In principe kunnen zwarte buis stralers vrijwel overal worden toegepast waar de plafondhoogte meer dan 4 meter is. Ze zijn echter vooral te vinden in werkplaatsen, magazijnen en productiegebouwen in de industrie, logistiek en ook in sportaccommodaties. Buisstralers worden aan het plafond gemonteerd en zorgen voor een aangenaam binnenklimaat doordat ze geen lucht verplaatsen om warmte te verspreiden maar warmte opwekken met infraroodstralen. Naast volledige verwarming kunnen zwarte buis stralers ook individuele zones verwarmen en overtuigen met zeer korte opwarmtijden. Laten we de technologie eens nader bekijken…
Hoe werken zwarte buis stralers?
Zwarte buis stralers zijn infraroodstralers waarvan de werking vergelijkbaar is met het principe van de zon. De infrarode straling of warmtestraling van de zon wordt omgezet in warmte op de oppervlakken die het raakt. Ook op onze huid. De infraroodstralen hebben geen “dragermedium” nodig om hun energie te transporteren. Net als de zon, waarvan de infraroodstralen ongeveer 150 miljoen kilometer moeten afleggen om de aarde te bereiken, bereiken de infraroodstralen van een buisverwarmer de verblijfsruimte van de werknemers, machines en opgeslagen goederen bijna zonder verlies van de apparatuur onder het plafond van het gebouw.
Zwarte buis stralers wekken warmte op door een zuurstof-gasmengsel te verbranden, in gesloten branders met stralingsbuizen [tekening]. De verbranding is niet zichtbaar, deze vindt plaats in de buis vandaar de naam buisverwarmer. De ontstane vlam en hete gassen verhitten het oppervlak van de stralingsbuizen, die de warmte vervolgens voornamelijk in de vorm van straling afgeven. Als brandstof wordt aardgas of vloeibaar gas of biogas gebruikt en momenteel worden de eerste pogingen ondernomen om zwarte buis stralers met zuivere waterstof te laten werken.
Hoe worden zwarte buis stralers gebouwd?
De ventilator
[Tekst] Zwarte buis stralers zijn vrij eenvoudig geconstrueerde apparaten. Ze hebben een brander (daarom behoren ze tot de decentrale verwarmingssystemen), een ventilator, stralingsbuizen en reflectoren erboven. De rechte (lineaire) of U-vormige buis fungeert als stralend oppervlak. De brander, die aan een uiteinde van de stralingsbuis is gemonteerd, produceert een vlam die zich uitstrekt tot in de buis. Modernere apparaten werken als zogenaamde “duwsystemen”. Dit betekent dat de ventilator zich direct in de buurt van de brander bevindt en de vlam in de stralingsbuis “duwt”. Hierdoor ontstaat een laminaire vlam die de gehele lengte van de stralingsbuis verwarmt (Figuur 4). Er is nog een ventilator aan het uiteinde van de buis die wordt gebruikt voor afzuiging. Hier creëren de ventilatoren een onderdruk die de vlam en gassen door de stralingsbuis “zuigt”. Nadelen: De ventilatoren en hun kogellagers worden tijdens de opwarmfase van de units blootgesteld aan hete uitlaatgassen en agressief condensaat.
Buizenkachel met duwende ventilator in U-vorm
De stralingsbuis warmt op tot ongeveer 550 tot 700 °C, afhankelijk van de uitvoering. Het wordt afgedekt door een reflector die de stralingswarmte naar het gewenste gebied leidt. Om het infraroodrendement te verhogen, kan de reflectorplaat worden voorzien van thermische isolatie. De rookgassen worden afgevoerd via individuele rookkanalen per unit of collectieve rookgassystemen, waarbij meerdere units hun rookgassen gebundeld afvoeren. Als de lucht in de ruimte vervuild is (bijvoorbeeld door dampen), dient de rookgasschoorsteen ook als kanaal voor verse lucht voor de brander (LAS-systemen).
De gas-lucht verbinding
De huidige generatie zwarte buis stralers maakt gebruik van een pneumatisch gestuurde gas-luchtcombinatie die het vermogen van de unit traploos kan regelen tussen 40 % en 100 %. Dit maakt verwarming in deellast mogelijk met een constant hoog rendement. Naast extra energiebesparing heeft dit ook een positief effect op het voldoen aan de wettelijk verplichte ErP-richtlijn (link naar blogartikel ErP). Als richtlijn kan worden gesteld dat zwarte buis stralers met gas-lucht composietbranders gemiddeld 30% zuiniger zijn dan in de handel verkrijgbare zwarte buis stralers.
Waarom verwarmen infraroodstralers of buisstralers gezond?
Het behaaglijke binnenklimaat dat door zwarte buis stralers wordt gecreëerd, is in de eerste plaats te danken aan het feit dat de systemen geen lucht hoeven te verplaatsen om te verwarmen. Dit betekent dat er geen onaangename tocht of stofwervelingen ontstaan, wat vooral prettig is voor mensen met een allergie, en virussen en ziektekiemen worden overigens niet onnodig rond geblazen. Omdat zwarte buis stralers primair oppervlakken en mensen verwarmen en pas in tweede instantie de lucht, kan de luchttemperatuur in de te verwarmen hal gemiddeld zo’n drie Kelvin lager zijn. Deze lagere luchttemperatuur wordt door de infraroodwarmte toch als behaaglijk ervaren.
Wat maakt zwarte buis stralers zo efficiënt?
In vergelijking met conventionele halverwarmingssystemen kunnen zwarte buis stralers tot 50% besparen op energiekosten. De hoogte van de besparing is afhankelijk van verschillende factoren. De bouwkundige structuur en de daadwerkelijke toepassing spelen een belangrijke rol. Het volgende is van toepassing:
De energiebesparing met zwarte buis stralers neemt toe…
• … hoe hoger een gebouw is
• … hoe slechter het gebouw geïsoleerd is
• … hoe hoger de luchtverversing in het gebouw (bijv. door constant openstaande poorten tijdens laad- of losprocessen, afzuiging bij machines, etc.)
• … als alleen bepaalde zones of delen van het gebouw verwarmd moeten worden
• … als de verwarming flexibel moet reageren op wisselende ploegentijden
• … hoe kouder de gemiddelde buitentemperatuur is.
Maar vooral zwarte buis stralers besparen geld door hun ontwerpprincipe en de warmteoverdracht door infraroodstraling. Want de regel is: wat niet verwarmd hoeft te worden, hoeft ook niet betaald te worden. Dit verwijst zowel naar de mogelijkheid om gebouwen onverwarmd te laten als naar het verlagen van de luchttemperatuur. Gemiddeld 1°C minder lucht temperatuur bespaart 7 % energie. Daarnaast gebruiken zwarte buis stralers het primaire energiegas, dat ze direct in de unit omzetten in thermische energie. Complexe ketelinstallaties en transmissieverliezen van de waterleidingen van centrale installaties worden geëlimineerd.
Bovendien maken een intelligent regelsysteem en de mogelijkheid van traploze regeling van het vermogen van het apparaat nog eens 14 % besparing mogelijk in vergelijking met een traps geregelde zwarte buis stralers. Modulerende zwarte buis stralers, idealiter met gas/lucht-combinatie, kunnen hun brander vermogen optimaal aanpassen aan de werkelijke warmtebehoefte. Hiervoor wordt naast de brandstofhoeveelheid ook de verbrandingslucht geregeld. Op deze manier kan de energetisch optimale verbranding en de hoogste stralingsfactor (zelfs bij deellastbedrijf) worden gegarandeerd.
De meeste stookdagen vallen tijdens de zogenaamde overgangsperioden. Het vermogen van het verwarmingssysteem is echter ontworpen voor piekmomenten, d.w.z. bijzonder koude dagen. Zwarte buis stralers, die niet kunnen moduleren, draaien vrijwel altijd op volle toeren.
Extra besparingen kunnen worden bereikt door geïsoleerde en volledig gesloten reflectoren met hoge reflectie te gebruiken. Het isoleren van de reflectoren voorkomt warmteverlies naar boven. De stralingsbuizen worden daardoor heter en geven op hun beurt meer warmte af naar beneden door middel van infraroodstraling.
Door hun ontwerp neemt het rendement van zwarte buis stralers toe wanneer….
• … het toestel kan traploos moduleren,
• … een gas-lucht-compoundbrander wordt gebruikt,
• … geïsoleerde reflectoren worden gebruikt,
• … de reflectoren rondom gesloten zijn (ook aan de hoofd- en aangezichtszijde),
• … een goed reflecterend reflectormateriaal wordt gebruikt.
Wat zijn de voordelen van een buisstraler voor de gebruiker?
Zoals iedereen weet, zijn er echter subtiele verschillen tussen theorie, technische voordelen en praktijk. Het verwarmingssysteem moet passen bij het gebouw en zijn omstandigheden.
Zwarte buis stralers zijn bijzonder geschikt als industriële halverwarming (link naar blogartikel Wat is de beste halverwarmer) als….
• … stofwervelingen moeten worden vermeden,
• … bepaalde gebieden/zones afzonderlijk verwarmd moeten worden,
• … het gebouw slechts sporadisch wordt gebruikt,
• … de bouwconstructie slecht geïsoleerd is of veel koudebruggen heeft,
• … de investeringskosten laag moeten worden gehouden,
• … poorten staan vaak open of er is een hoge luchtverversing,
• … het gebouw is hoog,
• … condensatie op gevoelige opgeslagen goederen (bijv. staal) moet worden vermeden.
Zwarte buis stralers zijn alleen voorwaardelijk geschikt voor het verwarmen van industriële gebouwen als…
• … explosieveilige ruimtes moeten worden verwarmd,
• … het gebouw is minder dan 4 meter hoog.
• … er mag geen aardgas of vloeibaar gas worden gebruikt,
• … de minimale afstanden van de opgeslagen goederen tot de buisstralers niet kunnen worden aangehouden,
• … dak- of muurbelastingen kunnen niet worden gehaald vanwege het gewicht van de unit.
