Elektrische infraroodverwarming

Elektrische infraroodverwarming

Wat is het?

In tegenstelling tot klassieke oppervlakteverwarming die op temperatuur wordt gebracht met warm technisch water, wordt bij elektrische infrarood (IR) verwarming een paneel elektrisch op temperatuur gebracht, waarna de infraroodstraling uitzendt naar zijn omgeving en de erin aanwezige personen. Voor meer informatie over elektrische verwarming op basis van convectie zie de fiche elektrische verwarming op basis van convectie.

IR zijn stralen net zoals bv. licht of x-stralen (Figuur 1). In fysica is infraroodstraling een elektromagnetische golf die zich naast het rode deel van het lichtspectrum bevindt. De straling wordt opgevangen door het plafond, wanden, vloer en personen. De directe straling wordt door personen ervaren als warmte. Ook kan de omgeving deze warmte opslaan en weer afgeven (secundaire straling). Infraroodstraling kan met een warmtecamera zichtbaar gemaakt worden.

Hoe werkt het?

Thermisch comfort

Of iemand een temperatuur aangenaam vindt, hangt van veel factoren af. Heel kort samengevat: de warmte die hij afstaat aan de omgeving moet in evenwicht zijn met de warmte die hij produceert (zie Figuur 2). Deze balans wordt beïnvloed door de fysieke activiteit, de kleding en ook door de omgevingsparameters: luchttemperatuur, luchtsnelheid, gemiddelde stralingstemperatuur en de luchtvochtigheid.

Figuur 2: Thermisch evenwicht tussen het lichaam en zijn omgeving. [Bron: FEBELCEM]

Het blijkt dat de temperatuur van de wanden (warmteoverdracht door straling) net zo belangrijk is voor het thermische comfortgevoel als die van de lucht (warmteoverdracht door convectie).

Met IR-verwarming verschuift de focus naar meer straling en minder convectie, m.a.w. de luchttemperatuur mag iets lager zijn. Het is echter belangrijk om een goede balans te vinden welke zeer persoonlijk kan zijn. Thermische onbehaaglijkheid kan namelijk worden verzaakt door tocht (luchtbeweging die het lichaam lokaal afkoelt).

IR-verwarming zorgt voor een aangenaam gevoel zonder de lucht te moeten opwarmen. Een lagere luchttemperatuur resulteert in lagere warmteverliezen van de woning (door transmissie en via ventilatie en infiltratie) en kan op die wijze leiden tot een energiebesparing. Daar zijn natuurlijk wel grenzen aan; de lucht (en de voorwerpen die men zal aanraken) moet toch ook niet te koud zijn omdat deze, zeker als ze in beweging komt, voor een koud tochtgevoel zal zorgen. Bovendien werkt stralingsverwarming enkel door directe blootstelling, en heb je minder of geen comfort aan de zijde die van het stralingspaneel is afgewend en van zodra men zich verplaatst uit het stralingsveld.

Daardoor is IR-verwarming uitermate geschikt voor ruimtes die maar gedurende korte periodes gebruikt worden, zoals een badkamer. Naarmate wanden en voorwerpen opwarmen, gaan ze de lucht in de ruimte opwarmen. In ruimtes waar men langer verblijft, wordt de lucht met vertraging toch opgewarmd en is er minder energiewinst. Hierdoor is de toepassing als bijverwarming nuttig gezien het lokale verwarmingseffect van een IR-paneel.

Straling

Net zoals licht verplaatst IR-straling zich in rechte lijn vanaf de bron. De stralen verplaatsen zich nagenoeg ongehinderd door lucht. Het eerste lichaam of voorwerp dat ze tegenkomen, stopt de stralen – voor zover ze niet teruggekaatst worden – en neemt hun warmte op. Daarmee moet rekening gehouden worden bij de keuze van de plaats van de IR-toestellen.

Indelin van IR

In het spectrum van de elektromagnetische straling ligt IR naast rood licht. IR wordt opgesplitst in 3 gebieden. Het materiaal en de temperatuur van de elektrische weerstand bepalen in welk IR-gebied wordt uitgezonden.

Indeling van IR in gebieden Omschrijving Afkorting Golflengte (micrometer) nabij-IR NIR 0,78 – 3 middel-IR MIR 3 – 50 ver-IR FIR 50-1000

Indeling van IR volgens ISO 20473 Omschrijving Afkorting Golflengte (micrometer) nabij-IR IR-A 0,78 – 1,4 korte golf-IR IR-B 1,4 – 3 midden-golf-IR, lange golf-IR, en ver-IR IR-C 3 – 1000 International Commission on Illumination (CIE)

Nabij-IR

Toestellen die nabij-IR uitstralen geven een intense warmte. Ze lichten rood-oranje op. Een typisch voorbeeld is een terras verwarmer. Om brandwonden te vermijden moet je steeds een veilige afstand bewaren.

Middel-IR

De warmte van toestellen met middel-IR is minder intens. Ze stralen donkerrood licht uit. Ze worden vaak gebruikt in grote ruimtes, zoals kantoorgebouwen en winkels, en soms ook in badkamers.

Ver-IR

Toestellen die ver-IR uitstralen geven een zachte warmte zonder licht. Ze worden vooral in woonruimtes gebruikt.

Theoretisch zou een IR-paneel in de meest ideale omstandigheden een vloeroppervlakte tot 18,5 m² kunnen verwarmen (Figuur 3). Panelen hebben een afmeting van 1 m² en een vermogen van 1 kW. Echter bij hogere temperaturen van het IR-paneel zal het vloeroppervlak dat verwarmd kan worden door het paneel snel afnemen, wat aangeeft dat de warmte zeer lokaal afgegeven wordt.

Figuur 3: Stralingsbereik, aangeduid als vloeroppervlak, van een IR-paneel van 1 kW bij een bepaalde oppervlaktetemperatuur. [Bron: Project IRBAU]

Elektrische weerstand

• Er bestaan verschillende types:
• IR-straler met zichtbare weerstand
• IR-panelen, die tegen de wand of zoldering kunnen worden opgehangen

Elektrische vloerverwarming – geeft warmte af zoals klassieke water gevoede vloerverwarming maar wordt opgewarmd met een elektrisch element

Er wordt een elektrische stroom gestuurd door een elektrische weerstand, zodat die opwarmt tot een temperatuur waarbij hij IR-stralen uitzendt. Wanneer de weerstand niet afgeschermd is, zoals in Figuur 4, is de warmte vrij snel voelbaar. Bij IR-panelen moet de buitenkant van het paneel opwarmen tot de juiste temperatuur, dat kan enkele minuten duren. Elektrische vloerverwarming, afhankelijk van de opbouw met eventueel een dikke dekvloer, vertoont nog een veel grotere vertraging, tot enkele uren.

Figuur 4: Straalverwarmer. [Bron: Wikimedia]

Figuur 5: Voorbeeld van een IR-plafondpaneel. [Bron : Wikimedia]

Digitale aansturing

Het effect van IR-verwarming is zoals eerder aangegeven zeer lokaal en is met name geschikt voor kleine ruimtes die voor een korte periode verwarmd moeten worden of als bijverwarming.

In principe kun je elektrische IR-verwarming gebruiken voor het stralingsaandeel, waardoor je met een lagere luchttemperatuur kunt werken. Dit bespaart energie en zorgt sneller voor comfort. Er is echter altijd een minimale luchttemperatuur nodig, die enkele graden (2-3°C) lager kan zijn dan wat we gewend zijn met convectieve verwarming. De luchttemperatuur mag echter niet lager zijn dan 19,5°C om thermisch comfort te garanderen. Deze basistemperatuur van 19,5°C moet op een andere manier worden bereikt. Het IR-paneel kan dit, mits het voldoende vermogen heeft, maar dit zou neerkomen op directe elektrische verwarming, wat zelden verantwoord is vanuit klimaat- en financieel oogpunt.

IR-verwarming kan aangestuurd worden door aanwezigheidsdetectie en/of een slimme thermostaat. De ruimte wordt op een minimale basis temperatuur gehouden welke 2-3°C lager is als standaard als er niemand is en de straling treedt in werking zodra iemand binnenkomt om het lokale thermisch comfort te garanderen.

Aandachtspunten

• Hoeveel van de geleverde elektrische energie wordt omgezet in stralingswarmte kan variëren van 40 tot 70%. De rest wordt afgegeven via convectie en geleiding, die leiden tot het opwarmen van de lucht, en dus niet zomaar verloren zijn. [Bron: project IR-Bau]
• IR-vloerverwarming is een misleidende term, want maakt niet direct duidelijk wat de gebruikte energiebron is. Ze verwarmt precies op dezelfde manier als elektrische vloerverwarming. Sinds begin 2021 wordt dit ook beschreven in de Europese norm IEC 60675. [Bron: Etherma]
• Een ander aandachtspunt is het beperkte afgiftevermogen dat geïnstalleerd mag worden in een woning. Volgens de installatie-eisen voor directe elektrische ruimteverwarming (bij renovaties met stedenbouwkundige vergunning) is in Vlaanderen een maximaal afgiftevermogen toegelaten tot 15 W/m² bruto vloeroppervlak. Deze eis geldt zowel voor het plaatsen van lokale als voor centrale verwarming.
• IR voor ruimteverwarming is normaal onschadelijk. Zoals bij elk verwarmingstoestel is er enig gevaar op brandwonden. Tegen fel IR, zoals bv. in een glasblazerij, moeten wel beschermingsmaatregelen genomen worden. Meer info: Berkeley Lab Environment, Health and Safety (EHS) Division

Meer informatie

Energids.be  van Sibelga

Netwerk van Europese fabrikanten van IR-verwarming