Infrarood verwarming

Infrarood verwarming is stralingswarmte, het geeft hetzelfde gevoel van warmte als de zon op uw gezicht of de warmte van een kolenkachel. Het is zelfs dezelfde soort warmte als die uw eigen lichaam uitstraalt.

Het is de meest elementaire vorm van verwarming die de mens kent. Gebruikt door de holenmens om zichzelf door vuur te verwarmen; door de Romeinen in hun badhuizen, door houtkachels en tegelkachels. Millennia geliefd omdat het objecten verwarmt, die die warmte vervolgens terug stralen en de omgeving om u heen warm houdt. Stralingswarmte verwarmt niet de lucht – die warmte slecht vasthoudt en dus snel afkoelt.

Maar de afgelopen 60 jaar zijn we de stralingswarmte vergeten: niet omdat die door een betere technologie is vervangen, maar omdat fossiele brandstoffen, waarop de centrale verwarming werkt, het goedkoop maakte om lucht te verwarmen.

Vandaag de dag stelt een nieuwe technologie in de vorm van onze 100% energie-efficiënte Herschel far infrared verwarmingspanelen ons in staat om stralingswarmte weer te gebruiken, nu op een stijlvollere, comfortabele en goed regelbare manier.

 

In termen van efficiëntie van warmteoverdracht zijn een kilowatt stralingswarmte en een kilowatt convectiewarmte niet te vergelijken. Ze hebben totaal verschillende eigenschappen voor wat betreft warmteoverdracht en voor het verwarmen van uw huis, kantoor of werkplek is het belangrijk om de verschillen te kennen.

Er zijn 3 vormen van warmteoverdracht: Geleiding, Convectie en Stralingswarmte.

Voor een comfortabel verwarmingssysteem is geleiding (fysieke overdracht van warmte van een bron door direct contact) geen optie. Ook al is het de meest efficiënte methode van de drie (aangenomen dat er een geschikt medium is om te geleiden), blijven Convectie en Stralingswarmte over.

Convectie is overdracht van warmte door de bewegingen van vloeistoffen of gassen. De eigenschappen zijn:

  • Convectiestromingen stijgen op natuurlijke wijze op als een warm medium (in dit geval lucht) uitzet en in dichtheid inkrimpt en als de koele lucht in dichtheid toeneemt en daalt. Convectie in een context van een centrale verwarming houdt in dat warme lucht opstijgt naar het plafond en dan geleidelijk naar lagere niveaus in de kamer circuleert, waarbij het vlak boven de vloer het koudst is. Deze luchtverplaatsing kan niet worden gecontroleerd en de warmteoverdracht gaat altijd van warmte naar kou, waar u in de lucht geen invloed op kunt uitoefenen. Als u een deur naar een koude gang opent, ontstaat er een luchtverplaatsing (tocht zo u wilt), de warmte stroomt er op natuurlijke wijze naar toe.
  • U kunt de convectiestroming niet voelen aan de zijkanten van een convectieverwarming (de warmte die u voelt is stralingswarmte), u kunt hem alleen erboven voelen.
  • Elke verwarmingsradiator met ribbels (om de oppervlakte en daardoor de efficiëntie van de convectiewarmte te vergroten) en oppervlaktetemperaturen tot 60°C zijn convectief en stralen maar een klein beetje warmte uit vanwege hun lage oppervlaktetemperatuur. Een “natte” radiator van 1m x 1m geeft bij 60°C ruwweg 6133 BTU af, of ongeveer 2 kilowatt aan energie. Maar zijn output aan straling is slechts 663 Watt en de rest van de energie gaat over in de lucht. Dit is OK als u accepteert dat 1,3 kW van de warmte op een ongecontroleerde manier wordt verzonden naar een medium dat slechte thermale eigenschappen heeft (lucht) en een armzalig vermogen heeft om die warmte aan de objecten in een kamer over te dragen. Vergeet niet: lucht kan warmte erg slecht vasthouden; warme lucht stijgt op; warme lucht stroomt op natuurlijke wijze naar koude lucht; lucht is niet te “zoneren” en koelt snel af als de thermostaat wordt uitgezet.

Stralingswarmte heeft aanzienlijke voordelen boven convectiewarmte:

  • Stralingswarmte heeft een hogere “flux” (Watt output per meter per graad Celsius van de verwarming) dan convectieverwarming. De output van stralingswarmte van een infrared verwarming van dezelfde oppervlakte als de natte radiator die we hierboven noemden (1m x 1m) die werkt op 100°C is 1kW en er wordt erg weinig energie verspild aan het verwarmen van de lucht.
  • Stralingswarmte verwarmt de objecten in een omgeving, niet de lucht ertussen. Dus verwarmt u het oppervlak van objecten in een omgeving, die daardoor opwarmt, waardoor de omgeving een 360° radiator wordt. U verwarmt geen hoeveelheden lucht.
  • Objecten houden warmte beter vast dan lucht, waardoor overblijvende energie de temperatuur van de omgeving langer in stand houdt, b.v. als er een deur naar een koudere kamer wordt geopend, of als de thermostaat van de warmtebron wordt uitgezet;
  • U kunt de thermostaat op een lagere luchttemperatuur zetten, omdat de omgeving eerst wordt verwarmt, niet de lucht.

Daarom zijn, in termen van efficiëntie van warmteoverdracht, een kilowatt stralingswarmte en een kilowatt convectiewarmte niet te vergelijken. Ze hebben een totaal verschillende efficiëntie. Laten we nu de warmte-karakteristieken van verschillende types verwarming eens vergelijken, allen met een output van 1 kilowatt energie.

Wat we regelmatig horen is: “Een kilowatt warmte is een kilowatt warmte. Je kunt niet meer uit een kilowatt warmte via één type verwarming dan uit een ander type verwarming.”

Klopt dit?

 

Een kilowatt warmte – zijnde een kilowatt energie van om het even welke bron die komt – betekent niet dezelfde temperatuur en effectieve straling, ongeacht de soort bron.

Elektromagnetische Flux

Een kilowatt thermale energie heeft een golflengte, een amplitude en een dichtheid, die in verschillende verhoudingen samen die “kilowatt” kunnen produceren.

Maar het is fout om temperatuur te koppelen aan wattage, omdat temperatuur vooral afhankelijk is van de golflengte, maar de total warmte (die “kilowatt”) kan worden beïnvloed door golflengte plus de andere twee factoren (die gezamenlijk “flux” worden genoemd).

Het is bijvoorbeeld absoluut mogelijk om hoge temperatuur emitters te hebben met een laag wattage. Ze kunnen heel erg heet worden, maar die energie niet erg ver uitstralen (denk bijvoorbeeld aan een tungsten gloeilamp). Aan de andere kant is het mogelijk om lage temperatuur emitters te hebben met heel veel “flux” (denk aan een magnetron). En zelfs als we bij onze alledaagse centrale verwarming de radiatoren vergroten, wordt de temperatuur ervan niet hoger, maar wordt de overall power groter. We moeten dus het idee loslaten dat het enige dat de temperatuur van een verwarming beïnvloedt de wattage is.

 

De meeste verwarmingsapparaten (emitters) zijn speciaal ontworpen voor de output van een bepaalde temperatuur en dit wordt vooral beïnvloed door zijn golflengte output in microns. Maar we bepalen zijn power met andere factoren, zoals de afmeting van het paneel, of meer power input van de emitter. De power input verhogen maakt de emitter niet heter, het verhoogt zijn flux.

Dus, kan 1 kilowatt van één type verwarming warmer aanvoelen dan 1 kilowatt van een ander type en verschillende stralingskarakteristieken hebben?

Hier volgt een vergelijking van verschillende types warmte-emitters, allemaal op basis van 1kW. We gaan hierbij uit van een voor de mensen aangename warmte van ongeveer 21˚C.

Warmte output van een 1kW radiator

 

 

 

Natte radiatoren hebben een BTU (British Thermal Unit) waarde i.p.v een waarde in Kilowatt, maar 1 kW is ongeveer gelijk aan 3400 BTU. Een enkele, natte radiator van 900mm x 620mm (0.55m2) komt het dichtst in de buurt van 3433 BTU. Deze radiator met een voorzijde van 0.55m2 met 60˚C straalt slechts 311 Watt uit bij 8 – 15 microns (Boltzmannconstante) en convecteert de rest (689 Watt). 8 – 15 microns correspondeert met de relatief lage oppervlaktetemperatuur van 60˚C. De standaard vuistregel voor de berekening van een convectie-radiator is 40 watt per kubieke meter kamer, waarmee een mogelijk kamervolume van 25m3 kan worden verwarmt. (Deze vereiste power geldt alleen voor de radiator. De boiler of warmtepomp moet in staat zijn zijn warmte af te geven plus de warmte voor het warmteverlies van de verwarmingsbuizen plushet warmteverlies van de boiler of warmtepomp zelf en moet dus nog meer warmte leveren).

 

 

 

 

 

 

Far IR radiator heat output

Een Herschel Far Infrared paneel van 1m2 straalt bij 90˚C 1kW bij 5-12 microns uit (Boltzmann). 5-12 microns is “heter” dan 8-15 microns; het paneel is 45% groter dan de natte radiator en zendt 40% hogere temperatuur uit met dezelfde input van kilowatt. Daarom kunt u niet delfde berekening van 40Watt/m3 gebruiken, die bij de natte radiator wordt gebruikt, want dan wordt die berekening te heet. U moet de watt-dichtheid berekening voor een natte radiator verlagen naar 0.6, d.w.z. 25 watt per m3. Dit geeft een effectief verwarmd volume van 40m3.

 

 

 

 

 

 

 

IR space heater heat output

Een Herschel Advantage IR2 verwarmingsapparaat bevat 2 keramische emitters van elk 650W (d.w.z. 1kW), die 400˚C bij 2 – 10 microns uitstraalt. (8 micron bandbreedte). 2 – 10 microns is heter dan 8 – 15 microns, maar bevat nog steeds vooral golflengtes van de meer “comfortabele” warmte (3-10 microns). Dit soort verwarming is geschikt om mensen comfortabel te verwarmen in open ruimtes tot 9m2 van 2,3 – 2,5 m hoogte. Deze verwarming is “heter” dan het far infrared paneel, maar vergeet niet dat deze bedoeld is voor gebruik in grote open ruimtes, waar tocht kan zijn, open werkplaatsdeuren, etc. Dientengevolge is de berekening van de watt-dichtheid anders en is het verwarmde volume ietsje minder dan die voor het Langgolvige Infrarood paneel was berekend.

 

 

 

 

 

 

 

 

IR output van een 1kW Near Infrared emitter

 

 

Een1kW kwarts-verwarming straalt 1500˚C bij 1-2 microns. (1 micron bandbreedte). 1-2 microns is extreem heet (1500˚C) en is geschikt voor het braden van vlees en het “lassen” van plastic. Hoewel de “warmteworp” van de verwarming behoorlijk ver is, produceert de emitter lange “vinger” warmte, maar zijn kortegolf bandbreedte wordt grotendeels door de menselijke huid gereflecteerd en ook zijn langere golflengtes produceren geen effectieve “comfortabele warmte”. (We willen de langere golflengtes voor ons comfort – dus moeten we beginnen met emitters voor langere golflengtes.) Bekijk ook  “De beste golflengtes voor comfortabele verwarming“. U moet dit soort emitter niet gebruiken voor menselijk comfort (de warmere bron verder van de mensen plaatsen) in de overtuiging dat de afstand het aangenamer maakt.” De uitgestraalde bandbreedte werkt niet op die manier.
Kunnen we uit één type verwarming van 1 kilowatt meer warmte krijgen dan uit een ander type? Het antwoord is “ja”, met 4 verschillende voorbeelden. Alle bovengenoemde verwarmingsapparaten geven verschillende temperaturen “flux” af en worden heel verschillend gebruikt, maar ze zijn allemaal ongeveer 1 kilowatt. In het geval van de vergelijking van 1 kilowatt van Far Infrared met de 1 kilowatt van de “natte radiator”, laat dit een verschil zien van 60% van het volume dat verwarmd kan worden. Dit is geen kwestie van geloof, maar van het begrijpen van de werking van de emitters.