Infrarød varmelegeme

Infrarød lampe til opvarmning af kropsdele (150 W, 230 V).
Denne type varmelampe udsender også noget synligt rødt lys.

Infrarød varmelampe til terrarier uden synligt rødt lys

Infrarøde sendere er komponenter eller uafhængigt fungerende enheder, der genererer infrarød stråling, der bruges til opvarmning eller tørring. Anvendelsesområder er f.eks. B. husdyrhold , elektrisk sauna , halvarme, stuevarme eller i medicin . Brandfarlig gas eller elektricitet bruges som energikilde til infrarøde emittere . Princippet om infrarød stråling er identisk for elektrisk og gasdrevne infrarøde emittere.

I modsætning til andre varmesystemer fungerer infrarøde varmeapparater hovedsageligt ved at opvarme den belyste overflade, ikke ved at opvarme luften på radiatoren.

Ud over infrarøde emittere, dvs. enheder, der udsender bredbåndsinfrarød stråling, er der også enheder, der kun udsender infrarød stråling i et relativt snævert spektrum; dette inkluderer infrarøde lasere (især kuldioxidlaseren ) og den infrarøde lysemitterende diode .

Princip for infrarød varmelegeme

Enhedernes princip er enkelt og kan bedst forklares med solbadning på en gletscher. Selvom omgivelsestemperaturen er under 0 ° C, er det varmt i solen. Dette skyldes varmestrålingen fra solen. Uanset hvor den rammer, absorberes den (delvist) og omdannes til varme, for eksempel på vores hud.

Infrarød stråling er elektromagnetisk stråling i et bølgelængdeområde umiddelbart over synligt lys.

Infrarød stråling repræsenterer kun en lille del af det elektromagnetiske spektrum. Stråling med kortere bølgelængder end infrarød er i det synlige eller skadelige område ( ioniserende stråling ) og er derfor uønsket. Derimod absorberes stråling med en længere bølgelængde i stigende grad dårligt (f.eks. Radar, radio).

Generelt absorberes al stråling af stof, hvis de respektive atomer og molekyler kan absorbere det energiniveau, der svarer til den respektive strålingsfrekvens. Frekvensområderne for molekylerne i luften adskiller sig fra flydende eller faste legemers. For eksempel varmer infrarød stråling kun luft relativt lidt, i modsætning til faste kroppe. Energioverførslen foregår målrettet og direkte og adskiller sig væsentligt fra konvektion , dvs. H. opvarmning af den omgivende luft. Målet er at holde det konvektive tab (stigende varm luft) så lavt som muligt. Ved at koordinere den udsendte frekvens og målet (f.eks. Et specifikt metal) kan transmissionen blive endnu mere selektiv.

Infrarød varme

Infrarøde varmeapparater tilhører kategorien stråle- eller varmebølgeopvarmning og bruges hovedsageligt i haller, hvor konventionelle konvektionsvarmere ville være uøkonomiske, hvis varme luft stort set ville hænge ubrugelig under hallen. Denne fordel er større med lys emitter systemer, som arbejder med en højere temperatur og et mindre område af emitteren. For strålingssystemer går en lavere brandrisiko ud.

Til boligarealer placeres varmeapparater bag et beskyttende lag for at forhindre forbrændinger, hvis de rører den varme varmelegeme (80–100 ° C til panelovner, IR -varmestænger betydeligt mere) i kort tid. Varmeapparaterne produceres i mange forskellige varianter som overflade, spejl, billede eller kugle, faste eller transportable. På grund af den ensartede strålevarme, det lave luftvarme- og bevægelsesniveau og det tilhørende lavere varmebehov, kommer infrarøde varmeapparater f.eks. B. i store eller dårligt isolerede rum til brug. I modsætning til konventionelle radiatorer er det ikke rumluften, der opvarmes i lag, men kun de belyste kroppe, som derefter frigiver varmen i luften. Infrarøde varmeapparater annonceres ofte som meget økonomiske varmeapparater med dette argument, men når de bruges kontinuerligt til rumopvarmning, er infrarød opvarmning lige så ineffektiv som enhver anden form for elektrisk opvarmning. En anden type er stråleovne udendørs, f.eks. På gadecaféer.

Elektrisk drift

Grundlæggende er lyskilder opdelt efter emissionstypen: Infrarøde lamper, såvel som normale glødelamper og de fleste lyskilder tilhører de termiske emittere, det vil sige, de udsender stråling baseret på og i henhold til deres temperatur. Se også sort krop . I denne sammenhæng betyder sort , at stråling kun udsendes på grund af kroppens egen temperatur og ikke "forfalskes" på grund af refleksioner eller lignende. Omvendt udsender hvert legeme med en temperatur over nul Kelvin termisk stråling.

Kvartsvarmer til hjemmet

Ifølge Wiens forskydningslov afhænger "hovedfarven" af termisk stråling fra et (sort) legeme kun af dets temperatur: jo koldere den er, jo lavere er frekvensen af ​​den maksimale stråling, den udsender. Eksempel: En moderat opvarmet jerntråd lyser mørkerød (lav frekvens); hvis ledningen opvarmes yderligere, stiger frekvensen, hvilket er forbundet med en lys rød, orange, gul eller endda blåhvid farve. Hvis tråden derimod kun er ved stuetemperatur, er dens stråling stadig "under" den mørkeste røde, som menneskelige øjne stadig kan se, med andre ord: Sådan en ledning ser ikke ud til at lyse af sig selv.

Så det afhænger af lampetypen og dermed glødetemperaturen, hvor meget synligt lys og hvor meget infrarødt lys det udsender. Set på denne måde ville relativt seje lamper være ret effektive infrarøde lamper, men på grund af Stefan-Boltzmann-loven falder det samlede strålingsudbytte fra et legeme med den fjerde effekt af dets temperatur.

Endelig henviser vi kort til Plancks strålingslov . Det beskriver hele frekvensfordelingen af ​​sortlegemestråling, ikke kun maksimum. En velkendt undtagelse fra gruppen af ​​termiske emittere (som lyskilde) er den lysemitterende diode : Den udsendte stråling er skabt af en elektronoverførsel, som ideelt set ikke har noget at gøre med temperaturen inde i dioden.

Kvartsvarmer

I tilfælde af en kvartsvarmer er varmemodstanden, gennem hvilken den elektriske strøm strømmer, placeret i et let uigennemsigtigt kvartsglasrør fyldt med inert gas . Derfor kan trådens temperatur vælges til at være højere end med en konventionel strålevarmer .

Kvarts radiatorrør har typisk en ydre diameter på 8–15 mm og er for det meste lige cylindriske. De kan holdes med wire clips i rustfrit stål og elektrisk kontaktes med 6,3 mm flade stik. Rørmaterialet består af kvarts-rige glas, ren kvarts glas eller ofte den noget uklare kvarts materiale Rotosil. Driftstemperaturer spænder fra 600 ° C til 950 ° C.

Halogen spotter

Effektiviteten af ​​en halogenlampe er højere end en kvartslampe. Det bruges også til madlavning under keramiske tallerkener.

Infrarøde lamper

Kulstoffilamentpære med rød farvet glaspære

Grise under en varmelampe

Infrarøde lamper (også kaldet røde lamper eller varmelamper) er lamper, der hovedsageligt udsender usynlig varmestråling . Til dette formål er et hovedsageligt rødt filter indbygget i lampen for at filtrere det resterende (ikke-røde) synlige lys. De anvendte lyspærer kan også indeholde disse filtre direkte i deres glaskuvert. Ud over den (stadig synlige) røde lyskomponent omfatter den udsendte stråling hovedsageligt kun såkaldt nær- infrarød stråling (NIR).

Infrarøde lamper bruges f.eks. I kyllingeavlsstationer og terrarier . De udsender infrarød stråling i det område, som mange levende væsener opfatter som behageligt. Dette kan forklares med den høje andel af NIR -stråling, den mest energiske infrarøde med den højeste indtrængningsdybde (men stadig kun få millimeter, se indtrængningsdybder af IR -stråling ): Den resulterende varme genereres af den indfaldende stråling lige under huden overflade, og ikke direkte på overfladen af ​​huden, som i det mindste mennesker undertiden finder ubehageligt (huddehydrering og en følelse af at brænde). På trods af deres kraft udløser disse infrarøde lamper på samme tid ikke en flyrefleks hos dyr, der ellers undgår direkte sollys på grund af deres milde og dyb røde stråling.

Intensiteten af ​​moderne infrarøde lamper kan også dæmpes . Filamentet lyser derefter ikke længere lyse hvidt til lysegult, men kun rødligt. Intensiteten af ​​det infrarøde lys er kun lidt lavere på grund af forskydningen i strålingsmaximum (se Wiens lov om forskydning ).

Der er også modificerede infrarøde lamper, der er designet mere end infrarøde emittere . I disse reduceres andelen af ​​synlig stråling yderligere, og der udsendes proportionelt mere medium infrarød (MIR). På denne måde kan lamper baseret på glødetråde stadig opnå et bølgelængdeområde på 5-10 µm. Denne type infrarød lampe bruges, når der skal opvarmes kroppe, der (stort set) er usynlige for NIR -området, dvs. Det vil sige, lad den tilsvarende stråling passere uhindret. Et eksempel på dette er vandis. Det er praktisk talt gennemsigtigt i det synlige område og i NIR. Kun i det langt infrarøde (FIR) bliver det uigennemsigtigt, dvs. det absorberer hele strålingsenergien og opvarmes dermed. Effektive ”isoptøende infrarøde varmeapparater” skal derfor udsende en høj andel af FIR -stråling.

Også i industrielle opvarmningsprocesser, elektriske infrarøde emittere z. B. bruges til termoformning .

Gasdrift

Strålevarmere i industrien og camping drives derimod normalt med brændselsgas , mest med flydende gas og sjældnere med naturgas til stationær brug . Gasflammen opvarmer glødelampen. Industriel strålevarmere kan kun bruges til opvarmning af en hal. De installationsregler, der gælder for gasanordninger, skal overholdes for gasudkastere. På grund af disse egenskaber er de næppe velegnede til boligarealer. I de senere år er flere og flere terrassevarmere (også kendt som "terrassevarmere") blevet brugt i udendørs områder som f.eks. Gadecaféer. Disse udendørs varmesystemer kritiseres for deres "æstetik" og skadelige virkninger på klimaet, men de er stadig godkendt i de fleste tyske byer. For direkte gasfyrede apparater skelnes i dag hovedsageligt mellem to typer infrarøde radiatorer : lyse radiatorer og mørke radiatorer .

Lyse emittere

Lyse radiatorer opvarmes direkte af en atmosfærisk brænder og drives med naturgas , petroleum eller flydende gas . De er installeret på væggen eller loftet. De kaldes lyse radiatorer, fordi infrarøde stråler genereres ved synlig forbrænding af en gas-luftblanding på undersiden af ​​enheden. Keramiske plader lyser "lyst". De perforerede keramiske plader danner også hjertet i lysradiatorerne. Gas-luftblandingen strømmer gennem dem og brænder på deres overflader. Overfladen på den keramiske plade varmer op til 950 ° C og udsender infrarød stråling. Reflektorer afspejler strålingen nedad i det besatte område.

plader

Tidligere var de keramiske plader relativt enkle. I gennemsnit havde de omkring 1200 huller og var kun en fjerdedel af størrelsen på dagens plader. Overfladen på de rektangulære plader var flad. Udviklere begyndte at forbedre den keramiske plade tilbage i 1970'erne. De erkendte, at effekt og emissioner stort set afhænger af overfladeegenskaberne og pladens struktur. I dag er der mellem 3.000 og 4.000 huller med en diameter på 1–1,3 mm på et bræt. Overfladen, den såkaldte dybdeeffektstruktur, ligner en jævnt arrangeret bikage. De øger den specifikke overflade og dermed også varmeoverførselsområdet og strålingsudbyttet med omkring 60%. En lille flamme brænder i hvert hul. Dette skaber en meget varm keramisk overflade, selvom de faktiske flammer forbliver relativt kølige. Dette reducerer nitrogenoxid (NO _x ) værdierne til et knap måleligt område. De carbonmonoxid (CO) -værdierne er i området fra moderne kondenserende kedler, som ofte bruger de samme keramiske plader og virkningen af varm overflade og køle flamme. En keramisk plade af høj kvalitet har en meget lang levetid. Takket være avancerede fremstillingsprocesser har de en ekstremt tæt og homogen struktur. Dette er især vigtigt med de utallige kolde / varme interaktioner forårsaget af at tænde og slukke over mange års drift.

Reflekser

For at opfylde kravene til høj effekt er der også fuldt isolerede enheder ud over uisolerede enheder. Isoleringen sikrer, at varmeoverførslen til ydersiden af ​​reflektoren er meget lav.Dette skaber en varmluftspude i varmeren, reflektorerne bliver varme og til gengæld udstråler varme. Denne effekt kaldes kombineret stråling. En anden "reflektor", men i form af et gitter, det såkaldte strålingsgitter, er placeret direkte under de keramiske plader. Det får en del af strålingen fra de keramiske plader til at blive reflekteret tilbage til dem. Strålingen omdannes til varme på overfladen, og temperaturen på den keramiske plade begynder at stige, en "ping-pong" af stråling.

Infrarød strøm

Enhedernes ydeevne er steget hurtigt i de seneste år. Mens enheder, der bruges til at opnå et gennemsnit på kun 40–50%, er den udsendte effekt (strålingsfaktor) nu mellem 65%og 77%. Strålingsfaktoren er derfor en direkte indikator for energiudbyttet.

Anvendelsesområder

Lyse radiatorer er særligt velegnede til højere haller med loftshøjder over 6 m, til opvarmning af dårligt isolerede haller eller til udendørs opvarmning. De bruges i industrien, værksteder, udstillingshaller, museer, lagre, flyhangarer, kirker og mange andre anvendelsesområder. Opvarmning af lejer for at holde kondensat fri og opvarmning af fodboldstadioner kan betegnes som særlige applikationer.

Regler for udstødningsgasføring

Udstødningsgasserne fra lyse radiatorer kan indledes indirekte via rumluften på grund af den næsten forurenende forbrænding. En friskluftforsyning på 10 m³ / (h · kW) skal garanteres.

regulering

Spotlysene kan reguleres enten i etaper eller modulerende. Afhængigt af hallens planlægning og temperaturprofil kan forskellige temperaturer realiseres i et rum. På denne måde kan individuelle temperaturkrav i individuelle zoner eller arbejdspladser håndteres fleksibelt. Enhederne betjenes ved hjælp af simple timere eller komplekse kontroller, der regulerer tænd- og slukningsprocesser med strålingssensorer. Moderne betjeningselementer bestemmer automatisk den optimale tilkoblingstid. PC -forbindelse eller forbindelse til bygningsstyringssystemet er også mulig.

Mørk radiator

Mørk radiator i et bilværksted.

Mørke radiatorer genererer også varme ved at brænde en oxygen-gas-blanding, men i lukkede brændere med strålerør. Forbrændingen er ikke synlig, deraf navnet mørk radiator. De genererede varme gasser opvarmer overfladen af ​​strålerørene, som afgiver varmen hovedsageligt som stråling. Naturlig og flydende gas samt fyringsolie bruges som brændstof, selvom kun få producenter tilbyder sidstnævnte.

konstruktion

Mørke radiatorer er relativt enkelt konstruerede enheder, der består af en brænder, en ventilator, et strålingsrør og reflektorer arrangeret ovenfor. Et lineært eller U-formet rør fungerer som stråleoverfladen. Brænderen, der er monteret i den ene ende af strålerøret, genererer en flamme, der strækker sig relativt langt ind i røret. Moderne enheder arbejder med et undertrykkende system. Det betyder, at blæseren sidder samme sted på brænderen og "skubber" flammen langt ind i strålingsrøret. Dette skaber en lang, laminar flamme, der varmer varmelegemet jævnt over hele sin længde. Derudover udsættes blæseren ikke for de varme udstødningsgasser. Ældre designs bruger stadig sugeventilatoren i den anden ende af røret. Ventilatorerne genererer et undertryk, der transporterer gasserne gennem jetrøret. Men her bliver ventilatorerne altid udsat for de varme gasser, hvilket resulterer i en kortere levetid for ventilatorerne. Strålingsrøret er dækket af en reflektor, der leder varmestrålingen ind i det ønskede område. For at øge strålingsfaktoren kan reflektorpladen understøttes med varmeisolering fremstillet af mineralfibre.

Infrarød strøm

Rørets overfladetemperatur er mellem 300 og 650 ° C, afhængigt af ydelse og design. Afhængigt af design og brænderteknologi arbejder mørke radiatorer med strålingsfaktorer mellem 45% og 55% på grund af de relativt lave temperaturer. Strålingsgraden for moderne, isolerede enheder (strålingsfaktor op til 77%) kan næppe øges og vil aldrig nå det høje niveau af lyse radiatorer. I praksis bliver dette perspektiviseret ved, at der med lyse radiatorer i lukkede haller skal installeres et ventilationssystem, som fjerner meget af den varme, der tilføres. Udviklerne når deres grænser ved at overholde de lovligt foreskrevne udstødningsgasværdier.

Udstødningsgasføring

Udstødningsgasserne fra mørke radiatorer skal udledes fra hallen via et passende udstødningssystem. Dette kan gøres enten individuelt for hver enhed eller sammen med flere enheder. Denne form for fjernelse af udstødningsgas betegnes generelt som et kollektivt udstødningssystem. Udstødningssystemet kræver en årlig inspektion af skorstensfejeren.

Driftstilstand

Mørke varmeapparater kan enten tage den nødvendige forbrændingsluft fra installationsrummet (rumluftafhængig driftsmåde, type B) eller fungere uafhængigt af rumluften. Med denne driftsmåde bringes den nødvendige forbrændingsluft ind udefra. Dette gøres normalt via et koncentrisk udstødningssystem. Dette har den virkning, at de varme udstødningsgasser forvarmer den udeluft, der kræves til forbrænding.

Anvendelsesområder

Mørke radiatorer udsender mindre intensitet end lyse radiatorer, men på grund af deres længde leverer de et større strålingsfelt pr. Enhed. På grund af den lavere overfladetemperatur kan de bruges i rum med en loftshøjde på ca. 4 m eller mere. Enhederne kan ikke betjenes i eksplosionssikre områder eller miljøer med ætsende luftkomponenter.

regulering

Forordningen svarer til den for lyse radiatorer. For kollektive udstødningssystemer skal udstødningsventilatorerne kun styres yderligere.

Fordele og ulemper

Infrarøde stråler behøver ikke et "bæremedium" til at transportere deres energi . Det betyder, at de kommer fra enheden til de belyste overflader med næsten ingen tab, i stedet for gennem luftens konvektion. Alle kroppe, der er blevet opvarmet af infrarød stråling inde i en hal, opvarmer for eksempel også luften ved ledning . Under visse omstændigheder er denne effekt imidlertid betydeligt mindre, end det ville være tilfældet med konventionelle systemer. Da luften ikke opvarmes direkte, kan der være færre varme luftpuder under taget. Afhængigt af enhedstype og producent bør dette under visse forhold spare energi i forhold til konventionelle elektriske varmeapparater. Infrarød opvarmning kan derfor være en fordel, hvis et stort rum kun skal opvarmes lokalt uden at varme hele rumluften. Brugen kan også være nyttig, hvis z. B. kælderrum bør kun bruges få timer om ugen, fordi overflader opvarmes meget hurtigt under infrarød stråling.

Men for permanent at opvarme et helt rum, inklusive rumluften, til en bestemt temperatur, bruger en infrarød varmelegeme lige så meget energi som enhver anden elektrisk varmelegeme. Derfor fraråder forbrugerrådgivningscentre normalt infrarøde varmeapparater i hjemmet på grund af de høje driftsomkostninger.

Effektivitet

Infrarøde emittere, der drives med elektricitet, udsender op til 86% af den energi, der leveres som stråling. Filamenterne udsender varmen ved hjælp af infrarød stråling. Energitabet skyldes ledningerne og konvektionen, men generelt (som med ethvert andet elektrisk varmesystem) omdannes næsten 100% af energien til varme. En høj energieffektivitet for en individuel komponent skal imidlertid ikke nødvendigvis sidestilles med høj energieffektivitet. Hvis energiproduktionen i elproduktion og distribution er inkluderet, er direkte elektrisk opvarmning normalt ineffektiv til at levere rumtemperatur ved lav temperatur. Hvis primærenergi med et kuldioxidindhold bruges til at generere elektricitet (råolie, naturgas), er resultatet et højt niveau af klimaforurening fra kuldioxidemissioner. Da elektrisk energi normalt er tre til fire gange dyrere end for eksempel termisk energi fra gasopvarmning, er driftsomkostningerne relativt høje.

absorption

Grundlæggende afhænger absorptionen af ​​strålingen fra en infrarød varmelegeme af dens udsendte bølgelængde i forhold til absorptionsspektret for det materiale, der skal opvarmes (se infrarød stråling ). Omhyggeligt valg af den passende infrarøde sender er nødvendig for at øge absorptionen.

Mellem eller klassisk (normal) infrarød (MIR; bølgelængde: 3-50 µm): Vand har for eksempel et absorptionsspektrum med en top på omkring 3,0 µm. Det betyder, at emissionsstrålingen fra mellembølgesendere eller carbon-infrarøde emittere absorberes bedre af vand og vandbaserede lag (menneskekroppen) end kortbølgestrålingen. Det samme gælder for mange plastmaterialer, f.eks. Polyvinylchlorid (PVC) eller polyethylen . Deres absorptionstop er omkring 3,5 um.

Nær infrarød (NIR; bølgelængde: 0,78–3,0 µm): Omvendt absorberer et stort antal metaller kun infrarød stråling i kortbølgeområdet og viser et højt refleksionsniveau for lange og mellemstore bølger. Keramiske varmeelementer arbejder med en temperatur mellem 300 og 700 ° C og genererer infrarød stråling i bølgelængdeområdet fra 2-10 µm. De fleste plastmaterialer og mange andre materialer absorberer infrarød stråling bedst i dette område, hvorfor keramiske emitter foretrækkes til disse materialer.

Dybdeeffekt

Det infrarøde spektralområde er opdelt i følgende sektioner (DIN 5031). Dybdeeffekten under hudlagene, der kan mærkes som varme trods luftbevægelser, er afgørende for brug i udendørs områder.

Se også

• Infrarød kabine
• Apparater til dyb opvarmning
• Elektrisk varme
• Strålevarme
• Globar
• Nernst lampe

Weblinks

Individuelle beviser

1. ^ Varmeelement i form af en rørformet komponent, patent EP1119220A2, adgang til 25. december 2019.
2. ↑ Almut F. Kaspar: Klimakiller: terrassevarmere varme op sindet. I: Stern. 12. november 2007.
3. ↑ Tobias Kniebe: Terrassevarmer - klimaforandringer på terrassen. I: Süddeutsche Magazin. ("Princippet") 10. januar 2008.
4. ↑ Elvarme for det meste uøkonomisk. ( Memento af den originale fra 15 maj 2016 i Internet Archive ) Info: Den arkiv link blev indsat automatisk, og er endnu ikke blevet kontrolleret. Kontroller venligst det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. I forbrugerrådgivningscenter. Tysk forbrugerforening , 28. januar 2016, tilgået den 15. maj 2016. @1@ 2Skabelon: Webachiv / IABot / www.verbüberszentrale-energieberatung.de
5. ↑ 2008 ASHRAE Håndbog - Varme-, ventilations- og klimaanlægssystemer og -udstyr. (IP-udgave) American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 2008, ISBN 978-1-60119-795-5 , tabel 2, s. 15.3.
6. ↑ Günther Frey et al.: Undersøgelse af energieffektivitetspotentialet ved at udskifte elektrisk strøm i rumopvarmning. (PDF) izes gGmbH, Bremer Energie Institut, 28. februar 2007, tilgået den 24. maj 2016 . 
7. ↑ Matthias Morfeld: tværsnitsrehabilitering, fysisk medicin og naturopati: en sagsorienteret lærebog . Urban & FischerVerlag, 2007, ISBN 978-3-437-41178-6 ( begrænset forhåndsvisning i Google bogsøgning ). 
8. ^ Christian Raulin, Bärbel Greve: Laser- og IPL -teknologi inden for dermatologi og æstetisk medicin . Schattauer Verlag, 2003, ISBN 3-7945-2236-2 ( begrænset forhåndsvisning i Google bogsøgning ).