Предпочтительные инфракрасные длины волн для комфортного нагрева

АВТОР	ДАТА СОЗДАНИЯ	Версия	НОМЕР ДОКУМЕНТА
Доктор Джерард МакГранаган	14 октября 2014	V1.1	CC11 - 00041

Введение

Этот документ представляет собой краткий обзор информации, касающейся инфракрасного обогрева людей и животных, обычно называемого комфортным обогревом. Это объясняет научное обоснование использования инфракрасного излучения средней и длинной волны при использовании для комфортного обогрева.

Инфракрасное излучение используется в качестве комфортного обогрева для обогрева людей и животных. Люди и животные подвергаются воздействию инфракрасного излучения почти каждый день через солнце, и у них появились особые механизмы в коже, чтобы максимизировать пользу от этого источника. Знание этих механизмов и характеристик следует принимать во внимание при выборе типа обогревателя для комфортного обогрева. Несмотря на высокую интенсивность и мощный эффект нагрева коротковолновых нагревателей, в этом документе объясняются недостатки и проблемы со здоровьем, которые могут возникнуть при использовании коротковолновых нагревателей.

проверка данных

Инфракрасное излучение - это неионизирующее электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 780nm до 1mm. В этом широком диапазоне частот он часто подразделяется на три области: IR-A, IR-B и IR-C, классифицируемые следующим образом

• ИК-А: 700nm-1400nm (0.7μm-1.4μm)
• ИК-Б: 1400nm-3000nm (1.4μm-3μm)
• ИК-С: 3000nm-1mm (3μm-1000μm)

Инфракрасное излучение вызывает нагревательный эффект при попадании на поверхность, в случае комфортного нагревания это обычно кожа. Однако не все инфракрасное излучение преобразуется в тепло. Все инфракрасное излучение может быть

• Поглощенная
• Передаваемое
• отраженный

Количество каждого зависит от поверхности и характеристик материала. Отраженный ИК не будет преобразован в тепло, тогда как поглощенный ИК преобразуется в тепло напрямую. ИК, который передается, может быть частично преобразован в тепло в зависимости от толщины мишени и от того, сколько радиации может пройти. Более короткие волны, как правило, являются более проницаемыми и, следовательно, проникающими, в то время как инфракрасная энергия средней и длинной волны обычно проникает меньше, преобразуя большую часть своей энергии в тепло в поверхностной микрообласти.

Поглощение

Что касается человеческого тела, поглощение сильно зависит от характеристик кожи. Кожа впитывается, главным образом, благодаря содержанию воды 80% или около того, поэтому имеет такой же спектр поглощения, как вода (Robinson 2014). Как видно из рисунка 1 ниже, из трех биологически значимых полос IR-A и IR-B имеют более низкое поглощение по сравнению с IR-C. Это означает, что IR-C и IR-B, которые встречаются на более длинных волнах, лучше поглощаются кожей человека. Это привело к более эффективному нагреву людей через эти длинные и средние волны. Конечно, использование обогревателя, который обеспечивает ИК-А, будет все еще нагревать кожу, но будет менее эффективным, так как кожа также не впитывает.

отражательная способность

Кожа также может отражать ИК-излучение, и это сильно зависит от длины волны. Как видно на рисунке 2, кожа имеет высокий коэффициент отражения в биологически значимых полосах IR-A, и это уменьшается и выравнивается в полосах IR-B и IR-C.

Это означает, что из всего инфракрасного излучения, попадающего на кожу, большая часть инфракрасного излучения (коротковолнового излучения) будет отражаться и, следовательно, не будет вызывать нагрев.

Поэтому инфракрасное излучение на более длинных волнах благоприятно способствует высокому поглощению и низкому отражению, которые являются двумя существенными свойствами, необходимыми для эффективного нагрева мишени. И наоборот, инфракрасное излучение на коротких длинах волн плохо поглощается и отражается поверхностью кожи.

коробка передач

Наконец, кожа также может передавать излучение и снова зависит от длины волны. Фактически, для ближнего ИК-диапазона (~ 1.2 мкм, т.е. близко к концу ИК-А) около 65% ИК может достигать дермы (Schroeder et al. 2008). За пределами 2 мкм кожа непрозрачна. На самом деле, несмотря на то, что кожа будет нагреваться инфракрасным излучением, которое преодолевает высокую отражательную способность кожи, ближний инфракрасный свет потенциально более опасен, чем средний и дальний инфракрасный свет, потому что он может проникнуть в дермальную область кожи и вызвать большая травма.

Таким образом, биологически значимый ИК-С обладает высокой абсорбцией, низкой отражательной способностью и низкой проницаемостью, и все это способствует нагреву кожи, которая в конечном итоге передает тепло внутрь тела путем диффузии во внутреннюю более холодную ткань. Это также искробезопасный волновой диапазон, поэтому комфортный ИК обычно нацелен на более длинные волны (комфортно в областях IR-B и IR-C)

Медицина

Помимо непосредственной опасности контакта с самим горячим излучателем, коротковолновое инфракрасное излучение высокой интенсивности может вызвать термические ожоги, если кожа слишком долго подвергается воздействию слишком долго или нагревательный элемент расположен слишком близко к цели. Эти эффекты старения известны от рук Бейкерса и лиц стеклодувов (Cho et al. 2009). Повреждение глаз может происходить в течение длительного периода времени, поэтому рекомендуется использовать защитные очки или ограничения по времени (Voke 1999). Ближний ИК-спектр отвечает за фотостарение кожи (Schroeder et al. 2008), где воздействие IR-A вызывает схожие биологические эффекты с ультрафиолетовым излучением (Schroeder et al 2009). Поэтому, если возможно, IR-B и IR-C следует использовать в качестве альтернативы, которые не имеют этих вредных эффектов.

Учитывая приведенные выше причины естественных ограничений человеческого организма в отношении IR-A, более выгодно и менее вредно концентрироваться на диапазонах средних частот IR-B и IR-C на длинах волн между 3-10 микронами. Таким образом, спектральная мощность керамических нагревателей очень хорошо расположена для таких задач (см. Рисунок 4 ниже).

Обзор

Инфракрасное излучение поглощается, передается или отражается в зависимости от характеристик поверхности. В случае людей или животных эта поверхность является кожей. Кожа, покрывающая тело человека, имеет эволюционные характеристики поглощения, передачи и отражения, вероятно, в результате воздействия солнца. Были разработаны естественные защитные характеристики, такие как благоприятное поглощение длинноволнового инфракрасного излучения и высокая отражательная способность коротковолнового инфракрасного излучения. Кроме того, недавние исследования показывают, что коротковолновый ИК (IR-A) повреждает кожу, что приводит к преждевременному старению. Инфракрасное излучение в диапазонах IR-B и IR-C не оказывает такого вредного воздействия и должно поощряться.

ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Инфракрасные приборы отопления можно приобрести у Гершель Инфракрасный.

Рекомендации

Питер Шредер, Джудит Хенделер, Жан Крутманн, Роль ближнего инфракрасного излучения в фотостарении кожи, Экспериментальная геронтология, Том 43, Выпуск 7, Июль 2008, Страницы 629-632, ISSN 0531-5565,

Личная переписка. Профессор Энтони Робинсон, факультет машиностроения и машиностроения, Тринити-колледж, Дублин 2.

Союн Чо, Ми Хи Шин, Йон Кюнг Ким, Джо Юн Сео, Янг Ми Ли, Чи Хен Парк и Джин Хо Чунг, Воздействие инфракрасного излучения и тепла на старение кожи человека in vivo, Журнал следственных материалов дерматологического симпозиума (2009) 14, 15-19;

Шредер П., Каллес С., Крутманн Дж. Предотвращение вредных воздействий инфракрасного излучения А на кожу человека. Письма о терапии кожи. 2009 июнь; 14 (5): 4-5.

Д-р Джанет Воук, Воздействие излучения на глаз, Часть 1 - Воздействие инфракрасного излучения на ткань глаза, Optometry Today, май 1999 г.