arconellog2a

Klik op het logo voor onze homepage

 

 

Infraroodstraling: Golflengte-spectrum in afhankelijkheid van temperatuur

Hier duiken we nog even verder de natuurkunde in. Daarmee wordt duidelijk dat de claims van de diverse IR paneel aanbieders niet kunnen kloppen.

Deze claims stellen steevast dat de infraroodstraling van de panelen de lucht niet opwarmt (dat er daardoor dus geen convectie ontstaat) omdat de straling in een bereik ligt waar de lucht de straling niet absorbeert.

Een (ieder) infrarood paneel zend zijn straling uit in een golflengtegebied dat uitsluitend afhankelijk is van de temperatuur van het paneel. De intensiteit (kracht) van de straling in Watt/m2 is eveneens uitsluitend afhankelijk van de temperatuur van het paneel. In de grafiek 1 id het golflengtegebied van de straling en de intensiteitsverdeling ervan bij een aantal verschillende temperaturen afgebeeld. Aan deze grafiek ligt de formule van Planck ten grondslag*, hij geldt voor alle infraroodstralers, panelen, ongeacht hun constructie of ontwerp. De temperatuurschaal is in Kelvin (K), dat is de temperatuur in graden Celsius + 273.  Dus b.v. 500K is 500-273= 227 graden C.

Grafiek1

De lucht laat infrarood straling slechts voor een paar kleine golflengtegebieden bijna ongehindert door, maar voor het overgrote deel wordt de straling buiten die gebiedjes door de lucht geabsorbeerd. De bruikbare golflengte gebieden waar de straling wordt doorgelaten staat afgebeeld in grafiek 2. Die gebieden zijn zoals te zien nauwkeurig begrensd en smal. Buiten die gebieden wordt de straling door de lucht geabsorbeerd en treedt dus sterke convectie op.

Grafiek2

Het breedste gebied is van 8-12 然 (8.000-12.000 nM), het 2e gebied loopt van 3-5 然 (3.000 tot 5.000 nM).

Als men dat nu vergelijkt met grafiek 1, dan is te zien (die curve is ook in grafiek 2 nog eens afgebeeld) dat de temp. voor een infrarood paneel dat vooral werkt in het gebied van 8-12 然 moet liggen op 300K = 27 graden C, praktisch kamertemperatuur dus.

Voor het doorlatingsgebied van 3-5 然 moet de temperatuur liggen op 700K. De intensiteit piekt bij 700-273 = 427 graden C., zie grafiek 1.

Het zal duidelijk zijn dat een relatief klein paneel van 27 graden nooit genoeg infrarood kan uitstralen (niet krachtig genoeg straalt) om een ruimte te kunnen verwarmen d.m.v. straling.

Blijft dus voor de praktijk over de temperatuur van 427 graden. Bij die curve (700K) in grafiek 1 is te zien dat ongeveer de helft van de totale straling binnen het gebied van 3-5 然 ligt, de andere helft ligt erbuiten, en dat deel veroorzaakt dus wel degelijk een forse convectie.

Anders gezegd, alleen een paneel met een temperatuur van 427 graden C kan voor ongeveer de helft van de afgegeven straling als echt stralingpaneel worden toegepast, de andere helft van de straling wordt door de lucht geabsorbeerd, bij een plafond paneel dus direct aan het plafond. Voor alle andere temperaturen wordt de uitgezonden straling dus vrijwel volledig door de lucht geabsorbeert en is het warmtetransport in de ruimte vrijwel volledig afhankelijk van convectie en niet van straling.

Dat betekent dus ook dat wanneer je de temperatuur van zo’n paneel gaat aanpassen, b.v. door een regeling erop te zetten, het deel stralingswarmte dat er is onmiddellijk overgaat in convectie warmte. 

Daarbij geldt ook nog eens de eerder genoemde wet van Stefan-Bolzmann, waarvan het effect ook te zien is in de intensiteitsverdeling van de straling in grafiek 1. Bij een kleine verlaging van de temperatuur neemt de stralingsintensiteit enorm snel af.

De laatste tijd is er in infrarood panelen-land een tendens om de panelen bij wat lagere temperaturen te laten werken, zelfs al bij 70-100 graden, die worden dan als lage temp. panelen aangeduid. De hoge temperatuur panelen, althans die als zodanig worden aangeduid werken dan bij een temp van rond 300 graden.

In beide gevallen dus behoorlijk ver buiten de golflengte bandbreedte-gebieden waar de straling wordt doorgelaten, zie grafiek 2. Ze zouden alleen daarom al geen infrarood stralingspanelen genoemd mogen worden, het zijn echte convectoren!! En die werken zoals bekend prima, zolang je ze laag plaatst en niet aan het plafond! (de ouderwetse kolenkachel werd volkomen terecht vroeger ook officieel kolenconvector genoemd! Ze werkten tenslotte met een oppervlakte temp. van tussen 200-300 graden.

*: De berekening van de golflengte kurve. De verschuiving van de golflengte pieken met de temperatuur volgt de Wet van Wien, de intensiteitsverdeling bij verschillende temperaturen volgt de Wet van Stefan Bolzmann.

Grafiek 1: Plancksches Strahlungsspektrum fr Temperaturen von 300 K bis 1000 K in einem linearen Koordinatensystem, Wikimedia

Grafiek 2: http://www.thermografie.de/physik.htm

Vragen of opmerkingen? Bel of mail ons.

arconell@arconell.nl

Tel: 0316 540520

arconellog2a1