Foretrukne infrarøde bølgelængder til komfortopvarmning

FORFATTER	DATO OPRETTET	VERSION	DOKUMENT NUMMER
Dr. Gerard McGranaghan	14 oktober 2014	V1.1	CC11 - 00041

Introduktion

Dette dokument er en kort oversigt over oplysningerne vedrørende infrarød opvarmning af mennesker og dyr, normalt kaldet komfortopvarmning. Det forklarer den videnskabelige rationale bag brugen af ​​mellem- og langbølget infrarød stråling, når det bruges til komfortopvarmning.

Infrarød stråling bruges som komfortopvarmning til opvarmning af mennesker og dyr. Mennesker og dyr udsættes for infrarød næsten hver dag via solen og har udviklet specielle mekanismer i deres hud for at maksimere udbyttet af denne kilde. En viden om disse mekanismer og egenskaber skal tages i betragtning, når man vælger typen af ​​varmelegeme til komfortopvarmning. På trods af den høje intensitet og kraftfulde opvarmningseffekt af kortbølgeapparater, forklarer dette dokument ulemperne og sundhedsmæssige problemer, som brugen af ​​"kortbølge" -varmere kan forårsage.

Baggrund

Infrarød er ikke-ioniserende elektromagnetisk stråling inden for bølgelængderne fra 780nm til 1mm. Inden for dette brede bølgebånd er det ofte opdelt yderligere i tre regioner, IR-A, IR-B og IR-C kategoriseret som følger

• IR-A: 700nm-1400nm (0.7μm-1.4μm)
• IR-B: 1400nm-3000nm (1.4μm-3μm)
• IR-C: 3000nm-1mm (3μm-1000μm)

Infrarød stråling forårsager en varmeeffekt, når den rammer en overflade, i tilfælde af komfortopvarmning er dette normalt huden. Imidlertid konverteres ikke al infrarød stråling til varme. Al infrarød stråling kan være

• absorberet
• transmitteret
• reflekteret

Mængden af ​​hver afhænger af overflade- og materialegenskaber. IR, der reflekteres, konverteres ikke til varme, medens IR, der absorberes, konverteres til varme direkte. IR, der transmitteres, kan delvist konverteres til varme afhængigt af målets tykkelse, og hvor meget stråling der kan passere. Kortere bølgelængder er normalt mere transmitterende og derfor gennemtrængende, mens mellem- og langbølget infrarød energi normalt trænger ned i mindre omdannelse af det meste af deres energi til varme i overflademikroområdet.

Absorption

Med hensyn til den menneskelige krop er absorption meget afhængig af hudens egenskaber. Hud absorberes hovedsageligt på grund af dets 80% eller vandindhold derfor har et absorptionsspektrum som vand (Robinson 2014). Set i figur 1 nedenfor har IR-A og IR-B af de tre biologisk signifikante bånd lavere absorption sammenlignet med IR-C. Dette betyder, at IR-C og IR-B, der forekommer ved længere bølgelængder, absorberes bedre af menneskelig hud. Dette omsatte til mere effektiv opvarmning af mennesker via disse lange og mellemstore bølgebånd. Selvfølgelig bruger en varmelegeme, der leverer IR-A, stadig opvarmningen af ​​huden, men vil være mindre effektiv, da huden ikke absorberer så godt.

reflektionsevne

Huden kan også reflektere IR-stråling, og igen afhænger dette stærkt af bølgelængden. Set i figur 2 har hud en høj refleksion i biologisk signifikante bånd IR-A, og dette falder og niveauer ud i bånd IR-B og IR-C.

Det betyder, at en stor del af IR-A (kortbølgestråling) reflekteres af al den infrarøde stråling, der rammer huden, og derfor ikke forårsager opvarmning.

Derfor hjælper infrarød i de længere bølgelængder gunstigt med høj absorption og lav reflektans, som er to væsentlige egenskaber, der kræves til effektiv opvarmning af et mål. Omvendt absorberes infrarød i de kortere bølgelængder ikke godt og reflekteres af hudoverfladen.

Transmissionsprojekter

Endelig kan hud også overføre stråling og er igen en funktion af bølgelængden. For nær IR (~ 1.2 μm dvs. tæt på slutningen af ​​IR-A) kan faktisk 65% IR nå dermis (Schroeder et al. 2008). Ud over 2 μm er huden uigennemsigtig. Trods det faktum, at huden bliver opvarmet af IR-A, der overvinder hudens høje refleksionsevne, er den nærmeste IR potentielt farligere end den midterste og fjerne IR, fordi den kan trænge ind i hudens hudområde og forårsage større skade.

Derfor har biologisk signifikant IR-C høj absorption, lav reflektivitet og lav transmission, som alle er til fordel for opvarmning af huden, som i sidste ende overfører varmen til kroppens indre ved diffusion til det køligere indre væv. Det er også det iboende sikrere bølgebånd, hvorfor komfort IR normalt sigter mod de længere bølgelængder (komfortabelt i IR-B- og IR-C-regionerne)

Helse

Bortset fra den direkte fare for kontakt med selve den varme emitter, kan høj intensitet kortbølget infrarød stråling forårsage termiske forbrændinger, hvis huden får for meget eksponering for længe eller varmeapparatet er placeret for tæt på målet. Disse aldringseffekter er kendt fra Bakers arme og ansigter af glasblæsere (Cho et al. 2009). Øjenskader kan forekomme over en lang periode, så briller eller tidsbegrænsninger anbefales (Voke 1999). Nær IR er ansvarlig for fotografering af huden (Schroeder et al. 2008), hvor IR-A-eksponering inducerer lignende biologiske effekter som UV-lys (Schroeder et al. 2009). Derfor bør IR-B og IR-C om muligt bruges som alternativer, der ikke har disse skadelige virkninger.

I betragtning af ovenstående årsager til den menneskelige krops naturlige begrænsninger i forhold til IR-A, er det mere fordelagtigt og mindre skadeligt at koncentrere sig om mellemområdet IR-B og IR-C bølgelængder ved bølgelængder mellem 3-10 mikron. Det spektrale output fra keramiske opvarmere er således placeret meget godt til sådanne opgaver (se figur 4 nedenfor)

Resumé

Infrarød stråling absorberes, transmitteres eller reflekteres afhængigt af overfladens egenskaber. For mennesker eller dyr er denne overflade huden. Huden, der dækker den menneskelige krop, har udviklet absorption, transmission og reflekterende egenskaber sandsynligvis som et resultat af udsættelse for solen. Naturlige forsvarsegenskaber har udviklet sig, såsom gunstig absorption af langbølget IR og høj reflektivitet af kortbølger-IR. Derudover konstaterer nyere undersøgelser, at kortbølget IR (IR-A) skader huden, hvilket resulterer i for tidlig aldring. Infrarød i båndene har IR-B og IR-C ikke så skadelige virkninger og bør foretrækkes.

BEMÆRK VENLIGST: Infrarød komfortopvarmningsprodukter kan købes fra Herschel Infrarød.

Referencer

Peter Schroeder, Judith Haendeler, Jean Krutmann, rollen som nær infrarød stråling i fotografering af huden, eksperimentel gerontologi, bind 43, udgave 7, juli 2008, sider 629-632, ISSN 0531- 5565,

Personlig korrespondance. Professor Anthony Robinson, Institut for Mekanik og Produktionsteknologi, Trinity College, Dublin 2.

Soyun Cho, Mi Hee Shin, Yeon Kyung Kim, Jo-Eun Seo, Young Mee Lee, Chi-Hyun Park og Jin Ho Chung, Effekter af infrarød stråling og varme på aldring af menneskelig hud in vivo, Journal of Investigative Dermatology Symposium Proceedings (2009) 14, 15-19;

Schroeder P, Calles C, Krutmann J. Forebyggelse af infrarød A-stråling medierede skadelige virkninger på menneskers hud. Hudterapibrev. 2009 Jun; 14 (5): 4-5.

Dr. Janet Voke, Strålingseffekter på øjet, Del 1 - Infrarød strålingseffekter på øjenvæv, Optometri i dag, maj 1999