Infra­rot­strah­lung

Infra­rot­strah­lung: Was ist Infrarotstrahlung?

Infra­rot­strah­lung wird auch als IR-Strah­lung, Ultra­rot­strah­lung oder ein­fach Infra­rot bezeich­net. Hier­bei han­delt es sich zusam­men­ge­fasst um eine elek­tro­ma­gne­ti­sche Strah­lung, die sich im soge­nann­ten Spek­tral­be­reich befin­det, wel­cher zwi­schen dem Licht und der län­ger­wel­li­gen Tera­herz­strah­lung liegt. Das Beson­de­re an der Infra­rot­strah­lung ist unter ande­rem, dass sie für das mensch­li­che Auge nicht sicht­bar ist. Den­noch kön­nen wir die Strah­lung wahr­neh­men, und zwar in Form von Wär­me. Sicht­bar ist die Strah­lung nicht, da sie sich außer­halb des Spek­tral­be­reichs befin­det. Die Infra­rot­strah­len befin­den sich zwi­schen den Mikro­wel­len und dem sicht­ba­ren Licht.

Infra­rot­strah­lung liegt im Wel­len­län­gen­be­reich zwi­schen 780 Nano­me­tern bis zu 1 mm. Unter­teilt wer­den kann das Infra­rot­licht dabei noch in nahes Infra­rot, mitt­le­res Infra­rot und fer­nes Infra­rot. Bei der kurz­wel­li­gen IR-A-Strah­lung erreicht der Wel­len­län­gen­be­reich Wer­te zwi­schen 780 – 1.400 Nano­me­tern. Die IR-B-Strah­lung umfasst ein Spek­trum von 1.400 – 3.000 Nano­me­tern. Bei der lang­wel­li­gen IR-C-Strah­lung wer­den Wer­te zwi­schen 3.000 Nano­me­tern und 1mm erreicht.

Die inten­sivs­te Form der natür­li­chen Infra­rot­strah­lung ist das Son­nen­licht. Deren Nut­zen wur­de schon in der Anti­ke erkannt und genutzt. Der Anteil des Infra­rot­lichts an der Son­nen­strah­lung liegt bei etwa der Hälf­te. Die­se Strah­lung erreicht die Erde und wird von die­ser auch wie­der reflek­tiert. Dadurch, dass sich in der Erd­at­mo­sphä­re ver­schie­de­ne Gase befin­den wie Was­ser, Ozon, Koh­len­di­oxid, Methan oder auch FZKW, erfolgt eine Absor­ba­ti­on des Infra­rot­lichts. Dies wie­der­um führt dazu, dass sich die Erde erwärmt. Dies muss auf jeden Fall im Zusam­men­hang mit der Kli­ma­er­wär­mung gese­hen werden.
Ent­deckt wor­den ist die Infra­rot­strah­lung im Jahr 1800 von dem Musi­ker und Astro­no­men Fried­rich Wil­helm Her­schel. Dies gelang ihm dadurch, dass er ein Pris­ma in die spek­tra­len Tei­le zer­leg­te. Hier­bei war neben dem sicht­ba­ren Licht auch eine unsicht­ba­re Wär­me­strah­lung erkenn­bar. Dies war das Infra­rot­licht. Infra­rot­licht kann also durch sei­ne Wär­me­ab­ga­be iden­ti­fi­ziert wer­den. Kör­per, die eine Tem­pe­ra­tur über ‑273 Grad Cel­si­us auf­wei­sen, geben Infra­rot­strah­lung ab. Dabei gilt, dass die Men­ge der abge­ge­be­nen Infra­rot­strah­lung mit der Kör­per­tem­pe­ra­tur steigt. Gleich­zei­tig ver­kürzt sich die Wellenlänge.

Die Wir­kung von Infrarot

Infra­rot­strah­lung kann vom mensch­li­chen Kör­per als Wär­me wahr- und auf­ge­nom­men wer­den. Dies geschieht dadurch, dass Mole­kü­le anfan­gen zu schwin­gen, und so Wär­me erzeugt wird. Die Strah­lung geht dabei bis in die Unter­haut. Gelangt das Infra­rot­licht in die Augen, dann erreicht es die Netz­haut. Dabei bewegt sich das Licht vor­nehm­lich an der Kör­per­ober­flä­che. Durch geziel­te Lei­tung kann das Infra­rot aber auch in tie­fe­re Haut­re­gio­nen ein­drin­gen. Ent­schei­dend ist dabei der Was­ser­an­teil im Gewe­be. Infra­rot­strah­lung wird durch Was­ser absor­biert. Ent­spre­chend liegt es am Was­ser­ge­halt, wie tief die Strah­lung in die Haut ein­drin­gen kann und wel­che Wir­kung erzielt wird. Gene­rell kann eine Ein­dring­tie­fe von bis zu 5mm erreicht wer­den. Hier erreicht man schon die Unter­haut des Gewe­bes. Gene­rell kann man fest­hal­ten, dass kür­ze­re Wel­len­län­gen eine höhe­re Ein­dring­tie­fe erreichen.

Anwen­dungs­be­rei­che

Infra­rot­strah­lung ist vor allem aus dem Bereich der Medi­zin ein Begriff. Auch im Well­ness­be­reich wird mit Infra­rot­strah­lung gear­bei­tet. Die hei­len­de Wir­kung setzt sich bei­spiels­wei­se durch eine Ver­bes­se­rung der Durch­blu­tung um. Zudem kann das Licht dazu füh­ren, dass die Mus­kel­span­nung gesenkt wird. Eine klas­si­sche Behand­lungs­me­tho­de ist die Lin­de­rung mus­ku­lä­rer Schmer­zen. Auch Ver­span­nun­gen kön­nen effek­tiv behan­delt wer­den. Wei­ter wird Infra­rot ein­ge­setzt, wenn eine Auto­im­mun­erkran­kung vor­liegt sowie bei Wund­hei­lungs­stö­run­gen. Zur Behand­lung wer­den meist Heiz­lam­pen ein­ge­setzt. Auch kann die IR-Strah­lung lokal ange­wen­det Ent­zün­dun­gen bekämp­fen. Geht es um eine ganz­heit­li­che Behand­lung des Kör­pers, so wird Infra­rot in Wär­me­ka­bi­nen bereit­ge­stellt. Die Strah­lung kann auch in Form eines Lasers daher­kom­men. Laser wer­den vor allem in der Zahn­heil­kun­de, in Haut­arzt­pra­xen und Augen­kli­ni­ken ver­wen­det. Hier kann man mit Hil­fe des Lasers Mes­sun­gen anstel­len, Ver­öden, Koagu­lie­ren, Schnei­den oder auch eine Licht­the­ra­pie durchführen.

Infra­rot wird auch im Haus­halt genutzt. Hier kann eine Raum­hei­zung mit Infra­rot betrie­ben wer­den. Im Gegen­satz zu einer kon­vek­ti­ven Wär­me­über­tra­gung ist die Infra­rot­hei­zung um ein viel­fa­ches effi­zi­en­ter. Aber auch die Indus­trie bedient sich der Wär­me­strah­lung. Typi­sche Anwen­dungs­be­rei­che sind dabei bei­spiels­wei­se die Mate­ri­al­t­rock­nung oder auch die Aus­här­tung von Lacken. Gene­rell kön­nen in der Indus­trie ther­mi­sche Pro­zes­se über­wacht und gesteu­ert wer­den. Auch kann mit Hil­fe von Infra­rot eine kon­takt­lo­se Tem­pe­ra­tur­mes­sung erfol­gen. Ein bekann­tes Bei­spiel ist das Fie­ber-Ohr­ther­mo­me­ter. Die Wär­me­ab­strah­lung kann auch in ein soge­nann­tes Wär­me­bild über­tra­gen wer­den. Hier­bei han­delt es sich dann um Ther­mo­gra­fie. Auch dies kann im Bereich des Bau­we­sens sehr nütz­lich sein, wenn es zum Bei­spiel dar­um geht, Wär­me­ver­lus­te an Gebäu­den fest­zu­stel­len oder bei elek­tri­schen Gerä­ten einen Defekt zu ermit­teln. In der Gastro­nomie kommt Infra­rot häu­fig in Form von Heiz­strah­lern und –pil­zen daher. In der Küche gibt es Infra­rot­grills, wel­che eine gerin­ge­re Rauch­ent­wick­lung mit sich bringen.

Ein wei­te­rer Anwen­dungs­be­reich ist die che­mi­sche Ana­ly­se sowie die Kon­zen­tra­ti­ons­be­stim­mung. Dadurch, dass durch das Infra­rot­licht Schwin­gun­gen und Rota­tio­nen erzeugt wer­den kön­nen, kann ein Absorp­ti­ons- sowie Emis­si­ons­spek­trum gemes­sen wer­den. Die Spek­tro­sko­pie fin­det sich auch in der Astro­no­mie wie­der. Inter­stel­la­rer Staub hat einen gerin­ge­ren Ein­fluss auf Infra­rot­licht als auf sicht­ba­re Strah­lun­gen. Daher las­sen sich auch „kal­te“ Objek­te erken­nen, obwohl sie nicht leuchten.

Im Bereich der Kunst­wis­sen­schaf­ten las­sen sich durch die IR-Strah­lung Male­rei­en unter­su­chen. So kön­nen obe­re Mal­schich­ten durch­drun­gen wer­den, ohne die­se zu berüh­ren oder zu zer­stö­ren, um her­aus­zu­fin­den, wel­che Unter­zeich­nun­gen sich dar­un­ter befinden.

Im Bereich der Sicher­heit kommt die Infra­rot­strah­lung eben­falls zum Ein­satz. Hier kön­nen Päs­se mit Merk­ma­len aus­ge­stat­tet wer­den, die auf Infra­rot­strah­lung reagie­ren. Glei­ches gilt für Geldnoten.
Im Bereich der Vege­ta­ti­on kön­nen ver­schie­de­ne Mes­sun­gen mit­tels Infra­rot vor­ge­nom­men wer­den. Hier las­sen sich Aus­sa­gen tref­fen zum Vege­ta­ti­ons­vo­lu­men. Inter­es­sant sind die­se Wer­te zum Bei­spiel für den Stra­ßen- und Auto­bahn­bau sowie für den Aus­bau von Schie­nen­net­zen. So las­sen sich auch Signa­le emp­fan­gen, wann ein Rück­schnitt erfor­der­lich ist.

Auch in der Foto­gra­fie fin­det die Infra­rot­strah­lung ihren Ein­satz. Hier kom­men spe­zi­el­le Infra­rot­fil­me zum Ein­satz. Die Bil­der eli­mi­nie­ren das sicht­ba­re Licht. Beson­ders gut kann man mit die­sen Kame­ras Natur­auf­nah­men fer­ti­gen und auch bei neb­li­ger Wit­te­rung erkenn­ba­re Auf­nah­men fer­ti­gen. Zu Spio­na­ge- und Auf­klä­rungs­zwe­cken bedient sich auch das Mili­tär die­ser Auf­nah­men. Zusätz­lich ist eine Ent­fer­nungs­mes­sung sehr gut mög­lich. Glei­ches gilt für Nacht­sicht­ge­rä­te oder auch Lenkflugkörper.
Zuletzt nutzt man die Infra­rot­strah­lung noch in den Berei­chen Elek­tro­nik und in der Daten­über­tra­gung. Ein klas­si­sches Bei­spiel ist hier die Nut­zung für Licht­schran­ken. Auch opti­sche Schnitt­stel­len und Fern­be­die­nun­gen funk­tio­nie­ren mit die­sem Prin­zip. Das Glas­fa­ser­netz über­trägt opti­sche Daten mit Infra­rot­wel­len in einem Bereich von 1,55 Mikro­me­tern. Auch Infra­rot­schnitt­stel­len an Com­pu­tern oder Mobil­te­le­fo­nen waren lan­ge Zeit Stan­dard. Mit Wär­me­bild­sen­so­ren arbei­ten auch man­che Her­stel­ler von Spie­le­kon­so­len, um Bewe­gun­gen des Spie­lers erken­nen zu können.

Mög­li­che Folgen

Bei der Bestrah­lung mit Infra­rot­licht muss man aller­dings auf­pas­sen, dann man die Haut nicht zu sehr der Wär­me aus­setzt. Bei einer zu hohen Bestrah­lung kann es zu Stö­run­gen auf­tre­ten, die gene­rell bei zu hoher Wär­me­zu­fuhr zu erwar­ten sind. Hier­zu gehö­ren ein Anstieg der Kör­per­tem­pe­ra­tur, Hit­ze­s­chä­den wie ein Kol­laps oder Krampf, Erschöp­fungs­zu­stän­de oder ein Hitz­schlag. Auch der klas­si­sche Son­nen­stich kann fol­gen. Die­se Gefahr ist beson­ders dann gege­ben, wenn das Licht zu lan­ge auf den Kopf- und Nacken­be­reich strahlt. Eben­so kann Infra­rot dem Auge scha­den. Hier kann es im schlimms­ten Fall zu Netz­haut­schä­di­gun­gen kom­men oder auch einer Lin­sen­trü­bung. Wei­te­re Neben­wir­kun­gen, die im Zusam­men­hang mit der Infra­rot­strah­lung beob­ach­tet wur­den, sind ein beschleu­nig­ter Kol­la­gen­ab­bau sowie eine vor­zei­ti­ge Hautalterung.

Quel­len

Infra­rot­lam­pe zum Erwär­men von Kör­per­stel­len (150 W, 230 V).
Die­ser Typ Wär­me­lam­pen sen­det auch einen Teil sicht­ba­res Rot­licht aus.
Infra­rot-Wär­me­lam­pe für Ter­ra­ri­en ohne sicht­ba­ren Rotlichtanteil

Infra­rot­strah­ler sind Bau­tei­le oder eigen­stän­dig funk­tio­nie­ren­de Gerä­te, die Infra­rot­strah­lung erzeu­gen, wel­che für Erwär­mungs- oder Trock­nungs­zwe­cke ein­ge­setzt wer­den. Ein­satz­be­rei­che sind z. B. in der Tier­hal­tung, als Wär­me­lam­pe in der Gastro­nomie, in elek­tri­schen Sau­nen, als Hal­len­be­hei­zung, als Wohn­raum­hei­zung oder zu The­ra­pie­zwe­cken in der Medi­zin. Als Ener­gie­quel­le für Infra­rot­strah­ler wird brenn­ba­res Gas oder elek­tri­scher Strom ver­wen­det. Das Prin­zip der Infra­rot­strah­lung ist bei elek­tri­schen wie auch mit Gas betrie­be­nen Infra­rot­strah­lern identisch. 

Im Gegen­satz zu ande­ren Hei­zun­gen funk­tio­nie­ren Infra­rot­strah­ler über­wie­gend über die Erwär­mung der ange­strahl­ten Flä­che, nicht durch die Erwär­mung der Luft am Heiz­kör­per selbst. 

Neben Infra­rot­strah­lern, also Gerä­ten, die breit­ban­di­ge Infra­rot­strah­lung emit­tie­ren, gibt es auch Gerä­te, die Infra­rot­strah­lung nur in einem rela­tiv schma­len Spek­trum aus­sen­den; dazu gehö­ren Infra­rot­la­ser (vor allem der Koh­len­di­oxid­la­ser) und die Infra­rot­leucht­di­ode.

Prin­zip Infrarotstrahler

Das Prin­zip der Gerä­te 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. 

Infra­rot­strah­lung ist elek­tro­ma­gne­ti­sche Strah­lung in einem Wel­len­län­gen­be­reich unmit­tel­bar ober­halb des sicht­ba­ren Lichts.

Infra­rot­strah­lung stellt nur einen klei­nen Teil des elek­tro­ma­gne­ti­schen Spek­trums dar. Strah­lung mit kür­ze­ren Wel­len­län­gen als Infra­rot liegt im sicht­ba­ren oder gesund­heits­schäd­li­chen Bereich (Ioni­sie­ren­de Strah­lung) und ist daher uner­wünscht. Strah­lung mit höhe­rer Wel­len­län­ge hin­ge­gen wird zuneh­mend schlech­ter absor­biert (bei­spiels­wei­se Radar, Rundfunk). 

Gene­rell gilt, dass jede Strah­lung von Mate­rie absor­biert wird, wenn die jewei­li­gen Ato­me und Mole­kü­le das Ener­gie­ni­veau, das der jewei­li­gen Strah­lungs­fre­quenz ent­spricht, auf­neh­men kön­nen. 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 hin­ge­gen Fest­kör­per. Die Ener­gie­über­tra­gung erfolgt damit ziel­ge­rich­tet und direkt und unter­schei­det sich deut­lich vom Prin­zip der Kon­vek­ti­on, d. h. der Erwär­mung der Umge­bungs­luft und dem Trans­port der Wär­me­en­er­gie über ein mobi­les Medi­um. Ziel ist es, den kon­vek­ti­ven Ver­lust (auf­stei­gen­de Warm­luft) so gering wie mög­lich zu hal­ten. Durch eine Abstim­mung von abge­strahl­ter Fre­quenz und Ziel (z. B. ein bestimm­tes Metall) kann die Über­tra­gung noch selek­ti­ver werden. 

Infra­rot­hei­zung

Infra­rot­hei­zun­gen gehö­ren zu den Strah­lungs- oder Wär­me­wel­len­hei­zun­gen und wer­den vor­nehm­lich in Hal­len ein­ge­setzt, wo her­kömm­li­che Kon­vek­ti­ons­hei­zun­gen unwirt­schaft­lich wären, weil deren Warm­luft weit­ge­hend nutz­los unter dem Hal­len­dach hän­gen wür­de. Die­ser Vor­teil ist grö­ßer bei Hell­strah­ler­sys­te­men, die mit höhe­rer Tem­pe­ra­tur und gerin­ge­rer Flä­che des Strah­lers arbei­ten. Von Dun­kel­strah­ler­sys­te­men geht eine gerin­ge­re Brand­ge­fahr aus. 

Für den Ein­satz im Wohn­be­reich wer­den Strah­ler hin­ter einer Schutz­hül­le ins Gehäu­se ein­ge­fasst, um Ver­bren­nun­gen am mensch­li­chen Kör­per im Fal­le kurz­zei­ti­ger Berüh­rung mit der 80 – 100 °C hei­ßen Strah­ler­ober­flä­che (bei Flä­chen­strah­lern, bei IR-Heiz­stä­ben deut­lich mehr) zu ver­hin­dern. Die Hei­zun­gen wer­den in vie­len ver­schie­de­nen Vari­an­ten als Flä­che, Spie­gel, Bild oder Kugel, in Aus­füh­run­gen als fix posi­tio­nier­te Ein­rich­tungs­kom­po­nen­te oder als orts­va­ria­bles (Trage-)Gerät gefertigt. 

Auf­grund der gleich­mä­ßi­gen Strah­lungs­wär­me, der gerin­gen Luft­er­wär­mung und ‑bewe­gung und des damit ein­her­ge­hen­den gerin­ge­ren Heiz­be­darfs kom­men Infra­rot­heiz­ge­rä­te z. B. in gro­ßen oder schlecht gedämm­ten Räu­men und vor allem im Außen­be­reich zur Anwen­dung (Stra­ßen­ca­fés, Ter­ras­sen, Weih­nachts­märk­te etc.). Im Unter­schied zu kon­ven­tio­nel­len Heiz­kör­pern wird nicht die Raum­luft schicht­wei­se erwärmt, son­dern ledig­lich die ange­strahl­ten Kör­per, wel­che die Wär­me anschlie­ßend an die Luft abge­ben. Infra­rot­hei­zun­gen wer­den mit die­sem Argu­ment oft als sehr spar­sa­me Hei­zun­gen bewor­ben, bei Dau­er­be­trieb zur Raum­hei­zung ist eine Infra­rot­hei­zung aller­dings ähn­lich inef­fi­zi­ent wie jede ande­re Form der Elektroheizung. 

Zu den Vor­tei­len von Infra­rot­hei­zun­gen zäh­len die nied­ri­gen Inves­ti­ti­ons­kos­ten, die nicht nöti­ge War­tung und Instand­hal­tung, die kur­ze Reak­ti­ons­zeit und ein hoher Wir­kungs­grad am Ort der Hei­zung durch voll­stän­di­ge Umwand­lung von elek­tri­scher Ener­gie in Wär­me­en­er­gie (Strom­erzeu­gung nicht mit berück­sich­tigt).[1] Nach­tei­lig ist ins­be­son­de­re die gerin­ge Ener­gie­ef­fi­zi­enz und damit der hohe Strom­ver­brauch, sodass Infra­rot­hei­zun­gen gemäß Mar­tin Pehnt vor allem für sehr effi­zi­en­te Gebäu­de geeig­net sind. Ver­gli­chen mit Wär­me­pum­pen­hei­zun­gen benö­ti­gen Infra­rot­hei­zun­gen etwa drei­mal so viel elek­tri­sche Ener­gie. Auf­grund die­ser Eigen­schaf­ten erwei­sen sich Infra­rot­hei­zun­gen eben­falls als Pro­blem für die Strom­ver­sor­gung, da sie die Spit­zen­last an kal­ten Win­ter­ta­gen unver­hält­nis­mä­ßig stark anstei­gen las­sen.[2] Damit ein­her gehen folg­lich auch hohe Betriebs­kos­ten, da viel Strom bezo­gen wer­den muss, und bei Bezug von Strom aus fos­si­len Ener­gien hohe Treib­haus­gas­emis­sio­nen. Zudem muss im Gebäu­de ein sepa­ra­tes Sys­tem für die Erzeu­gung von Warm­was­ser instal­liert wer­den.[1]

Elek­tri­scher Betrieb

Grund­sätz­lich wer­den Licht­quel­len nach Art der Emis­si­on unter­teilt: Infra­rot­lam­pen, wie auch nor­ma­le Glüh­lam­pen und die meis­ten Licht­quel­len gehö­ren zu den ther­mi­schen Strah­lern, das heißt, sie geben Strah­lung auf­grund und ent­spre­chend ihrer Tem­pe­ra­tur ab. Sie­he dazu auch Schwar­zer Kör­per. Schwarz bedeu­tet in die­sem Zusam­men­hang, dass Strah­lung nur auf­grund der kör­per­ei­ge­nen Tem­pe­ra­tur abge­ge­ben wird und nicht auf­grund von Refle­xio­nen oder Ähn­li­chem „ver­fälscht“ wird. Umge­kehrt gilt, dass jeder Kör­per mit einer Tem­pe­ra­tur über null Grad Kel­vin ther­mi­sche Strah­lung abgibt. 

Quarz­strah­ler für den Heimbereich

Gemäß dem Wien­schen Ver­schie­bungs­ge­setz hängt die „Haupt­far­be“ der Wär­me­strah­lung eines (schwar­zen) Kör­pers nur von des­sen Tem­pe­ra­tur ab: Je käl­ter er ist, des­to nie­der­fre­quen­ter ist das Maxi­mum der von ihm abge­ge­be­nen Strah­lung. Bei­spiel: Ein mode­rat erhitz­ter Eisen­draht glüht dun­kel­rot (nie­der­fre­quent); wenn der Draht wei­ter erhitzt wird, erhöht sich die Fre­quenz, was mit einer hell­ro­ten, oran­gen, gel­ben oder gar bläu­lich-wei­ßen Far­be ein­her­geht. Besitzt der Draht dage­gen bei­spiels­wei­se nur Zim­mer­tem­pe­ra­tur, so liegt sei­ne Strah­lung noch „unter“ dem dun­kels­ten Rot, was mensch­li­che Augen noch erken­nen kön­nen, mit ande­ren Wor­ten: Ein sol­cher Draht scheint nicht von selbst zu leuchten. 

Es hängt also von der Art der Lam­pe und damit der Glüh­tem­pe­ra­tur ab, wie viel sicht­ba­res Licht und wie viel infra­ro­tes Licht sie abstrahlt. So betrach­tet wären daher rela­tiv küh­le Lam­pen recht effi­zi­en­te Infra­rot­lam­pen, doch auf­grund des Ste­fan-Boltz­mann-Geset­zes sinkt die gesam­te Strah­lungs­leis­tung eines Kör­pers mit der vier­ten Potenz sei­ner Temperatur. 

Zuletzt sei noch kurz auf das Planck­sche Strah­lungs­ge­setz ver­wie­sen. Es beschreibt die gesam­te Fre­quenz­ver­tei­lung der Strah­lung eines schwar­zen Kör­pers, nicht nur das Maxi­mum. Eine bekann­te Aus­nah­me von der Grup­pe der ther­mi­schen Strah­ler (als Licht­quel­le) ist die Leucht­di­ode: Die abge­ge­be­ne Strah­lung ent­steht aus einem Elek­tro­nen­über­gang, der idea­ler­wei­se nichts mit der Tem­pe­ra­tur im Inne­ren der Diode zu tun hat. 

Quarz­strah­ler

Bei einem Quarz­strah­ler befin­det sich der vom elek­tri­schen Strom durch­flos­se­ne Hei­zwi­der­stand in einem mit Inertgas gefüll­ten, leicht opak­em Quarz­glas­rohr. Daher kann die Tem­pe­ra­tur des Drah­tes höher als bei einem kon­ven­tio­nel­len Heiz­strah­ler gewählt werden. 

Roh­re von Quarz­strah­lern haben typi­scher­wei­se 8 – 15 mm Außen­durch­mes­ser und sind zumeist zylin­drisch-gera­de. Sie kön­nen mit Draht­klam­mern aus Niro-Stahl gehal­tert und mit 6,3‑mm-Flachsteckern elek­trisch kon­tak­tiert wer­den. Das Rohr­ma­te­ri­al besteht aus quarz­rei­chem Glas, rei­nem Quarz­glas oder häu­fig dem etwas trü­ben Quarz­gut Roto­sil. Betriebs­tem­pe­ra­tu­ren bewe­gen sich um 600 °C bis 950 °C.[3]

Halo­gen­strah­ler

Bei einem Halo­gen­strah­ler ist der Wir­kungs­grad höher als beim Quarz­strah­ler. Er wird auch zu Koch­zwe­cken unter Cer­an­plat­ten eingesetzt. 

Infra­rot­lam­pen

Koh­le­fa­den-Glüh­lam­pe mit rot ein­ge­färb­tem Glaskolben
Fer­kel unter einer Wärmelampe

Infra­rot­lam­pen (auch Rot­licht­lam­pen oder Wär­me­lam­pen genannt) sind Lam­pen, die ganz über­wie­gend nicht sicht­ba­re Wär­me­strah­lung abge­ben. Dazu wird in die Lam­pe ein zumeist roter Fil­ter ein­ge­baut, um das rest­li­che (nicht-rote) sicht­ba­re Licht her­aus­zu­fil­tern. Auch kön­nen die ein­ge­setz­ten Leucht­mit­tel die­se Fil­ter in ihrer Gla­sum­hül­lung direkt ent­hal­ten. Die emit­tier­te Strah­lung umfasst dann neben dem (noch sicht­ba­ren) roten Licht­an­teil haupt­säch­lich nur noch soge­nann­te nahe Infra­rot­strah­lung (NIR).

Infra­rot­lam­pen wer­den zum Bei­spiel in Küken­auf­zucht­sta­tio­nen und Ter­ra­ri­en ein­ge­setzt. Sie geben Infra­rot­strah­lung in dem Bereich ab, den vie­le Lebe­we­sen als ange­nehm emp­fin­den. Dies lässt sich durch den hohen Anteil an NIR-Strah­lung erklä­ren, dem ener­gie­reichs­ten Infra­rot mit der zugleich höchs­ten Ein­dring­tie­fe (von trotz­dem nur weni­gen Mil­li­me­tern, sie­he Ein­dring­tie­fen von IR-Strah­lung): Die ent­ste­hen­de Wär­me wird durch die auf­tref­fen­de Strah­lung also knapp unter­halb der Haut­ober­flä­che erzeugt, und nicht direkt auf der Haut­ober­flä­che, wel­ches zumin­dest Men­schen mit­un­ter als unan­ge­nehm emp­fin­den (Haut­au­s­trock­nung und Ver­bren­nungs­ge­fühl). Zugleich lösen die­se Infra­rot­lam­pen trotz ihrer Leis­tung durch ihre mil­de und tief­ro­te Strah­lung kei­nen Flucht­re­flex bei Tie­ren aus, die ansons­ten direk­tes Son­nen­licht meiden. 

Die Inten­si­tät von moder­nen Infra­rot­lam­pen kann auch gedimmt wer­den. Dabei leuch­tet die Glüh­wen­del dann nicht mehr grell weiß bis hell­gelb, son­dern nur noch röt­lich. Die Inten­si­tät des Infra­rot­lichts wird dadurch – auf­grund der Ver­schie­bung des Strah­lungs­ma­xi­mums (sie­he Wien­sches Ver­schie­bungs­ge­setz) – nur wenig geringer. 

Es gibt auch modi­fi­zier­te Infra­rot­lam­pen, die eher als Infra­rotstrah­ler aus­ge­legt sind. Bei die­sen wird der Anteil an sicht­ba­rer Strah­lung wei­ter redu­ziert und dafür anteils­mä­ßig mehr mitt­le­res Infra­rot (MIR) emit­tiert. Lam­pen auf der Basis von Glüh­wen­deln kön­nen so noch einen Wel­len­län­gen­be­reich von 5 – 10 µm errei­chen. Die­se Art der Infra­rot­lam­pe wird benutzt, wenn Kör­per auf­ge­wärmt wer­den sol­len, die für den NIR-Bereich (weit­ge­hend) unsicht­bar sind, d. h., die ent­spre­chen­de Strah­lung unge­hin­dert pas­sie­ren las­sen. Ein Bei­spiel dafür ist Was­ser­eis. Es ist im sicht­ba­ren Bereich und im NIR prak­tisch durch­sich­tig. Erst im fer­nen Infra­rot (FIR) wird es undurch­sich­tig, nimmt also die gesam­te Ener­gie der Strah­lung auf und wird somit erwärmt. Wirk­sa­me „Eis-Auf­tau-Infra­rot­hei­zun­gen“ müs­sen also einen hohen Anteil an FIR-Strah­lung abgeben. 

Auch in indus­tri­el­len Heiz­pro­zes­sen wer­den elek­tri­sche Infra­rot­strah­ler, z. B. beim Ther­mo­for­men eingesetzt. 

Gas­be­trieb

Heiz­strah­ler in der Indus­trie und beim Cam­ping sind hin­ge­gen meist mit Brenn­gas oder Flüs­sig­gas betrie­ben, bei sta­tio­nä­rem Ein­satz sel­te­ner auch mit Erd­gas. Dabei erhitzt die Gas­flam­me den Glüh­kör­per. Indus­trie­heiz­strah­ler kön­nen zur allei­ni­gen Hal­len­hei­zung ver­wen­det wer­den. Für die Gas­strah­ler sind die für Gas­ge­rä­te gül­ti­gen Auf­stel­lungs­be­stim­mun­gen ein­zu­hal­ten. Auf­grund die­ser Eigen­schaf­ten sind sie für den Wohn­be­reich kaum geeig­net. In den letz­ten Jah­ren kamen immer mehr Ter­ras­sen­strah­ler (auch „Heiz­pil­ze“ genannt) in Außen­be­rei­chen wie Stra­ßen­ca­fés zum Ein­satz. Die­se Außen­hei­zun­gen ste­hen wegen ihrer „Ästhe­tik“ und Kli­ma­schäd­lich­keit in der Kri­tik, sind aber in den meis­ten deut­schen Städ­ten noch zuge­las­sen (Stand: 2008).[4][5] Im Wesent­li­chen unter­schei­det man heu­te bei direkt­gas­be­feu­er­ten Gerä­ten zwei Infra­rot­strah­ler­ar­ten: Hell­strah­ler und Dun­kel­strah­ler.

Hell­strah­ler

Hell­strah­ler wer­den durch einen atmo­sphä­ri­schen Bren­ner direkt beheizt und mit Erd­gas, Petro­le­um oder Flüs­sig­gas betrie­ben. Sie wer­den an der Wand oder an Decken instal­liert. Sie hei­ßen Hell­strah­ler, weil die Erzeu­gung von Infra­rot­strah­len durch eine sicht­ba­re Ver­bren­nung eines Gas-Luft-Gemi­sches an der Gerä­te­un­ter­sei­te von­stat­ten­geht. Dabei glü­hen Kera­mik­plat­ten „hell“. Die per­fo­rier­ten Kera­mik­plat­ten bil­den gleich­zei­tig das Herz­stück der Hell­strah­ler. Durch sie strömt das Gas-Luft-Gemisch und ver­brennt an deren Ober­flä­che. Die Kera­mik­plat­ten­ober­flä­che erhitzt sich dabei bis auf 950 °C und gibt Infra­rot­strah­lung ab. Reflek­to­ren reflek­tie­ren die Strah­lung nach unten in den Aufenthaltsbereich. 

Plat­ten

Frü­her waren die Kera­mik­plat­ten rela­tiv ein­fach auf­ge­baut. Im Durch­schnitt besa­ßen sie cir­ca 1200 Löcher und erreich­ten ledig­lich ein Vier­tel der Grö­ße heu­ti­ger Plat­ten. Die Ober­flä­che der recht­ecki­gen Plat­ten war eben. Ent­wick­ler fin­gen bereits in den 1970er Jah­ren an, die Kera­mik­plat­te zu ver­bes­sern. Sie hat­ten erkannt, dass Leis­tungs­aus­beu­te und Emis­si­on zum Groß­teil von der Ober­flä­chen­be­schaf­fen­heit und vom Auf­bau der Plat­te abhän­gig sind. Heu­te befin­den sich zwi­schen 3000 und 4000 Löcher mit 1 – 1,3 mm Durch­mes­ser auf einer Tafel. Die Ober­flä­che, die so genann­te Tief­en­ef­fekt­struk­tur, ähnelt einer gleich­mä­ßig ange­ord­ne­ten Bie­nen­wa­be. Durch sie ver­grö­ßert sich die spe­zi­fi­sche Ober­flä­che und damit auch die Wär­me­über­tra­gungs­flä­che und die Strah­lungs­aus­beu­te um rund 60 %. In jedem Loch brennt qua­si eine klei­ne Flam­me. Dadurch ent­steht eine sehr hei­ße Kera­mik­o­ber­flä­che, obwohl die eigent­li­chen Flämm­chen rela­tiv kühl blei­ben. Dies redu­ziert die Stick­oxid-Wer­te (NOx) auf einen kaum mess­ba­ren Bereich. Die Koh­len­mon­oxid-Wer­te (CO) lie­gen im Bereich von moder­nen Brenn­wert­kes­seln, die oft­mals die glei­chen Kera­mik­plat­ten und den glei­chen Effekt – hei­ße Ober­flä­che und küh­le Flam­me – nut­zen. Eine hoch­wer­ti­ge Kera­mik­plat­te hat eine sehr hohe Lebens­dau­er. Durch fort­schritt­li­che Her­stel­lungs­ver­fah­ren besit­zen sie ein außer­or­dent­lich dich­tes und homo­ge­nes Gefü­ge. Das ist vor allem bei den unzäh­li­gen Wech­sel­wir­kun­gen kalt/​heiß, ver­ur­sacht durch Ein- und Aus­schalt­vor­gän­ge vie­ler Betriebs­jah­re, wichtig. 

Reflek­to­ren

Um den Ansprü­chen auf hohe Leis­tungs­aus­beu­te gerecht zu wer­den, gibt es neben uniso­lier­ten Gerä­ten auch voll­iso­lier­te. Die Iso­la­ti­on bewirkt, dass der Wär­me­über­gang zur Reflek­tor­au­ßen­sei­te sehr gering ist, dadurch ent­steht im Strah­ler ein Heiß­luft­pols­ter, die Reflek­to­ren wer­den heiß und strah­len ihrer­seits Wär­me ab. Die­sen Effekt nennt man Kom­bis­trah­lung. Ein wei­te­rer „Reflek­tor“, jedoch in Git­ter­form, das soge­nann­te Strah­lungs­git­ter, sitzt direkt unter den Kera­mik­plat­ten. Er bewirkt, dass die Strah­lung von den Kera­mik­plat­ten zum Teil zu ihnen reflek­tiert wird. Die Strah­lung wird an der Ober­flä­che in Wär­me umge­wan­delt und die Tem­pe­ra­tur der Kera­mik­plat­te fängt an zu stei­gen, ein „Ping­pong“ der Strahlung. 

Infra­rot­leis­tung

Die Leis­tung der Gerä­te hat sich in den letz­ten Jah­ren rapi­de gestei­gert. Erreich­ten frü­her Gerä­te durch­schnitt­lich nur 40 – 50 %, liegt die abge­strahl­te Leis­tung (Strah­lungs­fak­tor) heu­te zwi­schen 65 % und 77 % (Stand: 2006). Der Strah­lungs­fak­tor ist dem­zu­fol­ge ein direk­ter Indi­ka­tor der Energieausbeute. 

Ein­satz­ge­bie­te

Hell­strah­ler eig­nen sich beson­ders für höhe­re Hal­len mit Decken­hö­hen über 6 m, zur Behei­zung schlecht gedämm­ter Hal­len oder zur Frei­luft­be­hei­zung. Sie kom­men in Indus­trie, Werk­stät­ten, Aus­stel­lungs­hal­len, Muse­en, Lager­hal­len, Flug­zeug­han­gars, Kir­chen und vie­len wei­te­ren Anwen­dungs­be­rei­chen zum Ein­satz. Als beson­de­re Anwen­dungs­fäl­le kön­nen die Behei­zung von Lagern zur Kon­den­sat­frei­hal­tung und die Behei­zung von Fuß­ball­sta­di­en genannt werden. 

Vor­schrif­ten zur Abgasführung

Die Abga­se von Hell­strah­lern kön­nen auf­grund der fast schad­stoff­frei­en Ver­bren­nung indi­rekt über die Raum­luft abge­führt wer­den. Es muss eine Frisch­luft­zu­fuhr von 10 m³/(h·kW) gewähr­leis­tet werden. 

Rege­lung

Die Strah­ler las­sen sich ent­we­der in Stu­fen oder modu­lie­rend regeln. Je nach Pla­nung und Tem­pe­ra­tur­pro­fil der Hal­le kön­nen unter­schied­li­che Tem­pe­ra­tu­ren in einem Raum rea­li­siert wer­den. So kann auf indi­vi­du­el­le Tem­pe­ra­tur­an­for­de­run­gen ein­zel­ner Zonen bzw. Arbeits­plät­ze fle­xi­bel ein­ge­gan­gen wer­den. Die Bedie­nung der Gerä­te erfolgt durch ein­fa­che Zeit­schalt­uh­ren oder kom­ple­xe Steue­run­gen, die die An- und Abschalt­vor­gän­ge mit Strah­lungs­füh­lern regeln. Moder­ne Steue­run­gen ermit­teln selbst­stän­dig den opti­ma­len Ein­schalt­zeit­punkt. PC-Anbin­dung oder Anbin­dung an die Gebäu­de­leit­tech­nik ist eben­falls möglich. 

Dun­kel­strah­ler

Dun­kel­strah­ler in einer KFZ-Werkstatt.

Dun­kel­strah­ler erzeu­gen die Wär­me eben­falls durch Ver­bren­nung eines Sauer­stoff-Gas-Gemi­sches, jedoch in geschlos­se­nen Bren­nern mit Strahl­roh­ren. Die Ver­bren­nung ist also nicht sicht­bar, daher der Name Dun­kel­strah­ler. Durch die erzeug­ten Heiß­ga­se wird die Ober­flä­che der Strahl­roh­re erhitzt, die die Wär­me über­wie­gend als Strah­lung abge­ben. Als Brenn­stoff wird Erd- und Flüs­sig­gas, sowie Heiz­öl ein­ge­setzt, wobei Letz­te­res nur weni­ge Her­stel­ler anbieten. 

Auf­bau

Dun­kel­strah­ler sind rela­tiv ein­fach auf­ge­bau­te Gerä­te bestehend aus einem Bren­ner, einem Ven­ti­la­tor, einem Strah­lungs­rohr und dar­über ange­ord­ne­ten Reflek­to­ren. Ein line­ar oder u‑förmig aus­ge­bil­de­tes Rohr dient als Strahl­flä­che. Der Bren­ner, der an einem Ende des Strahl­roh­res mon­tiert ist, erzeugt eine Flam­me, die rela­tiv weit in das Rohr hin­ein­reicht. Unter­schie­den wird hier­bei zwi­schen Gerä­ten mit Über- oder Unter­druck. Bei Über­druck­ge­rä­ten sitzt der Ven­ti­la­tor an der glei­chen Stel­le wie der Bren­ner und „drückt“ die Flam­me weit in das Strah­lungs­rohr. Der Ven­ti­la­tor ist hier­bei nicht den hei­ßen Abga­sen aus­ge­setzt. Bei Undich­tig­kei­ten an der Gerä­te­kon­struk­ti­on kön­nen auf­grund des Über­drucks inner­halb des Sys­tems Abga­se in den Auf­stell­raum aus­tre­ten. Bei Gerä­ten im Unter­druck­be­trieb, also mit Saug­ge­blä­se am Ende des Strah­lungs­roh­res, wird ein Unter­druck erzeugt. Vor­teil die­ser Bau­art besteht dar­in, dass auch bei Undich­tig­kei­ten an der Kon­struk­ti­on kei­ne Abga­se in den Auf­stell­raum gelan­gen kön­nen. Hier­bei müs­sen die Abgas­ven­ti­la­to­ren ent­spre­chend tem­pe­ra­tur­be­stän­dig sein, da die­se den hei­ßen Gasen aus­ge­setzt sind. Bei bei­den Arten wird eine lan­ge und lami­na­re Flam­me erzeugt, die den Strah­ler über die gesam­te Län­ge gleich­mä­ßig erwärmt. Das Strah­lungs­rohr wird von einem Reflek­tor abge­deckt, der die Wär­me­strah­lung in den gewünsch­ten Bereich lenkt. Zur wei­te­ren Stei­ge­rung des Strah­lungs­fak­tors kann das Reflek­tor­blech mit einer Wär­me­däm­mung aus mine­ra­li­schen Fasern ver­se­hen werden. 

Infra­rot­leis­tung

Die Rohr­ober­flä­chen­tem­pe­ra­tur beträgt je nach Leis­tung und Aus­füh­rung zwi­schen 300 und 650 °C. Abhän­gig von der Bau­art und Bren­ner­tech­no­lo­gie arbei­ten Dun­kel­strah­ler auf­grund der rela­tiv nied­ri­gen Tem­pe­ra­tu­ren mit Strah­lungs­fak­to­ren zwi­schen 45 % und 55 %. Der Strah­lungs­grad moder­ner, iso­lier­ter Gerä­te (Strah­lungs­fak­tor bis 77 %) ist kaum noch zu stei­gern und wird nie­mals das hohe Niveau von Hell­strah­lern errei­chen. In der Pra­xis wird dies dadurch rela­ti­viert, dass bei Hell­strah­lern in geschlos­se­nen Hal­len eine Belüf­tung instal­liert wer­den muss, die viel ein­ge­brach­te Wär­me abtrans­por­tiert. Durch die Ein­hal­tung gesetz­lich vor­ge­schrie­be­ner Abgas­wer­te sto­ßen die Ent­wick­ler hier an ihre Grenzen. 

Abgas­füh­rung

Die Abga­se von Dun­kel­strah­lern müs­sen über eine geeig­ne­te Abgas­an­la­ge aus der Hal­le abge­führt wer­den. Die­se kann ent­we­der ein­zeln pro Gerät oder gemein­sam mit meh­re­ren Gerä­ten erfol­gen. Die­se Art der Abgas­ab­füh­rung wird im All­ge­mei­nen als Sam­mel­ab­gas­an­la­ge bezeich­net. Die Abgas­an­la­ge bedarf einer jähr­li­chen Prü­fung durch den Schornsteinfeger. 

Betriebs­wei­se

Dun­kel­strah­ler kön­nen wahl­wei­se die not­wen­di­ge Ver­bren­nungs­luft dem Auf­stell­raum ent­neh­men (raum­luft­ab­hän­gi­ge Betriebs­wei­se, Typ B) oder raum­luft­un­ab­hän­gig (Typ C) betrie­ben wer­den. Bei die­ser Betriebs­wei­se wird die not­wen­di­ge Ver­bren­nungs­luft vom Frei­en her­an­ge­führt. Dies erfolgt in der Regel über eine kon­zen­tri­sche Abgas­an­la­ge, wodurch die war­men Abga­se die für die Ver­bren­nung not­wen­di­ge Außen­luft vorwärmen. 

Ein­satz­ge­bie­te

Dun­kel­strah­ler strah­len in gerin­ge­rer Inten­si­tät als Hell­strah­ler, ver­sor­gen aber auf­grund ihrer Län­ge ein grö­ße­res Strah­lungs­feld pro Gerät. Auf­grund der gerin­ge­ren Ober­flä­chen­tem­pe­ra­tur kön­nen sie bereits in Räu­men ab einer Decken­hö­he von ca. 4 m ein­ge­setzt wer­den. In explo­si­ons­ge­schütz­ten Berei­chen oder Umge­bun­gen mit kor­ro­si­ven Luft­be­stand­tei­len ist ein Betrieb der Gerä­te nicht möglich. 

Rege­lung

Die Rege­lung ent­spricht der von Hell­strah­lern. Ledig­lich müs­sen bei Sam­mel­ab­gas­an­la­gen die Abgas­ven­ti­la­to­ren zusätz­lich gesteu­ert werden. 

Vor- und Nachteile

Infra­rot­strah­len benö­ti­gen kein „Trä­ger­me­di­um“ zum Trans­port ihrer Ener­gie. Das heißt, sie gelan­gen nahe­zu ver­lust­frei vom Gerät zu den ange­strahl­ten Ober­flä­chen, statt durch die Kon­vek­ti­on der Luft. Natür­lich erwär­men alle Kör­per, die bei­spiels­wei­se inner­halb einer Hal­le per Infra­rot­strah­lung erwärmt wur­den, auch ihrer­seits per Wär­me­lei­tung die Luft. Die­ser Effekt ist aller­dings unter Umstän­den deut­lich gerin­ger, als es bei den kon­ven­tio­nel­len Sys­te­men der Fall wäre. Da die Luft nicht direkt erwärmt wird, ent­ste­hen unter Umstän­den gerin­ge­re Warm­luft­pols­ter unter dem Dach. Je nach Gerä­te­typ und Her­stel­ler soll sich so unter bestimm­ten Bedin­gun­gen Ener­gie gegen­über her­kömm­li­chen Elek­tro­hei­zun­gen ein­spa­ren las­sen. Eine Infra­rot­hei­zung kann also vor­teil­haft sein, wenn in einem gro­ßen Raum nur lokal geheizt wer­den soll, ohne die gesam­te Raum­luft zu erwär­men. Der Ein­satz kann auch sinn­voll sein, wenn z. B. Kel­ler­räu­me nur weni­ge Stun­den pro Woche genutzt wer­den sol­len, weil sich Ober­flä­chen unter der Infra­rot­strah­lung sehr schnell erwärmen. 

Um aber einen gan­zen Raum inklu­si­ve der Raum­luft dau­er­haft auf eine bestimm­te Tem­pe­ra­tur zu hei­zen, ver­braucht eine Infra­rot­hei­zung genau­so viel Ener­gie wie jede ande­re Elek­tro­hei­zung. Daher raten Ver­brau­cher­zen­tra­len in der Regel auf­grund der hohen Betriebs­kos­ten von Infra­rot­hei­zun­gen im häus­li­chen Umfeld ab.[6]

Wir­kungs­grad

Mit elek­tri­schem Strom betrie­be­ne Infra­rot­strah­ler geben bis zu 86 % der zuge­führ­ten Ener­gie als Strah­lung ab.[7] Die Glüh­fä­den emit­tie­ren die Wär­me mit­tels Infra­rot­strah­lung. Der Ver­lust von Ener­gie ist auf die Lei­tun­gen und die Kon­vek­ti­on zurück­zu­füh­ren, ins­ge­samt wer­den jedoch (wie bei jeder ande­ren Elek­tro­hei­zung auch) nahe­zu 100 % der Ener­gie in Wär­me umge­wan­delt. Ein hoher ener­ge­ti­scher Wir­kungs­grad einer ein­zel­nen Kom­po­nen­te ist jedoch nicht zwin­gend mit hoher Ener­gie­ef­fi­zi­enz gleich­zu­set­zen. Bezieht man die Ener­gie­ab­ga­be bei der Strom­erzeu­gung und ‑ver­tei­lung ein, sind elek­tri­sche Direkt­hei­zun­gen meist inef­fi­zi­ent, um Nie­der­tem­pe­ra­tur­raum­wär­me bereit­zu­stel­len.[8] Wird bei der Strom­erzeu­gung Pri­mär­ener­gie mit Koh­len­stoff­di­oxid­ge­halt ver­wen­det (Erd­öl, Erd­gas), ergibt sich eine hohe Kli­ma­be­las­tung durch den Koh­len­stoff­di­oxid-Aus­stoß. Da elek­tri­sche Ener­gie meist drei- bis vier­mal teu­rer ist als bei­spiels­wei­se ther­mi­sche Ener­gie aus einer Gas­hei­zung, sind die Betriebs­kos­ten rela­tiv hoch. 

Absorp­ti­on

Grund­sätz­lich ist die Absorp­ti­on der Strah­lung eines Infra­rot­strah­lers abhän­gig von des­sen emit­tier­ter Wel­len­län­ge in Bezug auf das Absorp­ti­ons­spek­trum des zu erwär­men­den Mate­ri­als (vgl. Infra­rot­strah­lung). Eine sorg­fäl­ti­ge Aus­wahl des geeig­ne­ten Infra­rot­strah­lers ist erfor­der­lich, um die Absorp­ti­on zu erhöhen. 

Mitt­le­res oder klas­si­sches (nor­ma­les) Infra­rot (MIR; Wel­len­län­ge: 3 – 50 µm): Was­ser bei­spiels­wei­se besitzt ein Absorp­ti­ons­spek­trum mit einer Spit­ze von unge­fähr 3,0 µm. Dies bedeu­tet, dass die Emis­si­ons­strah­lung von mit­tel­wel­li­gen Strah­lern oder Kar­bon-Infra­rot­strah­lern von Was­ser und Was­ser-basier­ten Schich­ten (mensch­li­cher Kör­per) bes­ser absor­biert wird als die kurz­wel­li­ge Strah­lung. Sel­bi­ges gilt für zahl­rei­che Kunst­stof­fe wie Poly­vi­nyl­chlo­rid (PVC) oder Poly­ethy­len. Deren Absorp­ti­ons­spit­ze liegt um die 3,5 µm. 

Nahes Infra­rot (NIR; Wel­len­län­ge: 0,78 – 3,0 µm): Umge­kehrt absor­biert eine Viel­zahl an Metal­len Infra­rot­strah­lung nur im Bereich der Kurz­wel­le und zeigt eine hohe Refle­xi­on bei Lang- und Mit­tel­wel­len. Kera­mik-Heiz­ele­men­te arbei­ten mit einer Tem­pe­ra­tur zwi­schen 300 und 700 °C und gene­rie­ren Infra­rot­strah­lung im Wel­len­län­gen­be­reich bereits ab 2 – 10 µm. Die meis­ten Kunst­stof­fe und zahl­rei­che ande­re Mate­ria­li­en absor­bie­ren die Infra­rot­strah­lung am bes­ten in die­sem Bereich, wes­halb Kera­mik­strah­ler bei die­sen Mate­ria­li­en bevor­zugt ver­wen­det werden. 

Tie­fen­wir­kung

Der infra­ro­te Spek­tral­be­reich unter­teilt sich in fol­gen­de Abschnit­te (DIN 5031).[9][10] Ent­schei­dend für eine Nut­zung in Außen­be­rei­chen ist die Tie­fen­wir­kung unter die Haut­schich­ten, die trotz Luft­be­we­gun­gen als Wär­me spür­bar ist. 

Infra­rot­be­reichWel­len­län­ge in nmBereichEin­dring­tie­fe in mm 
IR‑A (nahes Infrarot)780 bis 1.400kurz­wel­ligbis 5,0
IR‑B (nahes Infrarot)1.400 bis 3.000mit­tel­wel­ligbis 2,0
IR‑C (mitt­le­res Infrarot)3.000 bis 50.000lang­wel­ligbis 0,3
IR‑C (fer­nes Infrarot)50.000 bis 1.000.000lang­wel­ligbis 0,3

Sie­he auch

Web­links

Com­mons: Wär­me­lam­pen – Samm­lung von Bil­dern, Vide­os und Audiodateien

Ein­zel­nach­wei­se

  1. ab Fak­ten­check: Vor- und Nach­tei­le von Infra­rot­hei­zun­gen. In: Ener­gie­in­sti­tut Vor­arl­berg, abge­ru­fen am 22. Mai 2022.
  2. Rosi­ge Zei­ten für Wär­me­pum­pen. In: PV-Maga­zi­ne, 12. Mai 2022. Abge­ru­fen am 22. Mai 2022.
  3. Heiz­ele­ment in Form eines rohr­ar­ti­gen Bau­teils Patent­schrift EP1119220A2, abge­ru­fen am 25. Dezem­ber 2019.
  4. Almut F. Kas­par: Kli­ma­kil­ler: Heiz­pil­ze erhit­zen die Gemü­ter. In: Stern. 12. Novem­ber 2007.
  5. Tobi­as Knie­be: Heiz­pilz – Kli­ma­wan­del auf der Ter­ras­se. In: Süd­deut­sche Maga­zin. („Das Prin­zip“), 10. Janu­ar 2008.
  6. Strom­hei­zung meis­tens unwirt­schaft­lich. (Memen­to des Ori­gi­nals vom 15. Mai 2016 im Inter­net Archi­ve)  Info: Der Archiv­link wur­de auto­ma­tisch ein­ge­setzt und noch nicht geprüft. Bit­te prü­fe Ori­gi­nal- und Archiv­link gemäß Anlei­tung und ent­fer­ne dann die­sen Hin­weis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.verbraucherzentrale-energieberatung.de In Ver­brau­cher­zen­tra­le. Ver­brau­cher­zen­tra­le Bun­des­ver­band e.V., 28. Janu­ar 2016, abge­ru­fen am 15. Mai 2016.
  7. 2008 ASHRAE Hand­book – Hea­ting, Ven­ti­la­ting, and Air-Con­di­tio­ning Sys­tems and Equip­ment. (I‑P Edi­ti­on) Ame­ri­can Socie­ty of Hea­ting, Ref­ri­gera­ting and Air-Con­di­tio­ning Engi­neers, Inc., 2008, ISBN 978 – 1‑60119 – 795‑5, Tabel­le 2, S. 15.3.
  8. Gün­ther Frey et al.: Stu­die zu den Ener­gie­ef­fi­zi­enz­po­ten­tia­len durch Ersatz von elek­tri­schem Strom im Raum­wär­me­be­reich. (PDF) izes gGmbH, Bre­mer Ener­gie Insti­tut, 28. Febru­ar 2007, abge­ru­fen am 24. Mai 2016.
  9. Mat­thi­as Mor­feld: Quer­schnitt Reha­bi­li­ta­ti­on, phy­si­ka­li­sche Medi­zin und Natur­heil­ver­fah­ren: ein fall­ori­en­tier­tes Lehr­buch. Urban&FischerVerlag, 2007, ISBN 978 – 3‑437 – 41178‑6 (ein­ge­schränk­te Vor­schau in der Goog­le-Buch­su­che).
  10. Chris­ti­an Rau­lin, Bär­bel Gre­ve: Laser und IPL-Tech­no­lo­gie in der Der­ma­to­lo­gie und Ästhe­ti­schen Medi­zin. Schattau­er Ver­lag, 2003, ISBN 3 – 7945-2236 – 2 (ein­ge­schränk­te Vor­schau in der Goog­le-Buch­su­che).

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