Oberflächenbelastung

Unter der Oberflächenbelastung versteht man den Quotienten aus Leistung und Oberfläche. Die Oberflächenbelastung wird meistens in W/cm² angegeben.
Die Wahl der Oberflächenbelastung ist zum einen von der Art des Heizelements und zum anderen von der Art des Mediums abhängig.
Je schlechter das Medium die Wärme von der Oberfläche der Heizung abführen kann, oder je thermisch sensibler das Medium ist, umso geringer muss man die Oberflächenbelastung wählen. Während bei konventionellen Wärmetauschern die übertragbare Wärmemenge durch das Medium begrenzt wird, ist bei elektrischen Heizelementen die abgegebene Wärmemenge konstant. Nahezu die komplette aufgenommene elektrische Leistung geht auf das Medium über. Ist die Wärmeübertragung behindert (also die Oberflächenbelastung für diesen Fall zu hoch), so wird das Medium (und das Heizelement) überhitzt.
Unterschiedliche Heizelementkonstruktionen haben unterschiedliche maximale Oberflächenbelastungen:

austauschbare Keramikpatronen max. ca. 6 W/cm²

unverdichtete Heizelemente mit Metallmantel max. ca. 8 W/cm²

verdichtete Heizelemente max. ca. 20 W/cm²

Höchstleistungs-Keramikheizpatronen max. ca. 100 W/cm²

Diese maximalen Oberflächenbelastungen können nur bei entsprechenden Medien erzielt werden.

Für die nachfolgend aufgeführten Medien haben sich in der Praxis diese Werte als brauchbar erwiesen:

Wasser 0°dH max. 20 W/cm²

Kreislaufwasser, sauerstoffarm, VDI 2035 max. 10 - 15 W/cm²

Trinkwasser < 18°dH max. 6 W/cm²

Trinkwasser > 18°dH max. 3 - 4 W/cm²

Wärmeträgeröl max. 4-10 W/cm²

Heizöl EL/ Diesel max. 4 W/cm²

Rapsöl max. 4 W/cm²

Hydrauliköl max. 1 - 2 W/cm²

Schweröl max. 2 W/cm²

Milch max. 1 W/cm²

Honig max. 0,5 W/cm²

Andere Medien werden ähnlich ausgelegt. Grundsätzlich können bei Medien, bei denen die Stoffdaten bekannt sind, die maximal zulässigen Oberflächenbelastungen errechnet werden. Dies wird bei Wärmeträgerölanlagen mit organischen Medien auch in der Norm (DIN 4754) gefordert. Bei der Berechnung muss auch berücksichtigt werden, dass in Bereichen schlechter Durchströmung auch die Wärmeenergie hinreichend abgeführt werden muss. Dies führt in der Praxis zu so großen Abschlägen, dass die oben genannten Werte auch ohne exakte Berechnung für die üblichen Auslegungen benutzt werden.