Infrarotstrahler


Infrarotstrahler

Infrarotstrahler sind Bauteile oder eigenständig funktionierende Geräte, die Infrarotstrahlung erzeugen, welche für Erwärmungs- oder Trocknungszwecke eingesetzt werden. Diese werden für verschiedene Zwecke eingesetzt, z. B. Tierhaltung, elektrische Sauna, Hallenbeheizung oder in der Medizin. Als Energiequelle für Infrarotstrahler wird brennbares Gas oder elektrischer Strom verwendet. Das Prinzip der Infrarotstrahlung ist bei elektrisch wie auch mit Gas betriebenen Infrarotstrahlern identisch. Der Vorteil von Infrarotstrahlung liegt darin, dass nicht wie bei herkömmlichen Heizungen die Luft erwärmt wird, sondern die angestrahlte Oberfläche.

Neben Infrarotstrahlern, also Geräten die breitbandige Infrarotstrahlung emittieren, gibt es auch Geräte die Infrarotstrahlung nur in einem relativ schmalen Spektrum aussenden, dazu gehören Infrarotlaser (vor allem der Kohlendioxidlaser) und die Infrarotleuchtdiode.

Terrassenstrahler

Inhaltsverzeichnis

Prinzip Infrarotstrahler

Das Prinzip der Geräte ist einfach und lässt sich am besten mit dem Sonnenbad auf einem Gletscher erklären. Obwohl die Umgebungstemperatur unterhalb 0 °C liegt, ist es in der Sonne warm. Das liegt an der Wärmestrahlung, korrekterweise Infrarotstrahlung genannt, der Sonne. Dort, wo die Infrarotstrahlen auftreffen (absorbiert werden), werden sie in Wärme umgewandelt, beispielsweise auf unserer Haut. Insbesondere im Gegensatz zu den meisten festen Materialien ist unsere Atmosphäre nicht (oder nur sehr begrenzt) in der Lage Infrarotstrahlung zu absorbieren. Luft erwärmt sich daher nicht und auch im Schatten bleibt es kalt. Hell- und Dunkelstrahler bedienen sich derselben natürlichen Technik, nur dass Wärme genau dort erzeugt wird, wo sie gebraucht wird – direkt am Arbeitsplatz.

Infrarotheizung

Infrarotheizungen in einer Lagerhalle für Spulen
Beheizung eines Fahrradverkaufraums durch Infrarotheizungen

Infrarotheizungen – auch Hellstrahlersysteme und Dunkelstrahlersysteme genannt – gehören zu den Strahlungs- oder Wärmewellenheizungen und finden heute ein breites Einsatzspektrum in allen Hallentypen. Typische Anwendungsfälle sind Fertigungs- und Lagerhallen, Ausstellungs- und Veranstaltungsgebäude, Waschhallen, Sport- und Reithallen, Flugzeughangars, der Agrarbereich mit Ställen oder Gewächshäusern, aber auch Fußballstadien. Inzwischen gibt es auch Varianten für den Wohnbereich.

Sie basiert auf der Infrarotstrahlung, einem Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Ähnlich wie die Sonne haben Infrarotstrahlen die Eigenschaft, nur die Körper zu erwärmen, auf die sie treffen (oder: nur jene Körper, die Infrarotstrahlung absorbieren, werden erwärmt – Luft gehört nicht dazu). Die Wärmeübertragung erfolgt damit direkt und unterscheidet sich deutlich von der Konvektion, d. h. der Erwärmung der Umgebungsluft. Ziel ist es, den konvektiven Verlust (aufsteigende Warmluft) so gering wie möglich zu halten. Da der Infrarotanteil abhängig von der Temperatur der Wärmequelle ist, sind hohe Rohrtemperaturen ein Kennzeichen effizienter Infrarotsysteme.

Infrarotheizungen, auch Strahlungs- oder Wärmewellenheizungen genannt, heizen nach dem Prinzip von Infrarotstrahlern. Die Strahler werden auf einer Fläche hinter einer Schutzschicht angeordnet, um Verbrennungen bei kurzzeitiger Berührung der 80-100 °C heißen Heizung zu verhindern. Die Heizungen werden in vielen verschiedenen Varianten als Fläche, Spiegel, Bild oder Kugel, fixiert oder transportabel produziert. Die benötigte Stromleistung ist bei gleicher Heizleistung deutlich geringer als bei bisher bekannten elektrischen Konvektionsheizungen. Diese Strahler senden selbst kein (für Menschen sichtbares) Licht aus, daher werden Kontrollleuchten zur Anzeige der eingeschalteten Heizung benötigt.

Neueste Entwicklung sind Halogen-Infrarot-Heizstrahler. Sie sind kostengünstiger als Gasheizstrahler. Durch das Verbot der Gasheizstrahler in manchen Städten wächst ihre Bedeutung. Das Nichtraucherschutzgesetz stärkt den Bedarf an Strahlungsheizgeräten.

Infrarotheizungen sind zwischenzeitlich auch als komplette Möbelstücke lieferbar, z. B. als Regal, als Hocker, Säule oder auch als beschreibbare Tafel.

P_S=A \cdot \epsilon \cdot \sigma \cdot T^4

Obige Formel (Stefan-Boltzmann-Gesetz) verdeutlicht diesen Zusammenhang. Es ist hier die insgesamt abgegebene Strahlungsleistung eines Körpers mit der Oberfläche A, dem Emissionsgrad \epsilon und der absoluten Temperatur T angegeben. Dies bewirkt bereits bei der Verdoppelung der Temperatur eine 16-fache Strahlungsleistung. Jedoch muss hier auch der Energieeinsatz in Erwägung gezogen werden, um der Realität gerecht zu werden.

Elektrischer Betrieb

Grundsätzlich werden Lichtquellen unterteilt nach Art der Emission: Infrarotlampen, wie auch normale Glühlampen und die meisten Lichtquellen gehören zu den thermischen Strahlern, das heißt, sie geben Strahlung aufgrund und entsprechend ihrer Temperatur ab. Siehe dazu auch Schwarzer Körper. Schwarz bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Strahlung nur aufgrund der körpereigenen Temperatur abgegeben wird und nicht aufgrund von Reflexionen o. ä. „verfälscht“ wird. Umgekehrt gilt, dass jeder Körper mit einer Temperatur über null Kelvin thermische Strahlung abgibt.

Nach dem wienschen Verschiebungsgesetz hängt die „Hauptfarbe“ der Wärmestrahlung eines (schwarzen) Körpers nur von dessen Temperatur ab: Je kälter er ist, desto niederfrequenter ist das Maximum der von ihm abgegebenen Strahlung. Beispiel: Ein moderat erhitzter Eisendraht glüht dunkelrot (niederfrequent); wenn der Draht weiter erhitzt wird, erhöht sich die Frequenz was mit einer hellroten, orangen, gelben oder gar bläulich-weißen Farbe einhergeht. Besitzt der Draht dagegen beispielsweise nur Zimmertemperatur, so liegt seine Strahlung noch „unter“ dem dunkelsten Rot, was menschliche Augen noch erkennen können, mit anderen Worten: Ein solcher Draht scheint nicht von selbst zu leuchten.

Es hängt also von der Art der Lampe und damit der Glühtemperatur ab, wie viel sichtbares Licht und wie viel infrarotes Licht sie abstrahlt. So betrachtet wären daher relativ kühle Lampen recht effiziente Infrarotlampen, doch aufgrund des Stefan-Boltzmann-Gesetzes sinkt die gesamte Strahlungsleistung eines Körpers mit der vierten Potenz seiner Temperatur.

Zuletzt sei noch auf kurz auf das plancksche Strahlungsgesetz verwiesen. Es beschreibt die gesamte Frequenzverteilung der Strahlung eines schwarzen Körpers, nicht nur das Maximum. Eine bekannte Ausnahme von der Gruppe der thermischen Strahler (als Lichtquelle) ist die Leuchtdiode: Die abgegebene Strahlung entsteht aus einem Elektronenübergang, der idealerweise nichts mit der Temperatur im Innern der Diode zu tun hat.

Quarzstrahler

Quarzstrahler für den Heimbereich

Bei einem Quarzstrahler befindet sich der vom elektrischem Strom durchflossene Heizwiderstand in einem Inertgas gefülltem Quarzrohr. Daher kann die Temperatur des Drahtes höher als bei einem konventionellen Heizstrahler gewählt werden. Damit verschiebt sich das Frequenzspektrum zu kürzeren Wellenlängen, also in den Infrarotbereich.

Infrarotlampen

Kohlefaden-Glühlampe mit rot eingefärbtem Glaskolben
Ferkel unter einer Wärmelampe

Infrarotlampen (auch Rotlichtlampen oder Wärmelampen genannt) sind Lampen, die ganz überwiegend nicht sichtbare Wärmestrahlung abgeben. Dazu wird in die Lampe ein zumeist rotes Filter eingebaut, um das restliche (nicht-rote) sichtbare Licht heraus zu filtern. Auch können die eingesetzten Leuchtmittel diese Filter in ihrer Glasumhüllung direkt enthalten. Die emittierte Strahlung umfasst dann neben dem (noch sichtbaren) roten Lichtanteil hauptsächlich nur noch sogenannte nahe Infrarotstrahlung (NIR).

Infrarotlampen werden zum Beispiel in Kükenaufzuchtstationen und Terrarien eingesetzt. Sie geben Infrarotstrahlung in dem Bereich ab, den viele Lebewesen als angenehm empfinden. Dies lässt sich durch den hohen Anteil an NIR-Strahlung erklären, dem energiereichsten Infrarot mit der zugleich höchsten Eindringtiefe (von trotzdem nur wenigen Millimetern, siehe Eindringtiefen von IR-Strahlung): Die entstehende Wärme wird durch die auftreffende Strahlung also knapp unterhalb der Hautoberfläche erzeugt, und nicht direkt auf der Hautoberfläche, welches zumindest Menschen mitunter als unangenehm empfinden (Hautaustrocknung und Verbrennungsgefühl). Zugleich lösen diese Infrarotlampen trotz ihrer Leistung durch ihre milde und tiefrote Strahlung keinen Fluchtreflex bei Tieren aus, die ansonsten direktes Sonnenlicht meiden.

Die Intensität von modernen Infrarotlampen kann auch gedimmt werden. Die Glühwendel leuchtet dann nicht mehr grell weiß bis hellgelb, sondern nur noch rötlich. Die Intensität des Infrarotlichts wird dadurch – aufgrund der Verschiebung des Strahlungsmaximums (siehe wiensches Verschiebungsgesetz) – nur wenig geringer.

Es gibt auch modifizierte Infrarotlampen, die eher als Infrarotstrahler ausgelegt sind. Bei diesen wird der Anteil an sichtbarer Strahlung weiter reduziert und dafür anteilsmäßig mehr mittleres Infrarot (MIR) emittiert. Lampen auf der Basis von Glühwendeln können so noch einen Wellenlängenbereich von 5–10 µm erreichen. Diese Art der Infrarotlampe wird benutzt, wenn Körper aufgewärmt werden sollen, die für den NIR-Bereich (weitgehend) unsichtbar sind, d. h., die entsprechende Strahlung ungehindert passieren lassen. Ein Beispiel dafür ist Wassereis: Es ist im sichtbaren Bereich und im NIR praktisch durchsichtig und erst im fernen Infrarot (FIR) wird Eis undurchsichtig und nimmt die gesamte Energie der Strahlung auf und wird somit erwärmt. „Eis-Auftau-Infrarotheizungen“ werden also erst wirklich effizient, wenn sie einen hohen Anteil an FIR-Strahlung abgeben würden.

Gasbetrieb

Heizstrahler in der Industrie und beim Camping sind hingegen meist mit Brenngas betrieben, meist mit Flüssiggas, bei stationärem Einsatz seltener auch mit Erdgas. Dabei erhitzt die Gasflamme den Glühkörper. Industrieheizstrahler können zur alleinigen Hallenheizung verwendet werden. Für die Gasstrahler sind die für Gasgeräte gültigen Aufstellungsbestimmungen einzuhalten. Aufgrund dieser Eigenschaften sind sie für den Wohnbereich kaum geeignet. In den letzten Jahren kamen immer mehr Terrassenstrahler (auch „Heizpilze“ genannt) in Außenbereichen wie Straßencafés zum Einsatz. Diese Außenheizungen stehen wegen ihrer "Ästhetik" und einer postulierten Klimaschädlichkeit in der Kritik, sind aber in den meisten deutschen Städten noch zugelassen.[1][2][3] Im Wesentlichen unterscheidet man heute bei direktgasbefeuerten Geräten zwei Infrarotstrahlerarten: Hellstrahler und Dunkelstrahler.

Hellstrahler

Hellstrahler werden durch einen atmosphärischen Brenner direkt beheizt und mit Erdgas oder Flüssiggas betrieben. Sie werden an Wand oder Decken installiert und dienen hauptsächlich zur Erwärmung hoher oder schlecht gedämmter Hallen. Sie heißen Hellstrahler, weil die Erzeugung von Infrarotstrahlen durch eine sichtbare Verbrennung eines Gas-Luft-Gemisches an der Geräteunterseite vonstatten geht. Dabei glühen Keramikplatten „hell“. Die perforierten Keramikplatten bilden gleichzeitig das Herzstück der Hellstrahler. Durch sie strömt das Gas-Luft-Gemisch und verbrennt an deren Oberflächen. Die Keramikplattenoberfläche erhitzt sich dabei bis auf 950 °C und gibt Infrarotstrahlung ab. Reflektoren leiten die Strahlung gezielt nach unten in den Aufenthaltsbereich.

Platten

Früher waren die Keramikplatten relativ einfach aufgebaut. Im Durchschnitt besaßen sie circa 1200 Löcher und erreichten lediglich ein Viertel der Größe heutiger Platten. Die Oberfläche der rechteckigen Platten war eben. Entwickler fingen bereits in den 1970er Jahren an, die Keramikplatte zu perfektionieren. Sie hatten erkannt, dass Leistungsausbeute und Emission zum Großteil von der Oberflächenbeschaffenheit und vom Aufbau der Platte abhängig sind. Heute befinden sich zwischen 3000 und 4000 Löcher mit 1–1,3 mm Durchmesser auf einer Tafel. Die Oberfläche, die so genannte Tiefeneffektstruktur, entwickelt von Schwank, ähnelt einer gleichmäßig angeordneten Bienenwabe. Durch sie vergrößert sich die spezifische Oberfläche und damit auch die Wärmeübertragungsfläche und die Strahlungsausbeute um rund 60 %. In jedem Loch brennt quasi eine kleine Flamme. Dadurch entsteht eine sehr heiße Keramikoberfläche, obwohl die eigentlichen Flämmchen relativ kühl bleiben. Dies reduziert die Stickoxid-Werte (NOx) auf einen kaum messbaren Bereich. Die Kohlenmonoxid-Werte (CO) liegen im Bereich von modernen Brennwertkesseln, die oftmals dieselbe Keramikplatte und den Effekt heiße Oberfläche und kühle Flamme nutzen. Eine hochwertige Keramikplatte hat eine unbegrenzte Lebensdauer. Durch fortschrittliche Herstellungsverfahren besitzen sie ein außerordentlich dichtes und homogenes Gefüge. Das ist vor allem bei den unzähligen Wechselwirkungen kalt/heiß, verursacht durch Ein- und Ausschaltvorgänge vieler Betriebsjahre, wichtig.

Reflektoren

Um den Ansprüchen auf hohe Leistungsausbeute gerecht zu werden, gibt es neben unisolierten Geräten auch vollisolierte. Die Isolation bewirkt, dass der Wärmeübergang zur Reflektoraußenseite sehr gering ist, dadurch entsteht im Strahler ein Heißluftpolster, die Reflektoren werden heiß und strahlen ihrerseits Wärme ab. Diesen Effekt nennt man Kombistrahlung. Ein weiterer „Reflektor“, jedoch in Gitterform, das so genannte Strahlungsgitter, sitzt direkt unter den Keramikplatten. Er bewirkt, dass die Strahlung von den Keramikplatten zum Teil zu ihnen reflektiert wird. Die Strahlung wird an der Oberfläche in Wärme umgewandelt und die Temperatur der Keramikplatte fängt an zu steigen, ein „Pingpong“ der Strahlung.

Gehäuse

Als bemerkenswerte Innovation muss die patentierte Delta-Mischkammer hervorgehoben werden. Es handelt sich um eine konstruktive Veränderung des Gehäuses, welche zwei wesentliche Vorteile mit sich bringt. Erstens, die Vorwärmung des Gas-Luft-Gemisches. Die Innenseite der Delta-Mischkammer bildet gleichzeitig eine Seite des Reflektors. Streicht nun das heiße Abgas über diesen Reflektor, entsteht ein Wärmeübergang zur Mischkammer, das wiederum erwärmt das Gas-Luft-Gemisch und verbessert die Energieausbeute. Zweitens der „Kamineffekt“. Temperaturdifferenzen bewirken in der Mischkammer einen Auftrieb, den so genannten Kamineffekt. Durch ihn verteilt sich das Gas-Luft-Gemisch sehr homogen, es wird gleichmäßig und gut vermischt. Und wie beim Kfz-Vergaser ist ein homogenes Gemisch entscheidend für eine saubere Verbrennung und eine optimale Energieausbeute.

Infrarotleistung

Die Leistung der Geräte hat sich in den letzten Jahren rapide gesteigert. Erreichten früher Geräte durchschnittlich nur 40–50 %, liegt die abgestrahlte Leistung (Strahlungsfaktor) heute zwischen 65 % und 77 %. Die Spitze dieses Feldes markiert ein Hellstrahler mit Delta-Mischkammer, der sogar einen Strahlungsfaktor von ca. 80 % erreicht. Jeder Prozentpunkt mehr bedeutet mehr Wärme im Aufenthaltsbereich. Der Strahlungsfaktor ist demzufolge ein direkter Indikator der Energieausbeute und damit ein direkter Indikator, wie viel Heizkosten sich sparen lassen.

Einsatzgebiete

Hellstrahler eignen sich besonders für höhere Hallen mit Deckenhöhen über 6 m, zur Beheizung schlecht gedämmter Hallen oder zur Freiluftbeheizung. Das Einsatzgebiet von Hellstrahlern ist nahezu unbegrenzt. In Industrie, Werkstätten, Ausstellungshallen, Museen, Lagerhallen, Flugzeughangars, Kirchen und vielen Anwendungsbereichen mehr werden Hellstrahler millionenfach in Europa eingesetzt. Als besondere Anwendungsfälle können die Beheizung von Läger zur Kondensatfreihaltung und die Beheizung von Fußballstadien genannt werden.

Vorschriften zur Abgasführung

Die Abgase von Hellstrahlern können aufgrund der fast schadstofffreien Verbrennung indirekt über die Raumluft abgeführt werden. Es muss lediglich eine Frischluftzufuhr von 10 m³/(h·kW) gewährleistet werden.

Regelung

Die Strahler lassen sich entweder in Stufen oder modulierend regeln. Je nach Planung und Temperaturprofil der Halle können unterschiedliche Temperaturen in einem Raum realisiert werden. So kann auf individuelle Temperaturanforderungen einzelner Zonen bzw. Arbeitsplätze flexibel eingegangen werden. Die Bedienung der Geräte erfolgt durch einfache Zeitschaltuhren oder komplexe Steuerungen, die die An- und Abschaltvorgänge mit Strahlungsfühlern regeln. Moderne Steuerungen ermitteln selbstständig den optimalen Einschaltzeitpunkt. PC-Anbindung oder Anbindung an die Gebäudeleittechnik ist ebenfalls problemlos möglich.

Dunkelstrahler

Dunkelstrahler in einer KFZ-Werkstatt.

Dunkelstrahler erzeugen die Wärme ebenfalls durch Verbrennung eines Sauerstoff-Gas-Gemisches, jedoch in geschlossenen Brennern mit Strahlrohren. Die Verbrennung ist also nicht sichtbar, daher der Name Dunkelstrahler. Durch die erzeugten Heißgase wird die Oberfläche der Strahlrohre erhitzt, die die Wärme überwiegend als Strahlung abgeben. Als Brennstoff wird Erd- und Flüssiggas eingesetzt. Der Begriff Dunkelstrahler wird auch für elektrische keramische Infrarotstrahler verwendet, weil die Strahler neben der IR-Strahlung maximal ein schwaches rötliches Licht emittieren.

Aufbau

Dunkelstrahler sind relativ einfach aufgebaute Geräte bestehend aus einem Brenner, einem Ventilator, einem Strahlungsrohr und darüber angeordneten Reflektoren. Ein linear oder U-förmig ausgebildetes Rohr dient als Strahlfläche. Der Brenner, der an einem Ende des Strahlrohres montiert ist, erzeugt eine Flamme, die relativ weit in das Rohr hineinreicht. Moderne Geräte arbeiten mit einem drückenden System. Das heißt, der Ventilator sitzt an der gleichen Stelle des Brenners und „drückt“ die Flamme weit in das Strahlungsrohr. Somit wird eine lange und laminare Flamme erreicht, die den Strahler über die gesamte Länge gleichmäßig erwärmt. Zudem ist der Ventilator nicht den heißen Abgasen ausgesetzt. Ältere Konstruktionen nutzen noch das Sauggebläse am anderen Ende des Rohres. Die Ventilatoren erzeugen dabei einen Unterdruck, der die Gase durch das Strahlrohr transportiert. Jedoch sind hier die Ventilatoren immer den heißen Gasen ausgesetzt, was eine kürzere Lebensdauer der Ventilatoren zur Folge hat. Das Strahlungsrohr wird von einem Reflektor abgedeckt, der die Wärmestrahlung in den gewünschten Bereich lenkt. Zur Steigerung des Strahlungsfaktors kann das Reflektorblech mit einer Wärmedämmung aus einer mineralischen Faser hinterlegt werden. Bei einigen Herstellern wird diese Wärmedämmung allerdings nicht benötigt, da der Reflektor so gut gekantet ist, dass der beste Strahlungsfaktor gegeben ist.

Infrarotleistung

Die Rohroberflächentemperatur beträgt je nach Leistung und Ausführung zwischen 300 und 650 °C. Abhängig von der Bauart und Brennertechnologie arbeiten Dunkelstrahler aufgrund der relativ niedrigen Temperaturen mit Strahlungsfaktoren zwischen 45 % und 55 %. Der Strahlungsgrad moderner isolierter Geräte (Strahlungsfaktor bis 77 %) ist kaum noch zu steigern und wird niemals das hohe Niveau von Hellstrahlern erreichen. Durch die Einhaltung gesetzlich vorgeschriebener Abgaswerte stoßen die Entwickler hier an ihre Grenzen.

Abgasführung

Dunkelstrahler müssen ihre Abgase direkt aus der Halle abführen. Diese werden über entsprechende Abgasrohre entweder einzeln pro Gerät oder gesammelt von mehreren Geräten direkt über einen Kamin aus der Halle abgeführt. Die Abgasanlage bedarf einer jährlichen Prüfung durch den Schornsteinfeger.

Einsatzgebiete

Dunkelstrahler strahlen in geringerer Intensität als Hellstrahler, versorgen aber aufgrund ihrer Länge ein größeres Strahlungsfeld pro Gerät. Aufgrund der geringeren Oberflächentemperatur können sie bereits in Räumen ab einer Deckenhöhe von ca. 4 m eingesetzt werden. Ob Industrie-, Lager-, Ausstellungs- oder Sporthallen, für fast jeden Einsatzbereich lässt sich eine Dunkelstrahlerlösung finden. Für den Einsatz in hohen Hallen oder für die Freiluftbeheizung sind sie ungeeignet.

Regelung

Die Regelung entspricht der von Hellstrahlern. Lediglich müssen bei Sammelabgasanlagen die Abgasventilatoren zusätzlich gesteuert werden.

Vorteile

Aus der Funktion ergeben sich bereits die Vorteile der Geräte. Infrarotstrahlen benötigen kein „Trägermedium“ zum Transport ihrer Energie. Das heißt, sie gelangen nahezu verlustfrei vom Gerät zum Körper und verursachen zudem keine Zugerscheinungen, wie dies bei konventionellen Systemen unvermeidbar der Fall ist. Unangenehme Zugluft oder Staubaufwirbelungen sind dabei nahezu unmöglich. Weil Infrarotstrahler primär die Oberflächen und nur sekundär die Luft erwärmen, kann die Lufttemperatur durchschnittlich 2–3 °C unter der vom Menschen gefühlten Temperatur liegen, wird aber dennoch als behaglich empfunden. Diese Faktoren wirken sich positiv auf das Raumklima aus – die Arbeitsqualität steigt, Allergieerscheinungen werden gemindert. Weitere Vorteile dieser Systeme liegen in ihren ressourcenschonenden und gleichzeitig energiesparenden Arbeitsweisen. Da die Luft nicht direkt erwärmt wird, entstehen auch keine teuren Warmluftpolster unter dem Dach. Je nach Gerätetyp und Hersteller lassen sich nachweislich bis zu 50 % Energie gegenüber herkömmlichen Heizungssystemen einsparen. Hellstrahler haben dabei den größeren Vorteil, weil ihr Wirkungsgrad, also das, was nachweislich an Wärme am Boden ankommt, gegenüber Dunkelstrahlern höher ist. Prinzipiell gelten natürlich weiterhin die Gesetze der Thermodynamik, so dass alle Körper, die beispielsweise innerhalb einer Halle per Infrarotstrahlung erwärmt wurden, auch ihrerseits per Wärmeleitung die Luft erwärmen. Dieser Effekt ist allerdings unter den meisten Umständen deutlich geringer als es bei den konventionellen Systemen der Fall wäre.

Effizienz der Infrarotstrahler

Mit elektrischem Strom betriebene Infrarotstrahler geben bis zu 86 % der zugeführten Energie als Strahlung ab.[4] Die Glühfäden emittieren die Wärme mittels Infrarotstrahlung. Der Verlust von Energie ist auf die Leitungen und die Konvektion zurückzuführen.

Grundsätzlich ist die Effizienz eines Infrarotstrahlers abhängig von dessen emittierter Wellenlänge in Bezug auf das Absorptionsspektrum des zu erwärmenden Materials (vgl. Infrarotstrahlung). Eine sorgfältige Auswahl des geeigneten Infrarotstrahlers ist erforderlich, um die Effizienz zu erhöhen.

Mittleres oder klassisches (normales) Infrarot (MIR; Wellenlänge: 3 bis 50 µm): Wasser beispielsweise besitzt ein Absorptionsspektrum mit einer Spitze von ungefähr 3,0 µm. Dies bedeutet, dass die Emissionsstrahlung von mittelwelligen Strahlern oder Karbon-Infrarotstrahlern von Wasser und Wasser-basierten Schichten (menschlicher Körper) besser absorbiert wird als die kurzwellige Strahlung. Selbiges gilt für zahlreiche Kunststoffe wie Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyethylen. Deren Absorptionsspitze liegt um die 3,5 µm.

Nahes Infrarot (NIR; Wellenlänge: 0,78 bis 3,0 µm): Umgekehrt absorbiert eine Vielzahl an Metallen Infrarotstrahlung nur im Bereich der Kurzwelle und zeigt eine hohe Reflexion bei Lang- und Mittelwellen. Keramik-Heizelemente arbeiten mit einer Temperatur zwischen 300–700 °C und generieren Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich bereits ab 2 bis 10 µm. Die meisten Kunststoffe und zahlreiche andere Materialien absorbieren die Infrarotstrahlung am besten in diesem Bereich, weshalb der Keramikstrahler bei diesen Materialien bevorzugt verwendet werden.

Tiefenwirkung

Der infrarote Spektralbereich unterteilt sich in folgende Abschnitte (DIN 5031). Entscheidend für eine effiziente Nutzung in Außenbereichen ist die Tiefenwirkung unter die Hautschichten, die trotz Luftbewegungen als Wärme spürbar ist.

Infrarotbereich Wellenlänge in nm Bereich Eindringtiefe in mm
IR-A (nahes Infrarot) 780 bis 1.400 kurzwellig bis 5,0[5]
IR-B (nahes Infrarot) 1.400 bis 3.000 mittelwellig bis 2,0[6]
IR-C (mittleres Infrarot) 3.000 bis 5.000 langwellig bis 0,3[6]
IR-C (fernes Infrarot) 5.000 bis 10.000 langwellig bis 0,3[6]

Einzelnachweise

  1. Almut F. Kaspar: Klimakiller: Heizpilze erhitzen die Gemüter. In: Stern. 12. November 2007.
  2. Tobias Kniebe: Heizpilz — Klimawandel auf der Terrasse. In: Süddeutsche Magazin. („Das Prinzip“), 10. Januar 2008.
  3. Claudia Fuchs: Der Verkauf geht nicht mehr. In: Berliner Zeitung. 29. August 2008.
  4. 2008 ASHRAE Handbook - Heating, Ventilating, and Air-Conditioning Systems and Equipment. (I-P Edition) American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 2008, ISBN 978-1-60119-795-5, Tabelle 2, S. 15.3.
  5. Matthias Morfeld: Querschnitt Rehabilitation, physikalische Medizin und Naturheilverfahren: ein fallorientiertes Lehrbuch. Urban&FischerVerlag, 2007, ISBN 978-3-437-41178-6 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  6. a b c Christian Raulin, Bärbel Greve: Laser und IPL-Technologie in der Dermatologie und Ästhetischen Medizin. Schattauer Verlag, 2003, ISBN 3-7945-2236-2 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).

Siehe auch

Weblinks


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