Les radiateurs à infrarouge

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Pour le radiateur biotique (infrarouge long), un matériau est chauffé par le courant électrique qui le traverse, et émet un rayonnement infrarouge à travers la pièce. Plus la matière utilisée transforme l’électricité en chaleur de façon efficace, plus le radiateur est performant. Pour le radiateur à infrarouge long c’est le carbone graphite qui est utilisé.

Ensuite, le rayonnement infrarouge est transmis aux différentes surfaces que rencontrent les ondes sur leur parcours (armoires, tables, murs, sols, isolation, etc.). Les ondes se propagent dans toutes les directions face au radiateur infrarouge. Lorsque les rayons infrarouges rencontrent des surfaces, ils sont en partie absorbés et sont transformés en chaleur, et en partie renvoyer par réflexion.

L’air n’est donc pas chauffé par le rayonnement infrarouge, seul les surfaces le sont, et ce sont les surfaces qui retransmettent la chaleur dans l’air. En effet, lorsqu’on renouvelle l’air de la pièce, les surfaces restent chaudes et continuent de transmettre de l’énergie après le renouvellement.

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Rayonnement d’un corps

On va maintenant s’intéresser à la partie physique qui permet de préciser le fonctionnement des infrarouges.

Un corps noir est par définition un corps qui absorbe tous les rayonnements qu’il reçoit. Mais à haute température certain de ces corps émettent plus de rayonnements que d’autres corps. Deux lois essentielles décrivent le phénomène de rayonnement :

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Loi de Stefan-Boltzmann :

La puissance totale par unité de surface rayonnée est proportionnelle à la quatrième puissance de la température de la surface :

M = ε × σ × T4 (W/m2)

Avec :

- σ : constante expérimentale de Stefan-Boltzmann 5,73 x 10-8 W/(m²K4 )

- ε : coefficient d’émissivité

- T : température absolue de surface (K)

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Le coefficient d’émissivité ε est dépendant de la température, des propriétés du corps rayonnant et de la longueur d’onde.

Cette loi montre que plus la température du matériau est importante, plus il émet de rayonnement infrarouge, il faut tout de même trouver un matériau qui a le coefficient d’émissivité le plus important.

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La loi de Wien

Cette loi permet de trouver la longueur d’onde émise pour une température donnée.

λmax × T = C

Avec :

- λmax : longueur d’onde (µm)

- T : température absolue de surface (K)

- C : 2898 (µm×K)

Cela montre que la température du radiateur est souvent choisie de façon à obtenir λmax aux alentours du maximum du spectre d’absorption de l’objet qui doit être chauffé, pour obtenir le chauffage le plus efficace possible.

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Absorption du rayonnement

Il faut savoir que seuls les rayonnements absorbés sont convertis en chaleur.

Deux propriétés importantes doivent être prise en comptent pour de l’utilisation du chauffage par infrarouges :

- La position relative du rayonnant et du récepteur est importante.

- Plus la distance entre l’émetteur et le récepteur est élevée, moins la densité de puissance reçue est importante.

Seule une fraction du rayonnement émis par le radiateur est absorbée par les surfaces environnantes est convertie en chaleur. Le coefficient d’absorption est souvent dépendant de la longueur d’onde du rayonnement émis.

D’autre part, le coefficient d’absorption varie en fonction des propriétés de la surface irradiée : la rugosité de la surface, les propriétés chimiques, la couleur, l’épaisseur du matériau et la température.

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Transfert énergétique par rayonnement

Le transfert d’énergie entre une surface qui émet un rayonnement (surface1) et une surface qui reçoit celui-ci (surface2) dépend la température des deux corps, de leur forme et de leur position respective l’un par rapport à l’autre.

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Voici la formule de la puissance incidente :

P = σ. έ.A1.F12.(T14-T24)

Avec :

- σ : constante expérimentale de Stefan-Boltzmann 5,73 x 10-8 (W/(m²K4 ))

- έ : coefficient d’émissivité généralisé

- A1 : surface rayonnante (m²)

- F12 : facteur de forme (A2 vu de A1)

- T1 : température de la surface rayonnante (K)

- T2 : température de la surface irradiée (K)

Pour finir, ce qu’il faut retenir de cette partie c’est que le transfert thermique dépend de beaucoup de paramètres. Et les éléments importants sont :

- La position du radiateur et des récepteurs.

- La distance entre l'émetteur et le récepteur. Plus celle-ci est élevée moins la puissance reçue (chaleur) est importante. Si l'objet récepteur (ou la personne) est situé à plus de 5m, il faut installer le radiateur ou un autre radiateur sur une autre façade ou suivant un autre angle afin de limiter cette distance.

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Caractéristiques