Infrarotstrahlung - Grundlagen für ihre Anwendung in Infrarotkabinen und Wärmekabinen

Allgemeines über Infrarotstrahlung

In der Physik bezeichnet man als Infrarotstrahlung elektromagnetische Wellen, deren Wellenlängen zwischen denen von sichtbarem Licht und Mikrowellen liegen.
Das Spektrum umfasst also Wellenlängen von 780 nm bis 1 mm (1000.000 nm). Dieser verhältnismäßig große Spektralbereich verlangt aufgrund unterschiedlicher Wirkungen und damit verbunden unterschiedlichen Anwendungsgebieten nach einer weiteren Einteilung. Die Einteilung ist jedoch nicht so eindeutig definiert wie im sichtbaren Bereich und so existieren auch unterschiedliche Bezeichnungen. Seitens der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) wird folgende Einteilung vorgeschlagen:

Einteilung Wellenlänge in nm
IR-A 780 ... 1.400
IR-B 1.400 ... 3.000
IR-C 3.000 ... 1.000.000

Sehr oft wird Infrarotstrahlung oder kurz IR-Strahlung gleichgesetzt mit Wärmestrahlung. Ich halte das aufgrund des ursächlichen Anwendungsgebietes - der Wärmeerzeugung - für legitim, obgleich es streng wissenschaftlich nicht korrekt ist, da prinzipiell das gesamte Spektrum elektromagnetischer Strahlung zur Wärmestrahlung beiträgt.
Die Ursache infraroter Wärmestrahlung ist die Teilchenbewegung in Objekten. Jedes Objekt mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts (-273,15 °C), bei der jedwede Atom- bzw. Molekülbewegung stoppt, emittiert elektromagnetische Wellen im infraroten Bereich. Auch Objekte, welche wir für furchtbar kalt halten, z.B. Eis. Ein Maß für die Intensität ist die Temperatur und damit die Teilchenbewegung. Mit zunehmender Temperatur steigt die Intensität der Wärmeabstrahlung drastisch an und das Maximum der ausgesandten elektromagnetischen Wellen verschiebt sich hin zu kürzeren Wellenlängen. Das brennende Holz in unserem Kaminofen strahlt aufgrund der hohen Temperatur bereits teilweise im sichtbaren Bereich, wir erfreuen uns am Spiel der Flammen, das Maximum der Strahlung wird jedoch im Infraroten emittiert. 
Neben der Temperatur, hat aber auch die Oberflächenbeschaffenheit starken Einfluss auf die Intensität. Ausgedrückt durch den sogenannten Emissionsgrad, ist dieser bei Spiegeln beinahe Null und erreicht sein Maximum bei im relevanten Wellenlängenbereich 'mattschwarzen' Oberflächen. Bei mit Aluminium beschichteten Rettungsdecken oder der Verspiegelung in Isolierkannen kann man so die Wärmeabstrahlung wirksam verringern, während beispielsweise die Eloxierung von metallischen Kühlkörpern das Gegenteil bewirkt.
Für uns Menschen selbst ist Infrarotstrahlung allgegenwärtig. Die Wärme, die wir im Sonnenlicht oder vor einem Feuer, einem Heizkörper oder einer heißen Asphaltfläche spüren, ist Infrarotstrahlung. Auch wenn wir sie nicht sehen können, nehmen wir sie durch die Nerven in unserer Haut als Wärme war. Dabei finden ständig Strahlungsausgleichsvorgänge mit unserer Umgebung statt. So ist das Behaglichkeitsempfinden in Wohnräumen, von einem ausgewogenen Strahlungsaustausch der Personen zu den umfassenden Wänden abhängig. Bei nur leichter sitzender Tätigkeit erzeugt ein Mensch durch Stoffwechselvorgänge etwa 130 W an Wärme, verliert aber gleichzeitig ca. 900 W durch Abstrahlung. Er erfriert nur deshalb nicht, weil er durch die 'wohltemperierte' Umgebung z.B. 770 W Wärmestrahlung absorbiert. Der erfahrene Verlust von 130 W wird hier also durch die Stoffwechselrate kompensiert, es ist nicht notwendig durch Frieren (erhöhte Muskelaktivität) zusätzliche Wärme bereitzustellen.

Genau diese Prinzipien werden auch in Infrarotkabinen, oftmals auch kurz als IR-Kabine, IR-Sauna oder Wärmekabine bezeichnet, zur Anwendung gebracht. Allen gemeinsam ist, dass die Nutzung der Luft als Wärmeübertragungsmedium im Vergleich zu herkömmlichen Saunen in den Hintergrund rückt, während Infrarotstrahlung zur direkten Erwärmung von Körpern, also auch uns Menschen, überwiegt. Unterschiede bestehen dennoch in der Art der verwendeten Strahler und damit im Emmissionsspektrum.

 



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