Osnove sevalnega ogrevanja z infrardečo svetlobo, prednosti in slaboszi ogrevanja z IR paneli
IR zgodovina
Infrardeče žarke je odkril Isaac Newton, ko je elektromagnrtno energijo, ki jo v obliki svetlobe sonce pošilja na zemljo razbil skozi stekleno prizmo. Svetloba se je razbila v barve mavrice.
Leta 1800 je William Herschel odkril energijo tudi za vidnim spektrom svetlobe. Leta 1900 so Planck, Stefan, Boltzmann in Wien nadaljevali raziskave na področju in izvedli matematični model za zaznavanje infrardeče energije. Ta raziskava je omogočila definicijo IR energije z uporabo osnovnega črnega telesa (popolni oddajnik), ki je pokazala, da telo s temperaturo višjo od -273°C oddaja radiacijsko energijo s četrto potenco njegove temperature.
Danes se infrardeče ogrevanje uporablja v industriji za najrazličnejše potrebe, kot tudi za udobno ogrevanje.
Kako deluje IR ogrevanje?
Infrardeča energija je toplota, ki jo lahko uporabljamo za različne namene.
V osnovi je IR elektromagnetni pojav, ki ga merimo z valovno dolžino (mikroni). Ko elektromagnetni delci zadenejo ob površino, takrat se začne proces prevajanja toplote. Da bi lahko učinkovito uporabljali IR ogrevanje, moramo ta pojav razumeti. Različni materiali s tudi različni toplotni prevodniki, za dobre toplotne prevodnike veljata baker in zlato. Pri mnogih materialih je pa ta prevodnost manjša, kot bi si želeli. Lastnost takšnih materialov je, da toploto absorbirajo in zaustavljajo prehod skozi material. Nekateri materiali so tako slabi prevodniki, da jih uporabljamo kot izolatorje.
Pravilna izbira infrardečega ogrevanja je osnova za njegovo učinkovitost. Spekter infrardeče svetlobe lahko na hitro razdelimo v tri skupine njene gostote: ir svetloba z kratko, srednjo in dolgo valovno dolžino. In pri tem je resnično pomembno, da razumemo, da je ogrevanje i IR svetlobo, proces, ki se dogaja na površini predmetov, ki jih ogrevamo. Na primer, če bi na takšen način ogrevali peno, bi rezultati bili zelo slabi, kot tudi v primeru, da bi ogrevali aluminij z gladko površino, bi se infrardeča svetloba od površine odbijala in rezultat ogrevanja bi bil slab. Ogrevanje površin, ki imajo sposobnost asorbcije toplote, pa daje dobre rezultate.
Kako se z IR energijo udobno ogrevati?
Običajna temperatura, pri kateri imamo občutek ugodja je 21 in 22 °C. V prostoru, ki ima temperaturo 21 °C ima običajno človeško telo na površini temperaturo 33,5 °C in temperaturo oblačil 29 °C. Torej zrak v prostoru s temperaturo 21 °C ne more ogrevati človeškega telesa, ki ima višjo temperaturo. Toplota se vedno prenaša s telesa z višjo temperaturo na tistega z nižjo temperaturo. Proces poteka tako dogo, dokler se temperaturi ne izenačita.
Povprečna oseba, ki sedi ali počiva izgublja približno 120 W energije na uro, pri telesni aktivnosti je ta izguba lahko 10 x večja.
Sevalni način ogrevanja hitro ogreje predmete v svoji okolici, med tem, ko pa celotno sobo le z težka hitro ogreje. Vzrok je v temu, da na takšen način ogrevamo predmete in ne zraka. S tem lahko učinkovito grejemo posamezna področja v velikih in neogretih prostorih. Na primer samo delovno območje v velikem industrijskem objektu.
Ločimo tri načine prenosa toplote:
Kondukcija: je neposredni prenos toplote iz predmeta na predmet, ki nastane zaradi dotikanja predmetov.
Konvekcija: je posredni prenos toplote preko medija (zrak ali tekočina), ki se v stiku s toplo površino ogreje in preko premikanja prenaša po prostoru. Ločimo še prisilno (s pomočjo ventilatorja) in naravno konvekcijo.
Sevanje: ki za prenos ne potrebuje stika ali medija, ampak preko elektromagnetnega valovanja širi toploto na predmete preko prostora.
Vsi trije načini prenosa toplote imajo svoje uporabne prednosti
Sevalno ogrevanje
Elektromagnetni spekter pokriva ogromno področje, od zelo kratkih, do zelo dolgih valov, od katerega je le delček tega spektra zaznaven z človeškim očesom, ki ga lahko poimenujemo tudi območje mavričnih baru.
Infra rdeči način ogrevanja je le eden od štirih načinov sevalnega ogrevanja.
Sonce je največji, toda ne edini predmet, ki seva energijo, vsak predmet, ki ima temperaturo višjo od 0°K ali -273°C oddaja energijo preko sevanja. Človeško telo, ki ima 37°C oddaja sevanje v območju IR dolgih valov.
Največja uganka za znanstvenika je bila kako prikazati v kakšni soodvisnosti sta temperatura površine in sevalna energija.
Prvi je povezavo med temperaturo in sevalno energijo odkril leta 1884 J. Stefan, teoretično jo je istočasno pojasnil Boltzmann:
celotna energija j* = σT4
Stefan-Boltzmannov zákon o sevanju črnega telesa je v fiziki zakon, po katerem je gostota energijskega toka j*, ki ga seva črno telo, sorazmerna četrti potenci njegove termodinamične temperature T.
Na preobratu stoletja je bilo največje vprašanje zakaj ta sevalna energija, ki jo oddaja črno telo seva v različnih frekvencah oz. valovnih dolžinah Maxwellova teorija o elektromagnetni oscilaciji ni uspela pojasniti opazovane porazporeditve svetlobe.