Wat is nu precies (Nano) infrarood verwarming?
Tegenwoordig wordt de term nano Infrarood verwarming gebruikt voor (meestal) plafondpanelen en (soms) wandpanelen waarin elektrische verwarmingselementen zitten. Die elementen zitten achter een glazen of metalen plaat. Precies als bij een keramische kookplaat. Sinds kort wordt daar ook nog eens de term “Nano” aan toegevoegd, wat mooi duur klinkt maar geen enkele waarde of betekenis heeft….
Wat is infrarood vloerverwarming?
Feitelijk is alleen vloerverwarming echte infrarood verwarming, omdat hij altijd werkt in een klein temperatuurbereik (rond 27°) dat precies ligt in het gebied waarbij de lucht de infraroodstraling die van het vloeroppervlak komt het beste door laat. Dat betekent dat bij alle andere temperaturen altijd minimaal 50% van de straling wordt geabsorbeerd en dus in convectie wordt omgezet!
Natuurlijk is het niet de vloerverwarming zèlf die infrarood uitstraalt, hij ligt immers in de vloer. De warmte wordt vanuit de verwarmingsdraden of matten via warmtegeleiding afgegeven aan de vloer en door geleiding in de vloer bereikt de warmte het oppervlak. Het is het vloeroppervlak zelf dat vervolgens de infrarood straling, de warmte dus, afgeeft. Onafhankelijk van hoe de warmte in de vloer wordt opgewekt. Zie de fysische uiteenzetting hieronder.
Maar hoe werken infrarood panelen dan?
Heel simpel, de verwarmingselementen worden warm en stralen warmte af. Dat verwarmt eerst de glazen/metalen plaat (en daarmee het hele apparaat) dat net als bij een ouderwetse kachel of een CV radiator vervolgens zelf weer warmte afstraalt.
Zijn ze geschikt als ruimte verwarming?
Niet als ze aan het plafond hangen! En helemaal niet als ze heel erg heet kunnen worden. De straling die het paneel afgeeft is dicht bij het paneel sterk, en als ze erg heet zijn (meer dan 60°) verbrandt u zich eraan, net zoals u uw hand verbrandt op enkele cm boven een werkende pit op een keramische kookplaat. Bij vele panelen is de temperatuur die ze kunnen bereiken vaak zelfs nog hoger dan bij een keramische kookplaat.
Infrarood plafond panelen
Bij de infrarood plafond-panelen moet dat ook wel want het idee is dat u de straling ook nog voelt als u in een stoel zit, dus op zo’n 2 meter afstand van het paneel. Opnieuw, vergelijk met een kookplaat, op 1 meter boven de plaat voelt u praktisch niets meer.
Dat komt omdat de stralingsintensiteit met toenemende afstand heel sterk afneemt. In een luchtledige ruimte is die afname kwadratisch met de afstand, dus op 2 meter is de straling 4 keer zwakker dan op 1 meter. Maar, die straling loopt bij u niet in het luchtledige maar door de lucht. Die lucht wordt dus als eerste opgewarmd, en wel bij het plafond.
Daardoor verliest die straling nog eens extra aan sterkte. Zodanig dat in een lucht gevulde ruimte de stralingsintensiteit afneemt met ongeveer de derde macht van de afstand. Dus op 2 meter is dan de straling nog maar 1/8 van wat het op 1 meter is.
Temperatuurverschillen en luchtstroming bij plafond panelen
Er is een enorm temperatuurverschil tussen de lucht rondom het plafond paneel en het paneel zelf. Gevolg: er treden sterke luchtstromingen op. En omdat dat bij het plafond gebeurt circuleren er langs het plafond sterke warme luchtstromingen, die niet naar beneden willen komen omdat warme lucht nu eenmaal altijd opstijgt.
De temperatuur verdeling van boven naar beneden is in uw kamer dus precies omgekeerd aan wat u zou willen, namelijk dat het beneden, waar u zit en loopt, aangenaam warm is maar niet aan het plafond waar u er niets aan heeft.
Zoals gezegd, omdat het idee is dat u directe stralingswarmte moet voelen, moet de temperatuur van het plafondpaneel dus extreem hoog zijn om op die afstand toch nog wat te kunnen voelen. En dat betekent vaak zo’n een paar honderd graden!! Dat is nog veel hoger dan bij de ouderwetse kolenkachel, die het tot ongeveer 200°-300° bracht!
Met efficiënt verwarmen heeft dat niets te maken, op die manier wordt onnodig veel energie verspild.
Daarom: plaats een verwarmingspaneel altijd aan de wand, dicht bij de vloer en nog belangrijker: kies een paneel dat op kamertemperatuur modulerend is en niet warmer wordt dan 60°. Zoals b.v. onze panelen hier.
Hoe kun je de straling regelen om het zo aangenaam constant mogelijk te maken?
Hier stuiten we echt op een groot probleem als het om hoge temperatuur (plafond) panelen gaat, waarbij vooral het stralings-aandeel van belang is. Dat is de fysische wet van Stefan-Bolzmann (Google “wet van Stefan-Bolzmann” om er meer over te weten). Die leert ons dat de stralingsenergie van een warm lichaam afneemt met de vierde macht van de temperatuur.
Dus als de temperatuur van 400° (= 673 Kelvin) afneemt naar 113° C (= 386,5 Kelvin) is de afgegeven straling 16 keer zwakker dan bij 400°. Dus een relatief kleine verandering van de temperatuur van het paneel heeft een enorme invloed op de stralingsenergie ervan. Gevolg: je kunt ze alleen maar aan en uit zetten, verder valt er niets te regelen of als je dat wel doet, heeft het nooit het effect dat je wenst. Als je een paneel hebt met 4 elementen en je schakelt er 2 uit heb je dus 16 maal minder stralingswarmte en krijg je het toch heel gauw weer koud.
Maar infrarood verwarmt toch alleen de voorwerpen in de kamer en niet de lucht?
Dat is een fabeltje. Het kan ook niet, omdat een groot gedeelte van de straling door de lucht wordt geabsorbeerd en dus wordt omgezet in een convectie stroming. (convectie is lucht die opgewarmd wordt en opstijgt. Hoe heter de lucht hoe sneller hij stijgt).
Maar stel nu eens dat de lucht totaal niet wordt verwarmd, zoals velen lijken te denken. Dan zit u op uw stoel of bank die aangenaam warm is, omgeven door steenkoude lucht. Alsof u in uw auto stapt bij vriezend weer terwijl de stoelverwarming al aan is maar de verwarming nog niet… toch niet echt aangenaam…
Zoals gezegd, het verhaal dat alleen voorwerpen worden opgewarmd maar de lucht niet, klopt niet. Als het wel zo zou zijn zou zelfs een simpele haarföhn niet kunnen werken. En daarmee verwarm je met de infraroodstraling van het verwarmingselement toch echt de lucht! En om even naar uw auto terug te keren, uw koelwater-radiator zou dan ook niet kunnen werken!
Zijn ze energie zuinig te gebruiken?
Energiezuinig betekent met zo klein mogelijke verliezen. Het bovenstaande laat zien dat er juist bij hoge en extreem hoge temperaturen effecten optreden die tot groot verlies van warmte en vooral warmte productie op plekken waar je er niets aan hebt, voeren. Anders gezegd, hoe hoger de temperatuur van het verwarmend oppervlak hoe groter de verliezen (lees: hoe meer onbruikbare warmte) en hoe minder energie-zuinig u kunt verwarmen. Gelukkig is het inmiddels ook in de installatiebranche duidelijk dat het begrip (nano) infrarood verwarming in de meeste gevallen gewoon onzin is… Leest u het gelinkte artikel. Of kijkt u even op deze link.
Is infraroodstraling gezond of verbetert het de gezondheid?
Het lijkt ons dat u dat beter aan uw arts kunt vragen dan aan een leverancier van verwarmingsmaterialen…..
Maar een NANO infrarood verwarmingspaneln doden toch bacteriën en schimmels?
Dat wel natuurlijk maar dat doen al deze infrarood verwarmingspanelen al door hun extreem hoge temperatuur! Bacteriën en schimmels overleven temperaturen van méér dan 100° niet, en die temperaturen halen niet alleen zulke infrarood plafondpanelen maar ook uw fluitketel op het fornuis… Overigens, nano-technologie is een techniek voor het maken van microscopisch kleine deeltjes, van verschillende materialen. Het wordt vooral gebruikt voor b.v. polijstmiddelen, o.a. autopoets en als toevoeging aan autowas als extra bescherming van de lak, gewoon even googlen…
Het begrip nano toevoegen aan dit soort verwarming is dus gewoon onzinnig.
Hoe kan ik die panelen dan wel doelmatig gebruiken?
De plafondpanelen zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor lokale verwarming, b.v. in een stal boven een drachtige koe of boven een draaibank in een verder steenkoude fabriekshal zodat de draaier toch een beetje een warme werkplek heeft. Of natuurlijk als terrasverwarmers. Maar ze waren nooit bedoeld en zijn dan ook niet geschikt als vervanging van een centrale verwarming, dus als ruimteverwarming in woningen.
Voor efficiënte ruimteverwarming komen alleen laag geplaatste wandpanelen en vloerverwarming in aanmerking die met een zo laag mogelijke temperatuur de ruimte verwarmen met een mengsel van infrarood straling en convectie, dat nu eenmaal onvermijdelijk bij alle verwarmingen optreedt, dus ook bij uw gewone CV radiator, maar ook bij vloerverwarming.
Wilt u een diepergaande fysische uiteenzetting?
Infraroodstraling: Golflengte-spectrum in afhankelijkheid van temperatuur
Hier duiken we nog even verder de natuurkunde in. Daarmee wordt duidelijk dat de claims van de meeste infrarood paneel aanbieders niet kunnen kloppen.
Deze claims stellen steevast dat de infrarood straling 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 is 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° C.
Laat de lucht de infrarood stralen ongehinderd door?
De lucht laat infrarood straling slechts voor een paar kleine golflengtegebieden relatief ongehinderd door, maar voor het overgrote deel wordt de straling buiten die gebiedjes door de lucht geabsorbeerd. (Zie ook de afb. hier boven, solar spectrum at sea level, RU Groningen). 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.
Het breedste gebied is van 8-12 µM (8.000-12.000 nM), het 2e gebied loopt van 3-5 µM (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 µM moet liggen op 300K = 27° C, praktisch kamertemperatuur dus.
Voor het doorlatingsgebied van 3-5 µM moet de temperatuur liggen op 700K. De intensiteit piekt bij 700-273 = 427° C., zie grafiek 1.
Het zal duidelijk zijn dat een relatief klein paneel van 27° nooit genoeg infrarood kan uitstralen (niet krachtig genoeg straalt) om een ruimte te kunnen verwarmen d.m.v. uitsluitend infrarood straling.
Blijft dus voor de praktijk over de temperatuur van 427°. Bij die curve (700K) in grafiek 1 is te zien dat ongeveer de helft van de totale straling binnen het gebied van 3-5 µM ligt, de andere helft ligt erbuiten, en dat deel veroorzaakt dus wel degelijk een forse convectie omdat de lucht de straling in dat golflengte gebied vrijwel volledig absorbeert!
Anders gezegd, alleen een paneel met een temperatuur van 427° 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. Hoe veel van die straling door de lucht wordt geabsorbeerd, ziet u in de grafiek hieronder, de verticale as laat het percentage doorlating (omgekeerde van absorptie) zien.
Kan ik de temperatuur regelen?
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, meestal bij 80°-200°, golflengtes dus van 8 – 6 µm, die worden dan als lage temperatuur panelen aangeduid.
Dat is 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°.
*: 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.
Straling, convectie en geleiding
Dat zijn de enige 3 mogelijkheden om warmte te verplaatsen. Daarbij geldt dat ieder van die 3 vormen in een andere vorm overgaat afhankelijk van temperatuur en het materiaal (lucht, vaste stof of vloeistof) waar de warmte mee in aanraking komt. Dat gebeurt gelukkig zonder verliezen. Zo zal warme lucht die met een koudere vaste stof in aanraking komt, dat voorwerp verwarmen, waarbij het warmtetransport in het voorwerp door geleiding plaats zal vinden. Net zo zal de straling uit een warm voorwerp die op koelere lucht treft, die lucht in beweging brengen (convectie) en zo die opgewarmde lucht laten opstijgen.