Определение интенсивности теплового излучения
Цель работы
Измерение интенсивности теплового излучения, определение эффективности теплозащитных экранов.
Теория метода
К теплоотражающим относят экраны, изготовленные из материалов, хорошо отражающих тепловое излучение. Это листовой алюминий, белая жесть, полированный титан и т.п. Такие экраны отражают до 95 % длинноволнового излучения. Непрерывное смачивание экранов такого типа водой позволяет задерживать излучение почти полностью.
Если же необходимо обеспечить возможность наблюдения за ходом технологического процесса при наличии теплового облучения, то в этом случае широко применяют цепные завесы, представляющие собой наборы металлических цепей, подвешенных перед источником излучения (эффективность до 60-70 %), и прозрачные водяные завесы в виде сплошной тонкой водяной пленки. Эффективность защитного экрана определяется выражением:
где J 1 и J 0 - интенсивность теплового излучения после экрана и перед экраном соответственно.
Обработка опытных данных
Таблица результатов измерений
|
Расстояние (L ), см |
Интенсивность теплового излучения после экрана J 1 , Вт/м 2 |
Эффективность защитного экрана η Э, % (при L =40 см) |
|||||
|
Воздух (без экрана) |
Холщевый экран |
Алюминиевый экран |
Воздушная завеса |
||||
η В-х; η Х.э.
η Ал.э. ; η В.з.
Рисунок 1. Диаграмма интенсивности теплового излучения.
Рисунок 2. Диаграмма интенсивности теплового излучения.
Вывод
В ходе лабораторной работы было установлено, что наиболее эффективно от теплового излучения защищает алюминиевый экран (η Ал.э.=98%), наименее эффективно от теплового излучения защищает воздух (η В-х=47%) и воздушная завеса (η В.з.=55%).
20.03.2014
Измерение плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции. ГОСТ 25380-82
Тепловой поток - количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Тепловой поток измеряется в ваттах или ккал/ч (1 вт = 0,86 ккал/ч). Тепловой поток, отнесённый к единице изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока или тепловой нагрузкой; обозначается обычно q, измеряется в Вт/м 2 или ккал/(м 2 ×ч). Плотность теплового потока - вектор, любая компонента которого численно равна количеству теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты.
Измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции, производятся в соответствии с ГОСТ 25380-82 “Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции”.
Данным ГОСТ устанавливается метод измерения плотности теплового потока , проходящего через однослойные и многослойные ограждающие конструкции зданий и сооружений – общественных, жилых, сельскохозяйственных и производственных.
В настоящее время при строительстве, приемке и эксплуатации зданий, а также в жилищно-коммунальной отрасли большое внимание уделяют качеству выполненной постройки и отделки помещений, теплоизоляции жилых зданий, а также экономии энергоресурсов.
Важным оценочным параметром при этом служит расход тепла от изолирующих конструкций. Испытания качества тепловой защиты ограждающих конструкций зданий могут выполняться на разных этапах: в период введения зданий в эксплуатацию, на законченных объектах строительства, во время строительства, в период капитального ремонта сооружений, и в период эксплуатации зданий для составления энергетических паспортов зданий, и по жалобам.
Измерения плотности теплового потока должны проводиться при температуре окружающего воздуха от -30 до +50°С и относительной влажности не более 85%.
Измерения плотности теплового потока позволяет оценить расход тепла через ограждающие конструкции и, тем самым, определить теплотехнические качества ограждающих конструкций зданий и сооружений.
Данный стандарт не применим для оценки теплотехнических качеств ограждающих конструкций, пропускающих свет (стекло, пластик и т.д.).
Рассмотрим, на чем основан метод измерения плотности теплового потока. На ограждающей конструкции здания (сооружения) устанавливается пластинка (так называемая «вспомогательная стенка»). Образующейся на этой «вспомогательной стенке» температурный перепад пропорционален в направлении теплового потока его плотности. Перепад температуры преобразуется в электродвижущую силу батарей термопар, которые располагаются на «вспомогательной стенке» и ориентированы параллельно по тепловому потоку, а соединены последовательно по генерируемому сигналу. В совокупности «вспомогательная стенка» и батарея термопар составляют измерительный преобразователь для измерения плотности теплового потока.
По результатам измерения электродвижущей силы батарей термопар рассчитывается плотность теплового потока на предварительно откалиброванных преобразователях.
Схема измерения плотности теплового потока приведена на чертеже.
1 - ограждающая конструкция; 2 -преобразователь теплового потока; 3 - измеритель э.д.с.;
t в, t н - температура внутреннего и наружного воздуха;
τ н, τ в, τ’ в - температура наружной, внутренней поверхностей ограждающей конструкции вблизи и под преобразователем соответственно;
R 1 , R 2 - термическое сопротивление ограждающей конструкции и преобразователя теплового потока;
q 1 , q 2 - плотность теплового потока до и после закрепления преобразователя
Источники инфракрасного излучения. Защита от инфракрасного излучения на рабочих местах
Источником инфракрасного излучения (ИК) является любое нагретое тело, температура которого определяет интенсивность и спектр излучаемой электромагнитной энергии. Длина волны с максимальной энергией теплового излучения определяется по формуле:
λ mах = 2,9-103 / T [мкм] (1)
где Т - абсолютная температура излучающего тела, К.
Инфракрасное излучение подразделяется на три области:
- коротковолновая (X = 0,7 - 1,4 мкм);
- средневолновая (к = 1,4 - 3,0 мкм):
- длинноволновая (к = 3,0 мкм - 1,0 мм).
На организм человека электрические волны ИК диапазона оказывают, в основном, тепловое воздействие. При оценки этого воздействия учитывается:
· длина и интенсивность волны с максимальной энергией;
· площадь излучаемой поверхности;
· длительность облучения в течение рабочего дня;
· продолжительность непрерывного воздействия;
· интенсивность физического труда;
· интенсивность движения воздуха на рабочем месте;
· тип ткани, из которой изготовлена спецодежда;
· индивидуальные особенности организма.
К коротковолновому диапазону относятся лучи с длиной волны λ ≤ 1,4 мкм. Их характеризует способность проникать в ткани организма человека на глубину до нескольких сантиметров. Это воздействие вызывает тяжелые поражения различных органов и тканей человека с отягчающими последствиями. Наблюдается повышение температуры мышечных, легочных и других тканей. В кровеносной и лимфатической системах образуются специфические биологически-активные вещества. Нарушается работа центральной нервной системы.
К средневолновому диапазону относятся лучи с длиной волны λ = 1,4 - 3,0 мкм. Они проникают только в поверхностные слои кожи, а потому их воздействие на организм человека ограничивается повышением температуры подверженных воздействию участков кожи и повышением температуры тела.
Длинноволновой диапазон – лучи с длиной волны λ > 3 мкм. Воздействуя на организм человека, они вызывают наиболее сильное повышение температуры подверженных воздействию участков кожи, что нарушает деятельность дыхательной и сердечнососудистой систем и нарушает тепловой баланс оргазма, приводящий к тепловому удару.
Согласно ГОСТ 12.1.005-88 интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования и осветительных приборов не должна превышать: 35 Вт/м 2 при облучении более 50% поверхности тела; 70 Вт/м 2 при облучении от 25 до 50% поверхности тела; 100 Вт/м 2 при облучении не более 25%> поверхности тела. От открытых источников (нагретые металл и стекло, открытое пламя) интенсивность теплового облучения не должна превышать 140 Вт/м 2 при облучении не более 25% поверхности тела и обязательном использовании средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз.
Нормы ограничивают также температуру нагретых поверхностей оборудования в рабочей зоне, которая не должна превышать 45 °С.
Температура поверхности оборудования, внутри которого температура близка к 100 °С, должна быть не выше 35 °С.
К основным видам защиты от инфракрасного излучения относятся:
1. защита временем;
2. защита расстоянием;
3. экранирование, теплоизоляция или охлаждение горячих поверхностей;
4. увеличение теплоотдачи тела человека;
5. индивидуальные средства защиты;
6. устранение источника тепловыделения.
Различают экраны трех типов:
· непрозрачные;
· прозрачные;
· полупрозрачные.
В непрозрачных экранах при взаимодействии энергии электромагнитных колебаний с веществом экрана происходит ее преобразование в тепловую энергию. Вследствие этого преобразования происходит нагрев экрана и он сам становится источником теплового излучения. Излучение противолежащей источнику поверхностью экрана условно рассматривается как пропущенное излучение источника. Становится возможным рассчитать плотность теплового потока, проходящего через единицу площади экрана.
С прозрачными экранами все обстоит иначе. Излучение, попадающее на поверхность экрана, распределяется внутри него согласно законам геометрической оптики. Этим и объясняется его оптическая прозрачность.
Полупрозрачным экранам присущи свойства как прозрачных, так и непрозрачных.
· теплоотражающие;
· теплопоглощающие;
· теплоотводящие.
На самом деле все экраны в той или иной степени обладают свойством поглощения, отражения или отведения тепла. Поэтому определение экрана к той или иной группе зависит от того, какое свойство наиболее сильно выражено.
Теплоотражающие экраны отличает низкая степень черноты поверхности. Поэтому они отражают большую часть падающих на них лучей.
К теплопоглощающим относятся экраны, у которых материал, из которого они выполнены, имеет малый коэффициент теплопроводности (высокое термическое сопротивление).
В качестве теплоотводящих экранов выступают прозрачные пленки, либо водяные завесы. Также могут быть использованы экраны, находящиеся внутри стеклянных или металлических защитных контуров.
Э = (q – q 3) / q (3)
Э = (t – t 3) / t (4)
q 3 - плотность потока ИК излучения с применением защиты, Вт/м 2 ;
t - температура ИК излучения без применения защиты, °С;
t 3 - температура ИК излучения с применением защиты, °С.
Используемые контрольно-измерительные приборы
Для измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции, и проверки свойств теплозащитных экранов нашими специалистами были разработаны приборы серии .
Диапазон измерения плотности теплового потока: от 10 до 250, 500, 2000, 9999 Вт/м 2
Область применения:
· строительство;
· объекты энергетики;
· научные исследования и др.
Измерение плотности теплового потока, как показателя теплоизоляционных свойств различных материалов, приборами серии производят при:
· теплотехнических испытаниях ограждающих конструкций;
· определении тепловых потерь в водяных тепловых сетях;
проведении лабораторных работ в ВУЗах (кафедры «Безопасность жизнедеятельности», «Промышленная экология» и др.).
На рисунке приведен опытный образец стенда "Определение параметров воздуха рабочей зоны и защита от тепловых воздействий" БЖЗ 3 (призводство ООО «Интос+»).
На стенде располагается источник теплового излучения (рефлектор бытовой). Перед источником размещают экраны из разных материалов (металл, ткань и др.). За экраном внутри модели помещения размещается прибор на различных расстояниях от экрана. Над моделью помещения закрепляется вытяжной зонт с вентилятором. Прибор , помимо зонда для измерения плотности теплового потока, оснащен зондом для измерения температуры воздуха внутри модели. В целом стенд представляет собой наглядную модель для оценки эффективности различных видов тепловой защиты и локальной системы вентиляции.
С помощью стенда определяется эффективность защитных свойств экранов в зависимости от материалов, из которых они изготовлены и от расстояния от экрана до источника теплового излучения.
Принцип действия и конструктивное исполнение прибора ИПП-2
Конструктивно прибор выполняется в пластмассовом корпусе. На передней панели прибора располагаются четырех разрядный светодиодный индикатор, кнопки управления; на боковой поверхности располагаются разъёмы для подключения прибора к компьютеру и сетевого адаптера. На верхней панели расположен разъем для подключения первичного преобразователя.
Внешний вид прибора
1 - Светодиодная индикация состояния аккумулятора
2 - Светодиодная индикация нарушения порогов
3 - Индикатор значений измерения
4 - Разъем для подключения зонда измерения
5 , 6 - Кнопки управления
7 - Разъем для подключения к компьютеру
8 - Разъем для подключения сетевого адаптера
Принцип работы
Принцип действия прибора основан на измерении перепада температур на “вспомогательной стенке”. Величина температурного перепада пропорциональна плотности теплового потока. Измерение температурного перепада осуществляется с помощью ленточной термопары, расположенной внутри пластинки зонда, выступающей в роли “вспомогательной стенки”.
Индикация измерений и режимов работы прибора
Прибор осуществляет опрос измерительного зонда, выполняет расчет плотности теплового потока и отображает её значение на светодиодном индикаторе. Интервал опроса зонда составляет около одной секунды.
Регистрация измерений
Данные, полученные от измерительного зонда, записываются в энергонезависимую память блока с определенным периодом. Настройка периода, считывание и просмотр данных осуществляется с помощью программного обеспечения.
Интерфейс связи
С помощью цифрового интерфейса из прибора могут быть считаны текущие значения измерения температуры, накопленные данные измерений, изменены настройки прибора. Измерительный блок может работать с компьютером или иными контроллерами по цифровому интерфейсу RS-232. Скорость обмена по интерфейсу RS-232 настраивается пользователем в пределах от 1200 до 9600 бит/с.
Особенности прибора:
- возможность установки порогов звуковой и световой сигнализации;
- передача измеренных значений на компьютер по интерфейсу RS-232.
Достоинством прибора является возможность попеременного подключения к прибору до 8-ми различных зондов теплового потока. Каждый зонд (датчик) имеет свой индивидуальный калибровочный коэффициент (коэффициент преобразования Kq), показывающий, насколько напряжение с датчика изменяется относительно теплового потока. Данный коэффициент используется прибором для построения калибровочной характеристики зонда, по которой определяется текущее измеренное значение теплового потока.
Модификации зондов для измерения плотности теплового потока:
Зонды теплового потока предназначены для проведения измерений поверхностной плотности теплового потока по ГОСТ 25380-92.
Внешний вид зондов теплового потока
1. Зонд теплового потока прижимного типа с пружиной ПТП-ХХХП выпускается в следующих модификациях (в зависимости от диапазона измерения плотности теплового потока):
ПТП-2.0П: от 10 до 2000 Вт/м 2 ;
ПТП-9,9П: от 10 до 9999 Вт/м 2 .
2. Зонд теплового потока в виде «монеты» на гибком кабеле ПТП-2.0.
Диапазон измерения плотности теплового потока: от 10 до 2000 Вт/м 2 .
Модификации зондов для измерения температуры:
Внешний вид зондов для измерения температуры
1. Погружные термопреобразователи ТПП-А-D-L на основе терморезистора Pt1000 (термопреобразователи сопротивления) и термопреобразователи ТХА-А-D-L на основе термопары ХА (термопреобразователи электрические) предназначены для измерения температуры различных жидких и газообразных сред, а также сыпучих материалов.
Диапазон измерения температуры:
Для ТПП-А-D-L: от -50 до +150 °С;
Для ТХА-А-D-L: от -40 до +450 °С.
Габаритные размеры:
D (диаметр): 4, 6 или 8 мм;
L (длина): от 200 до 1000 мм.
2. Термопреобразователь ТХА-А-D1/D2-LП на основе термопары ХА (термопреобразователь электрический) предназначен для измерения температуры плоской поверхности.
Габаритные размеры:
D1 (диаметр «металлического штыря»): 3 мм;
D2 (диаметр основания – «пятачка»): 8 мм;
L (длина «металлического штыря»): 150 мм.
3. Термопреобразователь ТХА-А-D-LЦ на основе термопары ХА (термопреобразователь электрический) предназначен для измерения температуры цилиндрических поверхностей.
Диапазон измерения температуры: от -40 до +450 °С.
Габаритные размеры:
D (диаметр) – 4 мм;
L (длина «металлического штыря»): 180 мм;
Ширина ленты – 6 мм.
В комплект поставки прибора для измерения плотности тепловой нагрузки среды входят:
1. Измеритель плотности теплового потока (измерительный блок).
2. Зонд для измерения плотности теплового потока.*
3. Зонд для измерения температуры.*
4. Программное обеспечение.**
5. Кабель для подключения к персональному компьютеру. **
6. Свидетельство о калибровке.
7. Руководство по эксплуатации и паспорт на прибор .
8. Паспорт на преобразователи термоэлектрические (температурные зонды).
9. Паспорт на зонд плотности теплового потока.
10. Сетевой адаптер.
* – Диапазоны измерения и конструкция зондов определяются на этапе заказа
** – Позиции поставляются по специальному заказу.
Подготовка прибора к работе и проведение измерений
1. Извлечь прибор из упаковочной тары. Если прибор внесен в теплое помещение из холодного, необходимо дать прибору прогреться до комнатной температуры в течение не менее 2-х часов.
2. Зарядить аккумуляторы, подключив к прибору сетевой адаптер. Время зарядки полностью разряженного аккумулятора не менее 4 часов. В целях увеличения срока службы аккумуляторной батареи рекомендуется раз в месяц проводить полную разрядку до автоматического выключения прибора с последующим полным зарядом.
3. Соединить измерительный блок и измерительный зонд соединительным кабелем.
4. При комплектации прибора диском с программным обеспечением, установить его на компьютер. Подключить прибор к свободному СОМ-порту компьютера соответствующими соединительными кабелями.
5. Включить прибор коротким нажатием кнопки "Выбор".
6. При включении прибора осуществляется самотестирование прибора в течение 5 секунд. При наличии внутренних неисправностей прибор на индикаторе сигнализирует номер неисправности, сопровождаемые звуковым сигналом. После успешного тестирования и завершения загрузки на индикаторе отображаются текущее значение плотности теплового потока. Расшифровка неисправностей тестирования и других ошибок в работе прибора приведена в разделе 6 настоящего руководства по эксплуатации.
7. После использования выключить прибор коротким нажатием кнопки "Выбор".
8. Если предполагается длительное хранение прибора (более 3 месяцев) следует извлечь элементы питания из батарейного отсека.
Ниже приведена схема переключений в режиме “Работа”.
Подготовка и проведение измерений при теплотехнических испытаниях ограждающих конструкций.
1. Измерение плотности тепловых потоков проводят, как правило, с внутренней стороны ограждающих конструкций зданий и сооружений.
Допускается проведение измерений плотности тепловых потоков с наружной стороны ограждающих конструкций в случае невозможности проведения их с внутренней стороны (агрессивная среда, флуктуации параметров воздуха) при условии сохранения устойчивой температуры на поверхности. Контроль условий теплообмена проводят с помощью термощупа и средств для измерения плотности теплового потока: при измерении в течение 10 мин. их показания должны быть в пределах погрешности измерений приборов.
2. Участки поверхности выбирают специфические или характерные для всей испытываемой ограждающей конструкции в зависимости от необходимости измерения локальной или усредненной плотности теплового потока.
Выбранные на ограждающей конструкции участки для измерений должны иметь поверхностный слой из одного материала, одинаковой обработки и состояния поверхности, иметь одинаковые условия по лучистому теплообмену и не должны находиться в непосредственной близости от элементов, которые могут изменить направление и значение тепловых потоков.
3. Участки поверхности ограждающих конструкций, на которые устанавливают преобразователь теплового потока, зачищают до устранения видимых и осязаемых на ощупь шероховатостей.
4. Преобразователь плотно прижимают по всей его поверхности к ограждающей конструкции и закрепляют в этом положении, обеспечивая постоянный контакт преобразователя теплового потока с поверхностью исследуемых участков в течение всех последующих измерений.
При креплении преобразователя между ним и ограждающей конструкцией не допускается образование воздушных зазоров. Для исключения их на участке поверхности в местах измерений наносят тонкий слой технического вазелина, перекрывающий неровности поверхности.
Преобразователь может быть закреплен по его боковой поверхности при помощи раствора строительного гипса, технического вазелина, пластилина, штанги с пружиной и других средств, исключающих искажение теплового потока в зоне измерения.
5. При оперативных измерениях плотности теплового потока незакрепленную поверхность преобразователя склеивают слоем материала или закрашивают краской с той же или близкой степенью черноты с различием Δε ≤ 0,1, что и у материала поверхностного слоя ограждающей конструкции.
6. Отсчетное устройство располагают на расстоянии 5-8 м от места измерения или в соседнем помещении для исключения влияния наблюдателя на значение теплового потока.
7. При использовании приборов для измерения э.д.с., имеющих ограничения по температуре окружающего воздуха, их располагают в помещении с температурой воздуха, допустимой для эксплуатации этих приборов, и подключение к ним преобразователя теплового потока производят при помощи удлинительных проводов.
8. Аппаратуру по п.7 подготавливают к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации соответствующего прибора, в том числе учитывают необходимое время выдержки прибора для установления в нем нового температурного режима.
Подготовка и проведение измерений
(при проведении лабораторных работ на примере лабораторной работы “Исследование средств защиты от инфракрасного излучения”)
Подключить источник ИК излучения к розетке. Включить источник ИК излучения (верхнюю часть) и измеритель плотности теплового потока ИПП-2.
Установить головку измерителя плотности теплового потока на расстоянии 100 мм от источника ИК излучения и определить плотность теплового потока (среднее значение трех - четырех замеров).
Вручную переместить штатив вдоль линейки, установив головку измерителя на расстояниях от источника излучения, указанных в форме таблицы 1, и повторить измерения. Данные замеров занести в форму таблицу 1.
Построить график зависимости плотности потока ИК излучения от расстояния.
Повторить измерения по пп. 1 - 3 с различными защитными экранами (теплоотражающим алюминиевым, теплопоглощающим тканевым, металлическим с зачерненной поверхностью, смешанным - кольчуга). Данные замеров занести в форму таблицы 1. Построить графики зависимости плотности потока ИК излучения от расстояния для каждого экрана.
Форма таблицы 1
Оценить эффективность защитного действия экранов по формуле (3).
Установить защитный экран (по указанию преподавателя), разместить на нем широкую щетку пылесоса. Включить пылесос в режим отбора воздуха, имитируя устройство вытяжной вентиляции, и спустя 2-3 минуты (после установления теплового режима экрана) определить интенсивность теплового излучения на тех же расстояниях, что и в п. 3. Оценить эффективность комбинированной тепловой защиты по формуле (3).
Зависимость интенсивности теплового излучения от расстояния для заданного экрана в режиме вытяжной вентиляции нанести на общий график (см. п. 5).
Определить эффективность защиты, измеряя температуру для заданного экрана с использованием вытяжной вентиляции и без нее по формуле (4).
Построить графики эффективности защиты вытяжной вентиляции и без нее.
Перевести пылесос в режим "воздуходувки" и включить его. Направляя поток воздуха на поверхность заданного защитного экрана (режим душирования), повторить измерения в соответствии с пп. 7 - 10. Сравнить результаты измерений пп. 7-10.
Закрепить шланг пылесоса на одной из стоек и включить пылесос в режиме "воздуходувки", направив поток воздуха почти перпендикулярно тепловому потоку (немного навстречу) - имитация воздушной завесы. С помощью измерителя измерить температуру ИК излучения без "воздуходувки" и с ней.
Построить графики эффективности защиты "воздуходувки" по формуле (4).
Результаты измерений и их интерпретация
(на примере проведения лабораторной работы на тему «Исследование средств защиты от инфракрасного излучения» в одном из технических ВУЗов г. Москвы).
- Стол.
- Электрокамин ЭКСП-1,0/220.
- Стойка для размещения сменных экранов.
- Стойка для установки измерительной головки.
- Измеритель плотности теплового потока .
- Линейка.
- Пылесос Тайфун-1200.
Интенсивность (плотность потока) ИК излучения q определяется по формуле:
q = 0,78 х S х (T 4 х 10 -8 - 110) / r 2 [Вт/м 2 ]
где S - площадь излучающей поверхности, м 2 ;
Т - температура излучающей поверхности, К;
r - расстояние от источника излучения, м.
Одним из наиболее распространенных видов защиты от ИК излучения является экранирование излучающих поверхностей.
Различают экраны трех типов:
·непрозрачные;
·прозрачные;
·полупрозрачные.
По принципу действия экраны подразделяются на:
·теплоотражающие;
·теплопоглощающие;
·теплоотводящие.
Эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов Э определяется по формулам:
Э = (q – q 3) / q
где q - плотность потока ИК излучения без применения защиты, Вт/м 2 ;
q3 - плотность потока ИК излучения с применением защиты, Вт/м 2 .
Типы защитных экранов (непрозрачные):
1. Экран смешанный – кольчуга.
Э кольчуга = (1550 – 560) / 1550 = 0,63
2. Экран металлический с зачерненной поверхностью.
Э al+покр. = (1550 – 210) / 1550 = 0,86
3. Экран теплоотражающий алюминиевый.
Э al = (1550 – 10) / 1550 = 0,99
Построим график зависимости плотности потока ИК излучения от расстояния для каждого экрана.
Как мы видим, эффективность защитного действия экранов различается:
1. Минимальное защитное действие у смешанного экрана – кольчуга – 0,63;
2. Экран алюминиевый с зачерненной поверхностью – 0,86;
3. Наибольшим защитным действием обладает экран теплоотражающий алюминиевый – 0,99.
Нормативные ссылки
При оценке теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий и сооружений и установлении реальных расходов тепла через наружные ограждающие конструкции используются следующие основные нормативные документы:
· ГОСТ 25380-82. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции.
· При оценке теплотехнических качеств различных средств защиты от инфракрасного излучения используются следующие основные нормативные документы:
· ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.
· ГОСТ 12.4.123-83. ССБТ. Средства защиты от инфракрасного излучения. Классификация. Общие технические требования.
· ГОСТ 12.4.123-83 «Система стандартов безопасности труда. Средства коллективной защиты от инфракрасных излучений. Общие технические требования».
Билет №1.
Рис 2. Система охраны труда
Ч – человек
Б – безопасность
ТД – трудовая деятельность
БТ – безопасный труд
УТ – условия труда
СТ – субъект труда
У – управление
При 
При 
< 35 Вт/м 2 → 50% тела может быть открыто
Интенсивность теплового облучения =< 70 Вт/м 2 → 25-50% -||-
Интенсивность теплового облучения =< 100 Вт/м 2 → меньше 25% -||-
Интенсивность теплового облучения =< 140 Вт/м 2 меньше 25% -||- + обязательное использование средств защиты тепла и глаз.
4.Воздушная душевая
Билет №2.
.
напряжения
при обрыве нулевого провода
Билет №3
Охрана труда
постепенно
Авария Катастрофа
Рабочая зона
Постоянное рабочее место
Задача ОТ выявить и предвидеть появления ВФ и НБФ, чтобы защитить от них человека.
Основная аксиома БЖД – все является потенциально-опасным.
Билет 4.
Билет 7.
Билет 8 (12).
Билет 9.
Билет 10
Расчет аэрации.
Цель – определение необходимой площади приточных и вытяжных проемов. Расчет выполняют исходя из уравнения обмена
Расчет аэрации выполняют для теплого периода года как наиболее неблагоприятного периода для работы аэрации.
Рассчёт выполняют исходя из: балансов (баланс тепла, баланс воздухообмена)
Расчёт производят для тёплого времени года, как наиболее не благоприятного периода для аэрации.
Порядок расчёта:
1.Определяют требуемый воздухообмен
2.Определяют общее избыточное гравитационное давление
3.Находят скорость движения воздуха в аэрационных проемов
3.1.Можно определить по проемам скорость нижних проемов
мю - коэффициент потери скорости, зависит от конструкции проема и угла открытия проема альфа.
3.2.Можно скорость движения воздуха в нижнем проеме
3.3. Аналогично скорость верхних проемах
4. Вычисляют составляющую гравитационного давления(напора воздуха) обеспечивающего приток
5. Составляющие обеспечивающие вытяжку
6. Находят необходимую площадь вытяжных проемов:
Ветровое давление:
a-аэродинамический коэффициент зависящий от конфигураций здания, для прямоугольной = 0.7-0.85 для наветренной стороны, 0,3-0,45 для подветренной.
Билет 11.
Билет № 13
Аэрация. Общие понятия.
Аэрация – естественная приточно-вытяжная вентиляция. Здания бывают фонарные(рис 13б) и бесфонарные(рис 13а).
Воздухообмен при аэрации осуществляется вследствие разности гидростатических давлений столбов воздуха внутри и снаружи помещений:
P=gh(r н -r в)
где h – расстояние между осями нижних и верхних аэрационных проемов (в фонарных зданиях) или расстояние между потолком и полом(в бесфонарных зданиях).
В бесфонарных зданиях используется гравитационная канальная система: наружный воздух поступает через заборные шахты, затем в каналы в стенах здания и транспортируются в помещения. Удаление происходит в обратном порядке. Мах величина гравитационного давления наблюдается у пола и под потолком, отсюда
В фонарных верхняя часть здания оборудована конструкцией - светоаэрационным фонарем, в котором имеются управляемые фрамуги. Через них удаляется воздух. В наружных стенах здания устраивают два ряда отверстий: нижний ряд на высоте 0,3-1,8 м и верхний ряд на высоте 3-4 м от уровня земли. В теплое время года открывают проемы в нижнем и верхнем рядах, независимо от направления ветра, а в холодное – только в верхнем и при воздействии ветра аэрационные отверстия с наветренной стороны закрываются.
Нагретый воздух поднимается к перекрытию, где создается положительное давление, обуславливающий вытяжку воздуха; в нижней части дома давление негативное, и свежий воздух поступает в помещение. Площадь перехода от отрицательного давления к положительному называется плоскостью равных давлений. В этой плоскости давление внутри помещения будет равным внешнему, а разность давлений равна нулю. Положение этой плоскости изменяется в зависимости от площади сечения верхних и нижних отверстий и будет ближе к отверстиям, которые имеют большее сечение. 
Недостаток аэрации – в теплый период года её эффективность падает вследствие повышения температуры наружного воздуха. Разница температур невелика и естественного воздухообмена почти нет. Поэтому проводят влажную уборку помещения и озеленение территории.
Билет№14.
Коэф.частоты травматизма Кч
В статистике кол-во несчастных случаев рассчитывается на 1т. человек.
Т- число несчастных случаев отчетный период, за исключением тяжелых и смертельных
Р – среднестатисческое кол-во рабочих за этот же период. Кол-во несчастных случаев берется на 1т. работающих
Коэф тяжести травматизма
Д – суммарное кол-во дней нетрудоспособности по всем несчастным случаям
Кт - среднее кол-во дней нетрудоспособности по всем несчастным случаям
Коэффициент общих потерь
Кз=Кч*Кт=Д*1000/Р
За Кз берется кол-во человеко-дней нетрудоспособности которые приходятся на тысячу рабочих. Групповые и смертельные случаи не включаются.
Изменение коэф частоты, тяжести и потерь в течении нескольких периодов характеризует динамику промышленного травматизма и эффективность мер по его предупреждению.
При углубленном статистическом анализе травматизма кроме выявления причин, производится также анализ по источникам и характеру влияния на организм, по видам работ или произв. операциям, по характеру травм, анализируются ведомости про происшествия, определяют время происшествия.
Прогнозирование травматизма осуществляется с использованием статистических данных Кч, Кз, Кт за несколько лет, что дает возможность экстраполяции, что описывает значение этих показателей на ближайший год.
Методы анализа:
1. Топографический метод (исследование травматизма по отдельным показателям).
2. Монографический метод.
3. Экономический метод (учитываются и сопоставляются затраты и выгоды).
4. Метод физического и математического моделирования.
5. Комплекс методов математической статистики (дисперсионный и корреляционного анализа).
6. Метод научного прогнозирования безопасного труда.
7. Разработка автоматизированных систем оперативного учета.
8. Разработка методик комплексной оценки безопасности технологических процессов и оборудования.
9. Эргономический метод (комплексное изучение системы Человек-Машина-Среда).
10. Детерминистические методы, которые создают возможность выявить объективную закономерную взаимосвязь условий труда и существующие случаи травматизма.
2.Терморегуляция – способность человека самостоятельно поддерживать температуру тела.
Человек работоспособен и чувствует себя хорошо, если температура окружающего воздуха 18-22 градуса. Относительная влажность – 40-60%. Скорость движения воздуха – 0.1-0.2 м/с. Категории физической работы по тяжести (легкие работы с энергозатратами менее 272 Ватт, средней тяжести 272 – 293 Ватт, тяжелые 293 и выше Ватт).
Отдача тепла организмом человека происходит за счет:
· Конвекции
· Излучения
· Испарения
Отдача тепла отдаваемое в следствии конвекции:
Q k =F k *a k (t од -t в)
t од - на поверхности одежды,
F k – площадь поверхности тела чел-ка,
a k -коефициент теплоотдачи, зависит от скорости потоков.
Теплообмен эффективен при t од >t в, когда скобка положительная. При увеличении температуры воздуха теплообмен прекращается.
Отдача тепла за счет излучения: (определяется законом Стефана-Больцмана)
Q изл =1.163*F изл *Ɛ*сигма(Т од 4 - Т окр.ср 4 .)
F изл – эффективность излучаемой поверхности тела человека
Ɛ – излучательная способность внешней поверхности одежды
сигма – постоянная Стефана-Больцмана
Т од – т-ра поверхности тела одетого человека, Кельвин
Т окр.ср – температура окружающей среды, Кельвин
Теплообмен эффективен когда т-ра поверхности тела одетого человека значительно больше чем температура окружающей среды. Если температура окружающей среды больше т-ры поверхности тела одетого человека теплообмен за счет излучения прекращается
Отдача тепла за счет испарения:
Q исп = ƒ (Vв, t возд, φ)
φ – влажность
То есть тепло, которое отдается организмом человека зависит от т-ры, относительной влажности и скорости воздуха. Если влажность меньше 100% скорость и т-ра больше 0, то тогда испарение является эффективным.
Отдача тепла за счет вдыхания:
Q вд = ƒ(t в, d в)
d в – влагоемкость воздуха
Влагоемкость – это кол-во водяного пара в граммах который приходится на кг сухого воздуха.
Q м =-Q исп +Q к +Q т +Q вд +Q изл
Q м – метаболическое
Если Q м больше 0 это перегрев, если меньше – недостаток и если = 0 тепловой комфорт.
При переохлаждении до менее 24 С или перегреве более 42 С и - смерть
Билет №1.
1.Структурно-логическая схема изучения дисциплины.
Охрана труда (ОТ) – сборник нормативных документов. Рабочее место должно соответствовать нормам.
С развитием НТП (научно-технического прогресса) возникают или проявляются новые вредные (ВФ) или небезопасные факторы (НБФ).
Задача ОТ выявить и предвидеть появления ВФ и НБФ, чтобы защитить от них человека.
Рис 1. Структура труда как эргодическая система
Рис 2. Система охраны труда
Основная аксиома БЖД – все является потенциально-опасным.
Рис 3. Структура трудо-охранного менеджмента
Ч – человек
Б – безопасность
ТД – трудовая деятельность
БТ – безопасный труд
УТ – условия труда
СТ – субъект труда
У – управление
Задача трудоохранного менеджмента – определение и реализация управленческих решений по обеспечению безопасности труда.
Расчет интенсивности теплового излучения.
Интенсивность теплового излучения рассчитывается по формуле:
При
При
Где F – площадь излучаемой поверхности (м 2)
T – температура излучающей поверхности (К)
А – некоторый тепловой коэффициент (для кожи человека 85К 4 , для сукна 110К 4)
l – расстояние от излучателя до рабочего места.
Возможные дополнительные вопросы:
Интенсивность теплового излучения на рабочих местах не должна превышать
Интенсивность теплового облучения =< 35 Вт/м 2 → 50% тела может быть открыто
Интенсивность теплового облучения =< 70 Вт/м 2 → 25-50% -||-
Интенсивность теплового облучения =< 100 Вт/м 2 → меньше 25% -||-
Интенсивность теплового облучения =< 140 Вт/м 2 меньше 25% -||- + обязательное использование средств защиты тепла и глаз.
Интенсивность теплового (инфракрасного) излучения измеряется актинометрами, для количественного показателя, снятое с актинометра значение переводится на гальванометр.
Для защиты людей от лучистой энергии применяют:
1.Теплоизоляция горячих поверхностей. Температура на поверхности теплоизоляции не должна превышать 45 о С
2.Охлаждение теплоизолированных поверхностей водой
3.Экранирование источников излучения
4.Воздушная душевая
5.Меры индивидуальной защиты (защитная одежда, очки)
6.Организация рационального теплового режима труда и отдыха
Мы исследовали защиту с помощью экранирования(цепная и водная завеса).
Эффективность экранирования характеризуется коэффициентом эффективности экрана:
Интенсивность теплового облучения с экраном
Интенсивность теплового облучения без экрана.
Билет №2.
1. Организационно-гигиенические задачи и организационно-технические задачи дисциплины.
Охрана труда - система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.
Производственная санитария - система организационных, гигиенических и санитарно-технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих, вредных производственных факторов.
ОТ должна исследовать опасные и вредные производственные факторы.
Технические факторы могут быть: конструктивные недостатки машин, механизмов, инструментов, приспособлений или их неисправность. Отсутствие, несовершенство, неисправность оградительных, блокировочных, вентиляционных устройств; зануление или заземление электроустановок; подтекание ядовитых жидкостей, газов и т.д.
Санитарно-гигиенические факторы - неблагоприятные природно-климатические условия или микроклимат в помещениях, повышенное содержание в воздухе вредных веществ, высокий уровень шума, вибраций, излучений, нерациональное освещение, антисанитарное состояние рабочих мест и бытовых помещений, несоблюдение правил личной гигиены и др.
Практические задачи охраны труда могут быть организационно-гигиеническими и организационно-техническими
К организационно-гигиенических задач относятся:
Обеспечение гигиенических условий труда;
Обеспечение производственными, вспомогательными и бытовыми помещениями, санитарно-бытовыми устройствами;
Обеспечение гигиеническими средствами индивидуальной (313) и коллективного (СКЗ) защиты;
Обеспечение лечебно-профилактическим обслуживанием;
Обеспечение оптимального режима труда и отдыха и т.п.
К организационно-технических задач входят:
Обеспечение безопасности эксплуатации производственного оборудования;
Обеспечение безопасности функционирования производственного процесса;
Обеспечение безопасности эксплуатации зданий, сооружений, оборудования и т.д.
2. Определить ток, протекающий через тело человека при повторном заземлении нулевого провода. .
Это напряжение прикосновения. Ток, через тело человека: повторное заземление нулевого провода служит для снижения напряжения
нулевого провода и зануленного оборудования относительно земли при замыкании фазы на корпус и при нормальном режиме и при обрыве нулевого провода
. То есть доп. защита для снижения напряжения, логично что ток будет уменьшен, поскольку , однако более конкретной формулы я не нашел ни в методе ни в инете.
Замыкание на корпус при обрыве нулевого провода.
Билет №3
1.Основные термины и определения. Структура трудоохранного менеджмента.
Охрана труда – система законодательных актов и соответствующих им социально-экономических им организационных технических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность сохранения здоровья и работоспособности человека в процессе труда.
Вредный производственный фактор – это негативный фактор, воздействие которого на человека постепенно приводит к ухудшению здоровья человека. Вредный фактор: повышенные или пониженные значения параметров микроклимата, повышенная запыленность и загазованность воздуха, недостаточная освещенность на рабочем месте.
Опасный производственный фактор – это негативный фактор, воздействие которого на человека приводит к травме или летальному исходу. Опасные факторы: электричество, различные механизмы.
Авария - это непредвиденный выход из строя, разрушение, повреждение или крушение здания, сооружения, транспортного средства, машины, станка. Аварии происходят в техносфере и являются следствием нарушений технологических процессов, вызванных различными, чаще субъективными (зависящими от человека) факторами. Катастрофа – отличается от аварии величиной материального ущерба и (или) наличием человеческих жертв.В отличие от аварии и катастрофы, стихийное бедствие, чаще всего явление объективного характера.
Рабочая зона – пространство до 2 метров высотой, где размещается место постоянного или временного пребывания работающих.
Постоянное рабочее место – это рабочее место, на котором работающий может находиться более 50% времени или более 2 часов непрерывно.
Структура тродуохранного менеджмента:
Задача ОТ выявить и предвидеть появления ВФ и НБФ, чтобы защитить от них человека.
Рис 1. Структура труда как эргодическая система (Эргодическая система – система, один из звеньев которой является человек). (Ч – человек; ТД – трудовая деятельность человека; УТ – условия труда)
Рис 2. Система охраны труда (БЧ –безопасность человека; БТД – безопасность трудовой деятельности; БУД -безопасность условий труда)
Основная аксиома БЖД – все является потенциально-опасным.
Рис 3. Структура трудо-охраннаного менеджмента (У – управление)
1. Характеристики теплового излучения.
2. Закон Кирхгофа.
3. Законы излучения черного тела.
4. Излучение Солнца.
5. Физические основы термографии.
6. Светолечение. Лечебное применение ультрафиолета.
7. Основные понятия и формулы.
8. Задачи.
Из всего многообразия электромагнитных излучений, видимых или невидимых человеческим глазом, можно выделить одно, которое присуще всем телам - это тепловое излучение.
Тепловое излучение - электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии.
Тепловое излучение обусловливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения или ускоренным движением зарядов (колебания ионов кристаллической решетки, тепловое движение свободных электронов и т.д.). Оно возникает при любых температурах и присуще всем телам. Характерной чертой теплового излучения является сплошной спектр.
Интенсивность излучения и спектральный состав зависят от температуры тела, поэтому не всегда тепловое излучение воспринимается глазом как свечение. Например, тела, нагретые до высокой температуры, значительную часть энергии испускают в видимом диапазоне, а при комнатной температуре почти вся энергия испускается в инфракрасной части спектра.
26.1. Характеристики теплового излучения
Энергия, которую теряет тело вследствие теплового излучения, характеризуется следующими величинами.
Поток излучения (Ф) - энергия, излучаемая за единицу времени со всей поверхности тела.
Фактически, это мощность теплового излучения. Размерность потока излучения - [Дж/с = Вт].
Энергетическая светимость (Re) - энергия теплового излучения, испускаемого за единицу времени с единичной поверхности нагретого тела:
Размерность этой характеристики - [Вт/м 2 ].
И поток излучения, и энергетическая светимость зависят от строения вещества и его температуры: Ф = Ф(Т), Re = Re(T).
Распределение энергетической светимости по спектру теплового излучения характеризует ее спектральная плотность. Обозначим энергию теплового излучения, испускаемого единичной поверхностью за 1 с в узком интервале длин волн от λ до λ + dλ, через dRe.
Спектральной плотностью энергетической светимости (r) или испускательной способностью называется отношение энергетической светимости в узком участке спектра (dRe) к ширине этого участка (d λ):
Примерный вид спектральной плотности и энергетичекая светимость (dRe) в интервале волн от λ до λ + dλ, показаны на рис. 26.1.
Рис. 26.1.
Спектральная плотность энергетической светимости
Зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длины волны называют спектром излучения тела. Знание этой зависимости позволяет рассчитать энергетическую светимость тела в любом диапазоне длин волн:
Тела
не только испускают, но и поглощают тепловое излучение. Способность
тела к поглощению энергии излучения зависит от его вещества, температуры
и длины волны излучения. Поглощательную способность тела характеризует монохроматический коэффициент поглощения
α.
Пусть на поверхность тела падает поток монохроматического излучения Φ λ с длиной волны λ. Часть этого потока отражается, а часть поглощается телом. Обозначим величину поглощенного потока Φ λ погл.
Монохроматическим коэффициентом поглощения α λ называется отношение потока излучения, поглощенного данным телом, к величине падающего монохроматического потока:
Монохроматический коэффициент поглощения - величина безразмерная. Его значения лежат между нулем и единицей: 0 ≤ α ≤ 1.
Функция α = α(λ,Τ), выражающая зависимость монохроматического коэффициента поглощения от длины волны и температуры, называется поглощательной способностью тела. Ее вид может быть весьма сложным. Ниже рассмотрены простейшие типы поглощения.
Абсолютно черное тело - такое тело, коэффициент поглощения которого равен единице для всех длин волн: α = 1. Оно поглощает все падающее на него излучение.
По своим поглощательным свойствам к абсолютно черному телу близки сажи, черный бархат, платиновая чернь. Очень хорошей моделью абсолютно черного тела является замкнутая полость с небольшим отверстием (O). Стенки полости зачернены рис. 26.2.
Луч, попавший в это отверстие, после многократных отражений от стенок поглощается практически полностью. Подобные устройства
Рис. 26.2.
Модель абсолютно черного тела
применяют в качестве световых эталонов, используют при измерениях высоких температур и т.п.
Спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела обозначается ε(λ,Τ). Эта функция играет важнейшую роль в теории теплового излучения. Ее вид сначала был установлен экспериментально, а затем получен теоретически (формула Планка).
Абсолютно белое тело - такое тело, коэффициент поглощения которого равен нулю для всех длин волн: α = 0.
Истинно белых тел в природе нет, однако существуют тела, близкие к ним по свойствам в достаточно широком диапазоне температур и длин волн. Например, зеркало в оптической части спектра отражает почти весь падающий свет.
Серое тело - это тело, для которого коэффициент поглощения не зависит от длины волны: α = const < 1.
Некоторые реальные тела обладают этим свойством в определенном интервале длин волн и температур. Например, «серой» (α = 0,9) можно считать кожу человека в инфракрасной области.
26.2. Закон Кирхгофа
Количественная связь между излучением и поглощением установлена Г. Кирхгофом (1859).
Закон Кирхгофа - отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел и равно спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела:
Отметим некоторые следствия этого закона.
1. Если тело при данной температуре не поглощает какое-либо излучение, то оно его и не испускает. Действительно, если для
26.3. Законы излучения черного тела
Законы излучения абсолютно черного тела были установлены в следующей последовательности.
В 1879 г. Й. Стефан экспериментально, а в 1884 г. Л. Больцман теоретически определили энергетическую светимость абсолютно черного тела.
Закон Стефана-Больцмана - энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры:
Значения коэффициентов поглощения для некоторых материалов приведены в табл. 26.1.
Таблица 26.1. Коэффициенты поглощения
Немецкий физик В. Вин (1893) установил формулу для длины волны, на которую приходится максимум испускательной способности
абсолютно черного тела. Соотношение, которое он получил, было названо его именем.
При повышении температуры максимум испускательной способности смещается
влево (рис. 26.3).
Рис. 26.3.
Иллюстрация закона смещения Вина
В табл. 26.2 указаны цвета в видимой части спектра, соответствующие излучениям тел при различных температурах.
Таблица 26.2. Цвета нагретых тел
Используя
законы Стефана-Больцмана и Вина, можно определить температуры тел
посредством измерения излучения этих тел. Например, так определяют
температуру поверхности Солнца (~6000 К), температуру в эпицентре взрыва
(~10 6 К) и т.д. Общее название этих методов - пирометрия.
В 1900 г. М. Планк получил формулу для расчета испускательной способности абсолютно черного тела теоретически. Для этого ему пришлось отказаться от классических представлений о непрерывности процесса излучения электромагнитных волн. По представлениям Планка, поток излучения состоит из отдельных порций - квантов, энергии которых пропорциональны частотам света:
Из формулы (26.11) можно теоретически получить законы Стефана-Больцмана и Вина.
26.4. Излучение Солнца
В пределах Солнечной системы Солнце - самый мощный источник теплового излучения, обусловливающий жизнь на Земле. Солнечное излучение обладает лечебными свойствами (гелиотерапия), используется как средство закаливания. Оно же может оказывать и негативное воздействие на организм (ожог, тепловой
Спектры солнечного излучения на границе земной атмосферы и у поверхности Земли различны (рис. 26.4).
Рис. 26.4.
Спектр солнечного излучения: 1 - на границе атмосферы, 2 - у поверхности Земли
На границе атмосферы спектр Солнца близок к спектру абсолютно черного тела. Максимум испускательной способности приходится на λ 1max = 470 нм (синий цвет).
У поверхности Земли спектр солнечного излучения имеет более сложную форму, что связано с поглощением в атмосфере. В частности, в нем отсутствует высокочастотная часть ультрафиолетового излучения, губительная для живых организмов. Эти лучи практически полностью поглощаются озоновым слоем. Максимум испускательной способности приходится на λ 2max = 555 нм (зелено-желтый), что соответствует наилучшей чувствительности глаз.
Поток теплового излучения Солнца на границе земной атмосферы определяет солнечная постоянная I.
Поток,
достигающий земной поверхности, значительно меньше вследствие
поглощения в атмосфере. При самых благоприятных условиях (солнце в
зените) он не превышает 1120 Вт/м 2 . В Москве в момент летнего солнцестояния (июнь) - 930 Вт/м 2 .
От высоты Солнца над горизонтом самым существенным образом зависит как мощность солнечного излучения у земной поверхности, так и его спектральный состав. На рис. 26.5 приведены сглаженные кривые распределения энергии солнечного света: I - за пределами атмосферы; II - при положении Солнца в зените; III - при высоте 30° над горизонтом; IV - при условиях, близких к восходу и закату (10° над горизонтом).
Рис. 26.5.
Распределение энергии в спектре Солнца при различных высотах над горизонтом
Различные составляющие солнечного спектра по-разному проходят через земную атмосферу. На рисунке 26.6 показана прозрачность атмосферы при большой высоте стояния Солнца.
26.5. Физические основы термографии
Тепловое излучение человека составляет существенную долю его тепловых потерь. Излучательные потери человека равны разности испущенного потока и поглощенного потока излучения окружающей среды. Мощность излучательных потерь рассчитывается по формуле
где S - площадь поверхности; δ - приведенный коэффициент поглощения кожи (одежды), рассматриваемой как серое тело; Т 1 - температура поверхности тела (одежды); Т 0 - температура окружающей среды.
Рассмотрим следующий пример.
Рассчитаем мощность излучательных потерь раздетого человека при температуре окружающей среды 18°С (291 К). Примем: площадь поверхности тела S = 1,5 м 2 ; температура кожи Т 1 = 306 К (33°С). Приведенный коэффициент поглощения кожи найдем по табл. 26.1 (δ = 5,1*10 -8 Вт/м 2 К 4). Подставив эти значения в формулу (26.11), получим
Р = 1,5*5,1*10 -8 * (306 4 - 291 4) ≈122 Вт.
Рис. 26.6.
Прозрачность земной атмосферы (в процентах) для различных участков спектра при большой высоте стояния Солнца.
Тепловое излучение человека может быть использовано как диагностический параметр.
Термография - диагностический метод, основанный на измерении и регистрации теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков.
Распределение температуры на небольшом участке поверхности тела можно определить с помощью специальных жидкокристаллических пленок. Такие пленки чувствительны к небольшим изменениям температуры (меняют цвет). Поэтому на пленке возникает цветной тепловой «портрет» участка тела, на который она наложена.
Более совершенный способ состоит в использовании тепловизоров, преобразующих инфракрасное излучение в видимый свет. Излучение тела с помощью специального объектива проецируется на матрицу тепловизора. После преобразования на экране формируется детальный тепловой портрет. Участки с различными температурами отличаются цветом или интенсивностью. Современные методы позволяют фиксировать различие в температурах до 0,2 градуса.
Тепловые портреты используются в функциональной диагностике. Различные патологии внутренних органов могут образовывать на поверхности кожные зоны с измененной температурой. Обнаружение таких зон указывает на наличие патологии. Термографический метод облегчает дифференциальный диагноз между доброкачественными и злокачественными опухолями. Этот метод является объективным средством контроля за эффективностью терапевтических методов лечения. Так, при термографическом обследовании больных псориазом было установлено, что при наличии выраженной инфильтрации и гиперемии в бляшках отмечается повышение температуры. Снижение температуры до уровня окружающих участков в большинстве случаев свидетельствует о регрессии процесса на коже.
Повышенная температура часто является показателем инфекции. Чтобы определить температуру человека, достаточно взглянуть через инфракрасное устройство на его лицо и шею. Для здоровых людей отношение температуры лба к температуре в области сонной артерии лежит в диапазоне от 0,98 до 1,03. Это отношение и можно использовать при экспресс-диагностике во время эпидемий для проведения карантинных мероприятий.
26.6. Светолечение. Лечебное применение ультрафиолета
Инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолетовое излучение находят широкое применение в медицине. Напомним диапазоны их длин волн:
Светолечением
называют применение в лечебных целях инфракрасного и видимого излучений.
Проникая в ткани, инфракрасные лучи (как и видимые) в месте своего поглощения вызывают выделение теплоты. Глубина проникновения инфракрасных и видимых лучей в кожу показана на рис. 26.7.
Рис. 26.7.
Глубина проникновения излучения в кожу
В лечебной практике в качестве источников инфракрасного излучения используются специальные облучатели (рис. 26.8).
Лампа Минина представляет собой лампу накаливания с рефлектором, локализующим излучение в необходимом направлении. Источником излучения служит лампа накаливания мощностью 20-60 Вт из бесцветного или синего стекла.
Светотепловая ванна представляет собой полуцилиндрический каркас, состоящий из двух половин, соединенных подвижно между собой. На внутренней поверхности каркаса, обращенной к пациенту, укреплены лампы накаливания мощностью 40 Вт. В таких ваннах на биологический объект действуют инфракрасное и видимое излучения, а также нагретый воздух, температура которого может достигать 70°С.
Лампа Соллюкс представляет собой мощную лампу накаливания, помещенную в специальный рефлектор на штативе. Источником излучения служит лампа накаливания мощностью 500 Вт (температура вольфрамовой нити 2 800°С, максимум излучения приходится на длину волны 2 мкм).
Рис. 26.8. Облучатели: лампа Минина (а), светотепловая ванна (б), лампа Соллюкс (в)
Лечебное применение ультрафиолета
Ультрафиолетовое излучение, применяемое в медицинских целях, подразделяют на три диапазона:
При поглощении ультрафиолетового излучения в тканях (в коже) происходят различные фотохимические и фотобиологические реакции.
В качестве источников излучения используют лампы высокого давления (дуговые, ртутные, трубчатые), люминесцентные лампы, газоразрядные лампы низкого давления, одной из разновидностей которых являются бактерицидные лампы.
А-излучение оказывает эритемное и загарное действие. Оно используется при лечении многих дерматологических заболеваний. Некоторые химические соединения фурокумаринового ряда (например, псорален) способны сенсибилизировать кожу этих больных к длинноволновому ультрафиолетовому излучению и стимулировать образование в меланоцитах пигмента меланина. Совместное применение данных препаратов с А-излучением является основой метода лечения, называемого фотохимиотерапией или ПУВА-терапией (PUVA: Р - псорален; UVA - ультрафиолетовое излучение зоны А). Облучению подвергают часть или все тело.
В-излучение оказывает ватиминообразующее, антирахитное действие.
С-излучение оказывает бактерицидное действие. При облучении происходит разрушение структуры микроорганизмов и грибов. С-излучение создается специальными бактерицидными лампами (рис. 26.9).
Некоторые лечебные методики используют С-излучение для облучения крови.
Ультрафиолетовое голодание. Ультрафиолетовое излучение необходимо для нормального развития и функционирования организма. Его недостаток приводит к возникновению ряда серьезных заболеваний. С ультрафиолетовым голоданием сталкиваются жители крайнего
Рис. 26.9.
Бактерицидный облучатель (а), облучатель для носоглотки (б)
Севера, рабочие горнорудной промышленности, метрополитена, жители крупных городов. В городах недостаток ультрафиолета связан с загрязнением атмосферного воздуха пылью, дымом, газами, задерживающими УФ-часть солнечного спектра. Окна помещений не пропускают УФ-лучи с длиной волны λ < 310 нм. Значительно снижают УФ-поток загрязненные стекла и занавеси (тюлевые занавески снижают УФ-излучение на 20 %). Поэтому на многих производствах и в быту наблюдается так называемая «биологическая полутьма». В первую очередь страдают дети (возрастает вероятность заболевания рахитом).
Вредность ультрафиолетового облучения
Воздействие избыточных доз ультрафиолетового облучения на организм в целом и на отдельные его органы приводит к возникновению ряда патологий. В первую очередь это относится к последствиям бесконтрольного загорания: ожоги, пигментные пятна, повреждение глаз - развитие фотоофтальмии. Действие ультрафиолета на глаз подобно эритеме, так как оно связано с разложением протеинов в клетках роговой и слизистой оболочек глаза. Живые клетки кожи человека защищены от деструктивного действия УФ лучей «мертвы-
ми» клетками рогового слоя кожи. Глаза лишены этой защиты, поэтому при значительной дозе облучения глаз после скрытого периода развивается воспаление роговой (кератит) и слизистой (конъюнктивит) оболочек глаза. Этот эффект обусловлен лучами с длиной волны меньше 310 нм. Необходимо защищать глаз от таких лучей. Особо следует рассмотривать бластомогенное действие УФ-радиации, приводящее к развитию рака кожи.
26.7. Основные понятия и формулы
Продолжение таблицы
Окончание таблицы
26.8. Задачи
2.
Определить,
во сколько раз отличаются энергетические светимости участков
поверхности тела человека, имеющих температуры 34 и 33°С соответственно?
3.
При
диагностике методом термографии опухоли молочной железы пациентке дают
выпить раствор глюкозы. Через некоторое время регистрируют тепловое
излучение поверхности тела. Клетки опухолевой ткани интенсивно поглощают
глюкозу, в результате чего их теплопродукция возрастает. На сколько
градусов при этом меняется температура участка кожи над опухолью, если
излучение с поверхности возрастает на 1% (в 1,01 раза)? Начальная
температура участка тела равна 37°С.
6.
Насколько
увеличилась температура тела человека, если поток излучения с
поверхности тела возрос на 4%? Начальная температура тела равна 35°С.
7.
В
комнате стоят два одинаковых чайника, содержащие равные массы воды при
90°С. Один из них никелированный, а другой темный. Какой из чайников
быстрее остынет? Почему?
Решение
По закону Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей одинаково у всех тел. Никелированный чайник отражает почти весь свет. Следовательно, его поглощательная способность мала. Соответственно мала и испускательная способность.
Ответ: быстрее остынет темный чайник.
8. Для уничтожения жучков-вредителей зерно подвергают действию инфракрасного облучения. Почему жучки погибают, а зерно нет?
Ответ: жучки имеют черный цвет, поэтому интенсивно поглощают инфракрасное излучение и гибнут.
9. Нагревая кусок стали, мы при температуре 800°С будем наблюдать яркое вишнево-красное каление, но прозрачный стерженек плавленого кварца при той же температуре совсем не светится. Почему?
Решение
См. задачу 7. Прозрачное тело поглощает малую часть света. Поэтому и его испускательная способность мала.
Ответ: прозрачное тело практически не излучает, даже будучи сильно нагретым.
10. Почему в холодную погоду многие животные спят, свернувшись в клубок?
Ответ: при этом уменьшается открытая поверхность тела и соответственно уменьшаются потери на излучение.
Микроклимат
Микроклимат влияет на самочувствие и работоспособность. При увеличении температуры больше 30°С работоспособность уменьшается. Для человека определены максимальные температуры в зависимости от длительности их воздействия и использования средств зашиты.
Основными параметрами, характеризующими метеорологические условия производственной среды, являются:
температура воздуха t, °С;
относительная влажность ,%;
скорость движения воздуха V, м/с;
барометрическое давление Р, мм. рт.ст.;
интенсивность теплового излучения Ie , Вт/м2.
Эти условия влияют на теплообмен организма человека с окружающей средой. Между организмом и окружающей средой происходит непрерывный процесс теплового обмена, состоящий в передаче вырабатываемого организмом тепла в окружающую среду.
Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на самочувствие человека и его работоспособность.
При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды кожи расширяются, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела, и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается, однако при температуре воздуха более 30° С отдача теплоты конвекцией и излучением в основном прекращается, часть теплоты отдается путем испарения с поверхности кожи. Вместе с влагой организм теряет и соли, играющие важную роль в жизнедеятельности организма. При неблагоприятных условиях потеря жидкости может достигать 8-10 литров за смену, а с ней до 40-50г NаСl (всего в организме около 140 г NаСl). Потеря 28-30 г его ведет к прекращению желудочной секреции, а - больших количеств- к мышечным спазмам и судорогам. При высокой температуре воздуха и дефиците воды в организме усиленно расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки.
Для восстановления водяного баланса работающих в горячих цехах устанавливают пункты подпитки подсоленной (~ 0,5 % NаСl) газированной питьевой водой из расчета 4-5 л на человека в смену.
При понижении температуры окружающего воздуха реакция организма иная: кровеносные сосуды сужаются, приток крови к поверхности тела замедляется, усиливается теплопродукция и уменьшается отдача тепла. В суженных сосудах происходит периодическое сужение и расширение их просвета, возникают болевые ощущения. Теплопотери возрастают и усиливается возможность переохлаждения. Подвижность воздуха и повышенная влажность усиливают охлаждающие свойства организма.
Высокая относительная влажность неблагоприятно действует на организм и при высоких температурах воздуха, т.к. препятствует испарению пота и способствует перегреванию организма. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени, тем быстрее наступает перегрев. Особенно неблагоприятное воздействие оказывает высокая влажность при температуре больше 31 °С, т.к. при этой температуре практически все тепло (выделяемое) отдается в окружающую среду при испарении пота. При увеличении влажности пот не испаряется, а стекает каплями.
Недостаточная влажность вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей, их растрескивание.
Подвижность воздуха весьма эффективно способствует теплоотдаче, что является положительным явлением при высоких температурах воздуха, но отрицательным при низких температурах.
Барометрическое давление оказывает существенное влияние на такой жизненноважный момент, как процесс дыхания. Наличие кислорода во вдыхаемом воздухе является необходимым, но недостаточным условием для обеспечения жизнедеятельности организма. Интенсивность диффузии кислорода в кровь определяется парциальным давлением кислорода в альвеолярном воздухе (через стенки альвеол кислород посредством диффузии поступает в кровь), которое зависит от барометрического давления вдыхаемого воздуха. Удовлетворительное самочувствие человека сохраняется до высоты ~ 4км, а при дыхании чистым кислородом - до высоты ~ 12км. Выше 4км может наступить кислородное голодание - гипоксия из-за снижения диффузии кислорода из легких в кровь. При работе в условиях избыточного давления снижаются показатели вентиляции легких за счет некоторого урежения частоты дыхания и пульса.
Избыточное давление воздуха приводит к повышению парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе и в то же время - к уменьшению объема легких и увеличению силы дыхательной мускулатуры. Для человека очень опасно быстрое изменение давления.
Тепловое излучение от нагретых поверхностей играет немаловажную роль в создании неблагоприятных микроклиматических условий в производственных помещениях. Наибольшую опасность возникновения лучистого тепла представляет расплавленный или нагретый до высоких температур металл.
При температуре до +500° С нагретой поверхностью излучаются инфракрасные лучи с длиной волны 0,76 - 740 мкм, а при более высокой температуре наряду с возрастанием инфракрасных лучей появляются видимые световые и ультрафиолетовые лучи. Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое действие. Под влиянием теплового облучения в организме происходят биохимические сдвиги, уменьшается кислородная насыщенность крови, понижается венозное давление, замедляется кровопоток и, как следствие, нарушается деятельность сердечно-сосудистой и нервной систем; повышается температура глубоколежащих тканей, происходит помутнение хрусталика глаза (профессиональная катаракта).
Нормирование микроклимата
Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005-88.
Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005-88 “Воздух рабочей зоны” и строительными нормами СН 2.2.4.548-96. Они едины для всех производств и всех климатических зон с некоторыми незначительными отступлениями. В виде оптимальных и допустимых величин. Оптимальные - создают ощущения теплового комфорта, а допустимые - могут вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжения реакции терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей. Нормы установлены для рабочей зоны - пространства высотой до 2 метров над уровнем пола или площадки, на которой находится рабочее место.
Оптимальная относительная влажность воздуха для всех периодов года - 40-60 %.
Интенсивность теплового облучения работающих от открытых источников (нагретый металл, стекло, “открытое” пламя и др.) не должна превышать 140 Вm/м 2 , при этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела и обязательным является использование средств индивидуальной защиты тела и глаз.
Допустимая интегральная интенсивность теплового облучения не должна превышать 350Вm/м 2 .
Интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов, инсоляции на постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать 35Вm/м 2 при облучении 50% поверхности тела и более, 70 Вm/м 2 - при величине облучаемой поверхности от 25 до 50% и 100 Вm/м 2 - при облучении не более 25% поверхности тела.
Допустимая интенсивность теплового облучения в области ультрафиолетового спектра составляет 0,001 Bm/м 2 при длине волны до 0,28 мкм, 0,05 Bm/м 2 при длине волны 0,28-0,32мкм и 10 Bm/м 2 при длине волны 0,32-0,4 мкм.
Предельная температура вдыхаемого воздуха, при которой человек может дышать в течение нескольких минут без специальных средств защиты = 116°С.
Потоотделение мало зависит от недостатка или избытка воды в организме.
Допустимо обезвоживание организма на 2-3%. При 6% - нарушение умственной деятельности и уменьшение остроты зрения, при 15-20% - смерть.
При потоотделении уменьшается содержание солей (до 1%, в т.ч. NaCl 0,4-0,6%). При неблагоприятных условиях потеря жидкости = 8-10 л/смену и в ней до 60г. NaС1 (всего в организме NaCl около 140г.)
При потере соли кровь теряет способность удерживать воду и приводит к нарушению сердечно-сосудистой деятельности.
При высокой температуре и дефиците воды усиленно расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки. Для восстановления водяною баланса:
1. Пить подсоленную газированную воду (около 0,5% NaС1) 4-5 л/смену (в горячих цехах).
2. Пить белково-витаминный напиток, холодную воду, чай.
Перегрев организма (гипертермия) - при длительном воздействии высокой температуры. Признаки: головная боль, головокружение, слабость, искажения цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение, учащение пульса и дыхания, бледность, расширение зрачков.
Переохлаждение (гипотермия) - при уменьшении температуры, большой подвижности и влажности воздуха. Симптомы: в начале уменьшение частоты дыхания, увеличение объема вдоха, затем неритмичное дыхание, изменение углеводного обмена, мышечная дрожь и холодовая травма.
Для оценки характера одежды (теплоизоляции) и акклиматизации организма в разное время года введено понятие периода года. Различают теплый и холодный периоды года. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха + 10° С и выше, холодный - ниже + 10° С.
При учете интенсивности труда все виды работ исходя из общих энергозатрат организма делятся натри категории: легкие, средней тяжести и тяжелые. Характеристику производственных помещений по категории выполняемых в них работ устанавливают по категории работ, выполняемых 50 % и более работающих в соответствующем помещении.
К легким работам (категория I) с затратой энергии до 174 Вт относятся работы, выполняемые сидя или стоя, не требующие систематического физического напряжения (работа контролеров, в процессах точного приборостроения, конторские работы и др.). Легкие работы подразделяют на категорию 1а (затраты энергии до 139 Вт) и категорию 16 (затраты энергии 140... 174 Вт).
К работам средней тяжести (категория II) относят работы с затратой энергии 175...232 Вт (категория 2а) и 233...290 Вт (категория 2б). В категорию 2а входят работы, связанные с постоянной ходьбой, выполняемые стоя или сидя, но не требующие перемещения тяжестей, в категорию 2б - работы, связанные с ходьбой и переноской небольших (до 10 кг) тяжестей (в механосборочных цехах, текстильном производстве, при обработке древесины и др.).
К тяжелым работам (категория III) с затратой энергии более 290 Вт относят работы, связанные с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянным передвижением, с переноской значительных (более 10 кг) тяжестей (в механосборочных цехах, текстильном производстве, при обработке древесины и др.). К тяжелым работам (категория III) с затратой энергии более 290 Вт относят работы, связанные с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянным передвижением, с переноской значительных (более 10 кг) тяжестей (в кузнечных, литейных цехах с ручными процессами и др.).
