1. Allgemeine Informationen Zeitpunkt der Durchführung der Messungen 26.04.2012 Ort der Durchführung der Messungen Laseranwendungslabor CH 1-7, Seibersdorf Labor GmbH, 2444 Seibersdorf, Österreich Umfang des Gutachtens Das vorliegende Gutachten umfasst die strahlenschutztechnische Beurteilung eines Infrarot- Flächenheizpaneels. Entsprechend werden vor dem Heizpaneel gemessene Bestrahlungsstärken mit internationalen Grenzwerten bezüglich einer mögliche Verbrennung der Haut und der Schädigung der Augen verglichen. Andere potentiell mögliche (d.h. nicht auszuschließende) nachteilige Wirkungen auf die Haut oder den Organismus können nicht bewertet werden, da keine anwendbaren Grenzwerte existieren. Verwendete Messgeräte - OPHIR Thermosäulendetektor L40 (150) A Messunsicherheit gesamt 20% (zusammengesetzt aus Radiometermessunsicherheit und Unsicherheit bezüglich der Entfernung zum Paneel), Messmittelnummer MM-0035/3 Anmerkung: Auf Grund der spektralen Empfindlichkeit muss die mit dem L40 gemessene Leistung als eher zu klein eingeschätzt werden (die Empfindlichkeit ist im Bereich von 0,19 µm bis 20 µm spezifiziert; gemäß Planck schem Strahlungsgesetz liegen jedoch etwa 19% der gesamten Strahlungsleistung außerhalb dieses Bereichs). Die Bestrahlungsstärke wurde durch Division von gemessener Leistung und Messblendenfläche (Durchmesser 35 mm) berechnet. Bei einer räumlich inhomogenen Verteilung kann sich ein erheblicher Unterschied zum Maximalwert ergeben. - Wärmebildkamera testo 885-2 Messbedingungen Das Heizpaneel wurde mit der langen Seitenwange auf eine Styroporplatte gestellt und in aufrechter Lage von hinten befestigt. Von vorne betrachtet befand sich der rückwertig angebrachte Aufkleber Infrarot Sauna rechts oben, der Aufkleber "d & h" rechts unten. Vorderund Rückseite des IR-Heizpaneels waren frei zugänglich und vor Messbeginn auf die Raumtemperatur von ca. 25 C temperiert. Die Messung der integralen Bestrahlungsstärke wurde nach einer Aufheizzeit von 45 Minuten durchgeführt. Das Heizpaneel war direkt an die Netzversorgung (230 V AC) angeschlossen. Strom und Spannung wurden nicht gemessen. Die Fenster des Labors waren während den Messungen verdunkelt (Jalousie). Die Eingangstür war offen. Die Klimaanlage war abgeschaltet. Verwendete Unterlagen ICNIRP Guidelines on Limits of Exposure to Broad-Band Incoherent Optical Radiation (0,38 to 3 µm), Health Physics, Volume 73, 539 554, 1997 ICNIRP ICNIRP Statement on far infrared radiation exposure, Health Physics, 91(6), 630 645, 2006 IEC TR 60825-9 Technical Report Compilation of maximum permissible exposure to incoherent optical radiation (1999). EN 62471:2008 Photobiological safety of lamps and lamp systems Seite 2 von 8
2. Beschreibung der Problemstellung, Grenzwerte Optische Strahlung im Wellenlängenbereich über 780 nm wird auch Wärmestrahlung genannt, da sie einerseits von warmen bzw. heißen Körpern abgegeben wird und andererseits beim Auftreffen auf einen Körper (der absorbierte Anteil) zu dessen Erwärmung bzw. Erhitzung führt 1. Der Grad der Erwärmung hängt dabei unter anderem von der Bestrahlungsdauer und der Bestrahlungsstärke (auftreffende Strahlungsleistung pro Fläche) ab. Bei entsprechend starker Temperaturerhöhung kann es beim Menschen zu schädlichen Wirkungen kommen. Bei intensiver Bestrahlung der Haut kann es z.b. zu Verbrennungen kommen, bei Bestrahlung der Augen mit Wellenlängen über 1400 nm zu einer Trübung der Hornhaut, bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht und IR-A Strahlung theoretisch auch zur Verbrennung der Netzhaut. Bei einer Langzeiteinwirkung auf die Linse (d.h. regelmäßige Bestrahlung über einen längeren Zeitraum hinweg) kann die Entstehung von grauem Star (Katarakt) beschleunigt werden. Die internationale Strahlenschutzkommission ICNIRP hat dafür Grenzwerte veröffentlicht, die für die Haut und die Augen getrennt festgelegt sind. Diese Grenzwerte wurden von der internationalen Elektrotechnischen Kommission in den technischen Report IEC TR 60825-9 übernommen. Ferner stellen sie in der Norm IEC 62471 die Basis für die Festlegung der Risikogruppen dar. Bei einer Überschreitung der Grenzwerte kann eine nachteilige Wirkung auf Auge und Haut nicht ausgeschlossen werden. Ob es bei einer Grenzwertüberschreitung auch zu einer schädigenden Wirkung kommt, hängt vom Grad der Überschreitung ab, d.h. bei nur leichter Grenzwertüberschreitung ist das Risiko für einen nachteilige Wirkung auf Grund der in den Grenzwerten berücksichtigten Sicherheitsfaktoren gering. Ab welcher Bestrahlung es zu einer nachteiligen Wirkung kommt, wird im Rahmen dieses Gutachtens nicht analysiert. Es wird daher davon ausgegangen, dass man bei Grenzwertüberschreitung eine potentielle schädliche Wirkung auf Auge oder Haut nicht ausschließen kann. Sollte der Grenzwert nicht erreicht werden, kann man jedoch davon ausgehen, dass es im Rahmen der Gültigkeit der Grenzwerte zu keiner schädlichen Wirkung auf Auge bzw. Haut kommt. Haut Für eine Bestrahlungsdauer von 10 Sekunden gilt bei Bestrahlung der Haut ein Grenzwert von 3550 W / m² (Watt pro m²). Gemäß ICNIRP Guidelines ist dieser Grenzwert mit jenem Anteil des Messwerts zu vergleichen, welcher zwischen 380 nm und 3000 nm ( 3 µm) liegt. Zusätzlich ist aber auch angeführt, dass für Sicherheitsanalysen der Spektralbereich über 3000 nm miteinbezogen werden kann. Im Rahmen dieses Gutachtens wird der gesamte Infrarotbereich mit dem Grenzwert verglichen. Damit wird ein gewisser Sicherheitsfaktor bezüglich des Risikos der Entstehung von Erythema ab igne und des Zeitpunktes der Wahrnehmung von Hitzeschmerzen eingeführt (siehe folgende Diskussion). Für Bestrahlungsdauern über 10 Sekunden wurde von der ICNIRP kein Grenzwert für die Haut definiert, da in diesem Fall bei schädlichen Bestrahlungswerten die normalerweise auftretenden Schmerzen zu selbstschützenden Abwendreaktionen führen würden, bevor es zu Verbrennungen kommen kann. Für längere Bestrahlungszeiten ist ferner eine mögliche Überhitzung des Körperinneren zu bedenken (Hitzestress), deren Beurteilung aber nicht Teil dieses Gutachtens ist, weil dafür neben der Bestrahlung auch noch die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit zu berücksichtigen wären. Der ICNIRP/IEC Grenzwert ist auch nicht bei direktem Kontakt der Haut (Berührung) mit einer heißen Oberfläche anwendbar. Der bestehende ICNIRP Grenzwert für die Haut bezieht sich auch nicht auf Effekte wie Erythema ab 1 Je nach Temperatur des Strahlers verschieben sich die Wellenlängen der abgestrahlten Energie: bei 100 C liegt das Maximum bei ca. 7,8 µm (im IR-C), bei 800 C bei ca. 2,7 µm (im IR-B), bei 5700 C (Temperatur der Sonne) bei ca. 0,5 µm (sichtbarer Bereich). Seite 3 von 8
igne oder beschleunigte Hautalterung. Diese Effekte können nach dem heutigen Stand der Wissenschaft und Technik nicht ausgeschlossen werden. Es bestehen für diese Effekte keine anerkannten Grenzwerte. Das Risiko kann jedoch als gering eingestuft werden. Das vorliegende Gutachten beschränkt sich daher auf jenen Hauteffekt, auf den sich der derzeitige ICNIRP Grenzwert bezieht: eine Verbrennung der Haut durch optische Strahlung innerhalb von 10 s Bestrahlungsdauer. Auge Strahlung mit Wellenlänge größer 1400 nm wird von der Hornhaut und der Linse des Auges absorbiert. Wellenlängen unter 1400 nm werden von der Iris im Auge absorbiert, was durch Wärmeleitung wiederum die Temperatur der Linse erhöhen kann. Des Weiteren gelangt Strahlung unter 1400 nm auch auf die Netzhaut des Auges, führt aber bei gängigen Infrarotstrahlern zu keiner Überschreitung des Grenzwerts. Im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 3000 nm ist daher vor allem eine potentielle nachteilige Wirkung auf die Linse relevant, wobei es bei chronischer Überschreitung des Grenzwerts zu einer verfrühten Entstehung von grauem Star (Katarakt) - also einer Eintrübung der Linse - kommen kann. Der Expositionswert wurde daher im Rahmen dieses Gutachtens auf Wellenlängen unter 3000 nm eingeschränkt. Für eine länger andauernde Bestrahlung der Augen (über 16 Minuten) in einer Umgebung mit erhöhter Lufttemperatur gilt ein Grenzwert von 100 W / m². Für kürzere Bestrahlungsdauern sind höhere Grenzwerte erlaubt (z.b. 835 W / m² für 1 Minute, 3200 W / m² für 10 Sekunden). 3. Technische Beschreibung des Heizpaneels Das begutachtete Heizpaneel ist für die Beheizung von Räumen vorgesehen (Erwärmen kalter Flächen durch Anstrahlen). Das Paneel ist 78 cm breit, 65 cm hoch und ca. 1,2 cm dick. Vorderseite und Seitenwangen sind mit rauem, dunkelrotem Putz beschichtet. Die Rückseite des Paneels ist unbehandelt (spiegelndes Aluminium). Das Paneel wird über ein elektronisches Vorschaltgerät direkt an die Netzversorgung angeschlossen (230 V AC). Es ist keine Leistungsregelung eingebaut. Abbildung 1: Begutachtetes IR-Flächenheizpaneel VARIO / Ecosun IRC (B x H = 78 cm x 65 cm). Oberfläche strukturiert, Farbe rot, steckerfertig (Silikonkabel). Schutzklasse IP 44. Seite 4 von 8
4. Messergebnisse 4.1. Messung der Oberflächentemperatur Mit Hilfe der Wärmebildkamera testo 885-2 wurde die Verteilung der Oberflächentemperatur auf der Vorderseite des Heizpaneels als Funktion der Zeit gemessen. Für die Emissivität wurde ein Wert von 0,95 verwendet. Diese Einstellung wurde mit Hilfe eines Referenzbandes mit bekannter Emissivität kontrolliert. Die Verteilung der Oberflächentemperatur auf der Vorderseite des IR-Heizpaneels ist in Abbildung 2 dargestellt. a) b) Abbildung 2: Verteilung der Oberflächentemperatur auf der Vorderseite des IR-Heizpaneels nach a) 5 Minuten b) 45 Minuten. Abbildung 3: Maximale Oberflächentemperatur auf der Vorderseite des IR-Heizpaneels als Funktion der Zeit. Nach einer Aufheizzeit von ca. 30 Minuten ist das Paneel im thermisch stabilen Zustand. Seite 5 von 8
4.2. Modellierung des Spektrums Da das Heizpaneel ein Temperaturstrahler ist, kann das emittierte Spektrum mit Hilfe des Planck schen Strahlungsgesetzes modelliert werden. Weil eine Zunahme der Temperatur einer Verschiebung des Spektrums hin zu kürzeren Wellenlängen gleichkommt und damit zu einer Erhöhung der Messwerte führt, wurde für die Modellierung die höchste gemessene Temperatur verwendet (worst-case Ansatz). Aufgrund der maximalen Oberflächentemperatur von ca. 80 C wird die Strahlung fast ausschließlichen im Infrarot-C Bereich (IR-C, Wellenlängen über 3 µm) und nur zu einem sehr kleinen Teil im Infrarot-B Bereich (IR-B, Wellenlängen zwischen 1,4 µm und 3 µm) emittiert. Im Infrarot-A Bereich (IR-A, Wellenlängen zwischen 780 nm und 1,4 µm) wird keine Strahlung emittiert, wie in Abbildung 4 zu sehen ist. Das Maximum der Emission liegt bei einer Wellenlänge von 8,2 µm. Abbildung 4: Abgestrahltes Spektrum bei einer Oberflächentemperatur von 80 C. Auf Grund des Wassers in der Luft, wird ein Teil der abgestrahlten Strahlung absorbiert, noch bevor sie den Körper erreicht. Im Sinne einer worst-case Abschätzung wird dieser Effekt im Rahmen dieses Gutachtens nicht berücksichtigt. Anhand des in Abbildung 4 dargestellten Spektrums wurde die prozentuelle Verteilung der emittierten Strahlungsleistung je Spektralbereich berechnet. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Prozentuelle Verteilung der emittierten Strahlungsleistung je Spektralbereich. IR-A (0,78 1,4 µm) IR-B (1,4 3 µm) IR-C ( > 3 µm) 0 % 0,06 % 99,94 % Seite 6 von 8
4.3. Messung der integralen Bestrahlungsstärke bei Kontakt mit Heizpaneel Die integrale Bestrahlungsstärke bei Kontakt wurde mit Hilfe des Thermosäulendetektors L40 gemessen. Am Detektor war eine Messblende mit 35 mm Durchmesser angebracht (Hinweis: der Abstand zwischen Detektorvorderkante und Messblende betrug ca. 5 mm). Durch Verwendung eines Kurzpassfilters (Borofloat-Filter) wurde der Anteil der integralen Leistung bis 3000 mm gemessen. Tabelle 2 Integrale Messergebnisse. Messposition 20 cm von links, 16 cm von oben 20 cm von rechts, 16 cm von oben 20 cm von links, 16 cm von unten 20 cm von rechts, 16 cm von unten Abstand ca. 200 mm 20 cm von links, 16 cm von oben Abstand ca. 200 mm 39 cm von links, 32,5 cm von oben Max. integrale Bestrahlungsstärke für < 3000 nm [W m -2 ] Max. integrale Bestrahlungsstärke [W m -2 ] 0 *) 510 0 *) 510 0 *) 480 0 *) 470 0 *) 230 0 *) 250 Anmerkung *): Gemäß dem Planck schen Strahlungsgesetz würde man ca. 0,06% der gesamten Integralen Bestrahlungsstärke erwarten. Die entsprechenden Werte liegen jedoch unter der mit dem Thermosäulendetektor L40 detektierbaren Schwelle. 5. Vergleich mit Grenzwerten In Tabelle 3 ist der Messwert bezüglich Hautbestrahlung (380 nm 1 mm) dem entsprechenden Grenzwert und in Tabelle 4 ist der Messwert bezüglich Augenbestrahlung (780 nm -3000 nm) dem Grenzwert Auge Infrarot gegenübergestellt. Tabelle 3 Vergleich der gemessenen Bestrahlungsstärke mit dem ICNIRP-Grenzwert Haut thermisch. Messposition 20 cm von links / rechts, 16 cm von oben Messwert 380 nm bis 1 mm [W m -2 ] Grenzwert für eine Bestrahlungsdauer von 10 s [W m -2 ] Maximale Expositionsdauer [s] 510 3556 > 10 *) Anmerkung *): Bei Unterdrückung oder Fehlen der Wärmeempfindung bzw. des Hitzeschmerzes (z.b. bei Drogen-, Alkohol- oder Medikamenteneinfluss) oder bei besonderen Maßnahmen zur Durchblutungssteigerung der Haut (z.b. starkes mechanisches Abreiben) kann eine Verbrennung der Haut für Bestrahlungsdauern > 10 s nicht ausgeschlossen werden. Seite 7 von 8
Tabelle 4 Vergleich der gemessenen Bestrahlungsstärke mit dem ICNIRP-Grenzwert Auge Infrarot. Messposition 20 cm von links / rechts, 16 cm von oben Abstand ca. 200 mm 39 cm von links / rechts, 32,5 cm von oben / unten Messwert 780 nm bis 3000 nm [W m -2 ] < 0,31 (= 510 x 0,06%) < 0,15 (= 250 x 0,06%) Grenzwert für Bestrahlungsdauern > 1000 s [W m -2 ] Maximale Expositionsdauer [min] 100 nicht begrenzt 100 nicht begrenzt 6. Befund Der Vergleich der gemessenen Bestrahlungswerte mit den internationalen Grenzwerten lässt den Schluss zu, dass eine Verbrennung der Haut oder eine Schädigung der Augen durch die Infrarotstrahlung des geprüften IR-Flächenheizpaneels VARIO / Ecosun nicht möglich ist, sofern sachgemäßer Gebrauch und normales Schmerzempfinden vorausgesetzt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Möglichkeit der Überhitzung des Körperinneren (Hitzestress) nicht beurteilt wurde. Ob es im konkreten Fall zu Hitzestress kommen kann, hängt neben der Bestrahlung auch von der Lufttemperatur ab. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass bei Unterdrückung oder Fehlen der Wärmeempfindung bzw. des Hitzeschmerzes (z.b. bei Drogen-, Alkohol- oder Medikamenteneinfluss) oder besonderen Maßnahmen zur Durchblutungssteigerung der Haut (z.b. starkes mechanisches Abreiben) eine Verbrennung der Haut für Bestrahlungsdauern > 10 s nicht ausgeschlossen werden kann. Aufgrund der festgestellten Bestrahlungswerte wird dieses Risiko jedoch als sehr gering eingestuft. Seite 8 von 8