Тепловое излучение. Защита от теплового излучения

 

Известно, что нагретые тела отдают свое тепло менее нагретым теплопроводностью (при непосредственном контакте), конвекцией (путем передачи теплоты через окружающий воздух) и теплоизлучением или тепловой радиацией. Около 60 % тепловой энергии передаётся окружающей среде излучением.

Лучистая энергия, попадая на человека, проникает на некоторую глубину в ткань.

При длительном пребывании человека в зоне теплового лучистого потока происходит резкое нарушение теплового баланса в организме. При этом ослабляется внимание, повышается утомляемость, снижается производительность труда.

Действие источников излучения на организм сложное и зависит от температуры и мощности источника, длительности облучения за рабочий день, непрерывности облучения, длины волны излучения, угла падения лучей на поверхность, подвижности воздуха на рабочем месте, величины облучаемого участка тела, интенсивности мышечной работы, свойств спецодежды, индивидуальных особенностей работающего и степени акклиматизации организма в данных производственных условиях.

Наибольшей проникающей способностью обладают красные лучи видимого спектра и короткие инфракрасные лучи с длиной волны до 1,5 мкм, мало поглощаемые поверхностью кожи. Именно они, глубоко проникая в ткани организма, вызывают быструю утомляемость, снижение внимания, усиление потоотделения, а при длительном облучении – тепловой удар. Наибольший нагрев кожи происходит при теплоизлучении с длиной волны более 3 мкм. Интенсивное теплоизлучение может травмировать органы зрения (вызывать помутнение хрусталика), особенно при длине волны от 0,76 до 1,5 мкм.

Согласно действующим санитарным нормам тепловое излучение в 400-500 ккал/м²·ч считается значительным. На рабочих местах, характеризующихся такой интенсивностью, должна быть организована надежная теплозащита.

При интенсивности теплового излучения Е ≥ 300 ккал/м²·ч применяют воздушное обдувание на рабочем месте, а при Е ≥ 1200 ккал/м²·ч водовоздушное душирование, холодное экранирование и т.п.

Меры борьбы с лучистым теплом сводится, в основном, к изоляции излучающих поверхностей, созданию термического сопротивления на пути теплового потока в виде экранов и завес различных конструкций (жестких, сетчатых, прозрачных, полупрозрачных, водяных, воздушно-водяных и т.д.).

Экраны очень разнообразны, по принципу действия делятся на поглощающие и отражающие тепловые излучения и могут быть стационарными и передвижными.

Отражающие экраны выполняют из кирпича, алюминия, жести, металлической сетки и других материалов. Экраны могут быть одно- и многослойными, причем воздушная прослойка между слоями увеличивает эффективность экранирования.

Поглощающие экраны представляют собой завесы, а также щиты и экраны из малотеплопроводных материалов. Завесы устанавливают против излучающих проёмов и выполняют из мелких металлических цепей, снижающих лучистый поток на 60-70 %, или из водяной пленки, поглощающей до 80-90 % тепловых излучений без существенного ухудшения видимости, т.к. она является прозрачной.

Измерение излучений производится актинометром. Действие актинометра основана на неодинаковой поглощательной способности зачернённых и блестящих полосок алюминиевой пластинки. Вследствие различия в температуре зачерненных и незачерненных участков пластинки и расположенных под ними слоёв термобатареи в последней возникает электрический ток. Сила тока измеряется гальванометром, шкала которого отградуирована в кал/см²·мин. Для снятия показаний открывают на 2-3 с крышку термоприемника, затем резко ее закрывают.

 

Производственный шум

 

Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности, которые неблагоприятно воздействуют на организм человека, мешают работе и отдыху.

Звук как физический процесс представляет собой волновое движение упругой среды. Механические колебания упругой среды (газ, жидкость, твёрдое тело) с частотами 20-20000 Гц воспринимается слуховым аппаратом человека в виде звука. Колебания с частотой ниже 20 Гц (инфразвуковые) и выше 20000 Гц (ультразвуковые) не вызывают слуховых ощущений, но оказывают вредное биологическое воздействие на организм.

Основными физическими характеристиками звука являются: звуковое давление р, Па, интенсивность звука I, Вт/м², частота колебаний f, Гц и колебательная скорость V, м/с.

Звуковое давление – переменная составляющая давления воздуха, возникающая вследствие колебания источника звука, накладывающаяся на атмосферное давление. Звуковое давление оценивается среднеквадратичным значением. При распространении звуковых волн имеет место перенос звуковой энергии, величина которой определяется интенсивностью звука.

Интенсивность звука – звуковая мощность на единицу площади, передаваемая в направлении распространения звуковой волны. Интенсивность звука связана со звуковым давлением выражением:

 

,

 

где р – среднеквадратичное звуковое давление, Па;

V – колебательная скорость частиц в звуковой волне, м/с;

В свободном звуковом поле интенсивность звука может быть выражена формулой:

 

,

 

где ρ – плотность среды, кг/м³; с – скорость звука, м/с.

Произведение ρ· с называется удельным акустическим сопротивлением среды (Па·с/м).

Чувствительность слухового аппарата человека к звукам разных частот не одинакова; она наибольшая при частотах 2000-5000 Гц. За эталонный принят звук частотой 1000 Гц. Минимальное звуковое давление и минимальная интенсивность звуков, едва различимых слуховым аппаратом человека, называются порогом слышимости. При частоте 1000 Гц порогслышимости по интенсивности составляет I ₀ = 10^-12 Вт/м², а по звуковому давлению р₀ = 2·10^-5 Па. При звуковом давлении 2·10² Па и интенсивности звука 10 Вт/м² возникают болевые ощущения (болевой порог).

Между порогом слышимости и болевым порогом лежит область слышимости. Разница между болевым порогом и порогом слышимости очень велика. Чтобы не оперировать большими числами, ученый А.Г. Белл предложил использовать логарифмическую шкалу. Логарифмическая величина, характеризующая интенсивность шума или звука, получила название уровня интенсивности L шума или звука, которая измеряется в белах (Б):

 

,

 

где I - интенсивность звука в данной точке;

I ₀ - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости.

Так как интенсивность звука пропорционально квадрату звукового давления, то для уровня звукового давления можно записать:

 

.

 

Ухо человека реагирует на величину в 10 раз меньшую, чем бел, поэтому распространение получила единица – децебел (дБ), равная 0,1 Б, тогда:

 

.

 

Измерение уровней звукового давления в дБ удобно еще и потому, что очень большой диапазон слышимых звуков укладывается всего в пределах от 0 до 140 дБ. Трудно определить на слух изменение звукового давления на 1 дБ.

Уровнями интенсивности шума обычно оперируют при выполнении акустических расчетов, а уровнями звукового давления – при измерении шума и оценки его воздействия на человека, так как наш орган слуха чувствителен не к интенсивности звука, а к среднеквадратичному давлению.

 

Спектры шумов

 

Каждый источник шума может быть представлен составляющими его тонами в виде зависимостей уровней звукового давления от частоты (частотный спектр шума или спектр). Спектры шумов могут быть: а) линейчатыми (дискретными), б) сплошными и в) смешанными (рис. 1). Большинство источников шума на предприятиях имеют смешанный или сплошной спектр.

 

а) б) в)

 

Рис. 1. Спектр шумов

 

Шумы бывают широкополосными и тональными. Широкополосные шумы имеют непрерывный спектр, а в спектре тональных шумов слышатся отдельные тона.

По временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные. Постоянным считается такой шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБ. Непостоянные шумы, уровень звука которых за 8-часовой рабочий день более чем на 5 дБ, в свою очередь делятся на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные (состоящие из сигналов длительностью менее 1 с).

Источниками шума на энергетических предприятиях является прежде всего оборудование ТЭС. Наибольший шум создается оборудованием котельно-турбинных цехов (> 100 дБ), значительный шум (95-97 дБ) наблюдается в топливно-транспортных цехах, в помещениях закрытых распределительных устройств. Шум возникает также при срабатывании аварийного клапана, выбросе пара в атмосферу и т.д.

 

Некоторые данные по шуму

 

3-20 дБ – практически безвредно для человека, это естественный шумовой фон;

70 дБ – громкая речь;

80 дБ – допустимая граница звуков на производстве по шкале «А» шумомера;

80-100 дБ – шум мотоцикла, автобуса, грузовика;

95 дБ – токарный станок при точении;

130 дБ – вызывает у человека болевые ощущения;

195 дБ – вырывает заклепки из металла.