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DescriptionWIRA-Wiki-GH-017F-en-Spectra-wIRA-sun-halogen-radiators.png |
English: Comparison of the spectra of a radiator emitting water-filtered infrared-A (wIRA, 1) and of the sun measured under a cloudless sky at noon in June at sea level in the subtropics (2) and – as two examples – of two different halogen radiators without water-filter for therapeutic and wellness applications (3 and 4). Measurements with spectral steps and resolution of 1 nm in the spectral range 290–2000 nm. Extrapolations of the spectral course in the spectral range 2000–4500 nm by calculation with a distantness of the calculated points of 5 nm.
(1) Spectral irradiance of a radiator with water-filtered infrared-A (Hydrosun® radiator 750 with a 7 mm thick water layer in the cuvette and with an orange filter BTE-31) at 2000 W m-2 (200 mW cm-2) total irradiance, of which approximately 1454 W m-2 (72.7 %) are in the range of infrared-A (IR-A, 780–1400 nm) and approximately 7 W m-2 (0.3 %) in the range of infrared-B (IR-B, 1400–3000 nm). No emission in the ultraviolet range (UV, ≤ 400 nm) and in the range of infrared-C (IR-C, 3000 nm–1 mm). Irradiance in the visible range (VIS, 400–780 nm) is approximately 539 W m-2 (27.0 %). (2) Spectral solar irradiance on the surface of the Earth at sea level measured on the island of Tenerife/Spain under a cloudless sky at noon on June 4th, 2001 (approximately 82° sun elevation above horizon). Total irradiance approximately 937 W m-2 (93.7 mW cm-2), within this, approximately 307 W m-2 (32.8 %) IR-A and 59 W m-2 (6.3 %) IR-B. No emission of IR-C. Irradiance within UV approximately 49 W m-2 (5.2 %) and within VIS approximately 522 W m-2 (55.7 %). (3) Spectral irradiance of a halogen radiator (with red filter, however without water-filter) for therapeutic and wellness applications (correlated colour temperature (CCT) of approximately 3000 K): total irradiance 900 W m-2 (90 mW cm-2), within this, approximately 388 W m-2 (43.1 %) IR-A, 379 W m-2 (42.1 %) IR-B and 69 W m-2 (7.7 %) IR-C. No emission within UV. Irradiance within VIS approximately 64 W m-2 (7.1 %). (4) Spectral irradiance of a halogen radiator (without red filter and without water-filter) for therapeutic and wellness applications (correlated colour temperature (CCT) of approximately 1750 K): total irradiance 900 W m-2 (90 mW cm-2), within this, approximately 168 W m-2 (18.7 %) IR-A, 597 W m-2 (66.3 %) IR-B and 127 W m-2 (14.1 %) IR-C. No emission within UV. Irradiance within VIS approximately 8 W m-2 (0.9 %). In contrast to the solar spectrum on the surface of the Earth (in short term “solar insolation”) the spectra of the wIRA radiator and of the chosen halogen radiators do not include any UV. The contribution of the visible range (VIS) of the wIRA radiator to the total irradiance depends on the spectral transparency of the used colour filter. In case of the halogen radiators the relative contributions of the ranges VIS, IR-A, IR-B, and IR-C depend on the correlated colour temperature. Under the described measuring conditions the solar insolation in the range of IR-A of 307 W m-2 corresponds already to approximately 74.7 % of its extraterrestrial value. The described irradiances of the wIRA radiator and of the two halogen radiators cause an equivalent temperature rise of the skin surface in humans to 43 °C (temperature-related equivalence of the irradiations). The relations between the four presented spectra are therefore realistic. However, the irradiance of the solar insolation outside the tropics/subtropics as well as outside midsummer as well as outside noon is lower. As well applications of infrared radiation on humans for therapeutical reasons – with the exception of special forms of whole body hyperthermia – and for wellness purposes take place with considerably lower irradiances. Relevant amounts of radiation in the transition area red/infrared enable the stimulation of important health-related non-thermal effects (Hoffmann 2012, see below). Taking the described temperature-related equivalence into account, wIRA allows markedly higher irradiances and by this greater energy transfer within the transition area red/infrared into the tissue compared to the two halogen radiators. For example at the wavelength of 820 nm the applicable irradiance is limited to approximately 16 % in case of the halogen radiator 3 (3000 K) and to approximately 3 % in case of the halogen radiator 4 (1750 K) compared to the applicable irradiance of the wIRA radiator. The figure exists in the versions WIRA-Wiki-GH-017C-de-Spektren-wIRA-Sonne-Halogenstrahler.png (German labelling, displaying the range 200–2000 nm, absorption bands of water and of water vapour are depicted) and WIRA-Wiki-GH-017D-de-Spektren-wIRA-Sonne-Halogenstrahler.png (German labelling, displaying the range 200–4000 nm, absorption bands of water and of water vapour are not depicted) and in addition WIRA-Wiki-GH-017E-en-Spectra-wIRA-sun-halogen-radiators.png (English labelling, displaying the range 200–2000 nm, absorption bands of water and of water vapour are depicted) und WIRA-Wiki-GH-017F-en-Spectra-wIRA-sun-halogen-radiators.png (English labelling, displaying the range 200–4000 nm, absorption bands of water and of water vapour are not depicted). WIRA-Wiki-GH-017C-de replaces WIRA-Wiki-GH-017A-de (improved labelling). WIRA-Wiki-GH-017D-de replaces WIRA-Wiki-GH-017B-de (improved labelling). Remark: As the two spectral ranges UV and VIS are not defined in a disjunct manner – UV (≤ 400 nm) und VIS (≥ 380 nm) – the border between UV and VIS has been set to 400 nm for the described calculations (including percentages of spectral ranges). Deutsch: Vergleich der Spektren eines Strahlers für wassergefiltertes Infrarot A (wIRA, 1) und der Sonne in den Subtropen bei wolkenlosem Himmel am Mittag im Juni in Meeresspiegelhöhe (2) sowie beispielhaft von zwei unterschiedlichen Halogenstrahlern ohne Wasserfilterung für therapeutische und Wellnessanwendungen (3 und 4). Messungen mit einer spektralen Auflösung von 1 nm und einer Schrittweite von 1 nm im Spektralbereich 290–2000 nm. Extrapolationen des spektralen Verlaufs im Spektralbereich 2000–4500 nm durch Berechnung mit einer Stützstellenweite von 5 nm. (1) Spektrum der Bestrahlungsstärke eines wIRA-Strahlers (Hydrosun®-Strahler, Typ 750 mit 7 mm Wasserschichtdicke und Orangefilter, Typ BTE-31) mit einer Gesamtbestrahlungsstärke von 2000 W m-2 (200 mW cm-2), davon gerundet 1454 W m-2 (72,7 %) im Teilbereich Infrarot A (IR-A, 780–1400 nm) und gerundet 7 W m-2 (0,3 %) im Teilbereich Infrarot B (IR-B, 1400–3000 nm). Keine Emission im ultravioletten Bereich (UV, ≤ 400 nm) und im Teilbereich Infrarot C (IR-C, 3000 nm–1 mm). Bestrahlungsstärke im sichtbaren Bereich (VIS, 400–780 nm) gerundet 539 W m-2 (27,0 %). (2) Spektrum der solaren Bestrahlungsstärke an der Erdoberfläche in Meeresspiegelhöhe nach Messung auf der Insel Teneriffa/Spanien bei wolkenlosem Himmel am Mittag des 04. Juni 2001 (Sonnenhöhe über dem Horizont etwa 82°). Gesamtbestrahlungsstärke etwa 937 W m-2 (93,7 mW cm-2), davon 307 W m-2 (32,8 %) IR-A und 59 W m-2 (6,3 %) IR-B. Keine Emission im IR-C. Bestrahlungsstärke im UV etwa 49 W m-2 (5,2 %) und im VIS etwa 522 W m-2 (55,7 %). (3) Spektrum der Bestrahlungsstärke eines Halogenstrahlers (mit Rotfilter, jedoch ohne Wasserfilterung) für therapeutische und Wellnessanwendungen (Korrelierte Farbtemperatur (CCT) etwa 3000 K): Gesamtbestrahlungsstärke 900 W m-2 (90 mW cm-2), davon gerundet 388 W m-2 (43,1 %) IR-A, 379 W m-2 (42,1 %) IR-B und 69 W m-2 (7,7 %) IR-C. Keine Emission im UV. Bestrahlungsstärke im VIS gerundet 64 W m-2 (7,1 %). (4) Spektrum der Bestrahlungsstärke eines Halogenstrahlers (ohne Farbfilter und ohne Wasserfilterung) für therapeutische und Wellnessanwendungen (CCT etwa 1750 K): Gesamtbestrahlungsstärke 900 W m-2 (90 mW cm-2), davon gerundet 168 W m-2 (18,7 %) IR-A, 597 W m-2 (66,3 %) IR-B und 127 W m-2 (14,1 %) IR-C. Keine Emission im UV. Bestrahlungsstärke im VIS gerundet 8 W m-2 (0,9 %). Im Unterschied zum Spektrum der Solarstrahlung an der Erdoberfläche (im Folgenden kurz „Sonneneinstrahlung“) enthalten die Spektren des wIRA-Strahlers und der ausgewählten Halogenstrahler keine UV-Anteile. Der Beitrag des sichtbaren Spektralbereiches (VIS) zur Gesamtbestrahlungsstärke hängt beim wIRA-Strahler von der spektralen Transparenz des verwendeten Farbfilters ab. Bei den Halogenstrahlern hängen die relativen Beiträge der Teilbereiche VIS, IR-A, IR-B und IR-C von der Korrelierten Farbtemperatur ab. Der unter den gegebenen Messbedingungen im Teilbereich IR-A gefundene Betrag der Sonneneinstrahlung von 307 W m-2 entspricht bereits annähernd 74,7 % seiner extraterrestrischen Größe. Die angegebenen Bestrahlungsstärken für den wIRA-Strahler und für die zwei Halogenstrahler führen beim Menschen zu einer äquivalenten Erwärmung der Hautoberfläche auf etwa 43 °C (temperaturbezogene Äquivalenz der Bestrahlungen). Die Relationen zwischen den vier dargestellten Spektren sind somit realistisch. Jedoch liegt die Bestrahlungsstärke der Sonneneinstrahlung außerhalb der Tropen/Subtropen wie auch außerhalb des Hochsommers wie auch außerhalb der Mittagszeit niedriger. Ebenso finden Anwendungen infraroter Strahlung auf den Menschen im therapeutischen Bereich – außerhalb spezieller Formen der Ganzkörperhyperthermie – wie auch für Wellnesszwecke üblicherweise mit wesentlich niedrigeren Bestrahlungsstärken statt. Relevante Strahlungsanteile im Übergangsbereich Rot/Infrarot ermöglichen die Anregung gesundheitlich bedeutsamer nicht-thermischer Effekte (Hoffmann 2012, s.u.). Unter Berücksichtigung der dargestellten temperaturbezogenen Äquivalenz gestattet wIRA wesentlich größere Bestrahlungsstärken und damit größere Energieeinträge im Übergangsbereich Rot/Infrarot in das Gewebe als die zwei beispielhaft ausgewählten Halogenstrahler. Bei der Wellenlänge 820 nm beschränkt sich die anwendbare Bestrahlungsstärke beispielsweise auf etwa 16 % für den Halogenstrahler 3 (3000 K) und auf etwa 3 % für den Halogenstrahler 4 (1750 K) im Vergleich zu dem für den wIRA-Strahler möglichen Betrag. Die Abbildung existiert in den Varianten WIRA-Wiki-GH-017C-de-Spektren-wIRA-Sonne-Halogenstrahler.png (deutsche Beschriftung, Darstellung des Bereichs 200–2000 nm, Wasserdampf- und Wasserabsorptionsbanden sind eingezeichnet) und WIRA-Wiki-GH-017D-de-Spektren-wIRA-Sonne-Halogenstrahler.png (deutsche Beschriftung, Darstellung des Bereichs 200–4000 nm ohne eingezeichnete Wasserdampf- und Wasserabsorptionsbanden) sowie WIRA-Wiki-GH-017E-en-Spectra-wIRA-sun-halogen-radiators.png (englische Beschriftung, Darstellung des Bereichs 200–2000 nm, Wasserdampf- und Wasserabsorptionsbanden sind eingezeichnet) und WIRA-Wiki-GH-017F-en-Spectra-wIRA-sun-halogen-radiators.png (englische Beschriftung, Darstellung des Bereichs 200–4000 nm ohne eingezeichnete Wasserdampf- und Wasserabsorptionsbanden). WIRA-Wiki-GH-017C-de ersetzt WIRA-Wiki-GH-017A-de (bessere Beschriftung). WIRA-Wiki-GH-017D-de ersetzt WIRA-Wiki-GH-017B-de (bessere Beschriftung). Anmerkung: Da die beiden Spektralbereiche UV und VIS nicht disjunkt definiert sind – UV (≤ 400 nm) und VIS (≥ 380 nm) – wurde die Grenze zwischen UV und VIS für die hier vorgenommenen Berechnungen (auch von prozentualen spektralen Anteilen) bei 400 nm festgesetzt. |
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Date |
4 June 2001 (von Helmut Piazena durchgeführte Messung des Sonnenspektrums); 17 March 2011 (von Helmut Piazena durchgeführte Messung des Spektrums des wIRA-Strahlers); 4 April 2012 (von Helmut Piazena durchgeführte Messungen der Spektren der Halogenstrahler ohne Wasserfilterung) |
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Source | Helmut Piazena | ||
Author | Helmut Piazena | ||
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current | 03:54, 26 March 2013 | ![]() | 3,071 × 1,890 (210 KB) | Prof. Dr. med. Gerd Hoffmann | {{Information |Description={{en|Comparison of the spectra of a radiator emitting water-filtered infrared-A (wIRA, 1) and of the sun measured under a cloudless sky at noon in June at sea level in the subtropics (2) and – as two examples – of two dif... |
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