Infrarotstrahler

Infrarot-Strahler sind Komponenten oder unabhängig voneinander arbeitende Vorrichtungen, die Infrarot-Strahlung generieren, die zum Heizen oder Trocknen genutzt wird. Der Energieträger für Infrarotstrahler ist brennbare Gase oder Elektrizität. Die Funktionsweise der Infrarot-Strahlung ist sowohl für elektrische als auch für gasbetriebene Infrarot-Strahler baugleich. Anders als bei anderen Heizsystemen arbeiten Infrarotstrahler hauptsächlich durch Erwärmen der Strahlungsfläche und nicht durch Erwärmen der Raumluft am Kühler.

Es gibt neben Infrarot-Strahlern, d.h. Vorrichtungen, die Breitbandinfrarotstrahlung ausstrahlen, auch Vorrichtungen, die nur in einem verhältnismäßig engen Spektralbereich infrarote Strahlung ausstrahlen; dazu zählen Infrarot-Laser (insbesondere Kohlendioxid-Laser) und Infrarot-Licht emittierende Dioden. Die Funktionsweise der Apparate ist simpel und am besten durch das Sonnenbaden auf einem Eis zu erlernen. Dort wo es auftritt, wird es (teilweise) aufgenommen und in Hitze verwandelt, zum Beispiel auf unserer Körperoberfläche.

Infrarotstrahlen sind elektro-magnetische Strahlungen in einem wellenförmigen Spektrum direkt über dem sichtbaren Laser. Infrarotstrahlen stellen nur einen kleinen Teil des gesamten elektrischen Leistungsspektrums dar. Strahlungen mit kürzerer WellenlÃ?nge als Infrarot liegen im sichtbare oder schÃ?dliche Bereiche (ionisierende Strahlung) und sind daher unerwÃ?nscht. Strahlen mit einer höheren WellenlÃ?nge werden dagegen immer weniger aufgenommen (z.B. Radar, Radio).

Im Allgemeinen wird jede radioaktive Energie von der Masse aufgenommen, wenn die Moleküle und Moleküle das der entsprechenden Strahlenfrequenz entsprechende Energie-Niveau absorbieren können. Zum Beispiel erhitzt infrarote Infrarot-Strahlung die Raumluft nur relativ wenig, im Gegensatz zu Feststoffen. Infrarot-Strahler zählen zur Kategorie der Strahlungs- oder Wärmestrahler und werden vor allem in Räumen verwendet, in denen konventionelle Konvektionsheizer nicht wirtschaftlich wären, deren warme Raumluft größtenteils unbrauchbar unter dem Hallendeck liegt.

Durch die gleichmäßige Abstrahlwärme, die geringe Luftbeheizung und -bewegung und den damit verbundenen niedrigeren Wärmebedarf werden Infrarot-Heizgeräte z.B. in großen oder schlecht isolierten Räumlichkeiten eingesetzt. Anders als bei herkömmlichen Radiatoren wird die Umgebungsluft nicht in Schichten aufgeheizt, sondern nur die ausgestrahlten Heizkörper, die dann die Abwärme wieder abführen.

Infrarot-Strahler werden mit diesem Behauptung oft als sehr wirtschaftliche Heizgeräte angepriesen, aber im Dauereinsatz für die Gebäudeheizung ist die Infrarot-Strahlung genauso unwirtschaftlich wie jede andere elektrische Heizform. Prinzipiell werden die Leuchtmittel nach der Emissionsart klassifiziert: Infrarot-Lampen sowie herkömmliche Glühbirnen und die meisten Leuchtmittel zählen zu den Wärmestrahlern, d.h. sie emittieren aufgrund und nach ihrer Wärme.

Schwarze Farbe heißt in diesem Kontext, dass Strahlen nur aufgrund der Eigentemperatur des Menschen emittiert werden und nicht durch Spiegelungen oder dergleichen "verfälscht" werden. Andererseits emittiert jeder Organismus mit einer Körpertemperatur über Null Kilvin Wärme. Die " Grundfarbe " der Wärmeabstrahlung eines (schwarzen) Organismus ist nach dem Wiener Verdrängungsgesetz nur von seiner Körpertemperatur abhängig: Je niedriger sie ist, umso niedriger ist die Frequenz der von ihr emittierten Maximalstrahlung.

Wenn andererseits der Kabel nur Raumtemperatur hat, ist seine Ausstrahlung " unter " dem dunkelsten Grün, das die menschlichen Augäpfel noch sehen können, mit anderen Worten, ein solcher Kabel leuchtet nicht von selbst. Die Menge an sichtbarem und infrarotem Strahlerlicht ist daher abhängig vom Lampentyp und damit von der Glühlampentemperatur.

Unter diesem Gesichtspunkt wären also vergleichsweise coole Leuchten recht effizient, aber aufgrund des stefan-boltzmann'schen Gesetzes nimmt die Gesamtstrahlleistung eines Organismus mit der vierten Kraft seiner Körpertemperatur ab. Sie bezeichnet die komplette Häufigkeitsverteilung der Bestrahlung eines Schwarzkörpers, nicht nur das Maximal. Das emittierte Licht resultiert aus einem Elektronendurchgang, der im Idealfall nichts mit der Innentemperatur der LED zu tun hat.

Infrarotstrahler (auch bekannt als Rotlicht- oder Wärmelampen) sind Strahler, die vorwiegend unsichtbare Wärmeabstrahlung aussenden. Neben der (noch sichtbaren) Rotlichtkomponente besteht die ausgestrahlte Bestrahlung dann vor allem aus der sogenannten nahen infraroten Bestrahlung (NIR). Infrarot-Leuchten werden z.B. in Geflügelzuchtstationen und Terras verwendet. Diese strahlen infrarote Strahlen in dem Maße aus, wie es vielen Menschen gefällt.

Das erklärt sich durch den großen Prozentsatz der Nahinfrarotstrahlung, dem energiereichen Infrarot mit der größten Durchdringungstiefe ( "nur wenige Millimeter", s. Durchdringungstiefen der IR-Strahlung): Die erzeugte Hitze wird durch die einfallende Sonneneinstrahlung unmittelbar unter der Hautstelle und nicht unmittelbar auf der Hautstelle generiert, die wenigstens teilweise von den Menschen als unerfreulich empfunden wird (Hautdehydration und Verbrennungsgefühl).

Gleichzeitig löst diese Infrarotlampe bei Lebewesen, die aufgrund ihrer milden und tiefroten Ausstrahlung trotz ihrer Kraft sonst direktem Sonnenschein entgehen, keinen Ausweg aus. Auch die Helligkeit moderner Infrarot-Lampen kann dimmen. Damit ist die Lichtintensität des infraroten Lichts aufgrund der Verschiebungen des Strahlenmaximums nur geringfügig niedriger (siehe Wiener Gesetz der Verschiebung).

Hinzu kommen angepasste Infrarot-Lampen, die vielmehr als Infrarot-Strahler konzipiert sind. Damit wird der Teil der sichtbaren Strahlen weiter verringert und proportional mehr Medium Infrarot (MIR) ausgestrahlt. Mit dieser Infrarot-Lampe werden für den NIR-Bereich ( "weitgehend") unsichtbare Gegenstände erwärmt, d.h. die korrespondierende Strahlerstrahlung durchlassen.

Sie ist im Sichtbereich und im NIR nahezu transparent. Lediglich im weiten Infrarot (FIR) wird es opak, d.h. es absorbiert die ganze Strahlungsenergie und wird dadurch aufheizt. Elektro-Infrarotstrahler werden auch in Industrieheizprozessen verwendet, z.B. beim Warmformen. Wegen dieser Eigenschaft sind sie für den Einsatz im Wohnumfeld kaum verwendbar.

1 ][2] Im Grunde genommen werden heute bei direkt gasbefeuerten Anlagen zwei Arten von Infrarotstrahlern unterschieden: helle Strahler und dunkle Strahler. Man nennt sie helle Strahler, weil die Generierung von Infrarot-Strahlung durch eine sichtbares Verbrennen eines Gas-Luft-Gemisches auf der Unterseite des Gerätes erfolgt. Keramische Platten leuchten "hell". Auch die gelochten keramischen Platten sind das Kernstück der hellen Heizkörper. Durch die Erwärmung der keramischen Plattenoberfläche auf 950 C wird eine Infrarot-Strahlung abgegeben.

Rückstrahler spiegeln die Strahlungen nach unten in die Aufenthaltszone. Bisher waren keramische Platten verhältnismäßig banal. Dies führt zu einer sehr heißen keramischen Fläche, obwohl die tatsächlichen Flammen verhältnismäßig kalt sind. Dadurch werden die Stickoxidwerte (NOx) auf einen kaum zu messenden Wertebereich gesenkt. Der Kohlenmonoxid- (CO)-Wert liegt im Rahmen moderner Brennwertkessel, die oft die gleiche Keramikplatte und die Wirkung von heißer Fläche und kalter Hitze verwenden.

Durch die Isolierung ist die Wärmeübertragung auf die Außenseite des Reflektors sehr niedrig, was zu einem Heißluftkissen im Kühler führt, die Spiegel werden warm und geben Hitze ab. Unmittelbar unter den keramischen Platten befindet sich ein anderer "Reflektor", jedoch in Form eines Gitters, das sogenannte Strahlungskörper. Dadurch wird die von den keramischen Platten teilweise reflektierte Wärmestrahlung auf sie übertragen.

Dabei wird die radioaktive Energie an der Erdoberfläche in Hitze umgesetzt und die Temperaturen der keramischen Platte beginnen zu wachsen, ein "Tischtennis" der Abstrahlung. In den vergangenen Jahren hat sich die Leistungsfähigkeit der Produkte rasant erhöht. Während in der Vergangenheit nur 40-50% der Teilnehmer die durchschnittliche Strahlungsleistung (Strahlungsfaktor) erreicht haben, liegen diese heute zwischen 65% und 77%.

Durch die nahezu schadstofffreie Verfeuerung können die Rauchgase von hellen Heizkörpern mittelbar über die Umgebungsluft abgeleitet werden. Bedient werden die Anlagen durch einfachste Timer oder aufwändige Kontrollen, die die Ein- und Ausschaltvorgänge mit Strahlungssensoren auslösen. Dunkle Strahler produzieren zudem Hitze, indem sie ein Sauerstoff-Gas-Gemisch verbrennen, jedoch in verschlossenen Brennkammern mit Strahlungsrohren.

Die entstehenden heißen Gase erwärmen die Oberflächen der Strahlungsrohre, die den größten Teil der Hitze als Wärmestrahlung ausstoßen. Dunkle Strahler sind verhältnismäßig einfache Vorrichtungen, die aus einem Flammenbrenner, einem Gebläse, einem Strahlungsrohr und darüber liegenden Reflexen bestehen. Die an einem Ende des Strahlrohrs angebrachte Brenneranlage generiert eine Flamm, die sich verhältnismäßig weit in das Rohr hinein erstreckt.

Die modernen Anlagen funktionieren mit einem Presssystem. Dadurch wird eine lange und flächige Flammigkeit erzielt, die den Heizkörper über die ganze Breite gleichmässig aufheizt. Die Strahlungsröhre wird von einem Spiegel bedeckt, der die Wärmeabstrahlung in den jeweiligen Raum leitet. Je nach Ausführung und Brennertechnik funktionieren dunkle Radiatoren aufgrund der vergleichsweise tiefen Temperatur mit Abstrahlfaktoren zwischen 45 und 55 vH.

Die Strahlungsintensität von modernen isolierten Geräten (Strahlungsfaktor bis zu 77 %) kann kaum erhöht werden und wird nie das bei hellen Strahlern erreichte Höchstniveau einhalten. Dunkle Strahler emittieren mit einer niedrigeren Strahlungsintensität als helle Strahler, bieten aber aufgrund ihrer Wellenlänge ein grösseres Abstrahlfeld pro Vorrichtung. Durch die geringere Flächentemperatur können sie bereits in Räumlichkeiten mit einer Raumhöhe von ca. 4 Metern oder mehr verwendet werden.

Infrarot-Strahlen erfordern kein "Trägermedium", um ihre Energien zu transportieren. Selbstverständlich wärmen alle Stellen, die z.B. in einer Messehalle durch Infrarot-Strahlung aufgewärmt werden, auch die Raumluft durch Wärmetransport. Weil die Raumluft nicht unmittelbar erhitzt wird, können sich unter dem Hausdach kleinere Warmluftkissen bilden. Abhängig vom Gerätetyp und des Herstellers können unter gewissen Voraussetzungen Energieeinsparungen im Vergleich zu konventionellen elektrischen Heizsystemen erzielt werden.

Infrarot-Heizung kann daher von Vorteil sein, wenn in einem großen Wohnraum nur eine lokale Heizung benötigt wird, ohne die komplette Wohnraumluft zu erhitzen. Die Nutzung kann auch Sinn machen, wenn z.B. Keller nur für wenige Wochenstunden benutzt werden sollen, da sich die Flächen unter infraroter Strahlung sehr rasch aufheizen.

Infrarot-Strahler, die mit elektrischer Energie betrieben werden, strahlen bis zu 86 Prozent der gelieferten Zeit. 4] Die Filamente strahlen mittels infraroter Strahlung Hitze aus. Die Energieverluste sind auf die Rohre und die Umluft zurückzuführen, jedoch werden (!) wie bei jedem anderen Elektroheizer fast 100% der gesamten Leistung in Hitze umgerechnet.

Weil Elektroenergie in der Regel drei- bis viermal so teuer ist wie z. B. Wärmeenergie aus einer Gasheizungsanlage, sind die Betriebkosten vergleichsweise hoch. Im Wesentlichen hängt die Strahlungsabsorption eines Infrarot-Strahlers von seiner emittierten Wellenlängen im Verhältnis zum Absorptionspektrum des zu erhitzenden Werkstoffs ab (vgl. Infrarotstrahlung). Zur Erhöhung der Absorptionsleistung ist eine gezielte Wahl des passenden Infrarot-Strahlers vonnöten.

Mittel oder klassisch (normales) Infrarot (MIR; Wellenlänge: 3 bis 50 µm): So weist z. B. Weißwasser ein Absorberspektrum mit einem Peak von etwa 3,0 µm auf. Das heißt, dass die Emissionstrahlung von Mittelwellenstrahlern oder Kohlenstoff-Infrarotstrahlern aus Gewässern und wasserbasierten Schichtsystemen (menschlicher Körper) besser aufgenommen wird als die von Kurzwellen. Nächstes Infrarot (NIR; Wellenlänge: 0,78 bis 3,0 µm): Andererseits absorbieren eine große Anzahl von Metallteilen nur im Kurzwellenbereich infrarote Strahlung und zeigen eine starke Reflektion in langen und mittleren Wellen.

Keramische Heizelemente werden bei einer Betriebstemperatur zwischen 300 und 700 C betrieben und erzeugen Infrarot-Strahlung im Bereich von 2 bis 10 µm Wellenlänge. Da die meisten Kunststoffen und viele andere Werkstoffe die Infrarot-Strahlung am besten in diesem Temperaturbereich aufnehmen, werden keramische Strahler für diese Werkstoffe vorgezogen. Das Infrarotspektrum ist in die folgenden Bereiche eingeteilt (DIN 5031).

6 ][7] Ausschlaggebend für den Außeneinsatz ist die Tiefentiefe unter den Oberschichten, die trotz Luftbewegung als Hitze zu spüren ist. 2008, isbn 978-1-60119-795-5, Tab. 2, S. 15.3. Reinhard Günther Frey et al.: Untersuchung zu Energieeffizienzpotenzialen durch Stromausfall im Bereich der Raumheizung. it. dgmbH, Braunschweig, Bremen Energetikinstitute, 29. 2. 2007, abrufbar am 23. 2016. Hochspringen ? Matthias Morfeld: Querschnitt Sanierung, physik. ärztliche und Heilverfahren: ein fallbasiertes Lehrwerk.