Straling, warmtestraling

Betekenis

Straling is de overdracht van energie via elektromagnetische golven of fotonen; warmtestraling is daarvan het deel dat vooral in het infraroodgebied zit en warmte van oppervlakken afvoert. Warmteoverdracht door straling hangt af van temperatuur en van materiaaleigenschappen zoals de emissiecoëfficiënt.

Toepassing

Straling speelt een rol bij temperatuuruitwisseling tussen oppervlakken en in verwarmings- en energieopwekkingssystemen.

• Warmteverlies of -winst van bouwmaterialen door infraroodstraling.
• Toepassing van reflecterende aluminiumfolie om warmte-emissie te beperken.
• Ontwerp en werking van zonnecollectoren en pv-panelen, waar absorptie en emissie bijsturing vereisen.
• Verwarmingstoestellen en oppervlakken die bij hoge temperatuur zichtbaar licht uitzenden (bijv. gloeiend ijzer).

Aandachtspunten

• Koudere voorwerpen stralen minder warmte uit dan warmere; warmtestroom is temperatuurafhankelijk.
• Materiaaleigenschappen beïnvloeden straling: emissiecoëfficiënt (ε) bepaalt hoe gemakkelijk een oppervlak warmte uitstraalt.
• Veel bouwmaterialen (baksteen, beton, hout) hebben een hoge emissiecoëfficiënt (ca. 0,9) en verliezen daardoor relatief eenvoudig warmte door straling.
• Aluminium heeft een lage emissiecoëfficiënt (glimmend ca. 0,1; geoxideerd ca. 0,4) en kan warmte-emissie sterk beperken.
• Bij ernstige hinder van elektromagnetische straling kan men mogelijk contact opnemen met Stichting Elektrohypersensitiviteit EHS.

Werking / principe

• Warmtestraling is elektromagnetische straling; bij normale bouwtemperaturen vooral infrarood. Bij zeer hoge temperaturen kan ook zichtbaar licht bijdragen.
• Ideaal geldt dat absorptie en emissie van een oppervlak gelijk zijn; voor samengestelde toepassingen (pv-panelen, zonnecollectoren) wordt vaak geoptimaliseerd om veel straling binnen te laten en weinig terug te zenden.
• Een zwarte straler (zwart lichaam) is de ultieme bron van warmtestraling; daarom waren kachels historisch vaak zwart.

Wet van Stefan‑Boltzmann

De hoeveelheid warmte die een oppervlak uitstraalt kan, in eenvoudige vorm, worden berekend met de Wet van Stefan‑Boltzmann: Q = ε * 56,7 * 10-9 * T4 (= ε * σ * T4 = ε * Qz)

waarbij:

• Q = warmtestroomdichtheid van de afgegeven straling (W/m2)
• ε = emissiecoëfficiënt van het materiaaloppervlak
• T = absolute temperatuur (K)
• σ = stralingsconstante of Boltzmann-constante (W/m2K4)
• Qz = warmtestraling van het "zwarte lichaam"

Vergelijking met andere warmteoverdracht

• Convectie / stroming: overdracht van warmte door beweging van lucht of water en contact tussen dat stromende medium en een wand.
• Geleiding / conductie: transport van warmte binnen één object of tussen direct contacterende media.
• Straling: warmte-uitstraling door temperatuur, voornamelijk via infraroodlicht.

Invloed op isolatiematerialen

Het ideale isolatiemateriaal combineert slechte geleiding, geen convectie en minimale infrarooduitstraling; reflecterende lagen (bijv. aluminiumfolie) reduceren de warmtestraling en verbeteren het isolerend effect.