Fonctionnement des radiateurs infrarouges

L’oscillation moléculaire des conducteurs de chaleur génère un rayonnement thermique infrarouge qui correspond au spectre de rayonnement du soleil.

Les rayons infrarouges pénètrent l’air à 98%. L’énergie qu’ils contiennent est beaucoup plus efficacement absorbée par l’enveloppe intérieure et les objets (mobilier, habitants). L’air est chauffé de façon secondaire – par dissipation thermique réfléchissante des surfaces environnantes et des objets dans la pièce.

Les convecteurs (radiateurs), en revanche, chauffent principalement les pièces en chauffant l’air ambiant, le pire caloporteur. L’air chauffé monte, un flux d‘air froid afflue par le bas. Il en résulte un courant de convection.

Les grandes différences de température entre l’air intérieur chauffé et les surfaces de paroi extérieures froides s’accompagnent également d’une répartition inégale de l’humidité.

Contrairement aux radiateurs conventionnels, les radiateurs infrarouges fournissent une enveloppe d’espace chaude, une température de l’air plus basse et une répartition plus uniforme de l’humidité. L’air dans l’ensemble est plus frais et les pieds restent agréablement chaud.

L’énergie thermique obtenue par la conversion de l’énergie électrique fournie est divisée en une part de rayonnement, une part de convection et une part de conduction thermique.

L’efficacité du rayonnement est la proportion de rayonnement de la puissance calorifique totale.

Économie

Le chauffage à l’électricité n’est coûteux que si vous essayez de chauffer principalement de l’air. Les radiateurs infrarouges, en revanche, chauffent essentiellement l’enveloppe de la pièce. C’est pourquoi il faut 3-4 ° C de moins de température de l’air. Comme une température de l’air intérieur déjà plus élevée de 1 ° C nécessite 6 à 7% d’énergie de chauffage en plus, plus de 20% de l’énergie de chauffage peut être économisée.

  • Réduction des pertes de ventilation:
    En raison de la température ambiante plus basse, moins de chaleur est perdue par la ventilation.
  • Prévention des pertes thermiques de transmission (murs secs / humides):
    L’humidification des murs extérieurs réduit l’isolation et en conséquence baisse les températures de l’intérieur des murs extérieurs. (Déjà une humidité de 4% réduit le coefficient d’isolation d’environ 50%.)
    Les parois chauffées par radiateurs infrarouges, par contre, sont maintenues au chaud et ont une température supérieure à celle de l’air. La température de surface élevée empêche l’absorption de vapeur d’eau à travers les murs et empêche les pertes de transmission.
    Chaleur rayonnante
  • faibles coûts d’investissement
  • pas de coûts supplémentaires (par exemple pour ramoneur)
  • pas d’entretien
  • utilisable avec 100% d’énergies renouvelables
  • aucune chaufferie ou cheminée n’est nécessaire
  • pas d’installation de tuyaux de chauffage nécessaires
  • aucun risque de dégât des eaux dû à une rupture de tuyaux de chauffage

 

Confort thermique

Dans le chauffage et la climatisation, le confort (thermique) fait référence aux températures ambiantes et aux conditions d’air dans lesquelles la personne se sent le plus à l’aise. Un système de chauffage devrait contribuer à un climat intérieur confortable.

La valeur de mesure objective du confort est la température ressentie. Elle dépend de

  • la température ambiante
  • la température de rayonnement de l’environnement
  • la distribution de la température de l’air (stratification de l’air)
  • le flux d’air (courant d’air)
  • l’humidité relative

 

Chaleur rayonnante

courbe de confort

Si les parois de la pièce ont des températures de surface très différentes, cela peut affecter le confort. On parle alors d’asymétrie de température radiante.

Même les différences de température de 1 ° C par altitude sont perçues comme étant désagréable. Cette distribution verticale est également appelée stratification de la température de l’air. Le profil de température doit être aussi constant que possible.

Plus l’air est chaud, plus il peut absorber d’humidité. L’humidité relative est le rapport entre la quantité actuelle d’eau dans l’air et la quantité d’eau maximale possible à une température donnée de l’air. Une humidité de l’air de 40 à 50% est ressentie particulièrement confortable.

Pendant la ventilation, l’air extérieur froid, qui ne présente qu’une humidité absolue faible, est réchauffé jusqu’à la température ambiante et l’humidité relative dans la pièce continue de baisser.

À une humidité relative de 30 à 70%, une circulation de l’air jusqu’à 20 cm / s et une large uniformité de température des surfaces de la pièce, le confort (thermique) dépend uniquement de la température opérative (= moyenne de la température ambiante et de la température rayonnante).

 

Chaleur rayonnante

 

Généralement il est ressenti comme plus agréable lorsque la température de rayonnement est supérieure à la température de l’air. Étant donné que les radiateurs infrarouges génèrent des températures de rayonnement plus élevées que les températures de l’air, ils sont donc également préférables aux convecteurs pour des raisons de confort liées.

 

Particularités physiques du chauffage par rayonnement

Chaleur rayonnante

Les bases physiques du chauffage par convection et du chauffage par rayonnement sont complètement différentes :

Avec le chauffage par convection (chauffage de l’air), le transfert de chaleur s’effectue par flux de chaleur de l’air chaud. Selon la première et la deuxième loi de la thermodynamique, pour cela sont nécessaires des différences de température.

Dans le cas du chauffage par rayonnement, selon la mécanique quantique de Max Planck, le transfert de chaleur s’effectue sans aucun moyen de transport, uniquement par rayonnement thermique. Il repose sur les principes physiques suivants:

  • Le rayonnement thermique d’un radiateur à rayonnement infrarouge est une onde électromagnétique telle que la lumière, l’électricité, les micro-ondes, les ondes radio, qui se déplacent toutes à la vitesse de la lumière.
  • Les rayonnements infrarouges pour les fins de chauffage à des températures de surfaces allant jusqu’à 80 ° C sont, en ce qui concerne les longueurs d’onde, dans la zone étroite entre 3 et 50 microns (microns). Comme toutes les surfaces tempérées et chaudes, elles sont sans danger pour la santé. Bien sûr, il n’y à pas d‘électrosmog émis.
  • Chaque surface est capable d’absorber les rayons thermiques (gain d’énergie par absorption) et d’en émettre (perte d’énergie par émission). L’énergie de rayonnement est ainsi absorbée et émise simultanément par une surface tempérée.
  • Le rayonnement thermique ne chauffe pas l’air, mais uniquement les corps solides et liquides. L’air ambiant est perméable aux rayons de chaleur et reste donc frais et agréable. Les températures des surfaces de l’enceinte de la pièce sont supérieures à la température de l’air. Le chauffage des couches d’air adjacentes a lieu donc seulement indirectement par convection par les surfaces plus chaudes. Pendant l’aération également de l’énergie est économisée en raison des basses températures de l’air.
  • En raison de l’air quasiment calme (très peu de tourbillonnement de poussière), il peut être aéré moins souvent. Cela permet à son tour d’économiser de l’énergie.
  • Le rayonnement thermique infrarouge (> 3μm) ne traverse pas le verre normal. Le rayonnement thermique reste dans la pièce.

La tâche du chauffage par rayonnement est uniquement de créer des surfaces tempérées qui assurent alors un climat ambiant agréable par des rayons de chaleur (infrarouges). Pour l’emplacement des surfaces de rayonnement, surtout le plafond et les murs sont idéaux.

 

La puissance de rayonnement

La puissance de rayonnement d’une surface tempérée est décrite par la loi de Stefan Boltzmann. Ainsi, elle est proportionnelle à la quatrième puissance de la température absolue d’une surface. C’est à dire que, indépendamment de la température ambiante, des rayons de chaleur sont émis – due à la température de surface.

Chaleur rayonnante

Le chauffage par convection, par contre, nécessite une « surchauffe » pour fonctionner. La production de chaleur est donc proportionnelle à la différence de température entre le radiateur et l’air ambiant.

 

L’échange de rayonnements

Toutes les surfaces de la pièce absorbent et émettent des rayons de chaleur. La surface supérieurement tempérée transmet à la surface tempérée inférieurement de l’énergie par rayonnement et inversement. L’échange de rayonnement est donc proportionnel à la différence entre les deux puissances de rayonnement.

Chaleur rayonnante

En raison de l’échange de radiations, les températures de surface dans la pièce sont similaires. L’énergie thermique absorbée et émise est alors égale. Il en résulte des surfaces uniformément tempérées, y compris celles des meubles – vous vous sentez à l’aise et confortable.

 

La différence entre puissance de rayonnement et échange de rayonnements

Exemple 1:

T1=80°C (panneau rayonnant) et

T2=20°C (mur)

La différence (l’échange de rayonnements) est très importante.

 

Exemple 2:

T1=80°C (panneau rayonnant) et

T2=50°C (un panneau rayonnant modérément tempéré)

La différence (l’échange de rayonnements) est beaucoup plus petite.

La puissance de rayonnement est bien sûr globalement supérieure.

 

Exemple 3:

T1=80°C (panneau rayonnant) et

T2=80°C (panneau rayonnant en face)

La différence (l’échange de rayonnements) est égale à zéro.

Cependant, la puissance de rayonnement de la pièce est doublée.

 

Manifestement, l’échange de rayonnement ne correspond pas à la puissance de rayonnement.

Par conséquent, la formule de l’échange de rayonnement ne peut en aucun cas être utilisée pour déterminer la puissance rayonnante.

Aspects sanitaires

Turbulences d’air

Les personnes allergiques à la poussière domestique et les asthmatiques sont sensibilisés respectivement réagissent de manière allergique aux excréments des acariens qui peuvent déclencher une rhinite, des démangeaisons et de l’asthme. Ces excréments adhèrent à la poussière domestique et sont « tourbillonnés » avec toute forme de convection. Plus le taux de convection d’un système de chauffage est bas, mieux c’est pour la personne allergique.

Chaleur rayonnante

Air de chauffage sec

Les chauffages conventionnels (convecteurs) créent une sensation d’air chaud sec. Une faible humidité relative peut causer des problèmes de santé:

  • Diminution de la performance respiratoire : l’oxygène pénètre moins bien dans la circulation sanguine.
  • L’humidité de la peau est étroitement liée à l’humidité de l’air. Par conséquent, la peau a besoin d’une humidité suffisante pour ne pas se dessécher. La faible humidité augmente également la sensibilité aux irritations cutanées et aux érythèmes, voire à l’inflammation.
  • Les membranes muqueuses ne présentent qu’une faible protection contre l’évaporation. Par conséquent, ils ont tendance à se dessécher. Pour maintenir leurs fonctions, ils dépendent d’une humidité élevée. Une faible humidité de la muqueuse nasale peut entraîner une augmentation de la fréquence des saignements de nez. En outre, la défense immunitaire de la membrane muqueuse est affaiblie (risque accru de rhume) et sa capacité à se métaboliser peut être réduite.
  • Yeux secs: avec une humidité relative faible, de nombreuses personnes souffrent de yeux rouges, brûlants ou qui démangent, en particulier des porteurs de lentilles de contact. Le confort de port des lentilles de contact est limité. Les ophtalmologistes recommandent donc généralement d’éviter l’air de chauffage sec et les courants d’air.

Circulation sanguine

En physiothérapie, le rayonnement infrarouge C est utilisé dans la surcharge musculosquelettiques et dans le traitement des troubles circulatoires. Le chauffage infrarouge a donc tendance à avoir un effet médico-thérapeutique positif.

 

Chaleur rayonnante

Risques de moisissure

L’humidité contenue dans l’air ambiant chaud se condense par refroidissement sur les surfaces intérieures froides des murs extérieurs. Le condensat peut provoquer la moisissure, en particulier dans les recoins de la pièce, derrière les meubles, les rideaux et autres zones dissimulées qui refroidissent plus que le reste du mur. Afin d’éviter la formation de moisissure, l’humidité ne devrait jamais dépasser – même pas à certains endroits – les 80%.

Les symptômes possibles causés par les moisissures sont multiples et assez peu spécifiques, notamment :

  • toux
  • rhinite
  • conjonctivite
  • l’asthme
  • changements cutanés
  • migraine
  • plaintes gastro-intestinales
  • douleurs articulaires

Comme lors de l’utilisation de radiateurs infrarouges les murs sont plus chauds que l’air, aucune condensation ne peut même pas survenir. L’humidité déjà présente est éliminée des murs.