Mit dem Prinzip des Schwarzen Strahlers haben sich bedeutende Wissenschaftler wie Max Planck, vor allem aber Robert Wilhelm Bunsen und Gustav Robert Kirchhoff beschäftigt. Er gilt als Vater des „Schwarzen Strahlers“. Diesen zu erklären, fällt etwas schwer, denn es gibt den „Schwarzen Strahler“ nicht wirklich. Er ist ein Idealwert für die Aufnahme und Abgabe von Strahlung (z.B. Licht oder Wärme).
Gustav Robert Kirchhoff (Bild rechts) entwickelte 1859 das Prinzip des „Schwarzen Strahlers“

Streng wissenschaftlich gilt nach dem Kirchhoffschen Strahlungsgesetz: Bei jedem Körper ist bei jeder Wellenlänge und in jeder Richtung das Emissionsvermögen (die Strahlungsabgabe) für thermische Strahlung proportional zu seinem Absorptionsvermögen (also zur Aufnahmefähigkeit). Da das Absorptionspotential des „Schwarzen Körpers“ bei jeder Wellenlänge den größtmöglichen Wert annimmt, erreicht auch sein Emissionsvermögen den Maximalwert. Diese Idealwerte kann technisch gesehen kein reales Gerät erreichen.

Entsprechend faszinierend ist jetzt, was die Baubiologen bei der Emissionsmessung von Kacheln herausgefunden haben: Wie unsere Grafik zeigt, liegt nämlich deren Wärmeabgabe in verschiedenen Wellenlängen-Bereichen ganz nahe an der Idealkurve des „Schwarzen Strahlers“. Das schafft kein anderer Heizkörper. Schon gar nicht ein Kaminofen mit seiner Metalloberfläche.

Was bei der beschriebenen Studie ebenfalls herauskam, war die Tatsache, dass die annähernde Deckungsgleichheit der Emissionen von Kacheln mit dem „Schwarzen Strahler“ für alle Temperaturbereiche gilt. Damit der Mensch die Wärmeabgabe einer Heizung wahrnimmt, muss deren Wärmeleistung über der Oberflächentemperatur der Haut liegen. Ebendiese bewegt sich so um die 32 Grad. Die Oberflächentemperaturen von Kachelöfen reichen von 35 bis an die 100 Grad. Je nach Brennstoffaufgabe oder Thermostateinstellung bei Steuerungen bleibt der Wohlfühlwert nach dem beschriebenen physikalischen Prinzip immer im optimalen Bereich.

Das ist vor allem deshalb wichtig, weil man zu Hause vermehrt mit niedrigeren Heiztemperaturen auskommt, da die Wärmedämmungen immer besser werden. Reine Konvektionswärme würde in einem niedrigeren Temperaturbereich alsbald zu dem nicht gerade angenehmen Gefühl der so genannten „überschlagenen“ Temperatur führen. Professor Kirchhoff und sein „Schwarzer Strahler“ haben uns im Gegensatz dazu die Erkenntnis beschert, dass Kacheln genau diesen negativen Effekt nicht haben.

Zusammenfassend gilt also: Der gute alte Kachelofen verbreitet seit Hunderten von Jahren gesunde Strahlungswärme. Das Knistern der Scheite, das faszinierende Zauberspiel des lodernden Feuers und die wohltuende Wärme sorgen für eine unnachahmliche Atmosphäre der Behaglichkeit. Das war immer schon so – nur jetzt wissen wir auch dank wissenschaftlichen Forschergeistes, warum das so ist.

In diesem Zusammenhang fordert Hofbauer eine Abkehr von den üblicherweise praktizierten Bewertungen „Anzahlkonzentration“ und „Massenkonzentration“, die allüberall als alleinige Kriterien für Gefahrenpotenziale verwendet werden. Sowohl erstere, die auf der Partikelanzahl pro Luftvolumen basiert, als auch die zweite mit der Bestimmung der Partikelmasse pro Luftvolumen berücksichtigen nämlich zwei ganz entscheidende Werte überhaupt nicht: Die Korngröße (den „repräsentativen Querschnitt) und die für chemische Reaktionen entscheidende Oberfläche. Die folgende Tabelle zeigt am Beispiel von Diesel-Russ, Kfz-Aufwirbelungen und Holzfeuerungen, dass sich bei gleicher Volumsverteilung von Körnern mit unterschiedlichen Durchmessern eine Bewertung von Gesundheitsgefahren erst durch die Evaluierung der Oberflächenverteilung ergibt.

Aus der Tabelle geht klar hervor, dass ausgehend von einer Massen- oder Volumenverteilung für einen Feinstaub mit einem repräsentativen Durchmesser von 30 nm (Diesel-Russ) im Vergleich zu einem Feinstaub mit einem repräsentativen Durchmesser von 200 nm (Holzfeuerung) eine Verschiebung der Anteile um den Faktor von 44 zugunsten der Holzfeuerung ergibt. Weil nun genau dieser Wert das wirkliche Gefährdungspotential definiert, kommt die Studie zu dem Schluss, dass die Toxizität von Feinstäuben aus Holzfeuerungen signifikant geringer ist, als die von Feinstäuben aus Diesel-Russ.

Insgesamt kommt Prof. Dr. Hermann Hofbauer zu folgenden Bewertungen:

• Mehr als 50 Prozent des Feinstaubes stammt nicht aus lokalen Quellen, sondern aus Ferntransporten.
  Feinstaub aus den Holzfeuerungen der Kleinverbraucher hat in Österreich und generell in Mitteleuropa einen wesentlich geringeren Anteil als vergleichsweise Emissionen durch Industrie und Verkehr.
  Feinstäube aus dem Kleinverbraucherbereich haben nur geringe Anteile an ultrafeinen, für den Menschen gefährlichen Partikeln, während Feinstäube aus dem Verkehr deutlich größere Anteile ultrafeiner Partikel aufweisen.

Auch der Feinstaub, der als PM10 (PM = particulate matter – soviel wie Durchmesser), mit einem aerodynamischen Durchmesser von maximal zehn Mikrometer) bezeichnet wird, ist ein Teil von TSP. Daher ist auch seine chemische und physikalische Zusammensetzung sehr komplex und unterschiedlich. Die Grenze von zehn Mikrometer wurde aus medizinischen Gründen gewählt, weil feinere Partikel den Kehlkopf passieren können und somit bis in die Lunge gelangen können.

Da alle Partikel kleiner als zehn Mikrometer im Feinstaub erfasst werden, werden auch die feinen und ultrafeinen Partikel in dieser Kategorie mitgezählt. Vor allem die ultrafeinen Partikel (sie sind kleiner als 0,1 Mikrometer) haben zwar massenmäßig (unter 1% der gesamten PM10-Masse) den geringsten Anteil, sind aber durch den extrem kleinen aerodynamischen Durchmesser, und somit auch durch den extrem kleinen Durchmesser des wahren Partikels, sehr gesundheitsgefährdend, da sie bis in die Alveolen (Lungenbläschen) vordringen können, in der Lunge

abgelagert werden und nur sehr langsam wieder ausgeschieden werden können. Der Massenanteil der feinen Partikel (PM 2,5) ist mit etwa dreiviertel der Gesamtmasse am größten. Der Rest sind grobe Artikel mit einem aerodynamischen Durchmesser zwischen 2,5 und 10 Mikrometer.

Die Entstehung und Herkunft der einzelnen Partikelgrößen sind sehr unterschiedlich. Die ultrafeinen Partikel stammen überwiegend aus Verbrennungsprozessen, die groben Partikel zwischen 2,5 und 10 Mikrometer aus natürlichen Prozessen und aus Abriebsprozessen und die feinen Partikel zwischen 0,1 und 2,5 Mikrometer sind zum überwiegenden Teil sekundären Ursprungs und bilden sich durch Gas-Partikelkonversion und andere Bildungsmechanismen aus den Vorläufersubstanzen SO2, NOx, NH3 und VOC.

PM10 kann man grob in zwei verschiedene Fraktionen einteilen: primäre Partikel, die direkt an den Schadstoffquellen gebildet und ausgestoßen werden und sekundäre Partikel, die sich erst in der Atmosphäre aus Vorläufersubstanzen bilden.

Zu den primären Partikeln gehören Partikel, die aus jeglicher Art von Verbrennungsprozessen (Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen und auch stationäre Verbrennungs-Anlagen) stammen, aber auch Abriebspartikel, wie sie im Straßenverkehr von den Reifen, Bremsen oder vom Split, aus der metallverarbeitenden Industrie oder aus der Bautätigkeit stammen. Die sekundären Partikel werden aus Vorläufersubstanzen wie Stickstoffoxid, flüchtige organische Verbindungen, Schwefeldioxid oder Ammoniak gebildet.

Zur PM10-Belastung der Luft tragen alle Bereiche bei: Verkehr, Industrie, Landwirtschaft und Haushalte. Es ist zwar unstrittig, dass die ersten beiden als Hauptverursacher ermittelt wurden. Dennoch unterscheiden sich viele Statistiken und die daraus folgenden Diagramme teils deutlich voneinander. Nachfolgende Grafik des Österreichischen Kachelofenverbandes beruht auf einer europaweiten Ermittlung der Universität Stuttgart und des VDI (Verband Deutscher Ingenieure), die sich mit den Werten des Umweltbundesamtes Österreich und weitgehend den Erhebungen der Stadt Wien deckt.

Die Grafik zeigt, dass Kleinfeuerungen mit zehn bis zwölf Prozent an Feinstaub-Emissionen beteiligt sind. Das wird durch drei Zahlen aus Österreich untermauert. Wien liegt sogar noch etwas unter diesem Wert und gibt im Umweltbericht 2002/2003 den Anteil des „Hausbrandes“ mit neun Prozent an, Verkehr mit 71 % und Industrie mit 20%.

Eine Statuserhebung bei Feinstaub in den Jahren 2002 und 2003 im Stadtgebiet von Feldkirch sieht die Heizung (lokal/regional) bei 12 Prozent, den Verkehr bei 39% und sonstige bei 49%.

Das Amt der Steiermärkischen Landesregierung listet im „Programm zur Feinstaubreduktion in der Steiermark“ im Oktober 2004 den „Hausbrand“ mit 10,4 % auf. Verkehr mit 52,2%, die Industrie mit 20,1% und den Beitrag der Landwirtschaft mit 11,3%.