Средства и меры защиты от теплового излучения

1 2 3 4 5

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы по курсу

«Безопасность жизнедеятельности»

ЗАЩИТА ОТ ТЕПЛОВЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Для студентов всех специальностей

Москва 2016

Составители: Егоров В.Н., Хабаров Д.А.

Защита от тепловых излучений

Методические указания разработаны для выполнения студентами лабораторной работы по измерению количества тепла от излучающих поверхностей и оценке эффективности и условий применения защитных средств в учебной аудитории.

Материалы методических указаний могут быть использованы студентами в курсовом и дипломном проектировании при рассмотрении вопросов оценки вредного воздействия тепловых излучений в быту и на рабочем месте.

Рецензенты: д.т.н., заведующий кафедрой «Кадастра и основ земельного права» ФГБОУ ВО МИИГАиК, Сизов А.П.;

проф., д.э.н., член-корреспондент Российской академии наук (РАН), академик, заведующий кафедрой «Землепользования и кадастров» ФГБОУ ВО ГУЗ, Варламов А. А.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………...5

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ…………………………………………………….5

СРЕДСТВА И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ….....8

НОРМИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ……10

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА……………………………….11

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ………………………………………13

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ……………………………………………….18

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ…………………………………….18

ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………18

Цель работы: изучение методов измерения количества тепла от излучающих поверхностей и оценка эффективности и условий применения

защитных средств.

Учебные вопросы: 1. Ознакомление со схемой лабораторной установки и расположением приборов; 2. Измерение интенсивности излучения и температуры мишеней без экранов и измерение интенсивности теплового

излучения от различных экранов на тех же расстояниях; 3. Оценка воздействия измеренных значений на человека.

Порядок выполнения лабораторной работы: 1. Ознакомление с основными сведениями о тепловых излучениях и мерах защиты от них; 2. Изучение порядка работы на лабораторном стенде «Тепловые излучения»; 3. Измерение интенсивности излучения и температуры мишеней без экранов и измерение интенсивности теплового излучения от различных экранов на тех же расстояниях; 4. Заполнение соответствующей таблицы на основании полученных данных; 5. Построение графика зависимости интенсивности излучения и температуры в координатах; 6. Предоставление отчетов о результатах выполнения лабораторной работы.

ВВЕДЕНИЕ

Тепловое излучение - это электромагнитное излучение, возникающее за счёт внутренней энергии тела. Имеет сплошной спектр, расположение и интенсивность максимума которого зависят от температуры тела. Тепловым излучением (инфракрасным излучением (ИКИ)) является невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 0.76 до 420 микрометров, которое обладает световыми и волновыми свойствами^[1].

Воздух прозрачен для теплового излучения, именно поэтому при прохождении лучистого тепла через воздух температура ею не повышается. Энергию теплового излучения можно определить по формуле:

Q= (Вт/м²), где

F – площадь излучающей поверхности, м²;

T⁰ - температура излучающей поверхности ⁰К;

l – расстояние от излучающей поверхности до объекта, м.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Тепловой обмен организма человека с окружающей средой заключается во взаимосвязи между образованием тепла (термогенезом) в результате жизнедеятельности организма и отдачей им этого тепла во внешнюю среду. Существует, в основном, три способа отдачи тепла: излучение, испарение, конвекция. Передача тепла ИК - излучением является одним из самых мощных из всех способов теплоотдачи и составляет 44-59% общей теплоотдачи в комфортных условиях. Излучение тела человека находится в диапазоне длин волн от 5 до 25 микрометров с максимальной энергией, составляющей 9,4 микрометра. В производственных условиях, когда работник окружен различными предметами, имеющими определенную температуру, отличную от температуры тела работника, соотношение теплоотдачи способно существенно меняться. Отдача человеческим телом тепла во внешнюю среду возможна только при условии, если температура посторонних предметов ниже температуры тела человека.

В производственных условиях источником ИК – излучения могут быть разливаемый жидкий металл, сварочное пламя, нагретые поверхности слитков, поковок и так далее. Производственные источники тепла и лучистой энергии разделяются на 4 основные группы по характеру излучения: 1) источники с температурой до 500 °С; 2) источники с температурой от 500 °С до 1200 °С; 3) источники с температурой от 1200 °С до 2000 °С; 4) источники с температурой от 2000 °С до 4000 °С^[1].

Перечислим основные законы физики инфракрасного излучения.

1. Закон Кирхгофа - отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

f (w, T) = , где

f (w, T) – универсальная функция частоты (дли волны) и температуры;

r (w, T) – излучательная способность тела;

a (w, T) – поглощательная способность тела.

2. Закон Стефана-Больцмана - светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его температуры.

E = σ · T⁴ (Вт/м²), где

Е - мощность излучения;

σ - постоянная Стефана-Больцмана, равная 5.67032 · 10^-8 Вт·м^-2·К^-4;

Т - абсолютная температура, К.

Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, определяется

законом Стефана-Больцмана по формуле:

Е = С₁С₂·σ (Т₁⁴-Т₂⁴), где

Е - теплоотдача, Вт/м;

С1 и С2 - константы излучения с поверхностей;

σ -постоянная Стефана-Больцмана;

Т1 и Т2 - температуры поверхностей (°К), между которыми происходит теплообмен излучением.

3. Закон Вина

В 1893 году Вильгельм Вин, воспользовавшись, помимо классической термодинамики, электромагнитной теорией света, вывел следующую формулу:

λмакс Т = С, где

С=2880; Т - абсолютная температура °К;

λ - длина волны в микрометрах.

Закон Вина гласит: произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (λ макс) с максимальной энергией – величина постоянная ^[2].

Основная физическая характеристика инфракрасного излучения - интенсивность излучения (плотность потока) Е (Вт/м²) зависит от температуры излучателя, его площади и расстояния до исследуемой точки пространства и определяется по следующим формулам:

При R ≥ √S:

E_u= ;

При R < √S:

E_u= ;

где S - площадь поверхности излучателя, м²;

Т_u - абсолютная температура излучателя, °К;

R - расстояние от излучателя до точки замера, м.

Эффективность защиты от теплового излучения можно оценить с помощью экранов и водяной завесы по формуле:

n= ×100, где

Q – интенсивность теплового излучения без применения защиты, Вт/м²;

Q₃ – интенсивность теплового излучения с применением защиты, Вт/ м^2.[2]

СРЕДСТВА И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Санитарные нормы допускают воздействие теплоты излучения на организм работающих в количестве не более 1,25 МДж/(м²*ч). Температура нагретых поверхностей производственного оборудования и ограждений на рабочих местах (печей, ванн и др.) не должна превышать 45 °С, а для оборудования, внутри которого температура равна или ниже 100 °С, температура на поверхности не должна превышать 35 °С. Для защиты людей от вредного воздействия теплового излучения и высоких температур применяют теплоизоляцию горячих поверхностей, например путем обмазки наружных поверхностей котлов и трубопроводов горячей воды каким-либо строительным раствором с наполнителем в виде стекловаты или асбеста. Общей защитой от излучения могут служить экраны из малотеплопроводных материалов (асбест, шифер), а в качестве средств индивидуальной защиты применяются спецодежда (брезентовые или суконные костюмы), очки со светофильтрами, щитки из органического стекла и другие. В горячих цехах существенную роль играет снабжение рабочих питьевой подсоленной или газированной водой, употребление которой улучшает водный баланс организма.

Ведущая роль в профилактике вредного влияния высоких температур ИК – излучения принадлежит технологическим мероприятиям. Внедрение автоматизации и механизации производственных процессов, дистанционного управления обеспечивает возможность пребывания работников вдали от источника конвекционного и радиационного тепла. Одним из наиболее распространенных способов борьбы с тепловым излучением является экранирование излучающих поверхностей. Теплоизлучение и поступление конвекционной теплоты в рабочую зону значительно уменьшается при применении экранов, которые по своему принципу действия можно подразделить на непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные.

Непрозрачные экраны могут быть теплоотражающими, теплопоглощающими и теплоотводящими. В теплоотражающих экранах используется алюминиевая фольга-альфоль в листовой или гофрированной форме. Теплопоглощающие экраны изготовляются из асбеста, металла, футерованного теплоизоляционным материалом – заслонки, щиты и др. Теплоотводящие экраны представляют собой сварные или литые конструкции, охлаждаемые протекающей внутри водой.

Полупрозрачные экраны изготовляют из металлической сетки, цепей, армированного стальной сеткой стекла и применяются: сетки – при интенсивности излучения 350 - 1000 Вт/м², цепные завесы и армированное стекло – 700 - 5000 Вт/м².

Прозрачные теплопоглощающие экраны изготавливают из различных бесцветных или окрашенных стекол: силикатное – для защиты от источников с температурой 700 °С; органическое – для защиты от источников с температурой 900 °С. Эффективность теплозащиты стекол зависит от температуры источника теплоизлучения м при t_ис= 1000 °С достигает 86%.

Воздействие ИКИ на организм человека проявляется как общими, так и местными реакциями. Местная реакция выражается сильнее при длинноволновом облучении, поэтому при одной и той же интенсивности облучения время переносимости при длинноволновом облучении короче, чем при коротковолновой радиации. За счет большой глубины проникновения в ткани тела коротковолновая область спектра ИКИ обладает выраженным общим действием на организм человека, вызывая повышение температуры глубоколежащих тканей: например, при длительном облучении глаза может привести к помутнению хрусталика (профессиональная катаракта) ^[1].

Табл. 1. Воздействие теплового облучения на человека в зависимости от его интенсивности и длительности

Интенсивность облучения, Вт/м	Воздействие	Длительность облучения, с
230…350	слабое	неопределенно долго
350…1050	умеренное	180…300
1050…1600	среднее	40…60
2000…2800	высокое	18…24
3500	очень высокое	2…5