Wie funktionieren eigentlich Carbon-Heizfolien bzw. Infrarotheizfolien?

Wer sich schon einmal mit modernen Heizungslösungen befasst hat, ist dabei sicherlich auch bereits auf Carbon-Heizfolien gestoßen. Häufig sind diese auch als Infrarotheizfolien oder elektrische Flächenheizungen betitelt. Doch was genau steckt hinter dieser besonders effizienten Technologie und welche Anwendungsbereiche gibt es? Und was hat eigentlich Thomas Alva Edison, der Erfinder der Glühlampe, damit zu tun? Bei uns erfahren Sie es...

Die im allgemeinen Sprachgebrauch verwendete Bezeichnung „Carbon“ hat sich aus der englischen Sprache entwickelt und steht eigentlich für Karbonfasern, eine Kurzbezeichnung von Kohlenstofffasern. 

Bei Kohlenstofffasern handelt es sich um industriell gefertigte Fasern, die aus organischen Ausgangsmaterialien hergestellt werden. Bekannte Kohlenstoffvorkommen sind beispielsweise die fossilen Brennstoffe Kohle, Erdöl und Erdgas. Durch einen Pyrolyseprozess, bei dem die Ausgangsmaterialien mit Temperaturen von bis zu 1500 °C behandelt werden, erfolgt eine Veränderung der atomaren Struktur. Daraus resultiert eine gasförmige Abspaltung aller Elemente, bis auf den Hauptanteil Kohlenstoff, der ein Verhältnis von 96 bis 98 Gewichtsprozenten erreicht.

Die besonderen Eigenschaften von Kohlenstofffasern bestehen darin, dass sie elektrisch und thermisch sehr gut leitfähig sind. Das wusste schon Thomas Alva Edison, der bereits im Jahre 1881 ein Patent für die von ihm entwickelte Kohlenstofffaserglühlampe mit Glühfäden aus pyrolysierten Bambusfasern erhielt. ^*1

In bewährten Produktionsverfahren werden dann aus den zuvor hergestellten Kohlenstofffasern spezielle Karbonpasten gefertigt, welche als Grundlage für Standard-Heizfolien dienen. Die aktuell modernsten Fertigungsmethoden setzen jedoch darauf, den gewonnen Kohlenstoff in mikroskopisch kleine Kohlenstoffnanoröhren zu formen. Diese Kohlenstoffnanoröhren, auch als Carbon-Nano-Tubes (CNT) bekannt, sind wabenartige Gitter aus Kohlenstoffatomen und weisen Durchmesser von 1 bis 50 Nanometern auf. Diese bisher einzigartige Technologie ermöglicht einen deutlichen Effizienzgewinn.

In weiteren Arbeitsschritten erfolgt das Aufbringen der Karbonpasten bzw. Carbon-Nano-Tubes zusammen mit zwei Kupferbändern auf dünnen PET-Folien. In Querrichtung werden zusätzliche Silberstreifen aufgetragen, welche für einen optimalen Stromfluss auf das Carbon-Material sorgen. Für die notwendige Haltbarkeit und Stabilität der Heizfolie sorgen bis zu 6 weitere Schichten aus robuster und wasserfester PET-Folie. 

Einen ähnlichen Aufbau weisen auch die sogenannten vlieskaschierten Heizfolien auf. Hier wird jedoch anstelle der glatten PET-Folien eine diffusionsoffene und haftungsoptimierte Vlieskaschierung verwendet. Dank der Perforation eignet sich diese Heizfolie optimal für Putzsysteme und Spachtelmassen an Decken-, Wand- und Bodeneinbauten.

Sobald eine Spannung an die Kupferbänder der Heizfolien angelegt wird, erwärmt sich das Karbonmaterial und sendet gleichmäßig langwellige Infrarotstrahlungen mit einer IR-Wellenlänge von 7-14 Mikrometern (IR-C-Strahlung) aus, die denen der Sonne ähneln. 

Mit der Sonne lässt sich übrigens auch die Wirkung der Carbon-Heizfolien vergleichen. Denn treffen die Infrarotstrahlen auf feste Körper, versetzen sie die Moleküle an der Oberfläche in Schwingungen. Es entsteht Wärme, die viele als besonders angenehm empfinden.

Die Aufbauhöhen von Carbon-Heizfolien liegen je nach Modell üblicherweise zwischen 0,366 mm und 0,60 mm und zählen damit zu den dünnsten Varianten von elektrischen Heizsystemen. 

In Wohn- und Gewerbeimmobilien kommen Carbon-Heizungen in der Regel als Flächenheizungen zum Einsatz. Dabei geben sie die wohlige Strahlungswärme z.B. über Böden, Wände oder Decken an den jeweiligen Raum ab. Anders als bei konventionellen Heizkörpern (Konvektoren) wird die Luft nur indirekt erwärmt. In Folge bleibt gleichzeitig die Konvektion der Wärme und die damit verbundene Zirkulation der Luft weitgehend aus, so dass weniger Staub aufgewirbelt wird. Das erfreut besonders Allergiker.

Im Zusammenhang mit elektrischen Flächenheizungen ist es wichtig zu wissen, dass sich die empfundene Temperatur in einem Raum aus der Lufttemperatur und der Oberflächentemperatur der jeweiligen Objekte zusammensetzt. Sind die Wände, Böden und Gegenstände in einem Raum warm, fühlen wir uns also auch bei geringeren Lufttemperaturen wohl. Und geringere Lufttemperaturen sind wiederum mit niedrigeren Wärmeverlusten, sowie sinkenden Heizkosten verbunden. Untersuchungen haben ergeben, dass die Raumtemperatur bei Verwendung von Infrarotheizungen rund zwei Grad Celsius geringer ausfallen kann, ohne dass dabei Behaglichkeit verloren geht. Allein das Absenken der Raumtemperatur um nur 1°C kann schon für eine Energieeinsparung von 5-7% sorgen.

Zudem wandelt eine Carbon-Heizung die elektrische Energie nahezu verlustfrei in Heizwärme um, weshalb diese Technik als besonders effizient gilt. Die effektive Heizleistung von Heizfolien wird stets als Leistung pro Quadratmeter angegeben und reicht von ca. 50 bis zu 1500W/m². In Wohn- und Geschäftsräumen bewegt sich die Heizleitung jedoch bei maximal 200W/m², Carbon-Heizfolien oberhalb dieser Schwelle werden eher für DIY-Projekte oder industrielle Zwecke eingesetzt. 

Bei der Beheizung von Immobilien liegt ein weiterer Vorteil von elektrischen Flächenheizungen, neben den rein optischen Aspekten, auch in der relativen Platzersparnis. Denn die Heizfolien verschwinden quasi unsichtbar unter Bodenbelägen oder Wand- bzw. Deckenverkleidungen und nehmen den Räumlichkeiten nichts von seiner nutzbaren Fläche.  
 

Neben der Verwendung in Heizfolien finden Kohlefasern (carbon fiber) auch in Infrarotheizpaneelen, textilen Heizelementen, Carbon-Heizfarbe oder speziellen Kohlefaser-Heizmatten eine Anwendung. 

Das Funktionsprinzip ist dabei in allen Anwendungsfällen gleich. Das stromdurchflossene Carbon-Material erzeugt unmittelbar langwellige Infrarotstrahlungen, welche nach kürzester Vorlaufzeit für ein angenehmes Wärmeempfinden sorgen.  

Gerade im Bereich der Dünnbettheizmatten oder Heizkabel liegen Modelle mit einem Kohlefaser-Heizleiter deutlich vor denen, die einen konventionellen Kupferheizleiter besitzen. Die Erwärmung eines Kohlefaser-Heizleiters ist beträchtlich schneller, was bei gleicher Leistung und klimatischen Bedingungen einen geringeren Stromverbrauch zur Folge hat. So sind bis zu 40% Einsparung möglich. 

Unsere Mi-Heat Carbon-Heizelemente eignen sich neben der Raumbeheizung aber auch für eine Vielzahl von individuellen DIY-Projekten zum erwärmen, beheizen oder temperieren. Beispielsweise finden die Mi-Heat Produkte in folgenden Projekten ihren Verwendungszweck:

• Temperierung für Akkukoffer, Wohnmobil-Batterie, Lithium-Akkus im KFZ, etc.
• Frostschutz für Brauch- und Abwassertanks im Wohnwagen / Wohnmobil
• Heizung für Terrarien, Brutkästen, Bienenstöcke
• Erwärmung von Anzuchtgewächshäusern, Überwinterung von Zierpflanzen
• Modellbau, Prototypenbau
• Schimmelprävention
• und viele weitere Anwendungen

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