Infrarotstrahlung bei Heizelementen
Ein bisschen Geschichte:
Infrarotwärme wurde im 19. Jahrhundert vom englischen Physiker William Herschel entdeckt. Herschel teilte mit einem Prisma das Sonnenlicht in das Spektrum auf. Zu jeder Farbe hielt er ein Thermometer. Infolgedessen bemerkte der Wissenschaftler, dass die Temperatur mit dem Übergang von Purpur zu Rot ansteigt. Besonders überraschend war die Tatsache, dass nach dem Durchlaufen der “roten” Lichtzone und dem Umschalten auf das “leere” Thermometer ein Temperaturanstieg nicht aufhört. So wurde die Zone geöffnet, in der das Licht für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, jedoch Wärme abgibt, die wir fühlen. Seitdem ist dieser Bereich als Infrarot bekannt geworden.
Was ist Wärmestrahlung / Infrarotstrahlung*:
Als Infrarotstrahlung (kurz IR-Strahlung, auch Ultrarotstrahlung) bezeichnet man in der Physik elektromagnetische Wellen im Spektralbereich zwischen sichtbarem Licht und der längerwelligen Terahertzstrahlung. Als Infrarot wird der Spektralbereich zwischen 10−3 m und 7,8×10−7 m (1 mm und 780 nm; der Infrarotbereich) bezeichnet
Umgangssprachlich wird Infrarotstrahlung oft mit Wärmestrahlung gleichgesetzt, auch wenn sowohl Mikrowellen als auch sichtbares Licht, wie der ganze elektromagnetische Spektralbereich zur Erhöhung der Temperatur beitragen. Breitbandige IR-Quellen sind thermische Strahler wie Glühlampen und Heizstrahler.
Jeder Heizkörper und jedes Heizelement sendet auch infrarote Strahlung aus, insbesondere bei Temperaturen deutlich über 100 °C. Darunter überwiegt meist die Wärmeabgabe an die Luft; allerdings steigt die Behaglichkeit durch den Strahlungsanteil.
Wie breitet sich Wärme aus*:
Physikalisch gesehen ist Wärmeübertragung oder Wärmetransport der Transport von Energie über mindestens eine thermodynamische Systemgrenze hinweg.
Die Wärmeübertragung erfolgt in Richtung der Orte mit niedrigeren Temperaturen.
Es gibt drei Arten von Wärmetransportvorgängen:
• Wärmeleitung infolge eines Temperaturunterschiedes / Wärmefluss in oder zwischen einem Feststoff, einer Flüssigkeit oder einem Gas. (Wärmefluss von einer Kochplatte in den Kochtopf)
• Konvektion (Wärmeströmung), eine Strömung zum Beispiel der Luft durch ein thermodynamisches Ungleichgewicht (Erwärmte Luft über einer Heizung steigt nach oben)
• Wärmestrahlung, eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 1mm und 780 nm (sichtbares Licht zwischen 780 nm und 380nm)
Wie wirkt Infrarotstrahlung*:
Das Prinzip der Infrarotstrahlung 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 der Sonne. Dort, wo diese auftrifft, wird sie (teilweise) absorbiert und in Wärme umgewandelt, beispielsweise auf unserer Haut.
Generell gilt, dass jede Strahlung von Materie absorbiert wird, wenn die jeweiligen Atome und Moleküle das Energieniveau aufnehmen können, welches der jeweiligen Strahlungsfrequenz entspricht. Die Frequenzbereiche der Moleküle in der Luft unterscheiden sich von denen von flüssigen oder festen Körpern. Beispielsweise erwärmt Infrarotstrahlung Luft nur vergleichsweise wenig, anders als Festkörper. Die Energieübertragung erfolgt damit zielgerichtet und direkt und unterscheidet sich deutlich von der Konvektion, d. h. der Erwärmung der Umgebungsluft.
Der infrarote Spektralbereich unterteilt sich in folgende Abschnitte (DIN 5031). Entscheidend für eine Nutzung in Außenbereichen ist die Tiefenwirkung unter die Hautschichten, die trotz Luftbewegungen als Wärme spürbar ist.
Wie oben bereits aufgeführt, sendet jedes Heizelement auch Infrarotstrahlung aus. Durch ein optimiertes Design des Heizelementes erreicht man ein höheres Niveau an Wärme. Dadurch erhält man eine nahezu ganzflächig wirkende Abstrahlfläche von Infrarotstrahlung.
(*) Die Erklärungen zu Wärmeausbreitung, Wärme- und IR–Strahlung sind Auszüge von Definitionen aus Onlinequellen