegere tijden, waar de kamerkachels met vaste brandstof standaard was en er nog geen stuurbare

verwarmingen waren, was een zo groot mogelijke opslagmassa gewenst. De kachel werd dan enkel één of

twee keer per dag met brandstof gevuld en de opslagmassa zorgde voor een gelijkmatige warmteafgifte in de

ruimte, ook als het vuur in de haard al uit was.

Dit was ook nog het geval bij latere veel gebruikte olie- en gasverwarmingen zonder stuursysteem en simpele

ventielen aan de verwarmingen.

Als de afgifte in de ruimte bijna gelijk met de warmteverwekking plaatsvindt, speelt de grootte van de

opslagmassa geen rol. Dit is bij moderne verwarmingssystemen met ruimtetemperatuurregelaars en huizen met

een gering energiebehoefte niet het geval. Een afwisselende zonnestraling, het gebruik van extra

warmtebronnen (bijvoorbeeld de oven) of het openen van een raam zorgen ervoor dat een snelle reactie van de

verwarmingsbesturing noodzakelijk is.

De regelaar kan echter enkel de warmtetoevoer in de opslag regelen, maar niet de afgifte van warmte-energie

uit de opslagmassa in de ruimte stoppen of toelaten.

Voor het geval dat er snel verwarmt moet worden, is er bij grote opslagmassa´s een grote tijdelijke vertraging.

Bij vloerverwarmingen, die als opslagmassa de complete bepleistering moeten verwarmen, kan deze

vertraging meerdere uren duren.

In het omgekeerde geval, als bij meer verwarmen van de ruimte, bijvoorbeeld door het opwarmen van de

ruimte door de laagstaande winterzon via een zuidelijk raam, de warmte toevoer echter via de verwarming

moet onderbreken, komt het door het reeds opgeslagen warme verwarmingswater in de verwarming tot een

oververhitting van de ruimte en onnodig energieverbruik.

Regeltechnisch spreekt men van overvliegen en regeltraagheid.

22 van 53

Een energiebesparende verwarming met een regeling moet daarom in tegenstelling tot de algemene mening,

een zo klein mogelijke opslagmassa in de verwarming en verwarmingsoppervlaktes hebben. Dit wordt niet

genoemd over de opslag bij centrale verwarmingen in de stookruimte, aangezien de warmteafgifte van daaruit

onder controle van de regeling ligt.

Een grote opslagmassa bij infraroodstralers zorgt ervoor dat de straler na ieder keer aan en uitzetten door de

regeling, lange tijd op temperatuur tussen omgevingswarmte (luchttemperatuur) en 60°C blijft. Dit betekent

dat men met lange opwarm- en afkoeltijden van duidelijk meer dan vijf minuten te maken heeft, in plaats van

in een ideaal geval met minder dan één minuut. In deze tijd werkt de infraroodstraler als warmte-

convectieverwarming. De voordelen als infraroodstraler gaan dan in zijn geheel bij het gebruik van zo´n

straler nog meer verloren, hoe hoger de opslagmassa is. Veel van zulke `infraroodstralers` zijn daarom enkel

warmte-convectieverwarmingen met verhoogd stralingsaandeel.

Dit geldt ook voor dicht bij de muuroppervlakte ingebouwde elektrische verwarmingsfolies, die dan wel ten

opzichte van klassieke oppervlakteverwarmingen grote oppervlaktetemperaturen bereiken, maar de complete

muur als achterliggend opslagmassa hebben. In totaal geven ze minder dan 50% van de toegevoegde

elektrische energie als infraroodstraler af. Over het algemeen ontstaat bij een montage dicht bij de vloer extra

door grote oppervlakte warmteconvectie een luchtgordijn, ongeveer gelijk als bij de plintconvector.

(http://de.wikipedia.org/wiki/Heizungsregler)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Überschwingen)

(Otto Föllinger: Regelungstechnik, Hüthig uitgeverij)

(Lutz & Wendt: Taschenbuch der Regelungstechnik, Verlag Harry Deutsch)

(Fröse, H.-D.: Elektrische Heizsysteme, Pflaum Verlag 1995)

1.3.9 Rangordening van de infraroodverwarming

Als infraroodverwarmingen worden verwarmingen naar volgende definitie beschreven: het zijn

individuele verwarmingen,

stralingsverwarmingen, dit betekend meer dan 50% puur stralingsaandeel van de in de ruimte afgegeven

warmte-energie

het stralingsmaximum ligt in het bereik van infrarood (ook bij verwarmingen die een zichtbaar aandeel

afstralen, dus rood gloeien).

De afgegeven straling van een infraroodverwarming komt overeen met de natuurlijke infraroodstraling in het

zonnelicht onder het zichtbare gebied.

Gas-infraroodverwarming

Gas-infraroodverwarmingen of zogenaamde warmtestralers worden in de industrie en op de camping met

brandgas, meestal een vloeibaar gas, bij stationair gebruik (vaste positie) zelden ook met aardgas uitgevoerd.

Daarbij verwarmd de gasvlam een gloeiobject. Industriewarmtestralers kunnen alleen voor grote

halverwarming gebruikt worden. Voor de gasstraler moeten aan speciale veiligheidsregels voldaan zijn.

Op grond daarvan is deze verwarming voor een woning niet geschikt. De laatste paar jaren werden steeds meer

terrasstralers (ook verwarmings-paddestoelen genoemd) op open plekken en terrassen van café´s gebruikt. Ook

deze zijn niet geschikt voor woonruimtes.

Gas-infraroodverwarmingen behoren tot de hoge temperatuur stralers, bij die de warmte-energie aan of in het

afstraalcomponent verwekt en met hoge temperatuur (honderden tot ruim duizend graden) afgestraald wordt.

Deze verwarmingsvorm wordt gebruikt, om over een grote afstand of in grotere omvang warmte-energie af te

geven. Door de hoge temperatuur bestaat over het algemeen brandgevaar, die door veiligheidsmaatregelen

beheerst moeten worden.

23 van 53

Electrische IR-verwarming

Electrische warmtestralers, quarzstralers, Licht infrarood straler Elektrische warmtestralers behoren ook tot de hoge temperatuur stralers en werken in principe zoals een

gloeilamp, echter over het algemeen met een op een drager opgerolde weerstandsdraad, die door de

elektrische stroom tot gloeien gebracht wordt. Bij de meeste warmtestralers ligt het stralingsmaximum in het

infrarood-B gedeelte, dat betekent, dat het donkerrood gloeit.

Een bijzondere positie neemt de zogenaamde quarzstraler in. Zijn stralingsmaximum ligt in het infrarood-A

gedeelte, hij is lichtrood gloeiend en de gloeispiraal is met een quarzglasbuis omgeven, om de

stralingsmogelijkheid goed door te laten komen. Quarzstralers hebben met meer dan 95% het hoogste

stralingaandeel onder de infraroodstralers. Infraroodstralers, waarvan het stralingsmaximum in het infrarood-A

of infrarood-B gedeelte liggen, worden ook als lichtstralers gezien, aangezien ze zichtbaar gloeien.

Donkere stralers

Een infraroodstraler, waarvan het stralingsmaximum in het infrarood-C-bereik ligt, noemt men donkere straler,

aangezien er geen zichtbaar lichtaandeel is. Donkere stralers zijn er zowel met gas, alsook elektrisch.

Een bijzondere bouwvorm van de donkere straler is de elektrisch uitgevoerde infrarood oppervlakte

verwarming. De oppervlaktetemperaturen liggen meestal onder de 150°C.

De meest voorkomende van beide bouwvormen zijn die van staal en gietijzer met geïntegreerd

verwarmingsspiraal en die met gebruik van elektriciteit door middel van carbonfolies, die in een frame

opgehangen zijn.

Zulke infrarood-oppervlakteverwarmingen worden in dit onderzoek gebruikt.

Stralingswerkingsgraad Voor gas- infraroodverwarmingen geldt naast de gasrichtlijn (90/396/EWG) die in DIN EN 416-2 en in DIN

EN 419-2 beschreven stralingswerkingsgraad. Beide zijn beslissend voor een rationeel energiegebruik en de

spaarzaamheid, waarbij naar een stralingswerkingsgraad (komt overeen met het infraroodaandeel) zo hoog

mogelijk over de 50% gestreefd wordt.

Voor elektrische infraroodverwarmingen is analoog een stralingswerkingsgraad in verhouding tussen

infraroodstralingsprestatie en toegevoegde elektrische prestatieve gebruiken, waarvoor er echter nog geen

norm is.

24 van 53

2 Verwante werken

Wetenschappelijk vakliteratuur over het gebruik van infraroodverwarningen in woonruimtes is er (bijna) niet,

aangezien het gebruik als `hoofd`verwarming nog niet vaak gebruikt wordt.

Typische gebruik gevallen voor infraroodverwarmingen waren tot nu toe grote gebouwen of half open

gebouwen zoals opslaghallen, beurshallen, washallen, sport- en paardrijhallen, vliegtuighangars, in het

agrarisch gebied met stallen of kassen, kerken en voetbalstadiums. Belangrijkste reden voor het gebruik was

de doelgerichte verwarming van werkplekken zonder energiecomplexe complete verwarming van de lucht in

de ruimte.

Er waren dan wel talrijke, ook bedrijfsinterne onderzoeken over het gebruik van meestal gasbedreven

infraroodverwarmingen in zulke gebouwen, alsook desbetreffende werkplekonderzoeken bijvoorbeeld door de

bedrijfsvereniging. De resultaten van deze deels zeer gedetailleerde onderzoeken kunnen echter maar zeer

beperkt gebruikt worden voor woonruimtes, aangezien hier een geheel ander verbruiksprofiel ontstaat. Vooral

kunnen hier geen goed onderbouwde argumenten over het energieverbruik uit afgeleid worden. In

woonruimtes zijn daarnaast uitsluitend elektrische donkere stralers als ´hoofd´verwarming te gebruiken.

Het gemeenschappelijke in beide gebruiksruimtes is het vermijden van de verwarming van de lucht, die in de

woonruimte vooral net als bij gebouwen naar verwachting energie spaart.

Van een lijst met aanbieders van infraroodverwarmingen voor woonruimtes zijn er bedrijfsinterne

onderzoeken over het energieverbruik voor en na de ombouw op infraroodstralers. Echter worden over het

algemeen enkel de eindenergieverbruiken vergeleken, wat enkel in de directe vergelijking met andere

elektrische verwarmingen een beetje betrouwbaarheid geeft. Er wordt gesproken van tot 70%

bespaarmogelijkheid.

Het nadeel bij deze onderzoeken is ook, dat aan de ene kant van een bepaalde eenzijdigheid bij de keuze van

de objecten uitgegaan moet worden en aan de andere kant kunnen de waarden bij een ervoor- en erna

vergelijking over het algemeen door omgangsveranderingen van de bewoners en door verschillende

weersomstandigheden vervalst zijn.

De tijdgelijke meting op het gelijke standpunt met vergelijkbare bewonersomgang en gelijke bouwsubstanties,

zoals het in het huidige onderzoek het geval is en de bovengenoemde nadelen vermijdt, is ook zo´n onderzoek

niet bekend.

25 van 53

3 Onderzoeksaanpak

Om de eerder gestelde vragen te beantwoorden, zijn eerst op abstracte oppervlakte geschikte

onderzoeksobjecten vastgesteld. Daarbij gaat het om de systemen gasverwarming/centrale

warmwaterverwarming CV ) en infraroodverwarming.

3.1 Bekeken systemen

Het systeem gasverwarming:

In de basis van de meest populaire structuur van een centrale gas verwarming in een oud huis, is een

gasverwarming met een centrale gasbrander in een onverwarmde kelderruimte, een verwarmd water circuit

naar de afzonderlijke ruimtes en met kleppen geregelde radiatoren. Over het algemeen zijn de resultaten dan

ook op olieverwarmingen met dezelfde structuur overdraagbaar.

De primaire energiedrager en tegelijkertijd ook eindenergie is het aan het huis via de gasleiding aangeleverde

aardgas. Een verlies tijdens de transportweg van de gasleverancier naar de huisaansluiting wordt buiten

beschouwing gelaten. De verbruikenergie is de aan de lucht van de woonruimtes afgegeven warmte-energie

door warmteconvectie (zie afbeelding 3.1)

De daarbij ontstane luchtstroom verwekt een groot temperatuurverschil tussen boven en onder in de ruimte.

Afbeelding 3.1: Principetekening van een cv installatie (centrale gas-warmwater-verwarming).

Radiator – radiator

Heizungsinstallation – verwarmingsinstallatie

Gasanschlub – gasaansluiting

26 van 53

Het systeem infraroodverwarming:

Er worden oppervlakte-infraroodstralers geplaatst, zoals vrij opgehangen schilderijen aan de muren in de

ruimtes en op de elektrische-installatie aangesloten. Als alternatief is dit ook middels een plafondmontage,

ongeveer zoals bij een lamp mogelijk.

Bij het systeem hoort ook het vooraangelegde publieke stroomnetwerk (zie afbeelding 3.2).

De primaire energiedrager van de stroomvoorziening is een mix van gecombineerde energieopwekkers.

Verbruikenergie is de in de woonruimte afgegeven infraroodstralingsenergie.

Afbeelding 3.2: principe opbouw van infraroodverwarming

Infrarotstrahler – infrarood stralings paneel

Elektroinstallation – elektrische installatie

Stromanschlub – stroom aansluiting

Vorgelagertes stromnetz - vooraf aangelegd stroomnet

27 van 53

3.2 Vergelijking van de enrgiestromen

De energiestroom in het systeem gasverwarming wordt in afbeelding 3.3 weergegeven.

Afbeelding 3.3 energiestroom van de gasverwarming

Brennerverluste – Brander verliezen

Vorlaufverluste –aanvoer transportverliezen

Wärmeenergie Brennraum – Warmte-energie verbrandingskamer

Nutzenergie Wärme der luft – Nuttige warmte uit de lucht

Rücklaufverluste – retour transportverliezen

Umwandlungsverluste von Wärme des Heizwasser in Wärme der luft vernachlässigbar – Omzettingsverlies

van het hete water aan de lucht is verwaarloosbaar

De primaire energiedrager aardgas is bij zijn aanlevering aan het huis ook meteen eindenergie en wordt bij de

verbranding in de brander in ca. 10kWh warmte-energie per kubieke meter gas omgezet. Een deel daarvan

komt via warmtewisselaars in het warm water circuit, de rest gaat als brandverlies via de kelderruimte of de

schoorsteen naar buiten verloren.

De buizen van het warm water circuit van branders naar de radiatoren en weer terug zijn meer of minder

geïsoleerd in de muren en in plafonds aangebracht en verwarmen deze van binnenuit op.

Een klein deel van de warmte-energie komt daardoor direct via muren, plafonds en vloeren in de ruimtes. Een

veel groter deel gaat via de buitenmuren verloren, aangezien het temperatuurverschil in de winter naar buiten

het grootst is. Verder zorgen vooral in oude gebouwen zogenaamde warmtebruggen voor de afkoeling naar

buiten. Het warmteverlies ontstaat zowel in de aanvoer, alsook in de retour van het warm water circuit.

Via radiatoren wordt de overgebleven warmtehoeveelheid als verbruikenergie aan de lucht van de ruimte

afgegeven.

De gelijktijdig door de radiatoren afgegeven stralingswarmte (infraroodstraling), is zeer gering, aangezien

deze maar een paar procent van de gehele afgegeven warmtehoeveelheid bedraagt en uiteindelijk ook de lucht

in de ruimte verwarmt.

Via de warmteconvectie van de lucht in de ruimte worden de objecten in de ruimte en de ruimte begrenzende

oppervlaktes (muren, plafonds en vloeren) verwarmt. Over het algemeen is daardoor de luchttemperatuur in de

ruimte hoger dan de oppervlaktetemperaturen.

Vooral in oude gebouwen vooral die met verouderde branders, kan door slechte isolering, een groot verlies tot

stand komen, dat minder dan de helft van de primaire energie als verbruiksenergie in de lucht van de ruimte

overblijft.

28 van 53

De energiestroming van het infrarood verwarming systeem is in afbeelding 3.4 weergegeven.

Afbeelding 3.4: Energiestroming van de infraroodverwarming

Regenerativ erzeugter stromanteil – elektriciteit uit regeneratieve bronnen geproduceerd

Übertragungsverluste beim regenerativen stromanteil – transmissieverliezen geresulteerd door het transport

van de regeneratieve bronnen

Umwandlungsverluste strom /infrarotstrahlung vernachlässigbar – de verliezen om elektriciteit te

transformeren naar infrarood straling is verwaarloosbaar klein

Nutzenergie infrarotstrahlung – nuttige energie van infrarood straling

Fossile und nukleare energieträger – fossiele en nucleaire energy bronnen

Thermische undwandlungsverluste im kraftwerk – thermische verliezen van de energy transformatie in de

elektriciteit centrale

Übertragungsverluste beim fossilen und nuklearen stromteil – omzettingsverlies van de elektriciteit opgewekt

uit fossielen en nucleaire energy bronnen

--------------------------------------------

De primaire energie in het stroomnetwerk wordt in regeneratief verwerkte stroom, alsook in fossiele of

nucleaire energiedragers ingedeeld. Het indelen in de verschillende regeneratieve energieën blijven

achterwege, aangezien deze voor de latere balans geen rol spelen.

Uit de fossiele en nucleaire energiedragers wordt elektrische energie en warmte-energie gewonnen, waarbij de

warmte-energie over het algemeen als warmte ongebruikt in de omgeving wordt afgegeven.

Tussen de centrales en de huisaansluiting treedt een overdragingsverlies van gemiddeld ca 10% van de

verwekte energie op.

In het huis wordt de aangekomen elektrische energie in de infraroodstralers in warmtestralingsenergie

(infraroodstraling) als verbruikenergie omgezet en direct in de woonruimte afgestraald. De directe opwarming

van de lucht zoals bij de radiatoren is zeer gering. Er ontstaat vergelijkbaar geen warmteconvectie.

De infraroodstraling verwarmt vooral direct de oppervlaktes van de muren, plafonds en vloeren, alsook de

objecten in de ruimte. Een klein gedeelte van de infraroodstraling wordt in de lucht geabsorbeerd en verwarmt

deze direct.

Verder wordt de lucht indirect via de aangestraalde oppervlaktes via grootoppervlakkige, extreem zwakke

warmteconvectie opgewarmd. Over het algemeen zijn daardoor de oppervlaktes in de ruimte warmer dan de

lucht.

3.3 Onderzoekshypothese

Het belangrijkste verschil in beide energiestromen is, dat bij de infraroodverwarming vanaf de huisaansluiting

tot de verbruiksenergie geen verlies meer optreedt. Daarnaast is de infraroodstraling beter geschikt als

verwarming dan opgewarmde lucht, om voor een behaaglijke temperatuur in de ruimte te zorgen (steekwoord

operatieve temperatuur).

De kosten voor de desbetreffende aangeleverde energievorm (eindenergie) beginnen bij de huisaansluiting. Er

wordt vanuit gegaan, dat ter verwekking van de behaaglijke ruimtetemperatuur in het geval van de

infraroodverwarming een duidelijk kleinere hoeveelheid aan energie, gemeten in kWh, nodig is dan bij de

gasverwarming. Dit kan ertoe leiden dat de infraroodverwarming bij de huidige prijsontwikkeling dezelfde

prijs of zelfs goedkoper in de onderhoudskosten is dan de gasverwarming. Tegelijkertijd kan de

infraroodverwarming ondanks het meerekenen van het verlies bij de centrale in het verbindingsnetwerk in de

CO2 balans hetzelfde of beter zijn.

29 van 53

Deze beweringen werden met het voorliggende project als voorbeeld onderzocht.

Het doel van het project was daarbij met zo min mogelijk testinspanning zo veel mogelijk algemene vragen

(zie motivatie) te beantwoorden met een bewust afzien van beantwoording van gedetailleerde vragen zoals

naar de invloed van verschillende bouwvormen van de infraroodstralers etc.

Na het vaststellen van het abstracte systeem werd een concreet meetobject gezocht, waarbij naar mogelijkheid

beide systemen op dezelfde standplaats met dezelfde bewoners en dezelfde bouwsituatie vergeleken konden

worden. Met deze voorwaarden konden van begin af aan veel hindernissen en invloedsfactoren zoals

weersafhankelijkheid, verschillende gebruiksomstandigheden en verschillende invloeden van de bouwsituatie

(isolatie, opslagomstandigheden e.d.) in hun verschillende uitwerkingen op het onderzoeksresultaat

geminiseerd worden.

3.4 Het meetobject

Bij het meetobject gaat het om een tweegezins woning, tweeëneenhalve etage, typisch ongeïsoleerd oud

gebouw, bouwjaar 1930, zandsteen-muurwerk, aanbouw 1955 en renovatie 1967 met dezelfde muursterkte en

bouwstoffen, ongeïsoleerd kelderplafond en ongeïsoleerde vloerplaten

Een deel werd gerenoveerd begin 90er jaren met houtbeklede isolatie (12 cm minerale wol, aluminium bedekt)

op de uitgebouwde zolder (een ruimte, drempelhoogte ca. 40 cm) en ingebouwde isoleerglasramen in het hele

huis. De woningen zijn door een afgesloten trappenhuis met elkaar verbonden. Sinds 1993 is het gebouw met

een laagtemperatuur-gasverwarming met desbetreffende verwarmingen, ongeïsoleerde verwarmingsbuizen en

separate verwarmingscircuits voor beide woningen voorzien. De warmtebehoeftenberekening resulteerde

gelijke waarden per vierkante meter voor beide woningen. Het verbruik tot nu toe werden met warmtetellers

gemeten. De woning op de begane grond is 102,6 m2, de woning op de eerste etage, inclusief uitgebouwde

zolder en via de trap in de gang direct toegankelijke bovenkamer 160,7 m2 verwarmd woonoppervlakte. Beide

woningen hebben dezelfde opzet en hetzelfde aantal en grootte van de ruiten (zie hieronder).

Beide woningen werden door dezelfde familie gebruikt. In de projectperiode waren regelmatig drie personen

aanwezig.

3.5 Proefopbouw: installatie en meetapparatuur

In de onderste woning werd een complete infraroodverwarming uit de volgende componenten geïnstalleerd:

Diversen infraroodverwarmingen (bedrijf Knebel, www.infrarot-flachheizung.de), plan, zie hieronder).

Daarbij gaat het constant om elektrisch gestuurde donkere stralers met oppervlaktetemperaturen tussen 70°C

en 110°C.

Per ruimte:

Afstandsthermostaat FS20 STR2 (bedrijf ELV, www.elv.com en

Stopcontacten FS20 ST2 (Fa. ELV, www.elv.com).

Stroomverbruik-meetapperatuur:

ENERGY CONTROL 3000 USB (Fa. VOLTCRAFT, www.conrad.de),

ENERGY SENSOR ES-1 (Fa. VOLTCRAFT, www.conrad.de).

Er werden oppervlakte-infraroodstralers op basis van weerstandsfolies zonder opslagmassa decentraal

ongeveer zoals bij aan de muur hangende schilderijen in de ruimtes aangebrachte en aan de normale

stopcontacten van de huiselektro installatie aangesloten. Daarbij werd gelet op de belastbaarheid van de

afzonderlijke stroomcircuits en waar nodig nieuwe leidingen geïnstalleerd.

Tussen infraroodstraler en stopcontact werden afstand bedienbare schakelaars (FS20 ST2) aangebracht, die via

afstandsthermostaten (FS20 STR2) gestuurd worden. De aangegeven infraroodstraling is in het langgolvige

infrarood C bereik (zie boven) zonder zichtbare aandeel. De thermische opslagcapaciteit van de oppervlakte

infraroodstralers is zo gering, dat bij kortstondig contact geen verbrandgevaar bestaat. Om problemen door

hitteophoping te vermijden, mogen ze echter niet afgedekt of achter gordijnen opgehangen worden.

De opstelling van de oppervlakte- infraroodstralers met weergave van de daarbij horende

aansluitingscapaciteit zijn op afbeelding 3.5 geschetst. De opstellingen is zo gekozen, dat tegelijkertijd

- Een gelijkmatig `verlichten´ van de ruimte,

- Vermijding van stralingsasymmetrie,

- Een compensatie van de relatief geringe stralingstemperatuur van de raamoppervlaktes

30 van 53

- En het vermijden van directe aanstraling van raamoppervlaktes (grootste warmteverlies)

Gerealiseerd kon worden.

Ruiten zijn transparant voor zichtbaar licht en kortgolvig infrarood. Voor langgolvig infrarood (het bereik van

de warmtestraling bij de gebruikte infraroodstralers) is het bijna ondoordringbaar (net zoals bij zwarte ruiten in

het zichtbare bereik). Deze golflengteafhankelijkheid van de transparantie is bijvoorbeeld doorslaggevend

voor het zogenaamde heet huiseffect (hetgeen dat ruiten ook voor UV-licht bijna ondoordringbaar maakt,

speelt in deze context geen rol). De infraroodstraling kan dus wel de ruimte door de ruit niet verlaten, maar

wordt afhankelijk van de instraalhoek voor een groot deel door de ruiten geabsorbeerd (net zoals door de

muren) en warmt deze op. De rest van de niet geabsorbeerde infraroodstraling wordt in de ruimte

gereflecteerd. Het warmteverlies treedt dan in werking zoals bij de muren door transmissieverliezen en

stralingsverliezen door slechte isolatie parameters van het glas (hier worden geïsoleerde ruiten gebruikt), die

vanwege de slechte isoleerwaarden tegenover de buitenmuren oppervlaktematig gezien hoger is.

Aangezien de absorptie met stijgende invalshoek toeneemt (loodrecht het grootst), zou een direct aanstralen

van de ruiten vermeden moeten worden.

Afbeelding 3.5: Plan benedenwoning meetobject

Terasse – Terras

Bad + WC – bad en toiletruimte

Wohnzimmer – woonkamer

Flur – entree

Windfang – windvanger

Wohndiele – hal, vestibule

Schafzimmer - slaapkamer

Küche – keuken

Arbeitszzimmer – werkkamer (De bijbehorende foto´s zijn in de bijlage te vinden.)

31 van 53

De afstandsthermostaten zijn zo opgedeeld, dat ze direct van de infraroodstralers aangestraald worden

(´zichtcontact´) en zo als een zogenaamde globethermometer werken, waarmee de bedrijfstemperatuur

gemeten wordt. Het stroomverbruik-meetapparatuur werd dubbel geïnstalleerd, om met reservemogelijkheden

gegevensverlies tegen te gaan.

Om te meten werden de geïnstalleerde infraroodstralers tot vier ruimtegroepen samengevat.

Groep 1: badkamer

Groep 2: keuken/gang

Groep 3. Werkkamer/slaapkamer

Groep 4: woonkamer

In deze groepen zijn de meetwaarden in de onderstaande analyse vermeld

Daarnaast werden regelmatig (op zijn minst wekelijks op de afleesdagen voor het gasverbruik)

luchttemperatuur- en muuroppervlaktetemperatuur metingen met mobiele meetapparatuur (luchttemperatuur-

/vochtigheidsmeetapparatuur AZ 8703 en infrarood-thermometer Model ST-8838, bedrijf ELV) doorgevoerd,

om te controleren of in de IR-verwarmde ruimtes de gemiddelde muuroppervlaktetemperaturen hoger zijn dan

de luchttemperaturen.

De bovenwoning werd installatietechnisch niet verandert. Kort voor begin van het project werd enkel een

nieuwe circulatiepomp geïnstalleerd en de warmtecyclus hydraulisch ingesteld. De warmtecyclus van de

benedenwoning werd stilgelegd.

De drinkwaterverwarming werd in beide woningen door de gasverwarming overgenomen.

3.6 Praktijkproef

De installaties werden geïnstalleerd zoals gepland, en in oktober 2008 zijnde metingen begonnen. Eerst werd

in een praktijkproef getracht de beide woningen op gelijke luchttemperatuur te houden. Dit lukte niet door het

subjectieve verschillende gevoel van behaaglijkheid bij dezelfde luchttemperatuur. Zodra de aan de

thermostaten ingestelde en gemeten luchttemperatuur hetzelfde was, was of de IR-verwarmde woning

subjectief te warm bij een aangename temperatuur in de gasverwarmde woning of de gasverwarmde woning te

koud bij een aangename temperatuur in de IR verwarmde woning. De oorzaak ligt in het verschil van

verwarmingstype. Daarnaast is de behaaglijke temperatuur van de lucht afhankelijk van de gemiddelde

temperatuur van muur- en raamoppervlaktes (zie boven).

Daarom werden in de praktijkproef tot midden november 2008 de thermostaat instellingen zo verandert, totdat

in beide woningen het gelijk behaaglijke gevoel kwam.

Aangezien beide woningen door alle leden van dezelfde familie gebruikt werden, waren er geen verschillen in

gebruiksgedrag.

Bij dezelfde subjectieve behaaglijkheid kon de luchttemperatuur in de ruimtes van de IR verwarmde woning

ca. 1 tot 2 graden lager ingesteld worden dan in de desbetreffende gasverwarmde woning.

32 van 53

4 Resultaten en evaluatie

Na de praktijkproef werd het begin van de meettijd op 16-11-2008 vastgelegd. Het reservemeetsysteem voor

de infraroodverwarming werd op 26-11-2008 in gebruik genomen, om alle meetwaarden voor de zekerheid

dubbel te kunnen analyseren.

De vastgestelde meetgegevens voor de infraroodverwarming werden uit de gegevensloggers regelmatig met

bijbehorende software in een separate database op twee separate laptops gezet en voor de zekerheid

gekopieerd.

Aangezien de infraroodverwarming via de normale stopcontacten-stroomcyclussen waren aangesloten, werd

ter controle van de normale huishoud stroomtellers wekelijks afgelezen. Gelijktijdig werd de gasteller

afgelezen en ter controle van deze waarden de warmte hoeveelhedenteller voor de warmtecyclus van de

bovenwoning afgelezen.

Echter was de datum van deze teller om geijkt te worden reeds verlopen en kon daarom enkel als grof

aanknopingspunt tegen afleesfouten dienen.

De meettijdruimte eindigde op 30-04-2009. Daarna begon de gegevensverwerking en analyse.

Bij de gegevensverwerking werden de verbruikswaarden van de beide databases voor de infraroodverwarming

op gelijkheid gecontroleerd en tegen de verbruikswaarden van het huishoudstroom op plausibiliteit

gecontroleerd.

Zoals gewoonlijk werd met de afleeswaarden van de gasteller en warmte hoeveelheidteller omgegaan.

Alle bevestigde meetwaarden werden aansluitend ter verdere verwerking in een tabel calculatieprogramma

overgebracht.

4.1 De meetresultaten Hieronder zijn de grafisch verwerkte meetresultaten en de verbruikssommen over de gehele meettijd

weergegeven. De gedetailleerde tabelwaarden zijn in de bijlage toegevoegd.

Energieverbruik van de infraroodverwarming

De volgende afbeeldingen illustreren de individuele consumptie in de ruimte per groep

Energieverbruik badkamer

Afbeelding 4.1: verbruik van groep 1 (badkamer)

Tagesverbrauch – dagelijks gebruik

Datum – datum

33 van 53

Energieverbruik keuken/gang

Afbeelding 4.2: verbruik van groep 2 (keuken/gang)

Tagesverbrauch – dagelijks gebruik

Datum – datum

Energieverbruik werkkamer/slaapkamer

Afbeelding 4.3: verbruik van groep 3 (werkkamer/slaapkamer)

Tagesverbrauch – dagelijks gebruik

Datum – datum

34 van 53

Energieverbruik woonkamer

Afbeelding 4.4: verbruik groep 4 (woonkamer)

Tagesverbrauch – dagelijks gebruik

Datum – datum

In afbeelding 4.5 zijn de verbruiksgroepen in de dagsommen weergegeven.

Gezamenlijke energieverbruik

Afbeelding 4.5: gehele dag-energieverbruik van alle groepen

Tagesverbrauch – dagelijks gebruik

Datum – datum

Gruppe - groep

Het gehele verbruik van de infraroodverwarming in de complete meettijd was 7.305,92 kWh.

35 van 53

Energieverbruik van de gasverwarming

Het verbruik van de gasverwarming werd via de gastellers wekelijks toegevoegd. De verbruikte

gashoeveelheid werd met de van de plaatselijke voorziener aangegeven factoren in energie omgerekend. Dit is

op afbeelding 4.6 weergegeven.

Gezamenlijke energieverbruik gas

Afbeelding 4.6: week-energieverbruik van de gasverwarming

Wochenverbrauch – wekelijks gebruik

Kalenderwochen – kalender weken (weeknummers)

In vergelijking daartoe is het energieverbruik van de infraroodverwarming op wekelijkse basis op afbeelding

4.7 weergegeven.

Gezamenlijke energieverbruik infrarood

Afbeelding 4.7. Week-energieverbruik van de IR verwarming Wochenverbrauch – wekelijks gebruik

Kalenderwochen – kalender weken (weeknummers)

Gruppe – Groep

Het gehele verbruik van de gasverwarming in de complete meettijd was 34.742,33 kWh.

De separate meting van de energiehoeveelheid voor de drinkwaterverwarming zou behoorlijke inspanning bij

de installaties hebben veroorzaakt en werd daarom weggelaten. Omdat er overwegend warmwater voor het

douchen nodig was, werd een pakketwaarde van 400 kWh per persoon voor de meettijd van 5,5 maanden

36 van 53

gebruikt (normale standaardwaarden inclusief badwater liggen tussen 800 kWh en 1000 kWh per persoon en

jaar). Voor de regelmatig aanwezige bewoners is dit dan een verbruik van 1200 kWh.

Het gecorrigeerde totaalverbruik van de gasverwarming in de meettijd was daarom

33.542,33 kWh.

Om een vergelijking met de hedendaagse stand van HR-techniek mogelijk te maken, wordt het gecorrigeerd

totaalverbruik nogmaals 10% omlaag gerekend. Dat komt overeen met een verbruikswaarde, zoals dit met een

gas-HR-verwarming in het meetobject bereikbaar zou zijn.

Het berekende totaalverbruik van de gasverwarming in HR-techniek in de meettijd was dan

30.188,1 kWh.

4.2 Vergelijking van de totale waarden van het energieverbruik tijdens de onderzoekstijd

Om een vergelijkingsbasis voor het energieverbruik te hebben, worden deze over de woonoppervlaktes

gerekend.

Daarmee ontstaat:

Het woonoppervlakte totaalverbruik van de infraroodverwarming in de meet tijd was 7.305,92

kWh/102,6m2= 71,21 kWh/m2.

Het woonoppervlakte gecorrigeerde totaalverbruik van de gasverwarming in de meet tijd was dan

33.542,33 kWh/160,7m2= 208,73 kWh/m2.

Het woonoppervlakte betrokken berekende totaalverbruik van de gasverwarming in HR-techniek in de

meetperiode was 30188,1 kWh/160,7 m2 = 187,85 kWh/m2.

De woonoppervlakte betrokken totaalwaarden zijn op afbeelding 4.8 weergegeven.

Afbeelding 4.8: woonoppervlakte betrokken energieverbruik in vergelijking

Wohnflächenbezogener Energieverbrauch – Woonoppervlakte betrokken energieverbruik

Energieverbrauch in – energieverbruik in

NTG – lage temperatuur gas verwarming

BWG – HR-techniek

37 van 53

In vergelijking met een laagtemperatuur-gasverwarming (NTG) bedraagt het eindenergieverbruik van de

infraroodverwarming (IR) maar 34,1%, ten opzichte van de gasverwarming in HR-techniek (BWG) maar

37,9%. Dat betekend, het eindenergieverbruik van de gasverwarming bedraagt meer dan 2,5 keer meer dan die

van de infraroodverwarming.

5 Interpretatie van de resultaten

5.1 Interpretatie met betrekking tot het energieverbruik

Ondanks de van te voren als tendentieus vermoedde informatie over verschillende fabrikanten en hun interne

onderzoeken uit welke de onderzoekshypothese ontwikkeld werd, valt het verschil in eindenergie verrassend

duidelijk uit.

Aangezien systematische fouten door de keuze van het object en de meetverdeling zo goed als uitgesloten

werd en de bewoners betrouwbaar betrokken meegewerkt hebben (geen verandering in het verbruikgedrag

tijdens de meetperiode), kunnen de meetresultaten als typisch voor oude huizen aangenomen worden.

De verschillen waren de volgende:

A. Overdrachtsverliezen tussen gasbrander en verwarmingen; capaciteitverliezen in de Electro installatie

zijn veronachtzaam gering.

B. Instellingsverliezen (vanwege traagheid) door het instellen van de gasverwarming en de opslagmassa

van de verwarmingen.

Als de verwarmingen van de gasverwarming gedeeltelijk meer dan 10 minuten vanaf het openen van

de ventielen voor het opwarmen nodig hebben en na het open draaien nog minstens 30 minuten voor

het opwarmen van de ruimte, lag de opwarmtijd (op minstens 60°C) bij de infraroodstralers bij minder

dan 4 minuten en de afkoeltijd (van 60°C naar minder dan 30°C) bij minder dan 7 minuten.

Doorslaggevend was daarbij, dat de tijd, in die de infraroodstralers als warmteconvectie verwarming

werkten, zo kort mogelijk was.

Daarnaast is het gehele instellingsconcept van de infraroodverwarming met eigen ruimte instelling

zonder buitentemperatuur voelers veel flexibeler dan bij de gasverwarming.

Duidelijk laat zich het voordeel zien van de instellingssnelheid bij het minste verbruik van de

zuidelijkste georiënteerde woonkamer bij koude of koele, maar vooral bij zonnige dagen eind januari

en in de overgangstijd begin april.

Het vermijden van instellingsverliezen is ook één van de belangrijkste voordelen ten opzichte van alle

grote oppervlakteverwarmingen, bij die de traagheid nog groter is dan bij de radiatoren. Het hier

gespaarde aan eindenergie is met zulke verwarmingen ondanks lage verlooptemperaturen zeer

waarschijnlijk niet haalbaar.

C. Verschillende beluchting verliezen door verschillende luchttemperaturen in de ruimte. In beide

woningen werd op gelijke wijze gedisciplineerd gelucht.

D. Transmissiewarmteverliezen (droge/natte muur): de transmissiewarmteverliezen zijn in de praktijk

door natte muren enorm. De lage temperaturen van de binnenkanten van de buitenmuren bij

vriestemperaturen in het buitenbereik zijn bij ongeïsoleerde muren hoofdzakelijk door de verminderde

isolatiewaarden wegens doorvochten veroorzaakt.

De steekproefmetingen resulteerden in de gasverwarmde woning oppervlaktetemperaturen van de

binnenkant van de buitenmuren tot zo’n ca. 14°C lager.

De infrarood verwarmde muuroppervlaktes werden op minstens ca. 19°C gehouden en waren

gemiddeld altijd hoger dan de luchttemperatuur. Door de hoge oppervlaktetemperaturen werd

daarnaast opname van waterdampdoor de muren zo veel mogelijk tegen gegaan.

Voor een duidelijk verschil door het drogen en droog houden van de muren spreken ook doorgevoerde

metingen in huizen uit andere projecten, waar waterdamptegenhoudende verf op de binnenkanten van

buitenmuren geverfd werd. De muuroppervlaktetemperaturen blijven daarbij net (ca.1 K) onder de

luchttemperatuur. (www.hygrosan.de)

Vochtig muurwerk heeft ten opzichte van droog muurwerk drastisch verminderde isolatiewaarden.

4 % vocht verminderd de isolatie met ca. 50%. Door de uitdroging van de buitenmuren door de

infraroodverwarming (gebouwopdroging is een klassieke behandeling van infraroodstralers) zou de

isolatiewaarden waarschijnlijk zo sterk verhogen, dat de verhoging de transmissieverliezen door het

grotere temperatuurverschil tussen binnen- en buitenoppervlakte van de buitenmuren meer dan

compenseren.

38 van 53

(Ernst Vill: "Mauerfeuchtigkeit - Ursachen, Zusammenhänge, Lösungen", Verlag - Ernst Vill,

Sauerlach 2002)

5.2 Interpretatie met betrekking tot de kosten

Stroomkosten Als vergelijkingsbasis werden de in heel Duitsland beschikbare strandaard tarieven van de vier `klassieke`

landelijke stroomaanbieders EnBW, EON, RWE, Vattenfall en de vier landelijk beschikbare

ecostroomaanbieders EWS, Greenpeace Energy, Naturstrom, Lichtblick met 100% gecertificeerde

regeneratieve stroom gebruikt. Regionaal kunnen de getallen afhankelijk van de beschikbare aanbieders naar

boven of onder afwijken.

Het laagste standaardtarief (werkprijs voor 4.000 kWh, zomer 2009) lag bij 19,5 cent/kWh, de hoogste bij 23,8

cent/kWh. Aangezien het basistarief bij alle acht aanbieders ongeveer gelijk en te verwaarlozen zijn v, werden

deze in de kostenvergelijking niet meeberekend.

Gaskosten

Aangezien de vier grote stroomaanbieders EnBW, EON, RWE en Vattenfall ook als gasaanbieders op de

markt zijn, werden als vergelijkingsbasis ook deze landelijk beschikbare standaardtarieven gekozen. Regionaal

kunnen ook deze getallen afwijken.

Het laagste standaardtarief (werkprijs voor 20.000 kWh met stand zomer 2009) lag bij 5,0 cent/kWh, de

hoogste bij 5,9 cent/kWh. Aangezien het basistarief bij alle vier aanbieders zoals hiervoor ongeveer gelijk en

te verwaarlozen zijn, werden deze in de kostenvergelijking niet meeberekend.

Ontwikkeling van stroom- en gasprijzen De stroomprijzen zijn in de laatste 10 jaar sinds de liberalisering van de markten gemiddeld ca 2,25% per jaar,

de gasprijzen ca. 7,1% per jaar gestegen. De koppeling van gas- aan olieprijzen zal in toekomstige tijd zo

blijven en maar beide fossiele brandstoffen zullen snel minder worden.

De stijgingen bij de stroomprijzen werden tot 40% door heffingen van de staat veroorzaakt en er verschijnen

eerste kostverminderende effecten door regeneratieve stroomverwekking tot stand. Daardoor is een

voortzetting van deze verschillende ontwikkelingen zeer waarschijnlijk. Dat betekend dat de gasprijs ook in de

toekomst beduidend sneller zal stijgen dan de stroomprijs.

Onder deze bewering is de ontwikkeling op grond van de bovengenoemde stijgingstermijnen op afbeelding

5.1 weergegeven.

De blauwe lijnen laten de ontwikkeling van de gasprijzen zien, de groene die van de stroomprijzen. Beide over

het aantal jaren vanaf 2009.

Aangezien het gasverbruik van de gasverwarming in kilowatturen minstens 2,5 keer het stroomverbruik van

een infraroodverwarming is, moet de gasprijs met deze verbruik correctiefactor voorspelt worden. Dit is met

de rode lijn weergegeven.

Kostenvergelijkingsschatting tussen infrarood- en gasverwarming

Afbeelding 5.1 laat zien, dat de onder aan de gasprijslijn en boven aan de stroomprijslijn over ca. 14 jaar zich

snijden, dit betekend dat op zijn laatst dan het verbruik van infraroodstralers goedkoper is dan die van de

gasverwarming.

Aangezien de investeringskosten van de infraroodverwarming na eerste grove inschattingen maar ca. de helft

zijn van die van een gasverwarming, komt het sparen van kosten nog eerder, eventueel zelfs direct. Het gehele

overlappingsbereik, waar de gasverbruikskosten hoger kunnen worden dan de stroomverbruikkosten, is

gestreept aangegeven op de foto.

Regionaal bieden enige aanbieders speciale tarieven aan voor zogenaamde stroom voor directe verwarming.

Daarmee zijn de verbruikskosten van de infraroodverwarming over het algemeen direct goedkoper dan die van

de gasverwarming.

39 van 53

Als de werkelijke ontwikkeling van het op afbeelding 5.1 aangegeven vermoedde spectrum zou afwijken, kan

desondanks met grote waarschijnlijkheid van een vergelijkbare ontwikkeling uit worden gegaan.

(www.verivox.de)

Afbeelding 5.1: vermoedelijke prijsverloop van gas ten opzichte van stroom. Cent – cent

Spektrum der vermuteten entwicklung der strom-preise - Spectrum van de vermoedelijke ontwikkeling van de

elektriciteitsprijzen

Gewichtete gaspreiskurven – Gewogen gasprijs curves

Streuung der vermuteten gaspreisentwicklung - verdeling van de vermoedelijke ontwikkeling van de gasprijzen

Jahre ab – Jaren van

40 van 53

5.3 interpretatie met betrekking tot duurzaamheid/ecologie

CO2-Emissie

De gemiddelde waarden van de CO2-emissie bedraagt 541 g/kWh in de stroomverwekking in Duitsland in

2007 (bron: BDEW). Nieuwe gegevens zijn nog niet toegankelijk, daarom wordt deze waarde gebruikt.

Aangezien het aandeel van regeneratieve energieën in de stroommix voortdurend toeneemt, is de actuele

emissiewaarde eerder lager.

Bij de vergelijking van de CO2-emissies werd bewust de stroommix van het gehele jaar gebruikt, terwijl het

aandeel aan stroom uit koolcentrales en daarmee het CO2-aandeel in de winter groter is dan in de zomer.

Hetzelfde geldt echter ook voor het stroomaandeel uit windkrachtenergiecentrales, waarvan de capaciteit

behoorlijk uitgebouwd wordt. In eerste instantie moet er bij benadering een beginpunt worden bereikt.

Om tegenover de momenteel verschillende CO2-emissies fair te blijven, zou men consequent naast de

tijdelijke ook de ruimtelijke (afhankelijk van de plaats) waarden schommelingen mee moeten nemen.

Zo´n gedetailleerde weergave zou van de trend afleiden, zo snel mogelijk op regeneratieve energie over te

stappen. Een aanbeveling van fossiele brandstoffen wegens kort tijdige lagere CO2- emissie zou

contraproductief zijn voor deze trend, aangezien het gebruik voor minstens 20 jaar vaststaat.

Als vergelijkingsgrootte voor de gasverwarming wordt de standaardwaarde voor gas-HR-techniek van 249

g/kWh (IWU 2006) gebruikt, terwijl in het meetobject een emissiesterkere lage temperatuur-gasverwarming

geïnstalleerd is. Daarom is er ook een berekende gecorrigeerde verbruikswaarde voor een HR-techniek (BWG)

in het meetobject voor de vergelijking opgenomen.

Zet men de emissies met het woonoppervlakte betrokken energieverbruik samen, dan komt het volgende

daarbij tot stand:

Woonoppervlakte betrokken CO2-emissie van de infraroodverwarming (IR):

541 g/kWh * 71,21 kWh/m2 = 38,52 kg/m2.

Woonoppervlakte betrokken CO2-emissie bij de HR-gasverwarming (BWG):

249 g/kWh * 187,85 kWh/m2 = 46,77 kg/m2.

De waarden zijn op afbeelding 5.2 weergegeven.

Abeelding 5.2: vergelijking van de CO2-emissies

Het verschil tussen beide waarden is zeer groot, zodat de algemene uitspraak mogelijk is, dat de

infraroodverwarming met betrekking tot CO2-emissies beter uit de bus komt dan de gasverwarming. Dit geldt

nog meer bij het gebruik van 100% regeneratieve stroom.

41 van 53

Discussie over de energie kwaliteit

In de discussie om het verbruik van elektrische energie voor verwarmingsdoeleinden wordt vaak het begrip

exergie gebruikt, die de mate van energieaandeel van de gebruikte energievorm is, die maximaal gebruikt kan

worden. Hoe hoger de exergie, hoe hoger de fysieke kwaliteit van de energievorm. Elektrische energie heeft

daarna een veel hogere kwaliteit dan warmte-energie. (Exergie betekend - Het deel van de energie dat kan

worden omgezet in technische arbeid(natuurkunde) door een hoeveelheid stof naar omgevingscondities

(omgevingsdruk en -temperatuur) te brengen)

Vanwege deze kwaliteitsdefinitie is men vaak van mening, dat elektrische energie „zonde“ om te verwarmen

is. Deze beoordeling gaat absoluut aan het thema duurzaamheid voorbij. Zoals de inleidende informatie met

betrekking tot het thema energievormen en duurzaamheid uitgebreid is weergegeven, is in de eerste plaats

belangrijk of een energie regeneratieve bronnen heeft of niet.

Dit maakt de ecologische kwaliteit van een energievorm uit. Vooral de energiebronnen met het meest

generatieve, zoals de zon en de wind zijn bijzonder goed om in te zetten om elektrische energie te winnen.

De eindenergie in de vorm van elektrische stroom uit regeneratieve bronnen moet daarom hoogste prioriteit

hebben. Een met 100% regeneratief verwekte elektrische stroom infraroodverwarming is helemaal één van de

duurzaamste verwarmingen.

Aangezien de kosten voor 100% regeneratief huishoudsstroom intussen met conventionele aanbiedingen

gelijkgetrokken zijn, is hier ook geen ecologische achtergrond meer, een voorkeur voor de klassieke stroom-

mix te hebben (zie boven).

5.4 Interpretatie met betrekking tot medische en wellness-aspecten

Desondanks dat er geen expliciete medische of gezondheids onderzoeken plaatsgevonden hebben, waren er

ongevraagd vaak subjectieve beoordelingen door bewoners en bezoekers in deze richting. Typische

opmerkingen waren.

- Geen stofgeur/verwarmingsgeur; deze eigenschap werd vooral door personen met astma, die een groot

aandeel van de bezoekers uitmaakte, positief opgemerkt.

- Warme voeten (in tegenstelling tot de conventionele verwarming);

- Frisse (koele) lucht;

- plezierige warmte.

In het meetobject waren er geen acute problemen met schimmelvorming. Desondanks kan er over het

algemeen vanuit worden gegaan, dat de uitdroging van de muren de schimmelvorming en alle daarmee

verbonden gezondheidsrisico´s tegenwerkt.

5.5 Kritische opmerkingen over teksten op internetsites en reclamebeweringen in brochures van

fabrikanten

In de projectperiode waren er veel gesprekken met bezoekers van het meetobject. Daarnaast waren er veel

aanvragen voor het project, zowel van vakmensen alsook van geïnteresseerde leken, die het op de

projectwebsite gezien hadden. In deze gesprekken en aanvragen waren er veel vragen over internetwebsites en

reclamebladen van verwarming fabrikanten. Op de meest voorkomende fouten in de reclamebeweringen wordt

hier ingegaan:

- Perpetuum mobiel en de onwerkelijk efficiëntie coëfficiënten van straling

Door het foutieve gebruik van de stralings fysicalische gelijkheden wordt veelvuldig beweerd dat van

infraroodstralingen meer stralingscapaciteit afgegeven wordt dan wordt aangeleverd in de vorm van

elektrische energie. De infraroodstraler zou dan een Perpetuum Mobiel zijn, en dit zou schending van de wet

zijn voor energiebesparing in de fysica. Zulke beweringen zijn onzinnig tot onserieus.

Net zo onserieus zijn extreme waarden van stralings-werkingsgraden. Waarde van meer dan 90% zijn door

donkere stralers technisch gezien niet mogelijk. Waarden van 98% tot 100% hebben te maken met de

werkingsgraad van de omzetting van elektrische energie in warmte-energie over het algeheel, dus IR-stralings-

42 van 53

en warmteconvectie aandeel samen en niet met de IR-straling alleen. Toch wordt de indruk gewekt dat het hier

gaat om de straling efficiëntie .

- Infraroodverwarmingen die er geen zijn.

Van een paar aanbieders worden klassieke elektrische verwarmingen zoals vloer-, plafond- of

muurverwarmingen met ingebouwde verwarmingsfolies net als elektrische radiatoren als

infraroodverwarmingen op de markt gebracht. Hierbij gaat het echter om warmteconvectie-verwarmingen met

ten opzichte van normale warmteconvectie-verwarmingen een iets verhoogd stralingsaandeel. Het eerder in dit

onderzoek geanalyseerde bezuinigen zoals bij echte infraroodstralers is met zeer grote waarschijnlijkheid niet

mogelijk.

Hetzelfde geldt voor elektrisch vrij opstelbare oppervlakteverwarmingen, waarvan de oppervlaktetemperatuur

onder de 60°C (normaal gesproken 30°C tot 50°C) liggen of bij die door de soort opbouw hoge

warmteconvectie ontstaat (schoorsteeneffect). Ook bij deze overheerst het warmteconvectie-aandeel.

Ook deze verwarmingen worden als infraroodverwarmingen aangeprezen, terwijl ze dit op grond van de eerder

genoemde definitie niet zijn.

6 Conclusies en vooruitzichten

Uit het onderliggend onderzoek kon geconcludeerd worden, dat de infraroodverwarming een zinvol alternatief

ten opzichte van ´normale´ verwarmingsystemen is.

Tot nu toe wordt de infraroodverwarming in normen (bijvoorbeeld straling efficiëntie bij elektrische

oppervlakteverwarmingen) en verordeningen (bijvoorbeeld EnEV) niet of niet voldoende onderzocht.

In de EnEV wordt het met `normale` elektrische –individuele verwarmingen gelijkgesteld, terwijl men hier

door het principe van de stralingverwarming ten opzichte van de normaal gesproken meest gebruikte

elektrische verwarmingen op de basis van warmteconvectie naar verwachting bezuinigen kan.

Bij de bovengenoemde bedrijfsinterne vergelijkingen kan tussen elektrische vloerverwarmingen of nacht

accumulatie verwarmingen en infraroodverwarmingen ca. 50% bespaard worden.

Deze beweringen worden door het onderliggend onderzoek indirect bevestigd, aangezien de bedrijfinterne

vergelijkingen tussen gas- en infraroodverwarmingen over het algemeen direct bevestigd wordt.

Vooral het vervangen van nacht accumulatie verwarmingen en elektrische vloerverwarmingen zou vanwege de

eenvoudige omzetting (weinig of geen extra elektro-installatie, enkel infraroodstraler montage) en vooral

geringe investeringskosten (over het algemeen de helft of minder van een gas-verwarming) een makkelijk

uitvoerbare klus voor de stijging van de .

Nog meer kwaliteit criteria, die voor de infraroodverwarmingen spreken zijn:

Geringe investeringskosten

Geen extra kosten (bijvoorbeeld schoorsteenveger)

Geen periodieke controles

100% regeneratief mogelijk

Ook al zijn er geen vergelijkbare onderzoeken met betrekking tot fabricaten, toch zijn er algemene

eigenschappen voor infraroodstralers (donkere stralers) in woonruimtes die zich door dit project op kunnen

laten stellen:

Oppervlaktetemperaturen tussen 60°C en 120°C,

Geen opslagmassa´s en

Eenvoudige, vlakke opbouw, om het warmteconvectie-aandeel te minimaliseren.

In nakomende onderzoeken zouden de resultaten van het onderliggend onderzoek een bredere opzet moeten

hebben. Vooral zou daarmee keuze- en dimensionerings criteria voor infraroodsystemen zowel bij de

sarnering in het bestand, alsook in nieuwe huizen onderzocht moeten worden. Erg interessant is hierbij het

vervangen van nacht accumulatie verwarmingen.

43 van 53

Daarnaast zijn zinvolle alternatieven voor een mogelijk duurzame en efficiënte drinkwaterverwarming ten

opzichte van eerder beleid te ontwikkelen.

7 Literatuurlijst

Navolgend worden enkel onderbouwende leerboeken als achtergrondinformatie opgesteld. Vanwege het betere

overzicht worden de in het verslag direct aangegeven literatuurboeken hier nogmaals genoemd.

Kübler, Thomas: Infrarot-Heizungstechnik für Großräume, Vulkan Verlag 2001

Herwig, Heinz: Wärmeübertragung A - Z: Systematische und ausführliche Erläuterungen wichtigerGrößen

und Konzepte, Springer, Berlin; 1. Auflage, 2000

Polifke, Wolfgang; Kopitz, Jan: Wärmeübertragung. Grundlagen, analytische und numerische

Methoden, mit SoftwarePaket Scilab auf CD-ROM; Pearson Studium 2005

Herr, Horst: Wärmelehre. Technische Physik 3; Europa-Lehrmittel; 4. A., 2006

Konstantin, Panos: Praxisbuch Energiewirtschaft: Energieumwandlung, -transport und –beschaffung im

liberalisierten Markt; Springer, Berlin; 2. Aufl. 2009

Petermann, Jürgen (Herausgeber): Sichere Energie im 21. Jahrhundert; Hoffmann und Campe, 2008

44 van 53

Toebehoren

Toebehoren A: Tabellen

Tabel 1: Dagelijks gemeten waarden van het elektriciteitsverbruik voor infrarood verwarming van de gemeten

groepen.

45 van 53

46 van 53

47 van 53

48 van 53

Tabel 2: Wekelijks gemeten waarden van het elektriciteitsverbruik voor infrarood verwarming van de gemeten

groepen.

Kalender-wochen – kalenderweken (weeknummers)

Wochenwerte –wekelijkse waarde

Gruppe - groep

49 van 53

Tabel 3: Wekelijkse metingen op verbruik gas verwarming

Datum – datum

Zählerstände gas – meterstanden gas

Kalenderwochen –kalenderweken (weeknummers)

Wochengebrauch – wekelijks gebruik

Kubikmeter gas – kubieke meter gas

50 van 53

Toebehoren B: foto’s

Foto B1: Slaapkamer

Foto B2: Woonkamer

51 van 53

Foto B3: Badkamer

52 van 53

Foto B4: Keuken

Foto B5: Hal, Vestibule

53 van 53

Foto B6: Werkkamer