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Die Wiederentdeckung der Wärmflasche

Thu, 20 Jan 2022 00:00:00 +0000

Wärmflaschen können viel Energie und Geld sparen, ohne dass der Wärmekomfort darunter leidet. Sie funktionieren sowohl in Innenräumen als auch im Freien. Illustration: Marie Verdeil.

Eine Wärmflasche ist ein verschließbarer, mit heißem Wasser gefüllter Behälter, der oft von einer Textilhülle umschlossen ist und zum Zwecke des Wärmekomforts direkt auf eine Körperstelle gelegt wird. In einigen Ländern wie in Großbritannien und Japan ist die Wärmflasche immer noch ein gängiger Gebrauchsgegenstand, aber in den meisten Industrieländern ist sie weitgehend in Vergessenheit geraten oder wird nicht mehr ernst genommen. Diejenigen, die sie noch kennen, assoziieren sie in der Regel eher mit Schmerzlinderung als mit Wärmekomfort, oder sie halten ihre Verwendung für eine überholte Praxis für Arme und ältere Menschen.

Als ich jedoch zwei Dutzend Wärmflaschen als Weihnachtsgeschenk an Freunde und Verwandte verschickte, waren die Reaktionen fast ausnahmslos begeistert. Die Leute zeigen sich sehr überrascht, dass ein so bescheidener Gegenstand so viel Behaglichkeit spenden kann. Da ich weder die Zeit noch das Geld habe, um Wärmflaschen an jeden Menschen zu verschicken, habe ich diesen Artikel geschrieben. Er basiert weitgehend auf meiner persönlichen Erfahrung – ich benutze Wärmflaschen seit vielen Jahren und sie sind die einzige Wärmequelle in meiner Wohnung.

Die Geschichte der Wärmflasche

Der kroatische Erfinder Eduard Penkala ließ sich die Wärmflasche aus Gummi – die er “Termofor” nannte – 1903 patentieren. Sie kam jedoch nicht aus dem Nichts. Tatsächlich reicht die Geschichte der Wärmflasche Tausende von Jahren zurück, wenn auch in unterschiedlichen Formen.

Wärmflasche aus Gummi, hergestellt in Deutschland (1925-35). Quelle: [Museum Rotterdam](https://museumrotterdam.nl/collectie/item/76113-A-B).

Die ersten “Wärmflaschen” waren nichts anderes als Menschen und Tiere. Seit Menschengedenken haben sich die Menschen eng aneinander gekuschelt, um sich zu wärmen. So war es zum Beispiel üblich, dass alle Familienmitglieder und sogar Gäste zusammen in einem Bett schliefen. ¹ Und man nutzte auch seine Tiere als lebende “Wärmflaschen” mit Fell.

Man kuschelte sich an Kühe und Schweine, die sich den Wohnraum teilten oder im darunter liegenden Stall waren. Im 18. Jahrhundert benutzen Frauen der Oberschicht speziell gezüchtete Zwergpudel (“Handhunde”), um ihren Schoß und ihre Hände warm zu halten. [^2] Persönliche Wärmequellen gab es auch in Form von Gegenständen (Steine, Ziegel, Kartoffeln), die im oder neben dem Feuer erhitzt wurden. Sie wurden dann in Stoff oder Papier eingewickelt und in die Kleidung oder ins Bett gesteckt.

Bereits um 1500 begannen die Menschen, alle Arten von tragbaren Behältern mit heißen Kohlen zu füllen. Diese wurden als Fußwärmer, Handwärmer und Bettwärmer verwendet. ² Die meisten waren aus Metall, entweder Messing oder Kupfer, und befanden sich in Holz- oder Keramikhüllen, um Verbrennungen zu vermeiden. Im Laufe der Zeit wurden die heißen Kohlen durch heißes Wasser ersetzt, das ein sauberes und weniger gefährliches Wärmespeichermedium ist.

Die ersten “echten” Wärmflaschen waren zunächst aus hartem Material wie Glas, Metall oder Keramik gefertigt. Erst mit der Erfindung von vulkanisiertem Gummi im neunzehnten Jahrhundert wurden komfortablere, leichte und flexible Wärmflaschen möglich. Spanische Freunde haben mir von Wärmflaschen erzählt, die aus Leder hergestellt wurden, obwohl ich diese Information nicht überprüfen konnte. Das wäre nicht verwunderlich, wenn man bedenkt, dass überall auf der Welt “Schläuche” zur Aufbewahrung von Flüssigkeiten verwendet wurden.

Ein Beispiel für eine Wärmflasche, die Mitte des 20. Jahrhunderts in Haushalten üblich war, bevor Gummiwärmflaschen verwendet wurden (1940er Jahre, Melbourne, Australien). Quelle: Victorian Collections. [https://victoriancollections.net.au/items/5a2622e921ea6a17dcba0799](https://victoriancollections.net.au/items/5a2622e921ea6a17dcba0799).

Eine Fomentationskanne wird mit heißem Wasser gefüllt und ähnlich wie eine Wärmflasche verwendet, um dem Körper Wärme zuzuführen. Fomentation bedeutet eigentlich “das Auftragen von warmen Flüssigkeiten zur Behandlung der Haut”. Diese ovale Kanne ist so gebogen, dass sie sich dem Körper anpasst. Hersteller: Kenworthy Son and Company. Herstellungsort: Southport, Sefton, Merseyside, England, Großbritannien. Quelle: Science Museum, London. (CC BY 4.0). [https://wellcomecollection.org/works/gf42542b](https://wellcomecollection.org/works/gf42542b).

Sechseckige Wärmflasche, Österreich, 1791-1798. Diese sechseckige Wärmflasche ist aus Zinn gefertigt und mit einer Waldszene verziert. Quelle: Science Museum, London. (CC BY 4.0). [https://wellcomecollection.org/works/b452vwjm](https://wellcomecollection.org/works/b452vwjm).

Dieser Fußwärmer (aus dem Jahr 1927) wurde in Krankenhäusern verwendet, um Patienten warm zu halten. Der aus verzinntem Eisen gefertigte Wärmer wurde mit heißem Wasser gefüllt und mit einem Stöpsel verschlossen. Herstellungsort: Glasgow, Schottland, Großbritannien. Quelle: Science Museum, London. (CC BY 4.0). [https://wellcomecollection.org/works/mfjujndv](https://wellcomecollection.org/works/mfjujndv)

Französischer Fußwärmer, Datum unbekannt. Quelle: Musée Départemental Albert Demard

Wärmflaschen heute

Die klassische Wärmflasche, die Sie heute kaufen können, besteht entweder aus Gummi oder aus PVC-Kunststoff. Letzterer hat aber kaum Vorteile. Er ist oft etwas billiger und kann transparent gemacht werden, aber im Gegensatz zu Gummi enthält er giftige Chemikalien um den Kunststoff flexibel zu machen. Eine dritte Möglichkeit – die etwas schwieriger zu finden ist – sind starre Wärmflaschen aus Hartplastik, die keine chemischen Weichmacher enthalten.

Die typische japanische Wärmflasche (der “Yutanpo”) ist eine solche. Sie stammt aus dem 15. Jahrhundert. Damals wurde sie noch aus Metall oder Keramik hergestellt. Natürlich kann jeder verschließbare Behälter als Wärmflasche verwendet werden. Ich habe mit Erfolg Trinkflaschen aus Metall und sogar PET-Plastikflaschen verwendet – dazu später mehr.

Trotz ihres altbackenen Rufs hat die Wärmflasche in letzter Zeit einige interessante Neuerungen erfahren.

Die typische Wärmflasche ist mehr oder weniger rechteckig und kann bis zu zwei Liter Wasser fassen. Doch trotz ihres altbackenen Rufs hat die Wärmflasche in letzter Zeit einige interessante Neuerungen erfahren. Es gibt mittlerweile deutlich kleinere Modelle, die zwischen 0,2 und 0,8 Liter Wasser fassen. Nach ihrer Hülle zu urteilen, sind sie vor allem für Kinder gedacht, aber Erwachsene können sie auch in die Jackentasche oder in die Kleidung stecken.

Und es gibt auch größere Wärmflaschen, die bis zu drei Liter Wasser oder mehr fassen. Die erfolgreichste Neuheit schließlich hat die Form eines Hotdogs: Es handelt sich um eine 80 Zentimeter lange Wärmflasche, die um die Taille gebunden werden kann. Aber auch auf dem Sofa oder im Bett ist dieses Modell sehr bequem und kann problemlos von zwei Personen genutzt werden. Sie fasst bis zu zwei Liter Wasser.

Wärmflaschen aus Gummi und PVC. Bild von Marie Verdeil.

Wärmflaschen aus Gummi. Bild von Marie Verdeil.

Eine japanische Wärmflasche aus Hartplastik – auch Yutampo genannt. Quelle: All About Japan. [https://allabout-japan.com/en/article/6244/](https://allabout-japan.com/en/article/6244/)

Das japanische Yutampo ist weiterhin in Metall erhältlich. Quelle: Maruka.

Wärmflaschen können vielfältig genutzt werden

Wer Wärmflaschen kennt, denkt meist an einen Bettgenossen. Aber sie können einen wirklich überall und den ganzen Tag über warm halten. Nicht nur auf dem Sofa, sondern auch am Tisch oder am Schreibtisch. Man kann sich z. B. mit einer oder mehreren Wärmflaschen umgeben, während man auf einem Stuhl sitzt.

Je nach Temperatur verwende ich eine, zwei oder sogar drei Wärmflaschen auf einmal. Ich lege sie auf den Schoß, in den unteren Rücken und/oder unter die Füße. Auch wenn die Wärmflasche nur diese Körperteile direkt erwärmt, verteilt sich ihre Wärme dank der Blutzirkulation überall im Körper.

Man kann die Wärmflasche auch unter einer Decke verwenden, um es noch bequemer zu haben. Wenn ich mir eine Decke über den Schoß lege, während ich am Schreibtisch sitze, bleibt die Wärmflasche länger warm.

Noch besser sind Decken mit einem Loch in der Mitte, durch das man den Kopf stecken kann – eigentlich Ponchos – oder solche mit Ärmeln. Wenn sie groß genug sind, können sie wie Zelte verwendet werden und den ganzen Körper in dem von den Wärmflaschen geschaffenen Mikroklima halten. Eine Wärmequelle mit lockerer Kleidung zu umhüllen, war früher eine recht verbreitete Strategie, um sich warm zu halten.

Eine Decke hält die Wärme der Wärmflaschen zurück. Illustration von Marie Verdeil.

Man kann sogar noch einen Schritt weiter gehen, indem man eine große Decke über den Schreibtisch oder Tisch legt und dann die Beine darunter schiebt. Solche einfachen Heizvorrichtungen wurden in verschiedenen Teilen der Welt verwendet, meist mit heißer Kohle als Wärmequelle. Beispiele sind das japanische “Kotatsu”, das nahöstliche “Korsi” und das spanische “Brasero de Picón”.

Die ersten beiden sind eher niedrig – man sitzt auf dem Boden –, während der letztere der üblichen Sitzhöhe in der westlichen Welt entspricht. Es ist einfach, eine solche Heizvorrichtung zu bauen, und ein paar Wärmflaschen sind die ultimative Wärmequelle dafür.

Wärmflaschen im Freien und unterwegs

Die obigen Ausführungen gelten natürlich nur für Personen, die sich nicht fortbewegen. Der Bedarf an einer externen Wärmequelle nimmt ab, wenn wir uns bewegen und körperlich aktiv sind, da unser Körper selbst mehr Wärme produziert.

Dennoch können Wärmflaschen auch dann warm halten, wenn wir Dinge im Stehen erledigen oder uns durch einen Raum oder ein Gebäude bewegen. Sie können unter der Kleidung oder sogar in speziell dafür vorgesehenen Taschen oder Rucksäcken getragen werden. Ein kleiner Rucksack mit einer Wärmflasche zwischen den Schulterblättern funktioniert auch sehr gut auf einem Stuhl.

Wärmflaschen sorgen für Wärmekomfort bei geöffneten Fenstern. Illustration von Marie Verdeil.

Wärmflaschen funktionieren also drinnen und draußen gleichermaßen – vorausgesetzt, der Körper ist vor Wind und Regen geschützt – oder in Innenräumen bei geöffneten Fenstern. Moderne Zentralheizungen sorgen für thermische Behaglichkeit, indem sie hauptsächlich die Raumluft erwärmen, was natürlich weder im Freien noch bei geöffneten Fenstern funktioniert. Eine Wärmflasche hingegen gibt ihre Wärme über direkte Wärmeleitung (“Konduktion”) an den Körper ab. Sie wärmt Menschen, nicht Räume.

Dies macht Wärmflaschen auch zu einer praktischen und nachhaltigen Alternative zu Terrassenheizungen in Bars und Restaurants. Die Investition ist minimal: eine Reihe von Wärmflaschen und ein Wasserkocher. Das Wasser kann immer wieder verwendet werden. Alternativ könnte jeder seine eigene Wärmflasche mitbringen und sie auf der Terrasse auffüllen.

Wärmflaschen sind eine praktische und nachhaltige Alternative zu Terrassenheizungen in Bars und Restaurants.

Man könnte sogar noch weiter gehen und eine öffentliche Infrastruktur ins Auge fassen, in der man seine Wärmflasche nicht nur in Bars, sondern an verschiedenen Orten wie Schulen, Büros und öffentlichen Plätzen auffüllen kann. ³ Die Menschen könnten sich um Wärmespender versammeln, so wie sie sich auch an Wasserspendern treffen.

Historisch gesehen wurden Wärmflaschen – und ihre Vorgänger auf Kohlebasis – auch außerhalb des Hauses verwendet – z. B. in Kutschen, Zügen und unbeheizten Kirchen. Kleinere Wärmequellen wurden in Handwärmer oder Manteltaschen gesteckt. Heutzutage könnte man heißes Wasser einfach in einer Thermosflasche mitnehmen und Stunden später in seine Wärmflasche umfüllen.

“Queens Muff Warmer” aus Steingut. Quelle: Antiques Atlas. [https://www.antiques-atlas.com](https://www.antiques-atlas.com).

Gewölbte rechteckige Wärmflasche, Frankreich, 1751-1810. Diese Wärmflasche aus Weißmetall, einer Legierung aus Zinn und Blei, ist mit Vögeln und Pflanzen graviert und hat eine geschwungene Form, damit sie eng am Körper anliegt. Quelle: Science Museum, London. (CC BY 4.0). [https://wellcomecollection.org/works/g5ufhayn](https://wellcomecollection.org/works/g5ufhayn).

Wie viel Energie kann man mit Wärmflaschen einsparen?

Es überrascht nicht, dass es wenig – oder eigentlich gar keine – akademische Forschung über das Energiesparpotenzial von Wärmflaschen gibt. Lowtech-Lösungen werden selten ernst genommen. Stattdessen haben Wissenschaftler in den letzten Jahren aufwendige persönliche Hilfsmittel wie elektrisch beheizbare Schreibtische und Stühle, Wärmestrahler oder batteriebetriebene Heizkissen untersucht. ⁴⁵⁶

Diese Alternativen erscheinen im Vergleich zur Wärmflasche unnötig kompliziert. Wasser kann auf viele Arten erhitzt werden, sowohl mit Hightech als auch mit Lowtech, und die Gefäße können aus lokal verfügbaren Materialien hergestellt werden.

Dennoch zeigen diese Studien, dass auch solche technischen Wärmequellen, die eine ähnliche Wirkung wie Wärmflaschen haben, viel Energie sparen und gleichzeitig das Wohlbefinden erhalten und oft sogar verbessern. So zeigte eine Studie, dass die Senkung des Thermostats in einem Büro von 20,5°C auf 18,8°C den thermischen Komfort sogar erhöht, wenn die Mitarbeiter stattdessen auf einem beheizten Bürostuhl sitzen können. Dabei ging der Energieverbrauch um 35 % zurück.

Es gibt nur wenige Maßnahmen an der Gebäudehülle, die mit einer so geringen Investition so große Energieeinsparungen erreichen können, und dennoch war die Senkung der Lufttemperatur in diesem Experiment alles andere als radikal. Würden persönliche Wärmequellen mit wärmerer Kleidung und/oder Decken kombiniert, könnte die Energieeinsparung noch viel größer ausfallen.

Eine andere Möglichkeit, das Energiesparpotenzial der Wärmflasche zu untersuchen, besteht darin, zu berechnen, wie viel Energie für die Zubereitung einer Wärmflasche benötigt wird, und dies mit dem Energieverbrauch einer Zentralheizung zu vergleichen. Da Wärmflaschen aus Gummi oder PVC für eine sichere und bequeme Nutzung nur zu zwei Dritteln gefüllt werden können, gehe ich von einem etwas größeren Modell (drei Liter) aus, das in der Praxis mit zwei Litern Wasser befüllt wird.

Damit gilt die Berechnung auch für Behälter, die vollständig gefüllt werden können, wie z. B. die japanischen Yutampo. Wir brauchen 4.200 Joule, um die Temperatur von 1 Liter um 1 Grad Celsius zu erhöhen. Das bedeutet, dass das Erwärmen von 2 Litern Wasser von 10°C auf 60°C 420 Kilojoule oder 116,7 Watt pro Stunde erfordert.

Werbung für die “Cosimax”-Wärmflaschen von Westbrook & Thompson Ltd, hergestellt aus Dunlop-Gummi. 1938. Science Museum / Science & Society Picture Library. Quelle: [https://www.ssplprints.com/image/95677/sleep-well-hot-water-bottle-august-1938](https://www.ssplprints.com/image/95677/sleep-well-hot-water-bottle-august-1938).

Im Vergleich dazu liegt der durchschnittliche Energieverbrauch eines Haushalts für das Heizen mit Gas in Belgien, wo ein gemäßigtes Klima herrscht, bei 20.000 kWh pro Jahr. Geht man davon aus, dass die durchschnittliche belgische Heizung sechs Monate im Jahr genutzt wird, entspricht der tägliche Energieverbrauch 109,6 kWh pro Tag. Damit könnte man etwa 900 Wärmflaschen pro Tag befüllen – genug, um die ganze Nachbarschaft warm zu halten.

Nehmen wir an, vier Familienmitglieder benutzen jeweils zwei Wärmflaschen gleichzeitig und erhitzen sie alle zwei Stunden, insgesamt 16 Stunden lang. Die Gesamtenergiekosten würden dann immer noch unter 4 kWh liegen, fast 30 Mal niedriger als der Durchschnittsverbrauch einer belgischen Familie.

Damit soll nicht gesagt werden, dass die Wärmflasche eine Zentralheizung generell vollständig ersetzen soll. Aber die kurzen und milden Winter hier in Barcelona machen das für mich tatsächlich möglich, denn meine ungeheizte Wohnung wird eigentlich nie kälter als 12°C.

In weniger günstigen Klimazonen können Wärmflaschen mit einer Zentralheizung kombiniert werden. Die Wärmflaschen schaffen Inseln des thermischen Komforts für Aktivitäten mit geringem Stoffwechsel, während der Rest des Raums eine ausreichende Temperatur hat, um sich darin zu bewegen oder körperlich aktiv zu sein.

Sicherheit

Heißes Wasser ist weniger gefährlich als glimmende Kohle, aber es ist nicht ungefährlich und Wärmflaschen sollten immer mit Vorsicht verwendet werden. In der Betriebsanleitung steht, kein kochendes Wasser zu verwenden, was bereits ein guter Rat ist, aber heißes Wasser muss nicht kochen, um gefährlich zu werden. Wasser mit einer Temperatur von über 60 °C kann verbrühen und zu sehr schweren Verletzungen führen.

Daher wird empfohlen, nur nicht ganz so heißes Wasser mit einer Temperatur unter 60°C zu verwenden. Diese Temperatur ist ausreichend hoch, um sich wohlzufühlen, und der einzige Vorteil der Verwendung von heißerem Wasser besteht darin, dass man es seltener erhitzen muss.

Zu heißes Wasser kann Ihnen in mehrfacher Hinsicht schaden. Erstens besteht immer die Gefahr, dass Sie beim Einfüllen der Flasche heißen Wasser auf Ihre Hände verschütten. Zweitens kann eine Wärmflasche aus Gummi oder Kunststoff undicht werden, entweder durch den Deckel oder durch die Nähte.

Und schließlich, und das ist das schlimmste Szenario, kann eine Wärmflasche platzen und zwei Liter heißes Wasser über Ihren Körper ausgießen. Solche Unfälle sind selten, da Wärmflaschen heutzutage nach hohen Qualitätsstandards hergestellt werden. Sie kommen jedoch vor, zumeist wenn die Wärmflasche altersbedingt spröde geworden ist.

Die “Jayne Mansfield Hot Water Bottle” kam 1957 auf den Markt. Die Mansfield-Figur – in einer Pin-up-Pose mit den Händen im Nacken und in einem aufgemalten schwarzen Bikini – besteht aus “errötendem” rosafarbenem Kunststoff mit einem hutförmigen Verschluss und ist von Kopf bis Fuß fast 50 cm groß. Quelle: [https://vintagenewsdaily.com/at-the-height-of-her-career-in-the-1950s-jayne-mansfield-even-modeled-for-this-awesome-hot-water-bottle/](https://vintagenewsdaily.com/at-the-height-of-her-career-in-the-1950s-jayne-mansfield-even-modeled-for-this-awesome-hot-water-bottle/).

Um Wärmflaschen aus Gummi oder PVC bei höheren Temperaturen sicher zu verwenden, ist es wichtig, sie sorgfältig zu behandeln und sie nach einigen Jahren Gebrauch auszutauschen. Wenn Sie wirklich höhere Wassertemperaturen verwenden wollen, sind Wärmflaschen aus Metall – mit einer Hülle, um Hautverbrennungen zu vermeiden – die sicherste Option.

Wenn Sie nur Wasser unter 60°C verwenden, ist das Schlimmste, was passieren kann, dass Sie nass werden. Wenn Sie PET-Wärmflaschen verwenden, sollten Sie sich unbedingt an die Höchsttemperatur halten, denn bei höheren Temperaturen könnten sie schmelzen. Außerdem sollte das heiße Wasser aus einer PET-Wärmflasche nicht zum Trinken verwendet werden, da die höheren Temperaturen Chemikalien freisetzen können.

Wasserverbrauch und Infrastruktur

Wärmflaschen benötigen eine Wasserquelle. Man kann das gleiche Wasser tausende Male wiederverwenden und so den Wasserverbrauch auf wenige Liter für die gesamte Lebensdauer der Wärmflasche beschränken. Das ist jedoch nicht immer die praktikabelste Lösung. In modernen Haushalten kommt heißes Wasser üblicherweise aus einem Wasserkocher, einem Topf auf dem Herd oder dem Warmwasserhahn.

Heißes Leitungswasser ist zwar die sicherste Wasserquelle für eine Wärmflasche, aber wenn das Wasser abgekühlt ist, gibt es keine Möglichkeit, es zum Wiederaufwärmen zurück in die Leitungen zu bringen. Außerdem dauert es einen Moment, bis heißes Wasser aus dem Hahn kommt, so dass effektiv mehr als zwei Liter Wasser verbraucht werden.

Selbst eine etwas geringere Duschhäufigkeit liefert problemlos das Wasser und die Energie für den Dauerbetrieb der Wärmflasche.

Die Verwendung eines Wasserkochers – oder eines Topfes auf dem Herd – macht es einfach, das gleiche Wasser immer wieder zu verwenden, hat aber auch Nachteile. Erstens: Wenn Ihr Wasserkocher nicht mit einer variablen Tempreratureinstellung ausgestattet ist, müssen Sie sicherstellen, dass das Wasser nicht zu heiß wird. Ich löse dieses Problem, indem ich ein Digitalthermometer in den Wasserkocher halte, während ich das Wasser erwärme.

Zweitens: Wenn Sie das Wasser aus Gummiwärmflaschen wieder aufwärmen, kann der Wasserkocher (oder der Teekessel) nicht mehr zum Erhitzen von Wasser für den menschlichen Verzehr verwendet werden, da das Wasser einen schlechten Geschmack annimmt. Sie müssen also entweder einen separaten Wasserkocher für das Wasser in den Wärmflaschen verwenden oder das Wasser im einzigen Wasserkocher im Haus erhitzen und es dann nach der Verwendung in den Ausguss gießen.

Selbst wenn das Wasser nicht für andere Zwecke wiederverwendet wird (z. B. zum Gießen der Pflanzen), ist die Verschwendung recht gering. Einmal duschen kann im Durchschnitt bis zu 37 Wärmflaschen füllen. Ebenso entspricht eine durchschnittliche Dusche der Energiemenge, die benötigt wird, um 17 Wärmflaschen zu erwärmen (die heißeres Wasser benötigen als das Duschwasser). Schon eine etwas geringere Duschhäufigkeit liefert Ihnen also problemlos das Wasser und die Energie für eine kontinuierliche Nutzung von Wärmflaschen.

Wärmflasche aus Keramik (1901-1910). Quelle: Auckland War Memorial Museum

Japaner boten ihren Gästen einen kleinen rundlichen Keramiktopf – einen “te-aburi” – an, der mit heißer Kohle gefüllt war. Handwärmer aus Kupfer oder Bronze mit einem Durchmesser von wenigen Zentimetern, die oft perforiert waren und Tragegriffe hatten – “shou lu” genannt – wurden in China verwendet. Das Bild ist gemeinfrei. Lesen Sie mehr: [https://homethingspast.com/2011/11/26/hand-warmers-muff-warmer/](https://homethingspast.com/2011/11/26/hand-warmers-muff-warmer/).

Kalte “Wärmflaschen”

Wärmflaschen können auch zum Kühlen verwendet werden. In diesem Fall werden sie mit kaltem Wasser gefüllt oder in den Gefrierschrank gelegt. Das Kühlen von Menschen ist viel energieeffizienter als das Kühlen von Räumen. Ich habe keine Klimaanlage und verlasse mich im Sommer, wenn die Temperaturen meist über 30°C liegen, ausschließlich auf Ventilatoren und kalte Wärmflaschen. Ich verwende diese “Kaltwasserflaschen” auf ähnliche Weise wie Wärmflaschen – sie kommen ins Bett, unter meine Füße oder an meinen Rücken.

Zum Kühlen verwende ich PET-Wärmflaschen und Trinkflaschen aus Metall, aber keine Gummiwärmflaschen, da diese hart und brüchig werden. Achten Sie darauf, die Flasche nicht vollständig zu füllen – Wasser dehnt sich aus, wenn es gefroren ist – und die Flasche in eine Schutzhülle zu stecken, um ein Erfrieren der Haut zu verhindern. Bedenken Sie auch, dass sie außen etwas nass werden, wenn das Eis schmilzt – dieser Effekt verstärkt jedoch noch die Kühlung. Wie warme Wärmflaschen können auch kalte Wärmflaschen sowohl drinnen als auch draußen verwendet werden.

[^2] : https://www.encompassingdesigns.com/blog/hot-water-bottlesa-thing-of-the-past

Dieser Brauch war mit strengen Regeln verbunden. So schliefen beispielsweise männliche Besucher auf der einen Seite des Bettes, während die Töchter der Familie auf der anderen Seite lagen. Quelle: Ekirch, A. Roger. At day’s close: night in times past. WW Norton & Company, 2006. ↩︎
Die “Wärmepfanne” oder der “Bettwärmer” war ein Metallbehälter, der mit heißen Kohlen gefüllt und mit einem langen Griff versehen war. Er wurde zwischen die Bettlaken geschoben und dann quer über das Bett bewegt, um alle Ecken zu erwärmen, bevor jemand in das Bett stieg. Eine weitere Lösung, um das Bett zu wärmen, war der so genannte “Bettwagen”: ein hölzerner Rahmen oder Schlitten, der einen Topf mit heißen Kohlen aufnehmen konnte, der unter das Bett geschoben und mit einem Blech abgedeckt wurde. Im Gegensatz zu einer Wärmepfanne lieferte der Bettwagen die ganze Nacht über Wärme. Siehe: http://www.oldandinteresting.com/warming-the-bed.aspx ↩︎
Einige Städte hatten öffentliche Systeme zur Bereitstellung von heißem Wasser. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts gab es in der niederländischen Stadt Rotterdam beispielsweise Hunderte von “Wasserdestillerien”, in denen die Menschen Eimer mit heißem Wasser für den Hausgebrauch füllten. In China ist es seit sehr langer Zeit üblich, die Bürger überall mit heißem Wasser zu versorgen – hauptsächlich zum Trinken. Ab den 1830er Jahren tauchten in den großen Städten entlang des Jangtse-Flusses Geschäfte mit heißem Wasser auf – bekannt als “laohuzao” oder “Tigerofen”. Heute hat in China fast jedes öffentliche Gebäude, Unternehmen und jede Schulen einen Heißwasserspender – sogar in Hochgeschwindigkeitszüge gibt es welche. Weitere Informationen: https://www.sixthtone.com/news/1000919/the-history-behind-chinas-obsession-with-hot-water. ↩︎
Verhaart, Jacob, Michal Veselý, und Wim Zeiler. “Personal heating: effectiveness and energy use.” Building Research & Information 43.3 (2015): 346-354. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/09613218.2015.1001606 ↩︎
Deng, Qihong, et al. “Human thermal sensation and comfort in a non-uniform environment with personalized heating.” Science of the total environment 578 (2017): 242-248. ↩︎
Mishra, A. K., M. G. L. C. Loomans, und Jan LM Hensen. “Thermal comfort of heterogeneous and dynamic indoor conditions—An overview.” Building and Environment 109 (2016): 82-100. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360132316303560 ↩︎

Traditionelle Heizkonzepte: Menschen erwärmen statt Räume

Wed, 11 Feb 2015 00:00:00 +0000

Menschen versammeln sich um einen Kachelofen. [Die Bauern und die Zeitung](http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anker_Die_Bauern_und_die_Zeitung_1867.jpg), ein Gemälde von Albert Anker, 1867.

Heutzutage sorgen wir im Winter für Wärmekomfort, indem wir das gesamte Luftvolumen eines Raums oder Gebäudes heizen. In früheren Zeiten war das Heizkonzept unserer Vorfahren eher räumlich begrenzt: Sie heizten Menschen, nicht Räume.

Sie nutzten Strahlungswärmequellen, die nur bestimmte Teile eines Raums erwärmten und so ein Mikroklima der Behaglichkeit schufen. Den großen Temperaturunterschieden begegneten diese Menschen mit isolierenden Einrichtungsgegenständen wie Haubenstühlen und Wandschirmen, und sie nutzten zusätzliche, lokale Wärmequellen, die bestimmte Körperteile erwärmten.

Es wäre sehr sinnvoll, diese alte Art des Heizens wieder einzuführen, zumal sie durch die moderne Technik viel praktischer, sicherer und effizienter geworden ist.

Konduktion, Konvektion, Strahlung

Die meisten modernen Heizsysteme basieren in erster Linie auf der Erwärmung von Luft. Das scheint naheliegend, aber es gibt weitaus sinnvollere Alternativen. Es gibt drei Arten der (spürbaren) Wärmeübertragung: Konvektion (Erwärmung der Luft), Konduktion (Erwärmung durch Körperkontakt) und Strahlung (Erwärmung durch elektromagnetische Strahlung).

Die traditionelle Art zu heizen beruhte auf Strahlung und Wärmeleitung, die energieeffizienter sind als Konvektion. Während bei der Konvektion jeder Kubikzentimeter Luft in einem Raum erwärmt werden muss, um das Wohlbefinden der Menschen zu gewährleisten, können Strahlung und Wärmeleitung die Wärme direkt auf die Menschen übertragen, wodurch der Energieverbrauch unabhängig von der Größe eines Raums oder Gebäudes ist.

Schauen wir uns zunächst die verschiedenen Methoden der Wärmeübertragung etwas genauer an. Konduktion und Konvektion sind eng miteinander verwandt. Bei der Konduktion handelt es sich um die Übertragung von Energie aufgrund des physischen Kontakts zwischen zwei Objekten: Die Wärme fließt vom wärmeren zum kühleren Objekt. Die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, hängt vom Wärmewiderstand des Materials ab.

So wird beispielsweise Wärme durch Metall viel schneller übertragen als durch Holz, weil Metall einen geringeren Wärmewiderstand hat. Das erklärt, warum sich beispielsweise ein Metallgegenstand viel kälter anfühlt als ein Holzgegenstand, obwohl beide die gleiche Temperatur haben.

Konvektionswärmeübertragung vom Körper an die Umgebung.

Konduktion findet nicht nur zwischen physischen Objekten statt, sondern auch zwischen physischen Objekten und Gasen (wie Luft) sowie zwischen Gasen untereinander. Jedes physische Objekt, das wärmer ist als die Luft, die es umgibt, erwärmt durch Wärmeleitung die Luft in seiner unmittelbaren Umgebung. Doch dieser Effekt ist begrenzt, da Luft einen hohen Wärmewiderstand hat, weshalb sie die Basis für die meisten Wärmedämmstoffe bildet.

Die durch Wärmeleitung erwärmte Luft dehnt sich jedoch aus und steigt nach oben. An ihre Stelle tritt kalte Luft, die ihrerseits erwärmt wird, sich ausdehnt, aufsteigt und so weiter. Dieser Strom warmer Luft, der von jedem Objekt aufsteigt, das wärmer ist als die Umgebungsluft, wird als Konvektion bezeichnet.

Strahlung, die dritte Form der Wärmeübertragung, funktioniert auf ganz andere Weise als Konduktion und Konvektion. Strahlungsenergie wird durch elektromagnetische Wellen übertragen, ähnlich wie Licht. Genauer gesagt handelt es sich um den Teil des elektromagnetischen Spektrums, der als Infrarotstrahlung bezeichnet wird. Strahlung braucht kein Medium (wie Luft oder Wasser) für die Wärmeübertragung.

Sie funktioniert auch in einem Vakuum und ist die wichtigste Form der Wärmeübertragung im Weltall. Die Hauptquelle der Strahlungsenergie ist die Sonne, aber jedes Objekt auf der Erde strahlt Infrarotenergie ab, solange es eine Masse und eine Temperatur über dem absoluten Nullpunkt hat. Diese Energie kann von anderen Objekten mit einer niedrigeren Temperatur absorbiert werden. Strahlungsenergie hat keine Temperatur. Erst wenn sie auf die Oberfläche eines Objekts mit Masse trifft, kann die Energie absorbiert und in Wärme umgewandelt werden.

Wärmekomfort bei niedrigen Lufttemperaturen

Aufgrund der allgemeinen Verwendung von zentralen Luftheizungs- (und Kühlungs-) Systemen sind wir zu der Überzeugung gelangt, dass unser Wärmekomfort in Innenräumen hauptsächlich von der Lufttemperatur abhängt. Der menschliche Körper tauscht jedoch Wärme mit seiner Umgebung durch Konvektion, Strahlung, Wärmeleitung und Verdunstung (eine Form der “latenten” Wärmeübertragung) aus.

Konvektion bezieht sich auf den Wärmeaustausch zwischen der Haut und der Umgebungsluft, Strahlung auf den Wärmeaustausch zwischen der Haut und nahe gelegenen Oberflächen, Verdunstung auf den Feuchtigkeitsverlust der Haut und Konduktion auf den Wärmeaustausch, der zwischen einem Körperteil und einem berührenden Objekt stattfindet.

Wenn der Anteil der Wärmestrahlung oder der Wärmeleitung an der gesamten Wärmeübertragung steigt, können sich die Menschen während der Heizperiode bei einer niedrigeren Lufttemperatur durchaus wohl fühlen.

Im Winter können wir uns bei niedrigeren Lufttemperaturen wohlfühlen, wenn wir den Anteil der Wärmestrahlung oder der Wärmeleitung am gesamten Wärmetransport in einem Raum erhöhen. Auch das Gegenteil ist der Fall: Wärmeleitung und -strahlung können dazu führen, dass sich Menschen trotz einer hohen Lufttemperatur unwohl fühlen. Wer zum Beispiel mit nackten Füßen auf einem kalten Fußboden steht, wird sich kalt fühlen, auch wenn die Lufttemperatur angenehme 21ºC beträgt. Das liegt daran, dass der Körper durch Wärmeleitung Wärme an den Boden abgibt. Eine heiße Tasse Suppe in der Hand, eine Fußbodenheizung oder eine beheizte Sitzbank haben den gegenteiligen Effekt, da die Wärme vom warmen Gegenstand durch Wärmeleitung auf den Körper übertragen wird.

Strahlungswärme kann dazu führen, dass sich Menschen auch bei einer niedrigeren Lufttemperatur wohl fühlen. Das naheliegendste Beispiel ist die direkte Sonneneinstrahlung. Im Frühling oder Herbst können wir uns nur mit einem T-Shirt bekleidet bequem in die Sonne setzen, auch wenn die Lufttemperatur relativ niedrig ist. Einen Meter weiter, im Schatten, kann es so kalt sein, dass man eine Jacke braucht, obwohl die Lufttemperatur mehr oder weniger die gleiche ist. Im Sommer ziehen wir den Schatten vor. Der Unterschied erklärt sich durch die Strahlungsenergie der Sonne, die den Körper direkt erwärmt, wenn er dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Diese höhere “Strahlungstemperatur”, die mit einem Schwarzkugelthermometer gemessen werden kann, ermöglicht im Winter Wärmekomfort bei kälteren Lufttemperaturen.

"Strahlungsheizungen kompensieren eine niedrigere Lufttemperatur mit einer höheren Strahlungstemperatur, während Luftheizungssysteme eine niedrigere Strahlungstemperatur mit einer höheren Lufttemperatur kompensieren. Die operative (\"gefühlte\") Temperatur —ein gewichteter Durchschnitt aus beiden —kann die gleiche sein. Quelle: *Radiant Heating & Cooling Handbook*, Richard Watson, 2008."

Es sei darauf hingewiesen, dass auf der Erde die Strahlung immer mit Konvektion einhergeht. Da Luft wenig Masse hat, erwärmt die Strahlungsenergie der Sonne die Luft nicht direkt. Sie tut dies jedoch indirekt. Die Strahlungsenergie der Sonne wird von der Erdoberfläche absorbiert und dort in Wärme umgewandelt. Die wärmere Erdoberfläche gibt diese Wärme dann langsam über die bereits beschriebenen Mechanismen der Wärmeleitung und Konvektion an die Luft ab. Mit anderen Worten: Nicht die Sonne, sondern die Erdoberfläche erwärmt die Luft auf unserem Planeten.

Die Strahlungstemperatur ist für die Beheizung eines Gebäudes ebenso wichtig, unabhängig davon, welches Heizsystem verwendet wird. In Innenräumen entspricht die Strahlungstemperatur der gesamten Infrarotstrahlung, die zwischen den Oberflächen in einem Raum ausgetauscht wird. Strahlungsheizungen, auf die wir später noch eingehen werden, funktionieren ähnlich wie die Sonne: Sie erwärmen nicht die Luft, sondern die Oberflächen in einem Raum, einschließlich der menschlichen Haut, wodurch sich die Strahlungstemperatur erhöht und sich thermische Behaglichkeit bei einer kälteren Lufttemperatur einstellt. Die Verwendung von Strahlungsheizungen ist in Innenräumen praktischer, wo die Umweltfaktoren unter Kontrolle sind. Wenn zum Beispiel draußen ein Wind aufkommt, verschwindet die wärmende Wirkung der Sonne schnell.

Nicht die Sonne, sondern die Erdoberfläche erwärmt die Luft auf unserem Planeten

Eine 100%ige Strahlungsheizung gibt es nicht, denn sowohl die strahlende Heizfläche als auch die bestrahlten Flächen kommen mit der Luft in Kontakt und erwärmen sie durch Konduktion und Konvektion. Diese Erwärmung der Luft setzt jedoch verzögert ein und ist begrenzter als bei einem direkten Luftheizungssystem. Ebenso erhöht ein Luftheizungssystem die Strahlungstemperatur in einem Raum, da die warme Luft die Oberflächen des Gebäudes durch Konduktion erwärmt. Aber auch hier ist der Anstieg der Strahlungstemperatur im Vergleich zu einem Strahlungsheizungssystem langsam und begrenzt.

Wie Wärmeleitung kann auch Strahlung dazu führen, dass wir es trotz einer hohen Lufttemperatur kühl empfinden. Wenn wir an einem kalten Fenster sitzen, strahlt unser Körper Wärme an diese kalte Oberfläche ab, so dass uns kalt ist, selbst wenn die Lufttemperatur angenehme 21ºC beträgt. Kurz gesagt: weder eine hohe Lufttemperatur noch eine hohe Strahlungstemperatur sind eine Garantie für Behaglichkeit. Das beste Verständnis der Wärmebedingungen in einem Raum wird durch die “operative Temperatur” vermittelt, die einen gewichteten Durchschnitt aus beidem darstellt.

Die traditionelle Art zu heizen

Vor dem Aufkommen der Zentralheizungen im zwanzigsten Jahrhundert wurden Gebäude hauptsächlich durch eine einzige Strahlungswärmequelle wie einen offenen Kamin oder einen Holz-, Kohle- oder Gasofen beheizt. In der Regel wurde nur einer der Räume eines Gebäudes beheizt. Aber selbst innerhalb dieses Raumes gab es große Komfortunterschiede, je nachdem, wo man sich gerade befand. Während eine Luftheizung die Wärme relativ gleichmäßig in einem Raum verteilt, schafft eine Strahlungsheizung ein lokales Mikroklima, das sich erheblich vom Rest des Raums unterscheiden kann.

Das liegt daran, dass die Energiedichte einer Strahlungswärmequelle mit der Entfernung abnimmt. Es geht nicht darum, dass die Infrarotstrahlen schwächer werden, sondern darum, dass sie sich bei der Ausbreitung von der Quelle immer weiter auffächern. Dies wird in den beiden folgenden Abbildungen aus Richard Watsons “Radiant Heating and Cooling Handbook” gezeigt. Die Zeichnung oben zeigt die Strahlungswärmeverteilung (oder “Strahlungslandschaft”) in einem Raum, von oben gesehen, der durch ein Zwangsluft-Heizungssystem erwärmt wird. Die durchschnittliche Strahlungstemperatur im Raum beträgt 20ºC. Abgesehen vom Einfluss einer kalten Fensterfläche (oben in der Abbildung) ist die Strahlungstemperatur im gesamten Raum relativ konstant.

Quelle: Radiant Heating and Cooling Handbook. Richard Watson, 2008

Die nachstehende Abbildung zeigt denselben Raum, wiederum mit einer mittleren Strahlungstemperatur von 20ºC, aber jetzt beheizt mit einer Strahlungswärmequelle, die sich in der Mitte der Decke befindet. Es handelt sich um ein elektrisches Langwellen-Infrarot-Panel, eine neue Technologie, die wir im zweiten Teil dieses Artikels erläutern werden, aber ein Kaminofen in der Mitte des Raumes würde ein ähnliches Ergebnis liefern. Die Strahlungslandschaft ist nun sehr unterschiedlich. Die höchste Strahlungstemperatur wird in der Mitte des Raums, direkt unter der Heizplatte, gemessen. Die Strahlungstemperatur nimmt dann in konzentrischen Kreisen zu den Seiten des Raumes hin schnell ab. Der Unterschied zwischen minimaler und maximaler Strahlungstemperatur ist viel größer als bei einem Luftheizungssystem.

In einem luftbeheizten Raum spielt es keine große Rolle, wo man sich befindet. In einem Raum, der durch eine Strahlungsheizung beheizt wird, ist der Aufenthaltsort entscheidend.

Natürlich würde ein anderer Standort der Strahlungsheizfläche oder eine Kombination von zwei oder mehr Strahlungsheizflächen wieder eine ganz andere Strahlungslandschaft ergeben. Außerdem können, wie bei der Sonnenstrahlung, andere Gegenstände Schatten werfen, was bedeutet, dass selbst die Position der Möbel einen Einfluss auf die Wärmeverteilung in einem Raum haben kann. Zu beachten ist außerdem, dass die heterogene Verteilung der Strahlungstemperatur durch den homogenen Charakter der Lufttemperatur etwas abgemildert wird, unabhängig davon, welches Heizsystem verwendet wird.

Energie-Effizienz

In einem luftbeheizten Raum spielt es keine große Rolle, wo Sie sich befinden. In einem Raum, der durch eine zentrale Strahlungsheizung beheizt wird, ist der Aufenthaltsort entscheidend. Die mittlere Strahlungstemperatur kann zwar optimal sein, aber die Strahlungstemperatur in Teilen des Raums kann zu niedrig sein. Aber auch das Gegenteil ist möglich: Die mittlere Strahlungstemperatur kann zu niedrig sein, während der Raum an bestimmten Stellen perfekt behaglich ist. Dies ist das uralte Prinzip der Punkt- oder Zonenheizung, das sich mit einer Luftheizung nicht realisieren lässt. Anstatt den gesamten Raum zu beheizen, haben unsere Vorfahren nur die bewohnten Teile eines Gebäudes beheizt.

Luftheizung (links) im Vergleich zur Strahlungsheizung (rechts) in einem Kirchengebäude. Quelle: [Fabric-friendly heating, Dario Camuffo](http://www.buildingconservation.com/articles/fabric-friendly-heating/fabric-friendly-heating.htm).

Ähnlich verhält es sich mit der vertikalen Ebene. Warme Luft steigt nach oben, so dass die meiste Wärme unter der Decke landet, wo sie wenig nützt. Mit einer Strahlungsheizung ist es durchaus möglich, nur den unteren Teil eines Raumes zu beheizen, unabhängig davon, wie hoch die Decke ist. Strahlungswärme steigt nicht nach oben, es sei denn, die Strahlungsheizfläche ist nach oben gerichtet. Anstatt das gesamte Luftvolumen eines Raumes zu erwärmen, kann ein Strahlungsheizungssystem also nur den Teil eines Raumes erwärmen, der genutzt wird, was natürlich viel energieeffizienter ist.

Sofern der Raum nicht sehr klein oder sehr bevölkert ist, kommt nur ein sehr kleiner Teil der von einem Luftheizungssystem verbrauchten Energie den Menschen zugute. Dagegen wird fast die gesamte Energie, die ein Strahlungsheizungssystem verbraucht, tatsächlich für die Beheizung von Menschen verwendet.

Lokale Wärmeisolierung

Ein Problem des ungleichmäßigen Raumklimas früherer Zeiten war die Strahlungsasymmetrie—der Unterschied in der Strahlungstemperatur zwischen verschiedenen Körperregionen. Eine Person, die vor einem offenen Feuer sitzt, erhält auf einer Seite ihres Körpers ausreichend Strahlungswärme, während die andere Seite Wärme an die kalte Luft und die Oberflächen der gegenüberliegenden Raumhälfte verliert. Der Körper kann sich im thermischen Gleichgewicht befinden—der Wärmeverlust auf der einen Seite ist gleich dem Wärmegewinn auf der anderen—aber wenn die Temperaturunterschiede zu groß sind, ist kein thermischer Komfort gegeben.

Das Problem ist auf der obigen Abbildung dargestellt. Die Rückenlehne der Bank konnte von einer Seite zur anderen geschwenkt werden. Durch regelmäßiges Drehen des Körpers zum Feuer hin und wieder weg, konnten Vorder- und Rückseite des Körpers abwechselnd erwärmt werden. Obwohl die Strahlungsasymmetrie auch ein Problem bei Zwangsluftheizungen sein kann, tritt sie viel eher in Räumen auf, die durch eine Strahlungswärmequelle erwärmt werden. In historischen Gebäuden wurde der Unterschied in den Oberflächentemperaturen durch die Tatsache verschärft, dass die Außenwände nicht gedämmt waren. Zugluft, eine weitere Ursache für lokales thermisches Unbehagen, war ebenfalls ein Problem in diesen Gebäuden, die nicht gerade gut abgedichtet waren.

Um ein angenehmes Mikroklima ohne Strahlungsasymmetrie und Zugluft zu schaffen, ergänzten unsere Vorfahren die lokale Strahlungsheizung mit lokaler Wärmeisolierung.

Um ein angenehmes Mikroklima ohne Strahlungsasymmetrie oder Zugluft zu schaffen, ergänzten unsere Vorfahren die lokale Strahlungsheizung mit lokaler Wärmeisolierung. Ein Beispiel dafür war der Haubenstuhl. Dieser Stuhl, der gepolstert oder mit Leder oder Wollstoff überzogen sein konnte, setzte die Menschen vollständig einer Strahlungswärmequelle aus und schützte gleichzeitig ihren Rücken vor Zugluft und den niedrigen Oberflächentemperaturen hinter ihnen.

Gleichzeitig sorgte die Form des Möbels dafür, dass ein größerer Teil der vom Feuer abgegebenen Strahlungswärme effektiv genutzt wurde: Der Stuhl wurde direkt vom Feuer durch Strahlung erwärmt, und diese Wärme wurde auf die Person übertragen, die darin saß. Neuere Untersuchungen haben ergeben, dass der Isolationswert dieser Art von Stühlen mindestens 0,4 clo beträgt, was dem Isolationswert eines dicken Pullovers oder Mantels entspricht. Einige Haubenstühle konnten mehr als eine Person beherbergen.

Eine weitere Lösung, die auch allein verwendet werden konnte, war der Paravent. Die als Wintermöbel verwendeten Faltschirme waren mit Stoffen isoliert oder aus schweren Holzplatten gebaut. Sie konnten z. B. hinter einem isolierten Stuhl oder hinter einem Tisch aufgestellt werden. Wie der Haubenstuhl schützte auch der Paravent den Rücken des Menschen vor Zugluft und Kälte und schuf so ein angenehmes Mikroklima.

Ein drittes Beispiel für die lokale Isolierung waren spezielle Sitzgelegenheiten in der Nähe des Kamins. Dabei konnte es sich um Bänke handeln, die zwischen dem Feuer und den Seitenwänden der Feuerstelle aufgestellt wurden, oder um eine Wandnische mit einer eingebauten Sitzfläche. In beiden Fällen lehnte man sich an eine Wand, die vom Feuer gewärmt und vor Zugluft geschützt war. In einigen Fällen befand sich die Feuerstelle noch in einem getrennten Raum innerhalb des Zimmers. Im Schlafzimmer, das oft ungeheizt blieb, sorgte ein weiteres Möbelstück für ein Mikroklima: das Himmelbett mit Baldachin und dicken Vorhängen. Wenn die Vorhänge geschlossen waren, gab es keine Zugluft und die Körperwärme wurde im Inneren gehalten.

Tragbare Heizsysteme

Der offensichtliche Nachteil von punktuellen Strahlungsheizungen ist, dass man sich an einem bestimmten Ort aufhalten muss, um sich wohl zu fühlen. Früher versammelte sich die Familie um den Kamin oder den Ofen, wenn keine körperliche Arbeit verrichtet werden musste oder wenn der Körper nach einem langen Aufenthalt in einer kalten Umgebung aufgewärmt werden sollte. Andere Orte im Raum sowie ungeheizte Zimmer waren besser für Tätigkeiten geeignet, die einen höheren Stoffwechsel erforderten. Die Menschen “wanderten” durch den Raum und das ganze Haus auf der Suche nach dem Klima, das ihren momentanen Bedürfnissen am besten entsprach.

Die Nutzung von Strahlungswärmequellen und die lokale Isolierung wurden aber auch durch tragbare Heizquellen ergänzt, die Wärme durch Strahlung, Konvektion und/oder Konduktion übertrugen. Mit ihnen konnte der thermische Komfort bei Vorhandensein einer zentralen Wärmequelle noch weiter erhöht werden. Außerdem waren sie hilfreich, um die Wärme an andere Orte mitnehmen zu können. Tragbare Heizsysteme wurden speziell für die Erwärmung von Füßen und Händen entwickelt – den Körperteilen, die am empfindlichsten auf Kälte reagieren.

Persönliche Wärmequellen ermöglichten es den Menschen, die Wärme der zentralen Feuerstelle in unbeheizten Räumen oder sogar außerhalb des Hauses zu genießen.

Ein Beispiel ist der Fußofen, ein Kasten mit einer oder mehreren perforierten Trennwänden, in dem sich ein Metall- oder Tonbehälter befand, der mit der Glut der Feuerstelle gefüllt war. Die Füße wurden oben auf den Ofen gestellt, und die damals üblichen langen Gewänder verstärkten die Wirkung des kleinen Heizgeräts: Die Wärme wurde durch einen Rock oder Hausmantel entlang der Beine zum Oberkörper geleitet. Der obere Teil des Ofens war aus Holz oder Stein mit geringer Wärmeleitfähigkeit gefertigt, um Verbrennungen zu vermeiden.

Ein holländischer Fußofen ([Wikipedia Commons](http://en.wikipedia.org/wiki/Foot_stove#mediaviewer/File:Voetenstoof.jpg)).

"\"[Junge Frau wärmt ihre Hände](http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Young_woman_warming_her_hands._Caesar_van_Everdingen.jpg)\", ein Gemälde von Cäsar van Everdingen."

Weltweit wurden in vielen Kulturen ähnliche Heizgeräte zum Wärmen der Hände verwendet. Sie bestanden aus Metall oder Keramik und wurden mit Glut aus dem Kamin oder mit Kohle oder Torf gefüllt. Diese persönlichen Wärmequellen ermöglichten es den Menschen auch, die Wärme des zentralen Kamins oder Ofens außerhalb des Hauses zu genießen. Sie wurden in ungeheizten Kutschen und Waggons oder zur Sonntagsmesse mitgenommen. Arme Leute benutzten beheizte Steine oder Ziegelsteine oder sogar beheizte Kartoffeln in ihren Manteltaschen.

Zum Beheizen des Bettes benutzte man Bettpfannen aus Messing mit einem langen Griff, die man unter die Matratze schob. Manche Betten waren mit einem Bettwagen ausgestattet, einem großen Holzrahmen, der einen Topf mit glühendem Brennmaterial in der Mitte des Bettes aufnahm. Im 19. Jahrhundert, nach der Einführung der öffentlichen Wasserversorgung, wurde die Verwendung von Wärmflaschen aus Keramik üblich – Wasser ist ein viel sichereres Heizmittel als glimmendes Feuer. Sie waren oft durch eine Stoffhülle geschützt und wurden als Fußwärmer, Handwärmer oder Bettwärmer verwendet.

Einige Kulturen haben das Konzept des Fußofens noch weiter entwickelt. Die Japaner hatten ihren “Kotatsu”, einen beweglichen niedrigen Tisch mit einem Holzkohleofen darunter. Ein dickes Laken oder eine Steppdecke wurde über den Tisch gelegt, um die Wärme einzuschließen, und die ganze Familie schob ihre Beine unter den Tisch und saß auf dem Boden. Wie bei den europäischen und amerikanischen Fußöfen verstärkte die zeitgenössische Kleidung die Wirkung des Geräts. Die Hitze des Holzkohlebrenners wurde durch den traditionellen japanischen Kimono übertragen und wärmte den ganzen Körper. Ähnliche Heizgeräte wurden in Afghanistan (z. B. der “Korsi”), im Iran, in Spanien und Portugal verwendet.

Konduktive Heizsysteme

Einige historische Strahlungsheizungen übertrugen die Wärme auch durch Konduktion, was Effizienz und Komfort weiter verbesserte. Vor mehr als 3.000 Jahren bauten die Chinesen und Koreaner Heizsysteme, die auf der Durchleitung von Rauchgasen durch eine thermische Masse beruhten. Das nordchinesische “Kang” (“beheiztes Bett”) war eine erhöhte Plattform aus Stein, Ziegeln oder Lehm, die etwa die Hälfte des Raumes einnahm. Wie der Name schon sagt, war das Kang in erster Linie ein beheiztes Bett, aber die Plattform wurde auch tagsüber als beheizter Arbeits- und Wohnbereich genutzt. Der für Nordostchina typische “Dikang” (“beheizter Boden”) funktionierte auf die gleiche Weise wie der Kang, hatte aber eine größere Bodenfläche.

Die Koreaner benutzten den “Ondol” (“beheizter Stein”), der eine von Wand zu Wand reichende Plattform war. Ein ähnliches Heizsystem in Afghanistan, der “Tawakhaneh” (“heißer Raum”), ist möglicherweise das älteste dieser Systeme: seine Verwendung könnte bis zu 4.000 Jahre zurückliegen. Bei all diesen Systemen wurde die Wärme eines offenen Feuers unter der Plattform zu einem Schornstein auf der anderen Seite des Raums geleitet. Die Feuerstelle und der Schornstein konnten sich im selben oder in angrenzenden Räumen befinden. Die Wärme der Rauchgase wurde auf die thermische Masse der Plattform übertragen und allmählich wieder an die Luft im Raum abgegeben. Die Wärmeleitung war für die gesamte Wärmeübertragung ebenso wichtig wie Strahlung und Konvektion.

Diese alten fernöstlichen Heizsysteme erinnern ein wenig an die europäischen Kachelöfen, die im Mittelalter aufkamen. Kachelöfen (oder “masonry heaters”, wie sie in den USA genannt werden) sind wärmespeichernde Holzöfen, die eine hohe thermische Masse nutzen, um Holz bei sehr hohen Temperaturen zu verbrennen, was sauberer und effizienter ist. Die Rauchgase werden durch ein Labyrinth von Rauchkanälen geleitet, wodurch ein Großteil der Wärme an das Mauerwerk abgegeben wird, bevor sie den Schornstein verlassen.

Kachelöfen erzeugen größtenteils Strahlungswärme, ermöglichen aber auch die Wärmeübertragung durch Konduktion, da viele Kachelöfen über eingebaute Bänke zum Sitzen oder Schlafen verfügten. Selbst wenn solche Flächen nicht vorhanden waren, wurden Holzbänke neben dem Ofen aufgestellt, damit man sich an die warme (aber nicht zu heiße) Oberfläche anlehnen konnte.

Warum wir auch moderne Technik benötigen

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle historischen Heizsysteme Strahlung und/oder Wärmeleitung als primäre Wärmeübertragungsarten nutzten, während Konvektion lediglich ein Nebenprodukt war. Es ist sinnvoll, zu diesem Heizkonzept zurückzukehren, aber das bedeutet nicht, dass wir wieder Feuerstellen benutzen und brennende Glut durch das Haus tragen müssen. Während das alte Heizkonzept an sich zwar energieeffizienter ist, kann man das von den meisten alten Heizgeräten nicht unbedingt behaupten.

Während das alte Heizkonzept energieeffizienter ist, kann man das von den meisten alten Heizgeräten nicht behaupten.

Offene Kamine sind zum Beispiel sehr ineffizient, weil die meiste Wärme durch den Schornstein entweicht. Außerdem saugen sie große Mengen kalter Luft durch Ritzen und Spalten in der Gebäudehülle an, wodurch die Luft in den Innenräumen abkühlt und starke Zugerscheinungen auftreten. Aus diesem Grund können Kamine in Bezug auf die Lufttemperatur sogar einen negativen Wirkungsgrad haben: Sie können den Raum kälter machen, anstatt ihn zu erwärmen. Kaminöfen sind zwar besser, aber sie bleiben relativ ineffizient und müssen wie ein Kamin ständig befeuert werden. Und bei beiden Varianten kann die Luftverschmutzung erheblich sein.

Der (verbesserte) Kachelofen ist das einzige alte Heizsystem, das noch empfohlen werden kann, aber wir haben heute viel mehr Möglichkeiten, wie elektrische und hydronische (flüssigkeitsbasierte) Strahlungsheizungen und konduktive Heizsysteme. Diese sind effizienter, praktischer und ungefährlicher als die Heizquellen von früher. In den nächsten beiden Artikeln untersuchen wir wie die alte Art zu heizen durch moderne Technologie verbessert werden kann, und wie viel Energie eingespart werden kann.

Quellen (in der Reihenfolge ihrer Relevanz):

Stralingsverwarming: Gezonde Warmte met Minder Energie, Kris De Decker, 2015
Keeping Warm in a Cooler House. Creating Comfort with Background Heating and Local Supplementary Warmth (PDF). Historical Scotland Technical Paper 14, Michael Humphreys, Historic Scotland, 2011
Radiant Heating and Cooling Handbook (Mcgraw-Hill Handbooks), Richard Watson, 2008
Human Thermal Environments: The Effects of Hot, Moderate, and Cold Environments on Human Health, Comfort, and Performance, Third Edition, Ken Parsons, 2014
The Book of Masonry Stoves: Rediscovering an Old Way of Warming, David Lyle, 1984
History of radiant heating and cooling systems, part one. Robert Bean, Bjarne W. Olesen, Kwang Woo Kim, in “ASHRAE Journal”, January 2010, pp. 40-47
Adaptive Thermal Comfort: Principles and Practice, Fergus Nicol, Michael Humphreys & Susan Roaf, 2012
Dictionnaire de l’Ameublement et de la Décoration depuis le XIII siècle, Henry Havard, 1887-1890.
Foot warmers: hot coals, hot water. Home Things Past.
Bed warmers. Old & Interesting.
Muff warmers & other antique hand warmers. Home Things Past.
Körperwärmespender (Website)

Wärmedämmung: Erst den Körper, dann das Haus

Sun, 27 Feb 2011 00:00:00 +0000

Man könnte eine ganze Bibliothek mit Berichten und Büchern füllen, in denen die Bedeutung energieeffizienter Heizungsanlagen und Hausisolierung beschrieben wird. Über das Energiesparpotenzial von Kleidung ist jedoch noch kein Wort verloren worden, obwohl es auch in diesem Bereich große Fortschritte gegeben hat. Moderne Thermounterwäsche bietet die Möglichkeit, den Thermostat viel niedriger zu stellen, ohne Abstriche bei Behaglichkeit oder Sex-Appeal machen zu müssen. Die potenziellen Energieeinsparungen sind enorm, die Kosten vernachlässigbar.

In diesem Artikel wird mithilfe von Wissenschaft und Statistiken erklärt, wie man den Wärmekomfort bei einer bestimmten Raumtemperatur allein durch die richtige Bekleidung aufrechterhalten kann.

Bildnachweis: Woolpower.

In den letzten Jahrzehnten hat sich sowohl die Wärmeisolierung von Häusern als auch die Energieeffizienz von Heizungen erheblich verbessert. Dies hat zu deutlichen Einsparungen beim Energieverbrauch geführt. Trotz des Bevölkerungswachstums, des höheren Lebensstandards und des Trends zum Bau größerer Häuser sank der Gesamtenergieverbrauch der amerikanischen Haushalte für die Wärmeversorgung von 5,32 Billiarden Btu (~5,6 EJ) im Jahr 1993 auf 4,30 Billiarden Btu (~4,5 EJ) im Jahr 2005 (siehe Quellen). Ähnliche Trends sind in anderen Industrieländern zu beobachten.

Dennoch verbraucht das Heizen nach wie vor große Mengen an Energie, die fast ausschließlich aus fossilen Quellen stammt. Außerdem ist in diesen Zahlen nicht die Energie berücksichtigt, die für den Abriss alter Gebäude und den Bau neuer, energieeffizienterer Häuser aufgewendet wurde. Untersuchungen¹ zeigen, dass es 35 bis 50 Jahre dauern kann, bis diese verbaute (“graue”) Energie wiedergewonnen ist. Das heißt, wenn ein neues, effizientes Gebäude nicht so lange hält, führt dies zu einem höheren Energieverbrauch, nicht zu einem geringeren – auch wenn dies in den Statistiken anders dargestellt wird.

Weitere Verbesserungen bei energieeffizienten Gebäuden und Heizungsanlagen sind zu erwarten, aber abgesehen von der verbauten Energie, die benötigt wird, um den Wohnungsbestand effizienter zu machen, gibt es ein zusätzliches Problem, das eine schnelle und starke Senkung des Energieverbrauchs verhindert: die Kosten. Hausdämmung und energieeffiziente Heizungsanlagen sind teuer, so dass sich viele Menschen die Investitionen einfach nicht leisten können. Hinzu kommt das Problem der “auseinanderklaffenden Anreize”: Der Eigentümer eines vermieteten Hauses hat keinen Anreiz, die Effizienz zu verbessern, wenn der Mieter die Heizkosten zahlt.

Raumtemperatur

Es gibt noch eine andere Möglichkeit, den Energieverbrauch für das Heizen zu senken, die keinen dieser Nachteile hat: das Herunterdrehen des Thermostats und das Anziehen von mehr Kleidung. Obwohl die Raumtemperatur als Faktor kaum erwähnt wird, ist sie entscheidend für den Energieverbrauch beim Heizen – so wie die Geschwindigkeit eines Autos ein entscheidender Faktor für den Energieverbrauch eines Motors ist. Wie viel Energie durch das Absenken der Raumtemperatur eingespart werden kann, hängt von der Außentemperatur ab. In gemäßigten Klimazonen bringt eine Absenkung des Thermostats um nur 1° Celsius eine Energieeinsparung von etwa 9 bis 10 Prozent.²³

Soweit ich herausfinden konnte, hat niemand einen Forschungsbericht über die Entwicklung der durchschnittlichen Raumtemperatur im Winter in der jüngeren Geschichte veröffentlicht. Heute empfiehlt die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) eine Raumtemperatur im Winter zwischen 21 und 23 Grad Celsius. Ein niederländischer Bericht⁴ erwähnt einen Anstieg der durchschnittlichen Raumtemperatur im Winter von 20° Celsius im Jahr 1984 auf 21° Celsius im Jahr 1992. David MacKay erwähnt eine durchschnittliche Raumtemperatur von 13° Celsius in Großbritannien im Jahr 1970.

Diese lückenhaften Daten reichen zwar bei weitem nicht aus, um einen Anstieg der Raumtemperatur zu beweisen, aber wir können uns auch auf die Erfahrung vieler Menschen stützen, die alt genug sind, um sich noch daran zu erinnern, dass Fernsehen im T-Shirt im Winter ein relativ neues Phänomen ist. Es scheint kein Zweifel daran zu bestehen, dass sich unser Komfortniveau dank besserer Heizungen allmählich erhöht hat.

Es interessant, dass der Rückgang des Energieverbrauchs für die Raumheizung dank effizienterer Häuser zwischen 1993 und 2005 weniger als 20 Prozent betrug. Eine Senkung des Thermostats um 2° Celsius würde also zu einer vergleichbaren Einsparung führen. Eine Absenkung des Thermostats von 22° auf 18° Celsius würde eine Energieeinsparung von mindestens 35 Prozent bewirken. Und wie wir sehen werden, sind deutlich niedrigere Innentemperaturen durchaus möglich, ohne dass der Komfort darunter leidet.

Der Körper als Wärmequelle

Wenn wir über Heizen sprechen, übersehen wir, dass auch unser eigener Körper Wärme erzeugt. Die Körpertemperatur liegt bei 37° Celsius, und die Temperatur der Haut liegt größtenteils bei 33° bis 34° Celsius. Da die Umgebungstemperatur meistens niedriger ist als diese, strahlt unser Körper ständig Wärme nach außen ab. Ein kleiner Teil dieser Wärme geht durch die Atmung verloren, aber der größte Teil des Wärmeverlustes erfolgt über die Haut. Um diese Wärmeübertragung von der Haut an die Umgebung zu begrenzen, sind die meisten Säugetiere (und Vögel) mit Fell (bzw. Federn) bedeckt. Der Mensch verfügt nicht über diesen Schutz, und so haben wir uns Kleidung zugelegt, seit wir unser Ursprungsland Afrika verlassen haben (wo es heiß genug war, um ohne zusätzliche Kleidungsschichten zu überleben).

Die Isolierung des Körpers ist viel energieeffizienter als die Isolierung des Raums, in dem sich der Körper befindet.

Kleidung erzeugt selbst keine Wärme – sie verhindert nur, dass Körperwärme an die Umgebung abgegeben wird. Dies geschieht durch Erwärmung der Luftschicht zwischen Haut und Kleidung. Luft ist ein relativ schlechter Wärmeleiter und daher ein guter Isolator. Genau dieselbe Technik wird bei der Isolierung eines Hauses angewandt. Der einzige Unterschied besteht darin, dass wir im Falle eines Gebäudes festere und schwerere Materialien verwenden können, weil sich ein Gebäude nicht bewegen oder wohlfühlen muss. Selbstverständlich ist die Isolierung eines Körpers viel energieeffizienter als die Isolierung des Raums, in dem sich dieser Körper befindet. Bei der Isolierung des Körpers muss nur eine kleine Luftschicht erwärmt werden, während eine Heizung die gesamte Luft des Raums erwärmen muss, um das gleiche Resultat zu erzielen.

Thermische Eigenschaften von Kleidung: die “clo”-Einheit

Die isolierenden Eigenschaften von Kleidung können in “clo”-Einheiten ausgedrückt werden, wobei ein “clo” der Wärmeisolierung entspricht, die erforderlich ist, um eine ruhende Person (z. B. ein Couch-Potato) bei einer Temperatur von 21° Celsius dauerhaft warm zu halten. Das vom englischen Wort “clothes” (Kleidung) abgeleitete “clo” ist keine internationale Standardeinheit (die internationale Standardeinheit für den Wärmewiderstand ist m² K/W, wobei 1 clo 0,155 m² K/W entspricht), hat aber den Vorteil, dass es leicht zu verstehen ist: Ein “clo” entspricht der Isolierung eines Menschen, der mit einem dreiteiligen Anzug (Hemd, Hose, Anzugjacke) und leichter Unterwäsche bekleidet ist.

Burton, der die clo-Einheit definierte, schrieb 1946:

“Wir haben festgestellt, dass wir sogar einem General oder Admiral ohne Physikunterricht – für den er weder Zeit noch Geduld hätte – erklären können, dass seine Uniform etwa 1 clo Wärmeisolierung hat, sein Mantel ebenfalls 1 clo, und dass sie ihm insgesamt 2 clo liefern.”

In Europa wurde eine ähnliche Einheit namens “tog” (britischer Slang für Kleidung) entwickelt, die 0,645 clo entspricht. Beide Werte können mit dem R-Wert von Dämmstoffen verglichen werden, wobei 1 clo 0,88 R entspricht (oder 1 R entspricht 1,137 clo). Die clo-Einheit ist gebräuchlicher als die tog-Einheit, so dass wir hier die amerikanische Einheit verwenden werden. Clo-Werte werden mit Hilfe einer Wärmebildpuppe ermittelt.

Aufrechterhaltung des thermischen Wohlbefindens

Die clo-Einheit ist interessant, weil sie uns ermöglicht, genau zu berechnen, welche Kleidung wir tragen müssen, um uns bei einer bestimmten Raumtemperatur wohl zu fühlen. Laut der “Encyclopedia of occupational health and safety” beträgt der für ein neutrales Wärmeempfinden erforderliche clo-Wert bei einer Raumtemperatur von 10° Celsius etwa 2,7 clo. Wenn die Innentemperatur auf 0° Celsius sinkt, steigt die erforderliche Wärmedämmung auf 4 clo. Als Faustregel gilt, dass jede Änderung von 0,18 clo-Einheiten eine Änderung der Lufttemperatur um 1° Celsius ausgleicht (nach Angaben der American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers – ASHREA).

Ein “clo” entspricht der Wärmeisolierung, die erforderlich ist, damit sich ein Couch-Potato in einem typischen Büro-Outfit bei einer Temperatur von 21° Celsius dauerhaft wohl fühlt.

Alternativ können wir den clo-Wert für jedes beliebige Kleidungsstück und jedes beliebige Kombination von Kleidung berechnen. Die ASHREA, die ISO und einige andere Forschungsteams haben Übersichten zusammengestellt, in denen Hunderte von einzelnen Kleidungsstücken mit ihren entsprechenden clo-Werten aufgeführt sind (siehe Quellen). Ein T-Shirt mit kurzen Ärmeln hat einen Wert von etwa 0,10 clo, während ein ärmelloses Unterhemd etwa 0,06 clo aufweist. Strumpfhosen haben einen clo-Wert von etwa 0,20. Ein kurzärmeliges Hemd besitzt einen clo-Wert von etwa 0,15 bis 0,25, während ein langärmeliges Hemd etwa 0,20 bis 0,30 clo bietet.

Langärmelige Pullover liefern einen clo-Wert von 0,20 bis 0,40, Hosen einen clo-Wert von 0,25 bis 0,35 und ein langer langer Anorak oder Mantel einen clo-Wert von 0,22 bis 0,77. Slips bieten eine zusätzliche Wärmeisolierung von 0,05 clo, während Socken 0,04 bis 0,10 clo liefern. Lange Unterwäsche bietet sowohl für den oberen als auch für den unteren Teil 0,20 bis 0,35 clo. Alle diese Werte können einfach addiert werden, um den gesamten clo-Wert einer Kleidungskombination zu ermitteln. Eine alternative Methode besteht darin, die Dicke der Kleidungsschicht zu messen: 2 Zentimetern ergeben einen ungefähren clo-Wert von 1,6.

Einsparung von Energiekosten

Anhand dieser Daten lässt sich leicht zeigen, wie sich schon geringe Veränderungen in der Wärmeisolierung der Kleidung erheblich auf die Heizkosten und den Energieverbrauch auswirken können. Eine Person, die eine Unterhose (0,05 clo), leichte Socken (0,05 clo), ein T-Shirt (0,10 clo), ein dickes Hemd mit langen Ärmeln (0,25 clo), einen Pullover (0,30 clo) und eine lange Hose (0,30 clo) trägt, wird durch eine Gesamtwärmedämmung von 1 clo geschützt, was bedeutet, dass diese Person sich bei einer Temperatur von 21° Celsius vor dem Fernseher wohl fühlt.

Ohne das dicke Hemd und den Pullover sinkt dieser Wert jedoch auf 0,55 clo. Das bedeutet, dass beim Fernsehen nur mit einem T-Shirt eine Lufttemperatur von 24° Celcius erforderlich ist, um das thermische Wohlbefinden zu erhalten. Dies würde zu einem Anstieg des Energieverbrauchs um 20 bis 30 Prozent führen.

Kombiniert diese Person dagegen ihr ursprüngliches Ensemble (mit dickem Hemd und Pullover) mit einer kompletten Garnitur langer Unterwäsche, steigt der clo-Wert auf 1,7, wodurch die Temperatur auf etwa 17° Celsius sinkt, was im Vergleich zur normalen Bekleidung im Winter 30 bis 40 Prozent, und im Vergleich zur Kleidung mit nur einem T-Shirt am Oberkörper 50 bis 70 Prozent der Heizkosten und des Energieverbrauchs einspart.

Wie viele Kleidungsstücke können Sie übereinander tragen?

Wenn wir über normale Kleidung sprechen, läuft die Erhöhung des clo-Wertes eines Ensembles im Grunde darauf hinaus, dass man mehr Gewicht an Kleidung hinzufügt. Als allgemeine Faustregel gilt, dass der clo-Wert dem 0,33-fachen des Gewichts der Kleidung in Kilogramm entspricht. Das Tragen von 3 kg Kleidung entspricht also 1 clo. Die Beziehung zwischen Wärmekomfort und Gewicht der Kleidung erklärt, warum wir eine höhere Raumtemperatur der zusätzlichen Kleidung vorziehen.

Wenn wir bei einer Innentemperatur von 0° Celsius (4 clo) angenehm warm bleiben möchten, müssten wir 12 kg Kleidung tragen. Die US-Armee stellte in den 1960er Jahren fest, dass ein Mann maximal 4 bis 5 clo-Einheiten tragen kann, um für militärische Aufgaben beweglich und geschickt genug zu sein. Zusätzliches Kleidungsgewicht schränkt also unsere Bewegungsfreiheit ein, und selbst Stubenhocker müssen von Zeit zu Zeit aufstehen.

Mit einer Lage langer Thermounterwäsche kann man den Thermostat um mindestens 4° Celsius herunterdrehen und so bis zu 40 Prozent Heizenergie sparen.

Doch die Dinge haben sich geändert. Das Militär, die Raumfahrtbehörden und die Sportbekleidungshersteller haben in den letzten Jahrzehnten das Verhältnis zwischen Wärme und Gewicht der Kleidung erheblich verbessert. Dies hat zu einem sehr vielfältigen und modischen Angebot an leichter Kleidung mit hohen clo-Werten geführt. Ein großer Teil dieses Fortschritts ist auf die Verwendung neuer, synthetischer Materialien zurückzuführen. Während diese für alle Arten von Kleidungsstücken (Pullover, Hosen, Jacken) verwendet werden, ist ihre Bedeutung für den Einsatz in Innenräumen vor allem bei langer Unterwäsche von Bedeutung. Diese Kleidungsschicht (die eigentlich in Kombination mit Unterhosen getragen wird) hat das größte Potenzial, eine Heizung zu ersetzen.

Wärmeübergangskoeffizient

Da sie eng am Körper anliegt, hat lange Unterwäsche einen optimalen Wärmeübergangskoeffizient (im engl. Original: “pumping coefficient” – der Übersetzer). Der Wärmeübergangskoeffizient ist neben dem clo-Wert ein weiterer Faktor, der die Isolierung der Kleidung bestimmt. Er bezieht sich auf die Luftbewegung, die durch die Bewegung des Trägers entsteht. Selbst ein Stubenhocker bewegen sich von Zeit zu Zeit, und diese Aktivität kann die isolierende Luftschicht um den Körper herum stören und den Wärmekomfort zumindest vorübergehend beeinträchtigen.

Der Wärmeübergangskoeffizient ist bei langer Unterwäsche viel besser als bei locker sitzenden Kleidungsstücken wie Ponchos, weiten Hosen oder dicken Strickpullovern. Lange Unterwäsche bietet mehr Wärmekomfort, selbst wenn die clo-Werte ähnlich sind. Ein weiterer Faktor ist der Kamineffekt: Auch ohne Bewegung des Trägers verlieren lose hängende Kleidungsstücke die eingeschlossenen Luftschichten und verringern so die Isolierung.

Lange Unterwäsche hat weitere Vorteile gegenüber anderen Bekleidungsoptionen. Sie verhüllt nicht die Körperform und kann den Sex-Appeal erhalten, was für viele Menschen nicht ganz unwichtig ist. Sie kann ohne weiteres unter normaler Kleidung getragen werden. Und außerdem kann sie in mehreren Schichten getragen werden, was den Isolationswert weiter verbessert: In mehreren dünnen Schichten wird mehr Luft eingeschlossen als in einer einzelnen, dickeren Schicht. Laut dem US Air Force Survival Book entspricht eine Lage langer Unterwäsche (lange Hose + langärmeliges T-Shirt) einem clo-Wert von 0,6, während zwei Lagen langer Unterwäsche einen clo-Wert von 1,5 ergeben, was mehr als eine Verdoppelung ist.

Kombiniert man dieses Outfit mit einem typischen Anzug (oder einem ähnlichen, bequemeren Kleidungsstück), steigt die Wärmeisolierung auf 2,5 clo, was ausreicht, um eine Couch-Potato bei einer Temperatur von nur 12,7° Celsius – weit unter den heute üblichen Innentemperaturen – dauerhaft warm zu halten. Mit so einem Bekleidungsensemble könnte der Energieverbrauch für die Raumheizung um bis zu 80 Prozent gesenkt werden.

Mit zwei Schichten Thermounterwäsche lässt sich der Isolationswert mehr als verdoppeln. Es ist durchaus möglich, den Wärmekomfort bei Temperaturen um oder sogar unter 10°C aufrechtzuerhalten.

Leider sind die clo-Werte moderner Thermounterwäsche nicht so gut dokumentiert, wie dies bei herkömmlicher Kleidung der Fall ist. Dennoch deuten vereinzelte Informationen darauf hin, dass die clo-Werte deutlich höher sind als die von klassischer langer Unterwäsche. Berechnungen von sachkundigen Freizeit-Wanderern⁵ zeigen clo-Werte, die mindestens doppelt so hoch sind wie die der von der US Air Force erwähnten langen Unterwäsche (z.B. 0,66 Clo allein für das Oberteil).

Dies würde bedeuten, dass derselbe Wärmekomfort mit nur einer Lage langer Unterwäsche plus dem Äquivalent eines Winter-Business-Outfits (2,5 Clo bei 12,7 °C) erreicht werden könnte, oder dass mit zwei Lagen plus Anzug das Komfortniveau für eine ruhende Person auf eine Temperatur von 0 °C gesenkt werden könnte (Tragen von 4 clo Kleidung).

Ein weiterer Hinweis auf das zusätzliche Energiesparpotenzial von Hightech-Thermounterwäsche sind die clo-Werte verschiedener Materialien. Nach dem “Handbook of technical textiles” ist das Verhältnis von Wärme zu Gewicht bei Polstoffen wie Polyester und Acryl 2,5 bis 8 Mal höher als bei gewebten und gestrickten Stoffen aus Wolle oder Baumwolle (Materialien, die für herkömmliche lange Unterwäsche verwendet werden). Vliesstoffe wie Thinsulate bieten ein 13- bis 17-mal höheres Wärme/Gewichts-Verhältnis als Baumwolle und Wolle.

Synthetische oder natürliche Materialien?

Es mag seltsam klingen, in einem Blog wie dem Low-tech Magazine für die Verwendung synthetischer Kleidung zu plädieren. Sowohl natürliche als auch synthetische Materialien haben ihre Vor- und Nachteile, und beide können eine nachhaltige Wahl sein – auch wenn synthetische Kleidung aus fossilen Rohstoffen hergestellt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Kleidung als Alternative zum Heizen verwendet wird; die Energie, die durch das Absenken des Thermostats eingespart wird, ist viel größer als die Energie, die zur Herstellung der Kleidung benötigt wird. Diese hochisolierenden Kleidungsstücke zeigen, wie wertvoll fossile Rohstoffe als Material sind und wie dumm wir sind, sie einfach zu verbrennen.

Synthetische lange Unterwäsche hat nicht nur einen höheren Isolationswert als natürliche Materialien, sie hält auch viel länger, ist hautverträglich (viele Menschen vertragen keine Wolle) und kann sehr preiswert sein. Die größten Nachteile von synthetischer Unterwäsche sind ihre höhere Entflammbarkeit und ihre Neigung, Schmutz anzuziehen. Synthetische Thermounterwäsche muss regelmäßig gewaschen werden – ein Vorgang, der ebenfalls Energie kostet.

Dies ist beim Tragen in Innenräumen weniger problematisch als beim Sport im Freien, da Stubenhocker kaum schwitzen. Außerdem trocknet synthetische Kleidung sehr schnell, so dass man sie nach dem Waschen nicht in den Trockner geben muss. Natürlich kann die Wäsche auch in einer pedalbetriebenen Waschmaschine gewaschen werden, und das heiße Wasser könnte aus einem Solarboiler kommen, so dass keine fossile Energie verbraucht werden muss (und Sie während der Wäsche mehr als warm genug bleiben).

Anderseits ist synthetische Kleidung nicht zwingend notwendig. Selbst die Verwendung von langer Unterwäsche aus natürlichen Materialien wie Baumwolle und Wolle birgt das Potenzial für erhebliche Energieeinsparungen. Baumwolle mag zwar einen relativ niedrigen Isolationswert haben, aber eine volle Schicht Baumwollunterwäsche erhöht den Wärmekomfort um mindestens 0,4 clo – genug, um die Innentemperatur um 2,5° Celsius zu senken und mehr als 20 Prozent der Heizkosten zu sparen.

Die Verwendung von Wolle kann dieses Potenzial mehr als verdoppeln, und zwar auf etwa 1 clo für eine volle Schicht langer Unterwäsche (was eine Senkung der Innentemperatur um mehr als 6° Celsius ermöglicht). Mitte der 1990er Jahre erlebte Wolle ein Comeback als Material für Wander- und Bergsteigerbekleidung. Icebreaker war der erste Anbieter, der sich mit Thermounterwäsche aus Wolle auf dem Markt etablierte.

Das Unternehmen verwendet Wolle von neuseeländischen Merinoschafen, die zu den feinsten und weichsten Wollearten gehören. Auch Patagonia bietet eine Serie von Unterwäsche aus Merinowolle an, und mehrere europäische Hersteller (Mammut, Woolpower und Helly Hansen) mischen Merinowolle mit synthetischen Materialien. Dies führt zu haltbarerer Kleidung, denn Wolle nutzt sich viel schneller ab als synthetische Materialien.

Ein wichtiger Vorteil von Wolle gegenüber synthetischen (und anderen natürlichen) Materialien ist, dass sie auch bei längerem Gebrauch keine Gerüche annimmt. Häufiges Waschen ist nicht erforderlich. Der größte Nachteil von Merinowolle ist der Preis: Sie werden keine komplette Garnitur langer Unterwäsche für weniger als 200 Euro finden. Aber auch hier gilt: Diese Investition macht sich schnell bezahlt, wenn man damit den Thermostat senken kann.

Wärmekomfort: mehr als Kleidung und Lufttemperatur

Der Wärmekomfort hängt nicht nur von der Lufttemperatur und den wärmeisolierenden Eigenschaften der Kleidung allein ab. Vielmehr spielen mehr als ein Dutzend weiterer Faktoren – sowohl persönliche als auch umweltbedingte – eine Rolle. Allerdings haben Umweltfaktoren für das thermische Wohlbefinden in Innenräumen eine geringere Bedeutung als bei der Verwendung im Freien. Kleidung für Innenräume muss nicht wind- und wasserdicht oder durchlässig für Schweiß sein.

Nach der Lufttemperatur sind die Umgebungsfaktoren, die den Wärmekomfort beeinflussen, die mittlere Strahlungstemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit und die Luftbewegung. Die beiden letztgenannten Faktoren fließen in den clo-Wert ein, der in einer Umgebung mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 50 Prozent und einer Luftgeschwindigkeit von 6 Metern pro Minute (stehende Luft) definiert wird.

Wind hat einen großen Einfluss auf die Wärmeisolierung von Kleidung, wenn wir uns im Freien aufhalten, da er die isolierende Luftschicht zwischen Haut und Kleidung stört. In Innenräumen ist die Luftbewegung meist ein zu vernachlässigender Faktor, obwohl man bedenken sollte, dass jeder Luftzug die Isolationswirkung eines Kleidungsstücks verringern kann.

Strahlungswärme ist ein weiterer wichtiger Einflussfaktor auf das thermische Wohlbefinden im Freien. Die Strahlungswärme der Sonne kann dazu führen, dass man sich warm fühlt, selbst wenn die Lufttemperatur niedrig ist. In Innenräumen ist der Einfluss der Strahlungswärme viel geringer. Dennoch kann sie sich positiv auf den Wärmekomfort auswirken, da das in den Raum einfallende Sonnenlicht von Wänden und Möbeln absorbiert und nach und nach wieder abgegeben wird. Dies gilt insbesondere in Passivhäusern und in Wohnungen, die mit einem Kachelofen beheizt werden, wo Strahlungswärme ein wichtiger Faktor für die thermische Behaglichkeit ist.

Umweltfaktoren sind für das Wärmeempfinden in Innenräumen von weitaus geringerer Bedeutung als beim Aufenthalt im Freien. Kleidung für Innenräume muss nicht wind- und wasserdicht oder durchlässig für Schweiß sein. Neben dem clo-Wert und dem Wärmeübergangskoeffizienten ist der dritte Faktor, der die Wärmeisolierung von Kleidung bestimmt, der Permeabilitätsindex (Durchlässigkeitsindex).

Die thermischen Eigenschaften von Kleidung verschlechtern sich drastisch, wenn sie nass wird, entweder durch Schwitzen oder durch äußere Feuchtigkeit. Dies kann sehr gefährlich sein, wenn Sie in einem kalten Außenklima körperlich aktiv sind, da Ihr Körper während einer Ruhephase schnell Wärme verlieren kann, was zu Unterkühlung und Tod führen kann. Aber natürlich ist der Permeabilitätsindex für Couch-Potatoes nicht von Bedeutung: Sie schwitzen nicht – und in Innenräumen regnet es auch nicht.

Körperliche Bewegung in Innenräumen

Der wichtigste Faktor, der die thermische Behaglichkeit beeinflusst – noch wichtiger als die Lufttemperatur und die Kleidung – ist die körperliche Bewegung bzw. die Wärmeproduktion des Körpers (die Stoffwechselrate). Während es beispielsweise 12 clo-Einheiten braucht, um einen ruhenden Menschen bei einer extrem niedrigen Temperatur von minus 40° Celsius warm zu halten, sind es nur 4 clo, wenn diese Person geht, und nur 1,25 clo, wenn sie mit 16 km/h läuft. Einer der offensichtlichsten Gründe, warum unsere Vorfahren niedrigere Innentemperaturen aushalten konnten, war, dass sie körperlich aktiver waren als viele von uns heute.

Es ist aufschlussreich, dass ein Schutzmechanismus des Körpers gegen Kälte darin besteht, seine Wärmeproduktion zu erhöhen. Dies geschieht zunächst durch Anspannung der Muskeln und schließlich durch Zittern, wodurch die Wärmeproduktion des Körpers um das bis zu Fünffache gesteigert werden kann (von 100 Watt in Ruhe auf etwa 500 Watt). Die Stoffwechselrate hat auch bei nicht allzu extremen Temperaturen einen großen Einfluss. Während eine ruhende Person (z. B. ein Couch-Potato) bei einer Raumtemperatur von 10° Celsius eine Wärmedämmung von 2,7 clo benötigt, sinkt dieser Wert auf nur 1,7 clo, wenn diese Person einer sehr leichten Tätigkeit nachgeht (z. B. Tippen, Zeichnen oder ein angeregtes Gespräch führen).

In diesem Fall reicht die Kombination von langer Unterwäsche mit dem Äquivalent eines typischen Business-Outfits aus, um ihn oder sie warm zu halten. Als allgemeine Faustregel gilt, dass jede Erhöhung der Wärmeproduktion um 30 Watt eine Senkung der Wohlfühltemperatur um etwa 1,7 °C ermöglicht. Wenn man hingegen schläft, anstatt nur zu ruhen, verdoppelt sich die erforderliche Wärmedämmung ungefähr – zum Beispiel auf 2 clo bei einer Temperatur von 20° Celsius. Aus diesem Grund können Schlafsäcke eine Wärmeisolierung von mehr als 10 clo-Einheiten aufweisen.

Auch andere individuelle Faktoren als Kleidung oder Aktivität können zum Wärmekomfort beitragen. Männer scheinen niedrigere Temperaturen zu vertragen als Frauen, und sowohl kleine Kinder als auch ältere Menschen brauchen höhere Temperaturen, um sich wohl zu fühlen. Untersuchungen haben gezeigt, dass verschiedene Menschen – auch unabhängig von Alter und Geschlecht – leicht unterschiedliche Idealtemperaturen bevorzugen. Außerdem gewöhnen sich die Menschen auch an die vorherrschenden Temperaturen, was zu deutlich erkennbaren kulturellen Unterschieden führt. Die angegebenen clo-Werte für verschiedene Raumlufttemperaturen sind also nur Richtwerte – persönliche und kulturelle Unterschiede müssen berücksichtigt werden.

Hände und Füße

Der clo-Wert bezieht sich auf die gesamte Körperoberfläche und schließt somit die Wärmeübertragung durch exponierte Körperteile (Kopf und Hände, in einigen Fällen auch Arme, Beine, Füße oder Rumpf) mit ein. Sowohl die Isolierfähigkeit der Kleidung als auch die Hautbedeckung sind wichtige Faktoren für den Wärmeverlust. Im wirklichen Leben sind beide insofern miteinander verbunden, als dass Winterkleidung nicht nur besser isoliert, sondern auch einen größeren Teil des Körpers bedeckt als Sommerkleidung.

Der wichtigste Faktor für den Wärmekomfort – noch wichtiger als Lufttemperatur und Kleidung – ist die Wärmeproduktion des Körpers.

Hände und Füße sind immer zuerst betroffen, wenn man sich kalt fühlt. Zusammen mit dem Kopf und dem Nacken verlieren sie mehr Wärme als andere Körperteile. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass, wenn der Körper als Ganzes warm genug gehalten wird, die Hände und Füße von niedrigeren Innentemperaturen nicht stark betroffen sind.

Die Abkühlung der Extremitäten ist eine weitere Schutzreaktion des Körpers, wenn die Kerntemperatur sinkt. Dieser thermoregulatorische Mechanismus – “Vasokonstriktion” (Gefäßverengung) – reduziert den Blutfluss zur Haut, verbessert dadurch die Hautisolierung und begrenzt so den Wärmeverlust. Dies geschieht am ganzen Körper, aber aufgrund ihrer geringen Masse und großen Oberfläche hat die Vasokonstriktion die stärkste Wirkung auf Hände und Füße.

Bei extremer Kälte kann die Vasokonstriktion Ihr Leben retten – auch wenn es Sie einige Finger und Zehen oder Schlimmeres kosten kann. Um die (überlebenswichtige) Körperkerntemperatur aufrechtzuerhalten, opfert der Körper zuerst Hände, Füße und Nase, gefolgt von den Gliedmaßen. Da die Vasokonstriktion nur dann auftritt, wenn die Körperkerntemperatur sinkt, wird sie nicht auftreten, wenn Sie warm genug angezogen sind. Während das Warmhalten von Hals und Füßen den Wärmekomfort erheblich verbessert, ist es nicht notwendig, in geschlossenen Räumen Handschuhe oder Mützen zu tragen.

Es ist sogar ziemlich egal, welche Körperteile Sie warm halten – wichtig ist, dass der gesamte Wärmeverlust begrenzt wird, damit die Körperkerntemperatur stabil bleibt. Wenn Sie es beispielsweise vorziehen, in Innenräumen eine stark isolierende Mütze zu tragen, können Sie alles andere eigentlich vergessen und sich auch bei niedrigen Temperaturen in vergleichsweise leichter Kleidung wohlfühlen.

Leben ohne Heizung?

Selbstverständlich ist dieser Artikel kein Plädoyer dafür, ganz auf Heizungen zu verzichten, obwohl dies in manchen Klimazonen durchaus möglich ist – und nicht nur Heizkosten, sondern auch die Installation einer Heizungsanlage und andere Investitionen spart. Für viele von uns bleibt eine Heizung jedoch eine Notwendigkeit, und sei es nur, weil die Temperaturen regelmäßig unter den Gefrierpunkt sinken (Wasserleitungen würden einfrieren, und es wird schwierig, den optimalen Wärmekomfort allein durch Kleidung zu gewährleisten). Aber selbst dann könnte Thermounterwäsche zu einer erheblichen Senkung des Energieverbrauchs führen, da sie es ermöglicht, die durchschnittliche Innentemperatur um einige Grad zu senken und die Heizperiode um einige Monate zu verkürzen.

Das Energieeinsparungspotenzial von Kleidung ist so groß, dass es nicht ignoriert werden darf – obwohl genau das gegenwärtig geschieht. Das bedeutet nicht, dass Hausdämmung und effiziente Heizungsanlagen nicht gefördert werden sollten. Alle drei Richtungen sollten verfolgt werden, aber die Verbesserung der Isolierung von Kleidung ist offensichtlich der billigste, einfachste und schnellste Weg. Ein letzter Nachteil ist, dass sich Besucher, die keine Thermounterwäsche tragen, bei Ihnen unwohl fühlen werden, selbst wenn Sie und Ihre Familie sich wohl fühlen. Gästen eine zusätzliche Schicht Thermounterwäsche anzubieten, ist vielleicht nicht immer eine Option.

Bilder von Menschen, die lange Thermounterwäsche tragen: Icebreaker. Bilder von Thermokleidung: Patagonia, Woolpower und Helly Hansen. Letztes Bild: ein “Union Suit”, der Vorgänger der Thermounterwäsche. Dank an Tim Joye.

Quellen

Handbook on clothing: biomedical effects of military clothing and equipment systems, second edition, Ralph F. Goldman & Bernhard Kampmann, 2007.
A comprehensive data base for estimating clothing insulation (.pdf), ASHRAE, E.A. McCullough, 1984
US Air Force Survival Book, The United States Air Force, 2008
Some like it hot, Alan Meyer, Home Energy, 1994
Handbook of technical textiles, A.R. Horrocks & S.C. Anand, 2000
Climate and clothing (.pdf), Lieutenant-Colonel J.M. Adam, 1969
Encyclopedia of occupational health and safety, Jeanne Mager Stellman, 1998
Gilligan I. (2007). “Clothing and modern human behaviour: Prehistoric Tasmania as a case study. Archaeology in Oceania. Vol. 42, No. 3, pp. 102-11.
HVAC Handbook - thermal comfort by INNOVA (2010).
McArdle, William D., Frank I. Katch & Victor L. Katch (1994). Essentials of exercise physiology. Philadelphia: Lea & Febiger.
ISO 9920 international database: Ergonomics of the thermal environment—Estimation of thermal insulation and water vapour resistance of a clothing ensemble. (2007).
Temperature control fabrics, 2007 edition, Research & Markets.
Oxford dictionary of Sports Science & Medicine, 2006

The Empty Homes Agency & BSHF (2008), “New tricks with old bricks. How reusing old buldings can cut carbon emissions”, EHA publishing, March 2008 ↩︎
Uitdenbogerd, Diana & Vringer, Kees (1999). Energy reduction options for the domestic maintenance of textiles. Wageningen: Wageningen Agricultural University, Household and Consumer Studies. ↩︎
U.S. Energy In formation Administration, “Winter Energy Savings from Lower Thermostat Settings” (2000), EIA Independent Statistics and Analysis (website). ↩︎
Jeeninga, H. (1997). “Analyse energieverbruik sector huishoudens 1982-1996. Achtergronddocument bij het rapport ‘Monitoring energieverbruik en beleid Nederland’”, Energie Centrum Nederland Beleidsstudies, December 1997. ↩︎
“The best clothing combinations for backpacking or hiking?” (Forum thread, 2007), Backpackinglight (website, 2001). ↩︎