| FÖRFATTARE | SKAPAT DATUM | VERSION | DOKUMENTNUMMER |
|---|---|---|---|
| Dr. Gerard McGranaghan | 14 oktober 2014 | V1.1 | CC11 - 00041 |
Beskrivning
Detta dokument är en kort undersökning av informationen om infraröd uppvärmning av människor och djur, normalt kallad komfortuppvärmning. Det förklarar det vetenskapliga skälet bakom användningen av medellång och lång våg infraröd strålning när den används för komfortuppvärmning.
Infraröd strålning används som komfortvärme för uppvärmning av människor och djur. Människor och djur utsätts för infraröd nästan varje dag via solen och har utvecklat speciella mekanismer i deras hud för att maximera nyttan av denna källa. En kunskap om dessa mekanismer och egenskaper bör beaktas vid val av typ av värmare för komfortvärme. Trots den höga intensiteten och kraftfulla uppvärmningseffekten av korta vågvärmare förklarar detta dokument de nackdelar och hälsoproblem som användningen av ”korta vågvärmare” kan orsaka.
Bakgrund
Infraröd är icke-joniserande elektromagnetisk strålning inom våglängderna från 780nm till 1mm. Inom detta breda vågband delas det ofta vidare in i tre regioner, IR-A, IR-B och IR-C kategoriserade enligt följande
- IR-A: 700nm-1400nm (0.7μm-1.4μm)
- IR-B: 1400nm-3000nm (1.4μm-3μm)
- IR-C: 3000nm-1mm (3μm-1000μm)
Infraröd strålning orsakar en uppvärmningseffekt när den slår mot en yta, i fallet med komfortuppvärmning är detta normalt huden. Men inte all infraröd strålning omvandlas till värme. All infraröd strålning kan vara
- absorberas
- överförd
- reflekteras
Mängden av var och en beror på ytan och materialegenskaperna. IR som reflekteras omvandlas inte till värme, medan IR som absorberas omvandlas till värme direkt. IR som överförs kan delvis omvandlas till värme beroende på målets tjocklek och hur mycket strålning som kan passera. Kortera våglängder är vanligtvis mer transmissiva och därför penetrerande, medan medellång och lång våg infraröd energi vanligtvis penetrerar mindre och omvandlar större delen av sin energi till värme i ytmikroområdet.
Absorption
När det gäller människokroppen är absorption starkt beroende av hudens egenskaper. Huden absorberas främst på grund av dess 80% eller så har vatteninnehållet därför ett absorptionsspektrum som vatten (Robinson 2014). I figur 1 nedan har IR-A och IR-B av de tre biologiskt signifikanta banden lägre absorption jämfört med IR-C. Detta innebär att IR-C och IR-B som förekommer vid längre våglängder absorberas bättre av människohud. Detta översatte till mer effektiv uppvärmning av människor via dessa långa och medelhöga vågband. Naturligtvis kommer att använda en värmare som levererar IR-A fortfarande värma huden, men kommer att vara mindre effektiv eftersom huden inte absorberar lika bra.
Reflektivitet
Huden kan också reflektera IR-strålning och igen beror detta starkt på våglängden. Sett i figur 2 har hud en hög reflektans i biologiskt signifikanta band IR-A och detta minskar och nivåer ut i band IR-B och IR-C.
Detta innebär att av all infraröd strålning som slår i huden kommer en stor del av IR-A (kortvågstrålningen) att reflekteras och därför inte orsaka uppvärmning.
Därför hjälper infraröd i de längre våglängderna positivt med hög absorption och låg reflektans, som är två väsentliga egenskaper som krävs för effektiv uppvärmning av ett mål. Omvänt absorberas inte infraröd i de kortare våglängderna väl och reflekteras av hudytan.
Växellåda
Slutligen kan huden också överföra strålning och är återigen en funktion av våglängden. Faktum är att för nära IR (~ 1.2 μm dvs nära slutet av IR-A) kan ungefär 65% IR nå dermis (Schroeder et al. 2008). Bortom 2 μm är huden ogenomskinlig. I själva verket, trots att huden kommer att värmas upp med IR-A som övervinner den höga reflektionsförmågan hos huden, är den närmaste IR potentiellt farligare än den mellersta och långa IR eftersom den kan tränga in i hudens hudområde och orsaka större skada.
Därför har biologiskt signifikant IR-C hög absorption, låg reflektionsförmåga och låg transmissivitet, som alla är till förmån för att värma upp huden, vilket slutligen överför värmen till kroppens inre genom diffusion till den svalare inre vävnaden. Det är också det i själva verket säkrare vågbandet, varför komfort IR vanligtvis syftar till de längre våglängderna (bekvämt i IR-B- och IR-C-regionerna)
Hälsa
Bortsett från den direkta faran för kontakt med själva heta sändaren, kan hög intensitet kortvågig infraröd strålning orsaka termiska brännskador om huden får för mycket exponering för länge eller om värmeenheten är placerad för nära målet. Dessa åldrande effekter är kända från Bakers armar och ansikten på glasblåsare (Cho et al 2009). Ögonskador kan uppstå under en lång tidsperiod så att skyddsglasögon eller tidsbegränsningar rekommenderas (Voke 1999). Nära IR är ansvarig för fotografering av huden (Schroeder et al. 2008), där IR-A-exponering inducerar liknande biologiska effekter som UV-ljus (Schroeder et al. 2009). Därför ska IR-B och IR-C om möjligt användas som alternativ som inte har dessa skadliga effekter.
Med tanke på skälen ovan för människokroppens naturliga begränsningar gentemot IR-A är det mer fördelaktigt och mindre skadligt att koncentrera sig på mellanområdet IR-B och IR-C vågband vid våglängder mellan 3-10 mikron. Spektralutgången från keramiska värmare är således placerad mycket bra för sådana uppgifter (se figur 4 nedan)
Sammanfattning
Infraröd strålning absorberas, överförs eller reflekteras beroende på ytans egenskaper. När det gäller människor eller djur är denna yta huden. Huden som täcker människokroppen har utvecklats av absorption, överföring och reflekterande egenskaper antagligen till följd av exponering för solen. Naturliga försvarsegenskaper har utvecklats såsom gynnsam absorption av långvåg IR och hög reflektivitet för kortvågs IR. Dessutom konstaterar nyligen genomförda studier att kortvåg IR (IR-A) skadar huden vilket resulterar i för tidigt åldrande. Infraröd i banden har IR-B och IR-C inte så skadliga effekter och bör gynnas.
OBS: Infraröd komfortvärmeprodukter kan köpas från Herschel Infraröd.
Referensprojekt
Peter Schroeder, Judith Haendeler, Jean Krutmann, rollen som nära infraröd strålning vid fotografering av huden, Experimental Gerontology, Volym 43, nummer 7, juli 2008, sidor 629-632, ISSN 0531-5565,
Personlig korrespondens. Professor Anthony Robinson, Institutionen för maskin- och tillverkningsteknik, Trinity College, Dublin 2.
Soyun Cho, Mi Hee Shin, Yeon Kyung Kim, Jo-Eun Seo, Young Mee Lee, Chi-Hyun Park och Jin Ho Chung, Effekter av infraröd strålning och värme på åldrande av mänsklig hud in vivo, Journal of Investigative Dermatology Symposium Proceedings (2009) 14, 15-19;
Schroeder P, Calles C, Krutmann J. Förebyggande av infraröd A-strålning medierade skadliga effekter på människors hud. Hudterapibrev. 2009 juni; 14 (5): 4-5.
Dr. Janet Voke, Strålningseffekter på ögat, Del 1 - Infraröd strålningseffekter på ögonvävnad, Optometri idag, maj 1999
