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Widerstandsheizung

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

26.01.2021

Letztes Update

18.08.2022

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  • Widerstandsheizung

Widerstandsheizung – Arten und Formel zur Berechnung des Heizwiderstands bei Elektroheizungen

Inhalt des Wiki-Artikels

Widerstandsheizung – Definition und Formel zur Berechnung des Heizwiderstands

Die Widerstandsheizung ist eine Elektroheizung, sie wandelt Strom in thermische Energie um. Elektroheizungen erzeugen Wärme, indem Strom durch einen Leiter mit elektrischem Widerstand fließt. Aufgrund des Widerstands erwärmt sich der Leiter und die elektrische wird in thermische Energie umgewandelt. Es gibt zwei Arten Widerstandsheizungen, nämlich Elektrodirektheizungen und Elektrospeicherheizungen. Zu den Elektrodirektheizungen gehören unter anderem Heizstrahler, Radiatoren, Heizlüfter und Elektrofußbodenheizungen. Diese geben die Wärme direkt an den Raum ab, der sich dadurch schnell aufheizt. Vorteile von Elektrodirektheizungen sind die geringen Kosten bei der Anschaffung und die einfache Inbetriebnahme. Zu den Elektrospeicherheizungen zählt die Nachtspeicherheizung. Diese zieht nachts den Strom und gibt am Tag Wärme ab. Der Betrieb rentiert sich aber kaum noch, da die meisten Stromanbieter keinen vergünstigten Nachtstrom mehr offerieren. Obwohl bei der Umwandlung von Strom in Wärmeenergie kaum Verluste auftreten, gelten monovalente Widerstandsheizungen als ineffizient, da die Umwandlung von Primärenergie in elektrische Energie in Kraftwerken verlustreich ist. Anders sieht es aus, wenn die Widerstandsheizung über eine Solaranlage mit Strom versorgt wird.1

Bei Elektroheizungen den Heizwiderstand berechnen

Der Heizwiderstand von Elektroheizungen lässt sich mit Hilfe des ohmschen Gesetzes berechnen. Dieses definiert den elektrischen Widerstand (R) als Quotienten aus der Spannung (U) und der Stromstärke (I). Angegeben wird der elektrische Widerstand in der Einheit Ohm (Ω), die Spannung wird in Volt (V) und die Stromstärke in Ampere (A) gemessen. Die Formel zur Berechnung des elektrischen Widerstands lautet wie folgt:
formel-elektrischer-widerstand-widerstandsheizung-net4energyDer elektrische Widerstand beschreibt, welche Spannung erforderlich ist, um elektrische Ladung durch einen elektrischen Leiter fließen zu lassen. Mit der Formel kann der elektrische Widerstand, der von Länge, Querschnitt und Material des Heizwiderstands abhängig ist, für jede Elektroheizung berechnet werden.2

Heizwiderstände für Elektroheizungen

Für Elektroheizungen gibt es diverse Heizwiderstände, die dazu dienen, elektrische in thermische Energie umzuwandeln. Eine sehr einfache Form ist ein hochohmiger Draht, auch Heizleiter genannt. Je nach Ausführung des Widerstands wird dieser als Heizleiter, Heizpatrone, Heizwendel, Heizleiter, Heizband, Heizregister, Heizmanschette oder Heizmatte bezeichnet. Beispielsweise handelt es sich bei der Heizpatrone um eine zylinderförmige Patrone aus Metall, die eine gewendelte Heizwicklung enthält. Die Heizmanschette ist flexibel und wird unter anderem zum Wärmen von Geräten und Maschinen in kalter Arbeitsumgebung genutzt. Beim Heizregister gibt ein Draht, der mit elektrischer Energie erhitzt wird, Wärme an einen vorbeiziehenden Luftstrom oder über einen Heizkörper ab.

Heizwiderstände für Widerstandsheizungen sind in der Regel aus speziellen Heizleiterlegierungen gefertigt, die besondere Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel weisen Konstantan und Manganin über einen großen Temperaturbereich hinweg einen fast konstanten elektrischen Widerstand auf. Wolfram wird bei Glühwendeln unter Abwesenheit von Sauerstoff eingesetzt, da es einen überaus hohen Schmelzpunkt hat. Kanthal und Nickel-Eisen-Legierungen sind widerstandsfähig gegenüber Oxidation an Luftsauerstoff. Wichtig ist bei einer Widerstandsheizung, dass der Stromfluss nicht so hoch ist, dass der Schmelzpunkt des Leitermaterials oder die Grenztemperatur des Isolierträgers erreicht wird. Reguliert werden kann dies über die Heizwiderstände, von denen auch mehrere parallel oder in Reihe geschaltet sein können, eine Kombination aus beidem ist ebenfalls möglich. Dies ist zum Beispiel bei der Siebentaktschaltung der Fall, die aus drei Teilwiderständen besteht: Auf der kleinsten Stufe werden die Widerstände in Reihe geschaltet, auf der höchsten Heizstufe hingegen parallel.

Damit ausreichend Wärme erzeugt wird, ist zumeist ein langer Draht erforderlich, weshalb er oft als Wendel oder Doppelwendel – also in Form einer Helix – ausgeführt ist. Heizwendeln können freitragend verwirklicht werden, um einen hitzebeständigen Kern gewickelt oder in isolierendes Material eingebettet sein. Darüber hinaus sind zylindrische Spulen und Spiralen gängig. Welche Art verwendet wird, ist vom Prinzip der Wärmeübertragung abhängig. Thermische Energie kann durch Wärmestrahlung, Wärmeleitung oder Konvektion übertragen werden. Grundsätzlich haben Heizwiderstände einen Wirkungsgrad von 100 Prozent, allerdings liegt in der Praxis meist ein geringerer Wirkungsgrad vor, da er von der Bauform des Heizwiderstands einer Widerstandsheizung und dem Einsatzzweck beeinflusst wird.

Widerstandsheizungen für Windschutzscheiben

Eine Widerstandsheizung kann nicht nur im Haushalt, sondern auch im Auto eingesetzt werden. Dort kommen sie in Form von Scheibenheizungen vor, die bei kaltfeuchtem Wetter schnell für klare Sicht sorgen. Herkömmliche Scheibenheizungen werden durch extrem feine Kupferdrähte verwirklicht, die in das Glas eingelassen werden. In Deutschland wird indes an einer neuen Technik gearbeitet: Nanoröhrchen aus Kohlenstoff. Die Stromversorgung funktioniert auch dann noch, wenn die Scheibe kleine Schäden aufweist. Die auf Nanoröhrchen basierende Widerstandsheizung kann in das 12-Volt-Bordnetz integriert werden. Umgesetzt wird diese Technik, indem eine dünne Lackschicht auf die Scheibe aufgetragen wird, die leitfähige und mehrwandige Nanoröhrchen aus Kohlenstoff enthält. Die Kohlenstoffröhrchen bilden ein Netzwerk, durch das elektrische Energie fließen kann. Der gesamte Strom wird in thermische Energie umgewandelt, die Scheibe wird aufgeheizt und dadurch klar. Die Heiztechnik ist aber nicht nur bei Windschutzscheiben anwendbar. Auch eine elektrische Fußbodenheizung kann damit realisiert werden. Der Lack mit den Nanoröhrchen aus Kohlenstoff wird dazu auf die Unterseite von PVC-Böden, Kork oder Laminat aufgetragen, die Wärme lässt sich über den Stromanschluss regulieren. Die Versorgungsspannung für die Widerstandsheizung ist variabel, sie kann zwischen zwei und 360 Volt liegen.3

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