Енергетичне забруднення довкілля

До енергетичного забруднення відносять шум та вібрації, електромагнітне та радіоактивне випромінювання, інфразвук та локальне підвищення середньої температури. Воно особливо характерне для атмосфери, хоча і для інших складових навколишнього середовища також є актуальним.

Шумове та вібраційне забруднення

Шум – одна з форм фізичного (хвилевого) забруднення навколишнього середовища. Під шумом розуміють усі неприємні та небажані звуки чи їх сукупність, які заважають нормально працювати, сприймати інформаційні звукові сигнали, відпочивати. Він виникає внаслідок стиснення і розрідження повітряних мас, тобто коливальних змін тиску повітря. Розрізняють шум постійний, непостійний, коливний, переривчастий, імпульсний. Загалом шум – це хаотичне нагромадження звуків різної частоти, сили, висоти, тривалості, які виходять за межі звукового комфорту. Одиницею вимірювання шуму є Бел – тобто відношення діючого значення звукового тиску до мінімального значення, котре сприймається вухом людини. На практиці використовується десята частина цієї фізичної одиниці – децибел (дБ).

Шум справляє шкідливу фізіологічну дію на людський організм, зумовлює професійні захворювання. Шкідлива фізіологічна дія шуму виявляється через пошкодження слухового апарату, травми нервової системи, сповільнену психічну реакцію. Внаслідок тривалого впливу шуму порушується ритм роботи серця, змінюється кров'яний тиск, погіршується робота органів дихання, послаблюється пам'ять, знижується увага. Розширення зіниць під дією шуму призводить до зниження гостроти зору, зменшується виразність усної мови, виникають неприємні відчуття. На пристосування до сильного шуму організм людини витрачає велику кількість енергії, перенапружується нервова система, виникають втома, нервовий і психічний розлади.

Шум шкідливий не лише для людини. Встановлено, що рослини під впливом шуму повільніше ростуть, у них спостерігається надмірне (навіть повне, що призводить до загибелі) виділення вологи через листя, можливі порушення клітин. Гинуть листя і квіти рослин, що розміщені біля гучномовця.

Аналогічно діє шум на тварин. Від шуму реактивного літака гинуть личинки бджіл, самі вони втрачають здатність орієнтуватися, в пташиних гніздах виникають тріщини в шкарлупі яєць. Від шуму знижуються надої, приріст у вазі свиней, несучість курей. Хворобливо переносять шум риби, особливо в період нересту.

Вухо людини звукові хвилі частотою нижче 16 Гц сприймає не як звук, а як вібрацію. Вібрації – це тремтіння або струси всього тіла чи окремих його частин під час різних робіт (бетоноукладання, пневмо-електроподрібнення порід чи шляхового покриття, роботи в шахтах з відбійним молотком, розпилювання матеріалів тощо). Тривалі вібрації завдають великої шкоди здоров'ю – від сильної втоми й не дуже значних змін багатьох функцій організму до струсу мозку, розриву тканин, порушення серцевої діяльності, нервової системи, деформації м'язів і клітин, порушення чутливості шкіри, кровообігу тощо.

Соціальний характер проблеми віброакустичного забруднення середовища свідчить про те, що боротьба з цими явищами – завдання не тільки технічне, а й суспільне. В проблемі взаємодії людського суспільства і природи важливе місце посідає активна боротьба з шумовим та вібраційним забрудненням довкілля.

 

Електромагнітне забруднення

Інтенсивний розвиток електроніки та радіотехніки викликав забруднення природного середовища електромагнітними випромінюваннями (полями). Головними їх джерелами є радіо-, телевізійні і радіолокаційні станції, високовольтні лінії електропередач, електротранспорт. Поблизу кожного обласного центру, багатьох районних центрів, великих міст розташовані телевізійні центри, або ретранслятори, радіоцентри, засоби радіозв'язку різного призначення. Рівень електромагнітних випромінювань у таких районах (діапазон радіочастот об'єктів може змінюватися від 50 – 100 Гц до 100 ГГц) часто перевищує допустимі гігієнічні норми і дуже шкодить здоров'ю людей, що мешкають поруч. Технічно найперспективнішими є лінії надвисокої та ультрависокої напруги (750 – 1150 кВ), проте вони становлять небезпеку через утворення навколо них потужних електромагнітних полів.

Мірою забруднення електромагнітними полями є напруженість поля. Ці поля завдають шкоди перш за все нервовій системі. Так напруженість поля 1000 В/м спричинює головний біль і сильну втому, більші значення зумовлюють розвиток неврозів, безсоння, важкі захворювання. Вони також негативно впливають на нормальний розвиток тваринного та рослинного світу.

 

Радіоактивне забруднення

Вплив радіоактивного випромінювання на організм людини особливо небезпечний. За результатами експериментів на тваринах та вивчення наслідків опромінення людей під час атомних вибухів у Хіросімі та Нагасакі, а пізніше в Чорнобилі, було виявлено, що гостра біологічна дія радіації проявляється у вигляді променевої хвороби, здатна призвести до смерті, до локальних уражень шкіри, кришталика ока, кісткового мозку. Нині захист організму людини та живої складової біосфери від радіоактивного опромінення в зв'язку зі зростаючим радіоактивним забрудненням планети – одна з найактуальніших проблем екології.

Усі види флори та фауни Землі протягом мільйонів років виникали та розвивалися під постійним впливом природного радіоактивного фону й пристосувалися до нього. Але штучно створені радіоактивні речовини, ядерні реактори, устаткування сконцентрували невідомі раніше в природі обсяги іонізуючого випромінювання, до чого природа виявилася непристосованою.

Захист довкілля від енергетичних забруднень

Зниження віброакустичного забруднення. Основним методом зниження шуму та вібрації є їх зниження у джерелі виникнення, створення безшумних або малошумних машин і технологічних процесів, транспортного і промислового устаткування ще на стадії проектування.

У залежності від фізичної природи шуми можуть бути:

- механічного походження, що виникають при вібрації поверхонь машин і устаткування, а також при одиночних або періодичних ударах у зчленованних деталях або конструкціях загалом;

- аеродинамічного походження, що виникають внаслідок процесів, які відбуваються в газах, вихрові процеси; коливання робочого середовища, які викликаються обертанням лопаткових коліс, пульсації тиску при переміщенні в повітрі тіл із великими швидкостями; витікання стиснутого повітря, пари або газу тощо;

- електромагнітного походження, що виникають внаслідок коливань елементів (ротора, статора, сердечника, трансформатора та ін.) електромеханічних пристроїв під дією змінних магнітних полів;

- гідродинамічного походження, що виникають внаслідок процесів, які відбуваються в рідинах, гідравлічні удари, кавітація, турбулентність потоку та ін.

 

Захист від ультразвуку

Засоби захисту від ультразвуку (інфразвуку) значною мірою відрізняються від тих, що використовуються для боротьби із шумом. Це пов'язано з особли­востями фізичних характеристик ультразвукових коливань, зокрема із значно більшою довжиною хвиль ультразвуку порівняно з розмірами перешкод на шляху їх поширення.

Зниження інтенсивності ультразвуку може бути досягнуте зміною режиму роботи пристрою або його конструкції; звукоізоляцією джерела; поглинанням звукової енергії за допомогою глушників шуму інтерференційного, камерного, резонансного та динамічних типів, а також за рахунок використання меха­нічного перетворювача частоти.

Захист від шкідливого впливу ультразвуку віддаллю малоефективний. Боротьбу з ультразвуком в джерелі його виникнення необхідно проводити насамперед в напрямку зміни режиму роботи технологічного обладнання, щоб основна частота спрямування силових імпульсів лежала за межами ультра­звукового діапазону.

Для зменшення ультразвукових коливань доцільно використовувати глу­шники шуму, що є найпростішим способом зменшення рівня ультразвукових складників шуму, всмоктування та викиду стаціонарних дизельних та компре­сорних установок, ДВЗ і турбін.

Використання глушників інтерференційного типу ефективніше, коли не­обхідно заглушити одну або декілька дискретних складників у спектрі інфра­звуку, особливо у випадку його поширення каналами. Метод звукопоглинання може бути реалізований щодо ультразвукових коливань при використанні резонуючих панелей, які являють собою пря­мокутні рами, на які закріпляються тонкостінні мембрани (метал, фанера або повітронепроникна плівка). Монтаж цієї конструкції в приміщеннях з джерелами ультразвуку сприяє поглинанню його енергії. Для підвищення ефек­тивності цієї конструкції в діапазоні більш високих частот внутрішня порож­нина резонатора заповнюється звукопоглинаючим матеріалом, який фіксується дрібнокомірковою сіткою.

 

Захист від вібрації

Основні нормовані параметри вібрації – середньоквадратичні величини L_v(дБ) рівнів віброшвидкості (віброприскорення або віброзміщення) в октавних смугах з середньогеометричними значеннями частот 2; 4; 8; 16; 31,5 і 63 Гц, виражені у вигляді:

L_v = 201g(V/V₀);

де V – середньоквадратична віброшвидкість, м/с; V_o – гранична віброшвидкість, що дорівнює 5 10⁸ м/с. Граничні величини віброприскорення і віброзміщення відповідно дорівнюють 3 ^. 10^-4м/с і 8 ^. 10^-12 м/с.

Встановлено гранично допустимі величини вібрації. Вони визначені із розрахунку, що, систематично діючи протягом 8-годинного робочого дня, вібрація не викликає у робітника захворювань або відхилень у стані здоров'я протягом усього періоду його виробничої діяльності.

Для зниження впливу вібрацій на навколишнє середовище необхідно вживати заходів щодо їхнього зниження насамперед у джерелі виникнення або, якщо це неможливо, на шляхах поширення. Зниження вібрацій у джерелі проводиться, як на етапі проектування, так і при експлуатації.

Причиною низькочастотних вібрацій насосів, компресорів, двигунів є дисбаланс обертових елементів (роторів), викликаний неоднорідністю матеріалу конструкції (ливарні раковини, жужільні домішки) і нерівномірністю його густини, несиметричним розподілом обертових мас (початкове викривлення валів і роторів), порушенням зазначеної симетрії кріпильними з'єднаннями, неправильним вибором допусків на обробку і типу посадок, а також різницею коефіцієнтів об'ємного розширення або зносостійкості окремих елементів обертової системи. В усіх випадках зсув центру мас щодо осі обертання призводить до виникнення незрівноваженої від­центрової сили: F = mew ²

де m – маса обертової системи; w - кутова швидкість обертання;

е – ексцентриситет центру аналізованої маси щодо осі ротора.

Дія незрівноважених динамічних сил збільшується незадовільним кріпленням деталей, їхнім зносом у процесі експлуатації. Для зниження рівня вібрацій, що виникають через дисбаланс устаткування при монтажі й експлуатації, повинно застосовуватися балансування незрівноважених роторів, коліс, лопаткових машин, валів двигунів та ін. У процесі експлуатації технологічного устаткування повинні застосовуватися заходи щодо усунення зайвих люфтів і зазорів, що забезпечується періодичним оглядом джерел вібрації машин і механізмів.

Ефективним є також метод зниження вібрації в джерелі виникнення – уникнення резонансних режимів роботи устаткування. Для зниження рівня виробничих вібрацій важливо виключити резонансні режими роботи технологічного устаткування.

Якщо не вдається знизити вібрації в джерелі виникнення, то застосовують методи зниження вібрацій на шляхах поширення – віброгасіння, віброізоляція або вібродемпферування.

Віброгасіння. Використання цього методу пов'язане зі збільшенням реактивної частини імпеданса коливної системи. Віброгасіння реалізується при збільшенні ефективної жорсткості і маси корпуса машин або станин верстатів за рахунок їхнього об'єднання в єдину замкнену систему з фундаментом за допомогою анкерних болтів або цементної підливки.

3 цією ж метою малогабаритне інженерне устаткування житлових будинків (вентилятори, насоси) встановлюють на опорні плити і віброгасні основи (рис. 3.12). Коливання зварних фундаментів у 2 рази нижчі, ніж стрічкових.

 

 

Віброізоляція. Методи встановлення устаткування на фундамент потребують великих витрат часу і призводять до неминучого псування дорогих покриттів підлоги. До того ж фундаменти таких машин, як молоти, являють собою складні будівельні споруди висотою в три-, чотири-поверховий будинок, вартість яких може на порядок перевищувати вартість машини. Тому на етапі експлуатації промислових комплексів в основному використовують встановлення устаткування без фундаменту безпосередньо на вібро­ізолювальних опорах. Такий метод дозволяє забезпечити будь-який ступінь віброізоляції устаткування. Встановлення на віброізолювальні опори технологічного та інженерного устаткування здешевлює його монтаж, виключає псування устаткування і знижує рівень шуму, що супроводжує інтенсивні вібрації. Такі опори можуть застосовуватися також і за наявності фундаментів між джерелом вібрацій (машиною) і фундаментом (основою, опорною плитою) або між фундаментом і грунтом. Встановлення віброізоляторів передбачається також при прокладанні повітропроводів систем вентиляції і різного роду трубопроводів усередині будівельних конструкцій. Це виключає передачу вібрацій від стінок повітропроводів і трубопроводів елементам конструкції будівель. Для обмеження поширення коливань практикують поділ інженерних комунікацій на окремі ділянки за допомогою спеціальних гнучких вставок. В усіх розглянутих випадках введення в коливальну систему додаткового гнучкого зв'язку призводить до послаблення передачі вібрації від джерела коливань. Як віброізолятори вико­ристовують гумові або пластмасові прокладки, одинарні або складані циліндричні пружини, листові ресори, комбіновані віброізолятори (пружинно-гумові, пружинно-пластмасові, пружинно-ресорні) і пневматичні віброізолятори (повітряні подушки).

Вібродемпферування. В основі даного методу лежить збільшення активних втрат у коливних системах. В якості основної характеристики вібродемпферування прийнятий коефіцієнт втрат енергії:

де – кутова частота коливань;

– коефіцієнт в'язкого тертя;

b –жорсткість системи.

 

Вібродемпферуванн я може бути реалізоване в машинах з інтенсивними динамічними навантаженнями застосуванням матеріалів і великого внутрішнього тертя: чавунів із малим вмістом вуглецю і кремнію, сплавів кольорових металів. Великі можливості для захисту від вібрацій мають вібродемпферувальні покриття. Їх застосовують для зниження коливань, що поширюються по трубопроводах і газопроводах компресорних станцій, повітропроводах систем вентиляції адміністративних будівель.