Încălzire radiantă

Incalzitor electric radiant istoric ("Heizsonne")

Încălzire radiantă într-un hangar de întreținere a aeronavei

O încălzire radiantă sau radiație este un încălzitor a cărui disipare predominantă de căldură de către radiatoarele cu infraroșu sub formă de radiație termică este efectuată. Se diferențiază de încălzirea prin convecție , care își degajă căldura în principal prin convecție . Se face distincția între două tipuri fundamental diferite de încălzire radiantă: radiatoarele de temperatură înaltă și radiatoarele de temperatură joasă.

General

fizică

Fiecare corp cu o temperatură peste zero absolut emite radiații termice în împrejurimile sale. Conform legii lui Stefan-Boltzmann și a legii deplasării Wien , puterea și lungimea de undă a acestei radiații depind de temperatura radiatorului:

• Odată cu încălzirea radiației solare, soarele fierbinte radiază (predominant) unde de undă scurtă , lungimea de undă este cuprinsă între 0,78 și 1,40 μm, vezi și bugetul de radiații al Pământului .
• Obiectele emit radiații termice cu unde lungi la temperatura camerei (20 ° C) , lungimea de undă este cuprinsă între 1,4 și 3,0 μm, a se vedea, de asemenea, diviziunea intervalului spectral al radiației infraroșii )

Principiul activ al încălzirii radiante, exprimat corect din punct de vedere fizic - pe baza componentei radiației - este schimbul de radiații între radiator și împrejurimile sale. În cazul radiatoarelor cu temperatură ridicată cu o suprafață foarte mică în comparație cu mediul înconjurător, efectul mediului asupra radiatorului poate fi neglijat. Potrivit legii Stefan-Boltzmann , puterea emisă este aproximativ dependentă de a patra putere a temperaturii. La temperaturi mai ridicate (elemente de încălzire de la roșu la galben), proporția radiației este ridicată și poate fi direcționată și grupată cu ajutorul reflectoarelor optice. Astfel, energia utilizabilă a sistemului este mai mare decât la convecție sau la conducerea căldurii.

Radiația termică (la fel de încălzită sau radiată ca răcirea) funcționează și în absența mediului de transmisie (adică și în vid , cum ar fi, de exemplu, radiația termică a soarelui prin spațiul fără aer).

Delimitarea la încălzirea prin convecție

Distincția dintre încălzirea radiantă și încălzirea prin convecție nu este întotdeauna ușoară:

• Încălzirea radiantă are întotdeauna componente calde în același timp, care încălzesc aerul înconjurător și astfel generează convecție. Se numește încălzire radiantă atunci când majoritatea căldurii sale este emisă de radiații.
• Un încălzitor cu convecție este cald și în același timp emite radiații de căldură. Se numește încălzire prin convecție atunci când cea mai mare parte a căldurii sale este degajată prin convecție.
• O bandă de încălzire produsă prin convecție încălzește un voal subțire pe un perete, astfel încălzit, care la rândul său radiază căldură.

Principii de aplicare

Cu încălzirea radiantă, cea mai mare parte a energiei termice este transferată direct prin radiație termică. La rândul său, toate obiectele și materialele care absorb radiația termică degajă căldură prin radiația termică și prin conducerea căldurii către aerul care trece. Aerul încălzit prin radiații termice degajă căldură prin radiație termică și convecție . În contrast, cu încălzirea prin convecție, se fac eforturi pentru a încălzi aerul din cameră în cea mai mare parte și pentru a-l utiliza ca mediu de transfer de căldură și pentru a distribui căldura în cameră prin convecție (dezavantajul este că aerul are doar o capacitate mică de stocare a căldurii ). Cu ambele tipuri de încălzire, căldura este, de asemenea, legată de vaporii de apă ca căldură de evaporare și disipată prin convecție și ventilație.

Atingeți și încălziți razele de căldură

• stratul superior al pereților camerei și mobilierul și accesoriile,
• ocupanții camerelor
• într-o mică măsură „gazele cu efect de seră” (CO ₂ și vapori de apă) din aerul din cameră (vezi efectul de seră ).

Componentele principale ale atmosferei, azotul și oxigenul , ca molecule diatomice, nu au nici un moment dipol static, nici un moment dipolar de tranziție , nu sunt excitate de radiația luminii infraroșii .

Sticla ferestrei este practic impermeabilă la radiația de căldură cu unde lungi, radiația de căldură cu undă lungă este fie absorbită (în funcție de coeficientul de transfer de căldură sau coeficientul de transfer de căldură al tipului de sticlă), fie reflectată înapoi în cameră. Reflecția depinde de unghiul de incidență (a se vedea, de asemenea , reflectanța , factorul de reflexie și reflexia totală ). În schimb, sticla este aproape 100% permeabilă la radiațiile de căldură cu unde scurte provenite de la soare (între 0,2 și 2,5 μm) (vezi transmitanța energiei ), această posibilă incidență a căldurii și impermeabilitatea la căldura camerei este, prin urmare, folosită și în colectoarele solare termice și în casele de sticlă .

Pentru a utiliza efectul de radiație a energiei termice și pentru a evita disiparea căldurii în pereți și condensarea umidității aerului din cameră pe și în perete, pereții iradiați ai camerei, adică „ suprafețele învelitoare ” ale spațiului de locuit, ar trebui să fie slab conductori de căldură și să păstreze bine căldura. Un tapet sau o placă de gips superioară sunt mai potrivite decât, de exemplu, betonul .

beneficii

Avantajele încălzirii radiante în zonele de locuit sunt temperatura mai scăzută a aerului din cameră ( cu aceeași senzație subiectivă de căldură de către rezidenți ) și circulația redusă a aerului și stratificarea aerului, ceea ce duce de obicei la un climat mai plăcut al camerei și la un confort termic mai bun ( mai puțin aer uscat și mai puțină expunere la praf ). În cazul condițiilor de flux de aer nefavorabile ( pasaje frecvente, camere înalte ), încălzirea radiantă este încălzirea la alegere doar din motive tehnice. Alte avantaje apar din căldura disponibilă aproape imediat după pornire. Aceasta înseamnă că încăperile care sunt folosite rar sau doar pe scurt pot rămâne puțin sau nu sunt încălzite și pot fi încă folosite cu un anumit confort la intrare.

Cu toate acestea, toate încălzitoarele radiante degajă de asemenea căldură prin convecție. În cazul spoturilor de tavan, se formează o pernă de căldură care rămâne atașată de tavan datorită flotabilității aerului cald. Perna termică (austriacă perna termică) ia treptat la temperatura suprafeței de radiație și pentru că atunci nu mai există o diferență de temperatură, fără căldură poate fi eliberată în stratul limită al pernei de aer prin convecție. A „perdea de căldură“ forme în fața pereților încălzite prin radiație termică , care este prin convecție Distribuie căldură, dar poate încălzi, de asemenea, părți mai reci ale peretelui sau tavanul, care apoi radiază căldură sau disipă căldura (explicată mai detaliat în benzile de încălzire ).

Prin reducerea transportului de energie cu ajutorul aerului încălzit, se reduc și pierderile de energie rezultate ( ventilație, scurgeri ). Ferestrele cu scurgeri ajută la atingerea ratelor de schimb de aer necesare pentru a elimina umiditatea creată de om (transpirație, respirație, gătit) din aerul camerei, fără o aerisire suplimentară.

Potrivit arhitectului și autorului cărții de specialitate Konrad Fischer , cu încălzirea radiantă (și încălzirea plintei ) „suprafețele anvelopei clădirii” ar fi întotdeauna mai calde decât aerul prin absorbția radiației de căldură, aerul nu s-ar fi răcit niciodată sub punctul de rouă , tencuiala interioară nu s-ar putea uda și mucegaiul nu ar crește; cu încălzirea prin convecție, pe de altă parte, aerul ar fi întotdeauna mai cald decât un perete, ceea ce înseamnă că punctul de rouă de pe un perete ar putea cădea sub punctul de rouă. Fischer a preluat în esență tezele arhitectului Claus Meier că „cu un sistem de încălzire mai intensiv în radiații, temperatura aerului din cameră poate fi redusă semnificativ în comparație cu sistemul de încălzire optimizat prin convecție - economiile de energie sunt, prin urmare, enorme” . Deoarece umiditatea aerului interior (sursă: respirație, evaporare, uscare, plante etc.) ar trebui îndepărtată din spațiile de locuit prin schimbul de aer , s-ar pierde mai multă energie cu schimbul de aer cu încălzire prin convecție (în care aerul din cameră este încălzit) decât cu încălzirea corpului sau călătoriei Incalzitor radiant. Astfel (conform Fischer) sistemele de încălzire bazate pe radiații termice, chiar și cu geamuri scurse, ar fi mai eficiente decât cele cu încălzire prin convecție și izolație termică. Eșecul schimbării aerului în aerul plăcut cald ar duce adesea la condensarea umidității în interior și, ca rezultat, în legătură cu substanțele nutritive organice (de la lianți, vopsea, adezivi pentru tapet, tapete de hârtie) la poluarea gravă a mucegaiului negru (umiditatea în sistemele de izolație termică externă, pe de altă parte, este cauzată de acțiunea capilară sau de penetrarea articulațiilor Condensare sau alte forme de precipitații ; vezi informații mai detaliate despre umiditate # Umiditate în componentele clădirii ).

Radiator cu temperatură scăzută

Radiatoarele cu temperatură scăzută sunt de obicei radiatoare care emit energie termică generată sau stocată în alte moduri. Mediile active sunt fie apă caldă (prin bobine de încălzire, radiatoare sau benzi de încălzire ), fie covoare electrice plate de încălzire (din grafit sau funingine ) încorporate în folii . Proiectele obișnuite sunt sistemele de încălzire prin pardoseală , de încălzire pe perete sau de tavan , dar există și modele speciale (de exemplu , încălzirea componentelor ) pentru cerințe speciale.

Datorită principiului lor funcțional, încălzitoarele radiante în intervalul de temperatură scăzută necesită o suprafață de radiație a camerei mult mai mare decât un încălzitor cu convector. Ele pot fi integrate în componente care delimitează încăperea ( avantaj: nu necesită spațiu propriu - dezavantaj: întreținere slabă ) sau pot fi aplicate ca elemente de construcție plane pe perete sau tavan ( avantaj: întreținere ușoară - dezavantaj: pentru pereți: posibil fără spațiu de depozitare ).

Incalzitor la temperatura ridicata

Încălzitor electric radiant cu temperatură ridicată disponibil în comerț

Zona capului unui încălzitor de terasă cu gaz

În cazul radiatoarelor cu temperatură ridicată, energia de încălzire este generată pe sau în componenta radiantă și radiată la o temperatură ridicată. Această formă de încălzire este utilizată pentru a furniza energie de încălzire pe o distanță mai mare sau într-o măsură mai mare. Exemple sunt

• încălzitoare radiante electrice, de ex. B. baie de încălzire suplimentară și schimbarea de masă mai cald , precum și
• Incalzitor pe gaz, de ex. B. încălzitorul de construcție catalitic , încălzitorul de terasă (în limba de zi cu zi numit și încălzitorul de terasă , care este, de asemenea, înregistrat ca marcă comercială și în Austria numit Heizschwammerl ) și încălzirea industrială la locul de muncă în interior .

Datorită temperaturii ridicate, există cel puțin un risc de arsuri, de regulă chiar un risc de incendiu, care trebuie contracarat prin luarea măsurilor de precauție adecvate ( ecranare, montare în afara zonei de lucru, distanțe față de alte obiecte ).

După creșterea rapidă a popularității, există interdicții privind utilizarea încălzitoarelor de terasă cu gaz în unitățile publice, cum ar fi restaurantele, din cauza emisiilor ridicate de dioxid de carbon din multe orașe mai mari și din statele federale germane. Nu există interdicție de utilizare privată ocazională.

Funcționare electrică

Încălzitor electric radiant pentru o masă de schimb

În cazul încălzirii radiante, se încălzește o bobină de încălzire sau o tijă de încălzire prin care curge un curent electric și astfel radiază căldură sub formă de raze infraroșii . În spatele corpului incandescent este o oglindă care direcționează razele infraroșii într-o singură direcție. Deoarece corpul incandescent se încălzește până la câteva sute de grade Celsius, protecția de contact este întotdeauna atașată. Structura corpului incandescent este o bobină de încălzire înfășurată în jurul unui miez ceramic pentru izolare împotriva scurtcircuitelor. Serpentina de încălzire a corpului incandescent este , de asemenea , numit filament incandescent.

Astăzi, încălzitoarele electrice cu infraroșu sunt utilizate în multe zone, de ex. B. în gastronomie și în sectorul privat ca încălzire exterioară, încălzire suplimentară în băi și oriunde este necesară încălzirea pe termen scurt. Încălzitoarele radiante speciale pentru masă de schimbare sunt proiectate pentru zona de schimbare a bebelușilor, în mare parte acestea sunt proiectate cu o putere de încălzire de 600 W și cu protecție împotriva așchiilor (datorită tijei de încălzire din cuarț). Dispozitivele mai noi au o oprire automată (de obicei după 10 sau 20 de minute de încălzire).

O formă specială a încălzitorului radiant electric este lampa cu lumină roșie , în care energia termică generată de filament este suficient de mare pentru a putea acționa medical de la o distanță mai mică. Totuși, nici aici nu poate fi exclus un pericol de incendiu ( contact neobservat cu substanța în timpul iradierii ).

O formă specială importantă a încălzitorului radiant electric este lampa cu incandescență . Cu acest design, cea mai mare parte a energiei utilizate este convertită în radiații termice. În comparație cu alte tipuri de construcții, o parte ridicată, dar încă scăzută a radiației (aproximativ 5% din energia utilizată) este emisă în intervalul vizibil al spectrului. Acest lucru se realizează prin încadrarea corpului incandescent într-un gaz de protecție , care permite corpului incandescent să atingă temperaturi mai ridicate.

literatură

• A. Kollmar și W. Liese: Încălzirea prin radiații. Ediția a IV-a. R. Oldenbourg, Munchen 1957.
• Bernd Glück: Încălzire radiantă - teorie și practică. Verlag für Bauwesen, Berlin / CF Müller-Verlag, Karlsruhe 1982, ISBN 3-7880-7157-5 . Extrase online

Link-uri web

• Funcționalitatea, precum și avantajele și dezavantajele încălzirii valurilor de căldură sunt explicate simplu

Dovezi individuale

1. ↑ Claus Meier: Fizica construcției ferestrei istorice , documente informative ale German Castle Association eV, Comitetul consultativ pentru restaurare, fișier PDF
2. ↑ F.Frieß: interacțiunea radiației cu sticlă și acoperiri de sticlă fișier PDF
3. ↑ Konrad Fischer: Controlul temperaturii suprafețelor anvelopei clădirii
4. ^ Hermann Rietschel: H. Rietschels manual de tehnologie de încălzire și ventilație. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-25438-7 , p. 75 ( previzualizare limitată în căutarea de carte Google).
5. ↑ Contribuțiile controversate ale prof. Meier la economisirea de energie 5
6. ↑ Konrad Fischer: Controlul temperaturii suprafețelor anvelopei clădirii 21
7. ↑ ^{a b} Meier, C.: Ghid practic de conservare a monumentelor nr. 7, clădiri vechi și izolație termică - 13 întrebări și răspunsuri. Publicații informative ale Deutsche Burgenvereinigung eV, Marksburg, Braubach, 1999; citat în Controlul temperaturii suprafețelor anvelopei clădirii 21 .
8. ↑ Prof. Dr.-Ing. habil. Claus Meier: Ne izolăm în fundăt? Ordonanța privind izolarea termică și economisirea de energie. Contradictorie și absurdă , prelegere cu ocazia Backsteintage 2001, 30/31 ianuarie 2001 la Hildesheim / Westerstede, (fișier PDF)
9. ↑ Atât de periculos este încălzitorul de terasă. În: welt.de. 30 ianuarie 2008, accesat la 19 aprilie 2016 . 
10. ↑ Ciupercile încălzite trebuie să rămână oprite iarna. În: Süddeutsche Zeitung . 13 decembrie 2017, accesat pe 21 decembrie 2018 . 
11. ↑ Orașele interzic încălzitoarele de terasă - Nu există „ciuperci ucigașe” în cafenea . În: taz . 11 noiembrie 2007, accesat la 21 decembrie 2018 .