Безопасность ИК обогрева и физические свойства ИК

Все многообразие излучений, исходящих от Солнца, имеет единую природу — это электромагнитные волны. Разнообразие в их свойствах вызвано отличиями в длине волны. Видимая часть спектра солнечного излучения начинается с самых коротких — фиолетовых волн (0,38 мкм) и завершается самыми длинными волнами (0,76 мкм), которые человеческий глаз воспринимает, как красный цвет.

Английский астроном У.Гершель в 1800 году обнаружил за красной частью спектра некие невидимые лучи, вызывающее значительное повышение температуры термометра, используемого им для исследования. Это излучение было названо инфракрасным. Оно не воспринимается нашими органами зрения, но обладает способностью нагревать освещаемые поверхности. Фактически это электромагнитные лучи с длиной волны большей, чем у видимого красного света. 

Естественным источником инфракрасного излучения является Солнце.
О масштабах инфракрасного солнечного излучения говорит тот факт, что на него приходится 58% всего спектра электромагнитных волн, исходящих от нашего светила.
Диапазон ИК лучей делят на три части:

• длинные волны, излучаемые нагревателем с температурой до 300 °C;
• средние волны — до 600 °C;
• короткие — более 800 °C.

Итак, в зависимости от температуры излучателя формируются ИК лучи разной длины волны, интенсивности и проникающей способности. А от этого и зависит, как инфракрасное излучение воздействует на живой организм.

1. Длинноволновые ИК лучи, попадая на кожу, воздействует на нервные рецепторы, вызывая ощущение тепла. Поэтому инфракрасное излучение называют тепловым. Инфракрасные обогреватели, у которых нагревательный элемент конструктивно закрыт специальной эманационной (излучающей) пластиной, называют длинноволновыми инфракрасными излучателями, они даже при максимальной мощности не выходят за пределы длинноволнового ИК диапазона и являются самыми безопасными. Правильно спроектированные системы управления подобными излучателями в процессе регулирования обеспечивают равномерный тепловой поток с длиной волны, максимально приближенной к самой благоприятной для организма человека.

Медицинские исследования показали, что длинноволновое излучение не только безопасно для человека, но и повышает иммунитет, запускает механизм регенерации и оздоровления многих органов и систем.  Этими обстоятельствами обусловлено широкое применение инфракрасного излучения в медицине.

Системы ИКО используются в родильных залах, боксах для новорожденных, операционных и т.д.

2. Совсем иной механизм воздействия на организм человека инфракрасных лучей, относящихся к коротковолновой части спектра, они способны проникнуть на глубину нескольких сантиметров, вызывая нагревание внутренних органов. В месте облучения из-за расширения капилляров может появиться покраснение кожи, а при большой мощности излучения можно получить ожоги и волдыри, коротковолновые ИК лучи также могут быть опасными и для органов зрения. Обогреватели с открытым нагревательным элементом, ярко горящие угли, раскаленный металл или открытое пламя излучают средне- и коротковолновое излучение, которое и может привести к описанным выше негативным последствиям.

Следует отметить, что ИК волны верхнего диапазона эффективно используются в мощных промышленных излучателях для обогрева высоких (от 6 до 12 метров) производственных цехов и складов, так как при таких расстояниях длинноволновое излучение сильно затухает, особенно при повышенной влажности воздуха и низкотемпературные («темные») излучатели не обеспечивают тепловой режим и приемлемый КПД. Система ИК обогрева на базе модулей МКР способна безопасно управлять и коротковолновыми высокотемпературными излучателями, при этом несколько изменяется алгоритм регулирования для обеспечения максимального КПД излучателей и обеспечения норм СанПиН 2.2.4.548—96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».

Предлагаем рассмотреть основные физические принципы инфракрасного обогрева, а также различные системы и алгоритмы управления:

1) Инфракрасные обогреватели имеют минимальную инерционность, т.е. при поступлении на излучающую панель электрической энергии в размере 100%, вся она будет очень быстро преобразована в лучистую энергию и передана окружающим предметам. Мощность, подаваемая на нагреватель при дискретном регулировании, имеет только два значения — максимальное и нулевое (нагреватель полностью включен или полностью выключен).  Таким образом, при полностью дискретном регулировании человек находящейся в зоне излучения будет ощущать резкие перепады температур, при использовании в таком режиме обогревателей мощностью более 1 кВт в помещении с высотой потолка до 2,5 метра, дискомфорт от температурных перепадов существенно превысит допустимые значения безопасности здоровья. Более того, организм любого человека будет пытаться адаптироваться к данным условиям, однако сделать это будет невозможно, поскольку в естественной природе не существует подобных температурных режимов, соответственно и у организма человека нет биологических алгоритмов действия в подобных ситуациях. Таким образом, ряд жизненно важных органов и систем человеческого организма может войти во внутренний биологический дисбаланс, непредсказуемый по своим негативным последствиям для здоровья человека.

Дискретные регуляторы

Именно по этой причине для регулирования ИК обогревателей не стоит использовать двухпозиционные (дискретные) регуляторы, которые предназначены для поддержания температуры «теплых полов» с массивной бетонной стяжкой, обладающей большой тепловой инерционностью. Однако, в связи с низкой стоимостью подобных регуляторов и технической неподготовленностью большинства потенциальных потребителей, многие пренебрегают требованиями безопасности и собственным здоровьем.  После покупки на первый взгляд «дешёвой» системы управления, заказчики дополнительно получают повышенное потребление электроэнергии,  неравномерность нагрева помещения и постоянные головные боли в случае нахождения в зоне работы ИК обогревателя. Всё это приводит к разочарованию в приобретённых инфракрасных обогревателях.

Системы управления МКР используют  метод регулирования, который обеспечивает регулирование ИК обогревателей в широком диапазоне мощностей (от минимальной до номинальной мощности). Таким образом обеспечивается плавность излучения, оптимальная длина волны и отсутствие резких выбросов тепловой энергии.

2) Инфракрасный обогрев в случае его разумного применения благоприятно влияет на здоровье человека, и как любое другое медицинское оборудование и препараты требует разумного использования.

Согласитесь, если больной превысит установленные дозы прописанных ему препаратов более чем в 40 раз, вряд ли это улучшит состояние его здоровья. С древних времен люди хорошо знали благотворную силу тепла или, говоря научным языком – инфракрасного излучения. Воздействуя на организм человека инфракрасной энергией на частоте приблизительно 9,3 мкм, можно получить явление, называемое «резонансным поглощением», при котором внешняя энергия будет активно поглощаться телом.

Боксы для новорожденных, г.Минск

Для инфракрасного отопления характерно наличие очень малых объемов конвекционных потоков, что снижает перенос частичек пыли, как следствие, значительно меньше вероятность различных астматических реакций. Подобные особенности ИК систем позволяют устанавливать  их в операционных и родильных отделениях, боксах для новорожденных.

3) Диапазон длины волн инфракрасного излучения λ = 0,74—2000 мкм. Организм человека излучает ИК энергию в диапазоне приблизительно 3-50 мкм. Наши ладони излучают ИК энергию в диапазоне около 8-14 мкм (наверное, этим можно объяснить феномен экстрасенсов – их ладони являются мощным источником ИК энергии). В инфракрасном спектре есть область с длинами волн примерно от 7 до 14 мкм, оказывающая на организм человека наиболее благоприятное воздействие.

Этот диапазон ИК излучения соответствует излучению самого человеческого тела, поэтому любое внешнее излучение с такими длинами волн наш организм воспринимает как «своё», поглощает его и оздоровляется. Длина волны излучения  системы обогрева существенно зависит от материала излучающего элемента обогревателя. При изменении температуры этих элементов простым регулятором мощности, неадаптированным к специфике данной задачи, диапазон длины волн существенно изменяется, в связи с чем обогреватели могут не обеспечивать требуемые технологические условия. Для решения этой проблемы в АСУ «МКР» реализован ряд  алгоритмов, позволяющих генерировать излучение в оптимальном диапазоне длин волн.