ПАНЕЛЬНЫЕ САУНЫ КОМФОРТНЕЕ ТРАДИЦИОННЫХ САУН С ТРУБЧАТЫМИ КЕРАМИЧЕСКИМИМ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

                              Сравнение ИК саун (кабин)  традиционных и панельных , или почему

                              ИК панельные  сауны могут быть лучше ИК  саун с керамическими       

                               трубчатыми излучателями

                              

 

          На сайте  фирмы  “Uborg”    в разделе панели в инфракрасных саунах приводится сравнительный анализ  воздействия  инфракрасного (ИК) излучения  на человека в сауне с керамическими трубчатыми излучателями  и в сауне  с панельными излучателями. Делается однозначный вывод, что в сауне с керамическими  излучателями тело человека получает больше полезных ИК лучей, чем  в сауне с нагретыми стенками или панелями.  Фирма «Юборг» утверждает, что  «ни о каких оздоровительных свойствах панельных саун говорить не  приходится».

 

         Значит другие фирмы, выпускающие сауны с нагретыми стенками, вводят потребителей в заблуждение и подсовывают некачественный товар?  Покажем, что ошибается фирма  ”Uborg”,  делая  логические выводы из неверного физического утверждения, лежащего в основе ее сравнительного анализа.

 

       По мнению ”Uborg”:  «Количество лучистого тепла, поглощаемого телом человека, зависит от температуры источника излучения, площади излучающей поверхности и обратно квадрату расстояния между излучающей поверхностью и телом человека. Это означает, что на расстоянии  5 см  от панели  интенсивность излучения будет в 25 раз ниже, чем на расстоянии 1 см а на расстоянии10 см в 100 (!) раз меньше.»   Далее фирма «Юборг» пишет, что на расстоянии 1см можно почувствовать ладонью  тепло идущее от стенки, а на расстоянии 5см уже нельзя.

        Следуя логике  фирмы  ”Uborg”,  если подносить ладонь  к стене  на расстояния, меньшие 1 см,  например:  0,1см  и   0,01см и  0,001 см, количество лучистого тепла пронизывающего ладонь увеличится  соответственно в 100, затем в 10 000 раз, а в третьем случае (практически при касании ладонью стены)  в миллион раз!  Если рука сотрудника  фирмы  ”Uborg” чувствует излучение на расстоянии  в 1 см,  то при соприкосновении со стеной она должна гореть. Налицо явное противоречие. 

 

        Приведем  теперь правильное исходное утверждение:

         Количество лучистого тепла излучаемого источником  зависит от его площади и температуры поверхности.

         Поток лучистой энергии (количество лучистого тепла), пронизывающий площадку, расположенную на  некотором расстоянии  от излучающего предмета перпендикулярно к направлению распространения лучей, обратно пропорционален  квадрату расстояния до излучателя, если размеры этого излучателя малы по сравнению с расстоянием до площадки.

          Если размеры излучателя  сравнимы с расстоянием до  облучаемой поверхности, необходимо разбить поверхность  излучателя и облучаемого тела  на участки,  размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними.  Вычислить,  с учетом закона  Ламберта,  вклад каждого из участков  на поверхности излучателя  в поток через  выделенную площадку на человеческом теле  и проинтегрировать  по всей поверхности излучателя.

      Точно сделать такой расчет невозможно из-за незнания точного распределения температуры как на  поверхности панели, так   и на поверхности излучателей.

       В случае плоской излучающей стенки (панель) для решения этой задачи  разумно  использовать модель плоской площадки площадью S (спина человека),  расположенной параллельно плоскости излучающего диска радиуса Rо, при удалении от диска по прямой,  перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр. После довольно сложных вычислений получается следующая формула:

                                          2

                                 (Ro/Z)

F/S=     Fo ---------------------------, 

                                              2                        

                             1 + (Ro/Z)                  

 где  Fo – количество лучистой энергии, покидающей    поверхность диска с единицы площади,     Z – расстояние от центра диска до площадки S. 

                                                                     

Если          (Ro/Z)  меньше  1, то F =     Fo*S*(Ro/Z)

Если          (Ro/Z)   больше  1,то  F =     Fo*S

        Из приведенных формул видно, что при больших расстояниях от  излучающего диска поток энергии через площадку уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от центра диска до площадки.   При небольших удалениях  поток энергии через площадку не  зависит от расстояния от площадки до диска и равен  плотности излучения,  уходящего с поверхности диска,   помноженную  на площадь площадки.

        Выделенный жирным шрифтом вывод объясняет, почему у сотрудников из фирмы ”Uborg” не горят руки при приближении к стенке, нагретой до температуры 55С.

        Спасши от ожогов ладони сотрудников  фирмы ”Uborg”,  приведем некоторые сравнительные характеристики саун с керамическими цилиндрическими излучателями, разогретыми до температуры 300С,  и саун с нагретыми до температуры 55С деревянными стенками (панельные сауны). 

 

         Напомним, что полезное для человека часть ИК излучения, в дальнейшем «лучи жизни»,- это излучение с длинами волн от 7 до 14 мкм.

        Все  данные для расчетов  берем из справочника /1/.Приведем некоторые из них и результаты расчетов.

       Степень черноты керамики - 0,8-0,9.  а степень черноты  древесины  -0,5 - 0,9  в зависимости от вида и степени обработки поверхности.   Максимум излучения при температуре 37С (температура человеческого тела) приходится на 9,34 мкм; при 55С  –  8,97мкм;  при 300С -  5,05мкм.  Плотность излучения   абсолютно черного тела во всем  интервале длин волн  при   55С  -   0,066 Вт/см2,   при 300С - 0,61Вт/см2.

          С учетом степени черноты получаем, что  во всем ИК диапазоне:

          - древесина при   55С  излучает  0,033  - 0,059 Вт/см2.

          - керамика при 300С излучает      0,49   - 0,55Вт/см2.

          С учетом степени черноты в диапазоне ИК «лучей жизни»:

          -   древесина при 55С излучает   0,015- 0,027 Вт/ см2;

          -   керамика при 300С излучает 0,18 -0,20 Вт/см2.

  Деревянная стенка площадью  60х160см =9600см2  излучает:

              - во всем диапазоне   -               316-566 Вт,

              -  в диапазоне «лучей жизни»- 143-255  Вт.

 Отношение мощности  «лучей жизни» к мощности   всего ИК излучения составляет  45%.

         Керамическая трубка диаметром 1,5см и длиной 60см площадью  282,6 см2 излучает:

          - во всем диапазоне 138 -155 Вт,

          - в диапазоне «лучей жизни»- 52- 58  Вт.

  Отношение мощности  «лучей жизни» к  мощности    всего ИК излучения  38 %.

         Различные значения относительного вклада «лучей жизни» в мощность всего ИК излучения  обусловлены тем, что  при росте  температуры  происходит сдвиг кривой распределения мощности излучения в зависимости от длины волны в сторону  более коротких волн. 

 

       Следует отметить, что   в сауне с  керамическими излучателями вследствие большой разницы температур  (около 250С)   между воздухом в сауне и поверхностью нагретой керамической трубки  около половины подводимой электрической мощности расходуется  на конвективный нагрев воздуха, а остальная часть – на излучение.

 

         Известно свойство коротковолнового (менее 5-7 мкм) ИК излучения вызывать «обжигающий» эффект у человека. Это связано с тем , что излучение  не проходит глубоко в тело человека, как в случае «лучей жизни», а задерживается на поверхности кожи.  Поэтому  спинные излучатели приходится регулировать по мощности, как это делает фирма  ”Uborg”, для того, чтобы они не обжигали спину человека  лучами с длиной волны менее, чем  7 мкм.

Система управления режимом прогрева сауны фирмы  «Инфралюкс» при достижении в сауне температуры воздуха и стенок 55-60С отключает все нагреватели. Эффект оздоровления в таких саунах получается из-за того, что нагретые до температуры 55-60С стены и потолок сауны излучают большой поток  «лучей жизни» (7-14мкм) даже при полностью выключенных нагревателях.   
В заключение решим задачу: «Сколько полезной энергии получает спина  человека, сидящего в сауне?».
Моделью спины будет плоскость высотой  60см и шириной 50см, расположенная на расстоянии 10 см от  стенки  сауны. Два типа излучателей облучают спину:
-нагретая до 55 С   деревянная стенка (панельные сауны),
- два  расположенными вертикально на расстоянии 20 см друг от друга керамических стержня длиной 60 и диаметром 1,5см, оснащенные алюминиевыми отражателями.
Для плоской деревянной панели,  нагретой  до температуры   55С, в зависимости от степени черноты дерева  мощность ИК излучения, падающего на спину, составит:
- во всем  ИК диапазоне       (316-566)*3000/9600 =      99 – 175 Вт,
- в диапазоне  «лучей жизни»   (143-255)*3000/9600  =  45 – 80  Вт
Для стенки, имеющей два  керамических излучателя, нагретых до температуры 300С,  с  рефлекторами,   принимая коэффициент отражения шлифованного алюминия - 0,9 и учитывая вклад в излучение двух мнимых изображений излучателя и приняв, что углы раскрытия составляют 97, 65 и 64 градусов (см. рис.1) , в зависимости от степени черноты керамики мощность  излучения, падающего на спину, составит :
- во всем  ИК диапазоне       164 - 184 Вт.
- в диапазоне «лучей жизни»   59 - 67 Вт.

 

 Рис.1

      

      Из приведенного  количественного сравнения характеристик  работы саун можно сделать вывод,    что во всех ИК саунах  с керамическими трубчатыми излучателями и ИК панельных  саунах тело человека  получает  достаточное  количество  «лучей жизни».      Однако,  в ИК саунах с низкотемпературными (50-55 С)  стенками – панелями  процесс протекает в более мягких и комфортных  для человека условиях.  Важно только выбрать для стенки  панельной сауны материал,  имеющий в ИК диапазоне длин волн коэффициент излучения (степень черноты ) , скажем, не менее 0,5, иначе не будет достаточного уровня мощности излучения, падающего на тело человека.  Это, например, дерево или природный камень, а также графит или углерод.

       Все, что сказано выше,  можно проверить на практике, посидев в ИК саунах  различного типа.     

 

 

     Литература.

   1. Криксунов Л.З.  «Справочник по основам  инфракрасной  техники»- М.: Сов.  радио, 1978 .

 

 

 

Авторы:  к.т.н. В.Н.Зателепин

                к.ф.-м.н. М.К. Пуздырев

                к.т.н. Д.Н.Юндев