20.03.2014
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
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:
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.
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.
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 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”.
Прибор осуществляет опрос измерительного зонда, выполняет расчет плотности теплового потока и отображает её значение на светодиодном индикаторе. Интервал опроса зонда составляет около одной секунды.
Данные, полученные от измерительного зонда, записываются в энергонезависимую память блока с определенным периодом. Настройка периода, считывание и просмотр данных осуществляется с помощью программного обеспечения.
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:
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.
Зонды теплового потока предназначены для проведения измерений поверхностной плотности теплового потока по ГОСТ 25380-92.
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 .
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.
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.
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).
(на примере проведения лабораторной работы на тему «Исследование средств защиты от инфракрасного излучения» в одном из технических ВУЗов г. Москвы).
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.
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».
1. За счет каких процессов образуется тепло в организме человека? Каким путем организм теряет большую часть тепла?
Образование тепла в организме человека происходит за счет окислительных реакций и сокращения мышц, а также поглощения тепла получаемого извне от оборудования, нагретых веществ, ламп накаливания и др.
Большую часть тепла организм теряет за счёт теплового излучения (до 60%).
2. Какими способами происходит отдача тепла организмом человека?
Отдача тепла организмом в окружающую среду осуществляется путем конвекции в результате нагревания воздуха, омывающего поверхность тела, (примерно 30 %), испарения влаги (пота) с поверхности кожи (в среднем 20 – 29 %), теплового излучения на окружающие предметы, имеющие более низкую чем кожа температуру поверхности (до 60 %).
3. От каких параметров зависит величина интенсивности теплового излучения на рабочем месте? Указать единицу измерения интенсивности.
Интенсивность теплового излучения Q (Вт/м2) на рабочем месте можно рассчитать по формуле: , где F – площадь излучающей поверхности источника, м2; T ° – температура излучающей поверхности, К; l – расстояние от излучающей поверхности до работающего, м. Единица измерения – Вт/м².
4. От какого параметра излучения зависит глубина его проникновения в живую ткань? Воздействие излучения на какие органы наиболее опасно?
Зависит от длины волны. Лучи длинноволнового диапазона ИК – излучения (от 3 мкм до 1 мм) задерживаются в поверхностных слоях кожи уже на глубине 0,1 – 0,2 мм. Лучи коротковолнового диапазона ИК – излучения (от 0,78 до 1,4 мкм) обладают способностью проникать в ткани организма на несколько сантиметров.
Клетки головного мозга, лёгкие, почки, мышцы.
5. Какой диапазон ИК-излучения при облучении вызывает более тяжелые последствия?
Лучи коротковолнового диапазона ИК – излучения (от 0,78 до 1,4 мкм) легко проникают через кожу и черепную коробку в мозговую ткань и могут воздействовать на клетки головного мозга, вызывая его тяжелые поражения.
6. Какое специфическое заболевание может вызвать нарушение терморегуляции? Каковы симптомы этого заболевания?
ИК-излучение может привести к специфическому заболеванию – тепловому удару , проявляющегося в головной боли, головокружении, учащении пульса, ускорении дыхания, падении сердечной деятельности, потере сознания и др.
7. Какое профессиональное заболевание может вызвать длительное тепловое облучение? Какой диапазон ИК-излучения при этом наиболее опасен?
При длительном облучении глаз у работников развивается профессиональное заболевание – катаракта (помутнение хрусталика). Лучи коротковолнового диапазона ИК – излучения (от 0,78 до 1,4 мкм) наиболее опасны.
8. Через величину какой характеристики оценивается действие теплового излучения на человека? Указать единицу ее измерения.
Действие теплового излучения на человека оценивается через величину, названную интенсивностью теплового облучения , Вт/м 2 .
9. От каких факторов зависит эффект воздействия теплового излучения?
Тепловой эффект воздействия облучения зависит от множества факторов:
1)температуры источника излучения, 2) интенсивности теплового излучения на рабочем месте, 3) спектра излучения, 4) площади излучающей поверхности, 5) расстояния между излучающей поверхностью и телом человека, 6) размера облучаемого участка тела, 7) длительности облучения, 8) одежды и т.п.
10. В каких случаях будет более тяжелым эффект воздействия теплового излучения?
Чем больше величина облучаемой поверхности, чем продолжительнее период облучения и чем ближе облучаемый участок организма к важным жизненным органам, тем тяжелее эффект воздействия.
11. Что такое терморегуляция? Какова функция данного механизма?
Регулирование теплообмена осуществляется путем изменения количества вырабатываемого в организме тепла и путем увеличения или уменьшения его передачи в окружающую среду за счет соответствующих реакций одного из основных механизмов приспособления – терморегуляции.
Терморегуляция – совокупность физиологических процессов, обеспечивающих постоянство температуры тела человека в допустимых физиологических границах 36,4 – 37,5 °С. Данный диапазон температур внутренних органов человека наиболее благоприятен для протекания в организме биохимических реакций и деятельности мозга.
12. При тепловом облучении допустимые значения какого параметра и в зависимости от какого фактора устанавливаются ГОСТ 12.1.005 – 88?
Допустимая интенсивность теплового облучения работающих в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями (ГОСТ 12.1.005 – 88) устанавливается в зависимости от площади облучаемой поверхности тела .
13. Какими способами обеспечивается защита работников от перегревания? Какой из способов является наиболее распространенным?
Способы обеспечения защиты работников от перегревания:
1) дистанционное управление ходом технологического процесса, 2) использование защитных экранов, 3) водяных и воздушных завес, 4) воздушное душирование, 5) применение спецодежды и средств индивидуальной защиты, 6) оборудование комнат или кабин для кратковременного отдыха с подачей в них кондиционированного воздуха.
14. Какие из исследуемых экранов являлись теплоотражающими? Из каких других материалов изготавливают такие экраны?
Теплоотражающие экраны имеют низкую степень черноты поверхностей, вследствие чего они значительную часть падающей на них лучистой энергии отражают в обратном направлении. В качестве теплоотражающих материалов в конструкции экранов используют альфоль (ал. фольга), листовой алюминий, оцинкованную сталь, алюминиевую краску.
15. Какие из исследуемых экранов являлись теплопоглощающими? Из каких других материалов изготавливают такие экраны?
Теплопоглощающие экраны изготавливают из материалов с высоким термическим сопротивлением (малым коэффициентом теплопроводности). В качестве теплопоглощающих материалов применяют огнеупорный и теплоизоляционный кирпич, асбест, брезент, шлаковату.
16. Что используют на производстве в качестве теплоотводящих экранов?
В качестве теплоотводящих экранов используются водяные завесы, свободно падающие в виде пленки или орошающие другую экранирующую поверхность, либо заключенные в специальный кожух из стекла или металла змеевики с принудительно циркулирующей в них холодной водой.
Для измерения интегральной интенсивности теплового излучения используется приборы чувствительные к инфракрасной и видимой области спектра - термоэлектрический актинометр, радиометр, болометр и т.п..
Принцип действия термоэлектрического актинометра (РИС4) основан на различной поглощающей способности зачерненных и блестящих полос серебряной фольги. Вследствие различия температуры зачерненных и незачерненных участков серебряной фольги, в расположенных под ними термобатарее возникает электрический ток. Сила тока прямо пропорциональна интенсивности теплового излучения, значения которого считываются со шкалы прибора. Диапазон измерений Е 0-14000Вт/м, погрешность измерения ±175 Вт/м.
Рис.4 Приборы для измерения нагретых поверхностей
Для измерения температуры нагретых поверхностей оборудования применяются контактные термометры и термопреобразователи сопротивления (термопары) или дистанционными (пирометры и др.).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Порядок выполнения работы и оформление отчета
1. Подключить стенд к сети переменного тока, а источник теплового излучения к розетке пульта управления.
2. Включить источник теплового излучения (верхнюю часть) и измеритель теплового потока ИПП-2м.
3. Установить головку измерителя теплового потока в штативе таким образом, чтобы она была смещена относительно стойки на 100мм. Вручную перемещать штатив вдоль линейки, устанавливая головку измерителя на различном расстоянии от источника теплового излучения, и определять интенсивность теплового излучения в этих точках (определять как среднее значение не менее 5 замеров). Данные замеров занести в таблицу. Построить график зависимости среднего значения интенсивности теплового излучения от расстояния.
4. Устанавливая различные защитные экраны, определить интенсивность теплового излучения на заданных расстояниях. Оценить эффективность защитного действия экранов по формуле (2). Построить график зависимости среднего значения интенсивности теплового излучении от расстояния.
5. Установить защитный экран (по указанию преподавателя). Разместить над ним широкую щетку пылесоса. Включить пылесос в режиме 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 пункте 3. Оценить эффективность комбинированной тепловой защиты по формуле (2). Построить график зависимости интенсивности теплового излучения от расстояния. По результатам измерений определить эффективность «вытяжной вентиляции» (количество уносимого пылесосом тепла). Эту же эффективность определить, измеряя температуру теплозащитного экрана с помощью датчика температуры измерителя ИПП-2м в режиме с использованием «вытяжной вентиляции» и без нее.
6. Перевести пылесос в режим «воздуходувки» и включить его. Направляя поток воздуха на поверхность защитного экрана (режим «душирования»), повторить измерения в соответствии с пунктом 5. сравнить результаты измерений п.п. 5 и 6.
7. 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 датчика температуры ИПП-2м измерить температуру воздуха в месте размещения тепловых экранов без воздушной завесы и с завесой.
Отчет о лабораторной работе
А) Таблица
Б) Графики зависимости интенсивности теплового излучения от расстояния
В) Расчет эффективности защитного действия экранов
Г) Расчет эффективности вытяжной вентиляции
Д) Выводы
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой лучистый тепловой обмен между телами?
2. Как определяется интенсивность теплового излучения?
3. От чего зависит количество лучистого тепла, поглощаемого телом человека?
4. Что является наиболее эффективным способом теплоотдачи?
5. Перечислите основные мероприятия по защите работающих от возможного перегрева.
6. Что такое экранирование излучающих поверхностей? Какие существуют типы экранов?
7. Как определяется эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов?
8. Что такое вентиляция?
9. Что такое воздухообмен и кратность воздухообмена?
10.Какие приборы используются для измерения интенсивности теплового излучения?
Библиографический список
1.Кукин П.П., Лапин В.Л., Подгорных Е.А. и др. Безопасность технологи -ческих процессов и производств: Учебное пособие для вузов - М.: Высшая школа, 2001, 318с.
2. Белов С.В. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов - М.: Высшая школа, 2005, 600с.
3. Русак О.Н., Малаян Ц.Р., Занько Н.Г. Безопасность жизнедеятельности. -СПб-М.: Краснодар, 2005, 445с.
4. Русак О.Н. Безопасность охрана труда. Учебное пособие - СПб.: ЛТА, МАНЭБ, 1999, 320с.
5. СанПин 2.2.4.548-96. «Общие санитарно-гигиенические требования к тепловому облучению от нагретых поверхностей технологического оборудования».
Лабораторная работа № 2
Тепловое излучение - этоэлектромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии.
Оно обуславливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения колеблющихся ионов.
Интенсивность излучения и его спектральный состав зависят от температуры тела, поэтому тепловое излучение не всегда воспринимается глазом.
Тело. Нагретое до высокой температуры значительную часть энергии испускает в видимом диапазоне, а при комнатной температуры- энергия испускается в инфракрасной части спектра.
По международным стандартам различают 3 области инфракрасного излучения:
1. Инфракрасная область А
λ от 780 до 1400 нм
2. Инфракрасная область В
λ от 1400 до 3000 нм
3. Инфракрасная область С
λ от 3000 до 1000000 нм.
Особенности теплового излучения.
1. Тепловое излучение- это универсальное явление присущее всем телам и происходящее при температуре отличной от абсолютного нуля (- 273 К).
2. Интенсивность теплового излучения и спектральный состав зависят от природы и температуры тел.
3. Тепловое излучение является равновесным, т.е. в изолированной системе при постоянной температуре тела излучают за единицу времени с единицы площади столько энергии, сколько получают извне.
4. Наряду с тепловым излучением все тела обладают способностью поглащать тепловую энергию извне.
2 . Основные характеристики поглощения .
1. Лучистая энергия W (Дж)
2. Лучистый поток Р = W/t (Вт)
(Поток излучения)
3. Излучательная способность (энергитическая светимость)- это энергия электромагнитного излучения, излучаемая по всем возможным направлениям за единицу времени с единицы площади при данной температуре
RT= W/St (Вт/м2)
4. Поглощательная способность (коэффициент поглощения) равен отношению лучистого потока, поглощенного данного тела к лучистому потоку, упавшему на тело при данной температуре.
αт = Рпогл / Рпад.
3. Тепловые излучатели и их характеристика.
Понятие абсолютно чёрного тела.
Тепловые излучатели- это технические устройства для получения теплового лучистого потока. Каждый тепловой источник характеризуется излучательной способностью, поглащательной способностью, температурой излучательного тела, спектральным составом излучения.
В качестве стандарта введено понятие абсолютно чёрного тела (а.ч.т.)
При прохождении света через вещество, лучистый поток частично отражается, частично поглащается, рассеивается и частично проходит через вещество.
Если тело полностью поглощает падающий на него световой поток, то его называют абсолютно чёрное тело.
Для всех длин волн и при любых температурах коэффициент поглощения α=1. Абсолютно чёрного тела в природе нет, но можно указывать на тело близкое к нему по своим свойствам.
Модельно а.ч.т. является полость с очень малым отверстием стенки которого зачернены. Луч, попавший в отверстие после многократных отражений от стенок, будет поглощён практически полностью.
Если нагреть такую модель до высокой температуры, то отверстие будет светиться, такое излучение называется чёрным излучением. К а.ч.т. близки поглощательные свойства чёрного бархата.
α для сажи = 0,952
α для чёрного бархата = 0,96
Примером служит зрачок глаза, глубокий колодец и т.д.
Если α=0, то это обсолютно зеркальная поверхность. Чаще α находится в пределах от 0 до 1, такие тела называются серыми.
У серых тел коэффициент поглощения зависит от длины волны, падающего излучения и в значительной степени от температуры.
4. Законы теплового излучения и их характеристика
1. Закон Киркгофа :
отношение излучательной способности тела к поглощательной способности тела при одинаковой температуре и при одинаковой длине волны есть величина постоянная.
2. Закон Стефана-Больцмана :
излучательная способность а.ч.т. пропорциональначетвёртой степени его абсолютной температуры.
δ- постоянная Стефана-Больцмана.
δ=5,669*10-8 (Вт/ м2*К4)
W=Pt=RTSt= δStT4
Т-температура
При увеличении температуры (Т) мощность излучения растёт очень быстро.
При увеличении времени (t) до 800 мощность излучения увеличится в 81 раз.
Работа на промышленных предприятиях зачастую подразумевает выполнение трудовых функций в условиях воздействия различных факторов, представляющих потенциальную опасность для здоровья сотрудников и их трудоспособности. Одним из таких факторов является наличие теплового облучения на рабочем месте. В случае, если такое облучение имеет место, работодатель обязан принимать меры по нормированию его интенсивности, а также применять ряд защитных мер, чтобы снизить негативное воздействие на своих сотрудников.
Разрешенная интенсивность теплового облучения в связи с характером производственного процесса установлена СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах» . В частности, этот документ устанавливает, что указанная интенсивность нормируется не только по абсолютным значениям, но и зависит от того, насколько велика площадь поверхности тела сотрудника, которая подвергается воздействию данного фактора.
При этом работодателю необходимо иметь в виду, что указанные нормативы действительно только для случаев, когда источник тепла, в непосредственной близости от которого работает сотрудник, нагрет до температуры, не превышающей 600 градусов. Если фактический уровень нагрева превышает этот порог, максимальный разрешенный уровень облучения должен составлять не более 140 Вт/кв.м, причем площадь поверхности тела, подвергающаяся облучению, должна составлять не более 25%. В таких условиях работник обязательно должен носить специальную защитную одежду и средства, закрывающие лицо и глаза.
Вместе с тем, применение защитных средств и одежды в условиях повышенных температур в производственном помещении также имеет свои особенности. Так, в частности, их использование предполагает снижение нормативов температур, считающихся разрешенными в теплый сезон года, на два градуса. Указанное снижение должно быть применено в случае, если используемая одежда влечет за собой ухудшение характеристик теплообмена тела человека с окружающей средой. Это, в частности, описывается следующими параметрами одежды:
Помимо предоставления спецодежды и защитных средств, работодатель должен обеспечить сотруднику соблюдение режимов максимальной длительности пребывания на рабочем месте с повышенной температурой и дать ему возможность отдыха в помещении с нормальными микроклиматическими условиями.
В случае наличия интенсивного теплового излучения на рабочем месте необходимо предусмотреть нормирование температуры окружающего воздуха. При этом установленные пределы разрешенных температур находятся в тесной связи с тем, к какой категории работ по уровню энергетических затрат принадлежат выполняемые сотрудником трудовые функции. В частности, допустимыми считаются следующие температурные показатели.
| Категория работ | Уровень энергетических затрат | Разрешенная температура воздуха |
|---|---|---|
| Iа | Ниже 139 Вт | 25 градусов |
| Iб | От 140 до 174 Вт | 24 градуса |
| IIа | От 175 до 232 Вт | 22 градуса |
| IIб | От 233 до 290 Вт | 21 градус |
| III | Выше 290 Вт | 20 градусов |
Указанные параметры являются допустимыми для того, чтобы в рамках проведения обязательной процедуры специальной оценки условий труда в соответствии с требованиями Федерального закона от 28 декабря 2013 г. N 426-ФЗ «О специальной оценке условий труда» такие условия были признаны допустимыми или оптимальными. В случае, если работодатель в силу объективных причин не в состоянии добиться требуемых показателей по температуре в помещении, такие условия будут признаны вредными или опасными.
