Защита от тепловых излучений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Санкт-Петербургский государственный политехнический университет"

Институт международных образовательных программ

Кафедра "Безопасность жизнедеятельности"

Реферат

Защита от тепловых излучений

Выполнила: студентка 2 курса

Руководитель: Терентьев О.Н.

Санкт-Петербург, 2014

Оглавление

Введение

Глава 1. Понятие теплового излучения

1.1 Определение теплового излучения

1.2 Характеристики теплового излучения

1.3 Законы теплового излучения

Глава 2. Защита от тепловых излучений

2.1 Оздоровление воздушной среды

2.2 Защита от источников тепловых излучений

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Излучение тепла -- в сущности отрицательное явление, оно ухудшает тепловой режим рабочего места. Тепловое излучение не действует, пока не попадет на поглощающий его предмет; оно проходит через воздух, не нагревая его. Поток воздуха между источником теплового излучения и человеком не препятствует его воздействию на человека. Уменьшение возникающего теплового излучения в горячих цехах экономически более выгодно по сравнению с другими методами защиты.

Интенсивность теплового излучения на рабочем месте человека должна быть (в соответствии с гигиеническими нормами MZ) менее 4,15 кДж/(см²мин). Там, где величины интенсивности излучения равны или больше приведенной выше величины, необходимо прибегать к уменьшению теплового излучения.

При температуре до 18°С человек может работать с нормальной производительностью. Во время подвижной работы при температуре выше 20°С производительность труда падает. Температура в 25°С при относительной влажности более 70% снижает эффективность работы; температура 30°С при влажности более 80% делает работу очень тяжелой, от которой повышается усталость, эффективность ее снижается на 35% по сравнению с начальной фазой. Длительная работа в таких климатических условиях опасна для здоровья.

В горячих цехах необходимо либо автоматизировать тяжелую физическую работу, либо использовать местное охлаждение до температуры, соответствующей нормальной работе человека.

Способы уменьшения теплового излучения:

- уменьшение нагревания станка или улучшение тепловой изоляции нагревающихся поверхностей;

- снижение интенсивности теплового излучения станка, излучение неизолированных плоскостей можно уменьшить слоем алюминиевой фольги или чистой алюминиевой шпаклевки (алюминиевую шпаклевку нельзя использовать для покрытия высокотемпературных нагревательных элементов так как она снижает коэффициент излучения на 50% по сравнению с эмалевым покрытием);

- использование чехла или заслона между источником теплового излучения и человеком инфракрасная "тень"), например поглощающих (асбестовых, стеклянных, охлаждаемых водой, цепных заслонок, металлических сеток) или отражающих экранов (алюминиевых листов или фольг, наклеенных на асбестовую пластину), которые отражают 90--95% инфракрасных лучей;

- алюминиевая шпаклевка отражает две трети инфракрасных лучей;

- охлаждение рабочего за счет подвода и продувки сухим и охлажденным воздухом с определенной скоростью, зависящей от интенсивности теплового излучения, водяной завесы минимальной толщины 10 мм. Однако при ее использовании увеличивается вероятность повышения относительной влажности в помещении, которая отрицательно влияет на рабочего (повышает усталость);

- применение личных средств защиты от излучения (например, специальной одежды).

Глава 1. Понятие теплового излучения

1.1 Определение теплового излучения

Тепловым излучением называется процесс, при котором теплота излучения распространяется в основном в форме инфракрасного излучения с длиной волны около 10 мм. Источниками тепловых излучений являются все тела, нагретые до температуры выше температуры окружающей среды. В условиях производства источниками тепловых излучений могут быть наружные стенки котлов и горячих трубопроводов, технологическое оборудование, провода и кабели электросетей, электрические машины и аппараты и др. Расплавленные и раскаленные металлы являются источниками инфракрасных излучений.

Тепловое излучение - электромагнитное излучение, возникающее за счёт внутренней энергии тела. Имеет сплошной спектр, максимум которого зависит от температуры тела. При остывании последний смещается в длинноволновую часть спектра. Тепловое излучение имеет нагретый металл, земная атмосфера, белый карлик.

Примером механизма, приводящего к тепловому излучению может служить тормозное излучение или ударное возбуждение атомных уровней с последующим высвечиванием. Характерной чертой является то, что при усреднении коэффициента излучения по максвелловскому распределению, начиная с энергий hн~kT, в спектре начинается экспоненциальный завал.

В случае если излучение находится в термодинамическом равновесии с веществом, то такое излучение называется равновесным. Спектр такого излучения эквивалентен спектру абсолютно черного тела и описывается законом Планка. Однако в общем случае тепловое излучение не находится в термодинамическом равновесии с веществом, таким образом более горячее тело остывает, а более холодное наоборот нагревается. Спектр такого излучения определяется законом Кирхгофа.

Тепловое излучение тела человека относится к инфракрасному диапазону электромагнитных волн. Впервые такое излучение было открыто английским астрономом Вильямом Гершелем. В 1865 английский физик Дж. Максвелл доказал, что ИК - излучение имеет электромагнитную природу и представляет собой волны длиной от 760 нм до 1-2 мм. Чаще всего весь диапазон ИК - излучения делят на области: ближнюю (750 нм-2.500 нм), среднюю (2.500 нм - 50.000 нм) и дальнюю (50.000 нм-2.000.000 нм).

1.2 Характеристики теплового излучения

Основными количественными характеристиками теплового излучения являются:

- энергетическая светимость - это количество энергии электромагнитного излучения во всем диапазоне длин волн теплового излучения, которое излучается телом во всех направлениях с единицы площади поверхности за единицу времени:

R = E/(S·t), [Дж/(м²с)] = [Вт/м²]

Энергетическая светимость зависит от природы тела, температуры тела, состояния поверхности тела и длины волны излучения.

- спектральная плотность энергетической светимости - энергетическая светимость тела для данных длин волн (л + dл) при данной температуре

(T + dT): Rл, T = f(л, T).

Энергетическая светимость тела в пределах каких-то длин волн вычисляется интегрированием Rл, T = f(л, T) для T = const:



- коэффициент поглощения - отношение поглощенной телом энергии к падающей энергии. Так, если на тело падает излучение потока dФпад, то одна его часть отражается от поверхности тела - dФотр, другая часть проходит в тело и частично превращается в теплоту dФпогл, а третья часть после нескольких внутренних отражений - проходит через тело наружу

dФпр : б = dФпогл/dФпад.

Коэффициент поглощения б зависит от природы поглощающего тела, длины волны поглощаемого излучения, температуры и состояния поверхности тела.

- монохроматический коэффициент поглощения - коэффициент поглощения теплового излучения данной длины волны при заданной температуре:

бл, T = f(л, T)

Среди тел есть такие тела, которые могут поглощать все тепловое излучение любых длин волн, которое падает на них. Такие идеально поглощающие тела называются абсолютно черными телами. Для них б =1.

Есть также серые тела, для которых б<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

Моделью АЧТ является малое отверстие полости с теплонепроницаемой оболочкой. Диаметр отверстия составляет не более 0, 1 диаметра полости. При постоянной температуре из отверстия излучается некоторая энергия, соответствующая энергетической светимости абсолютно черного тела. Но АЧТ - это идеализация. Но законы теплового излучения АЧТ помогают приблизиться к реальным закономерностям.

1.3 Законы теплового излучения

Закон Кирхгофа: лучеиспускание обуславливается только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды. Лучеиспускательная способность любого тела пропорциональна его лучепоглощающей способности.

Тело, поглощающее все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом законе основано применение поглощающей защитной одежды, светофильтров, окраска оборудования, устройство приборов для измерения теплового излучения.

Закон Стефана-Больцмана: с повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры:

E = у • T4 [Вт/м²] (1)

Е - мощность излучения;

у - постоянная Стефана-Больцмана, равная 5.67032 • 10-8

Вт•м-2•К-4; Т - абсолютная температура, К (Кельвин).

В соответствии с этим законом даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи тепла излучением. Используя этот закон можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, определяется законом Стефана-Больцмана по формуле:

Е = С1С2•у (Т14-Т24) (2)

Е - теплоотдача, Вт/м, С1 и С2 - константы излучения с поверхностей, у - постоянная Стефана-Больцмана; Т1 и Т2 - температуры поверхностей (°К), между которыми происходит теплообмен излучением.

При расчете теплоотдачи излучением учитывают температуру стен и других поглощающих тепловую радиацию поверхностей (среднерадиационная температура).

Закон Вина: произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (л макс) с максимальной энергией - величина постоянная

лмакс • Т = С (3)

где: С=2880; Т - абсолютная температура °К; л - длина волны в мкм.

Исходя из закона Вина, длина волны максимального излучения нагретого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре:

лмакс = С / Т (4)

Интенсивность теплового излучения на рабочих местах может колебаться от 175 Вт/м² до 13956 Вт/м². К горячим цехам относят цеха, в которых тепловыделение превышает 23 Дж/м².

В литейных цехах (нагрев и обработка деталей) интенсивность излучения составляет 1392-3480 Вт/м².

В производственных помещениях с большим тепловыделением (горячие цеха) доля тепла, приходящее на инфракрасное излучение, может составлять до 2/3 выделяемого тепла и только 1/3 составляет конвекционное тепло, т.е. тепло, передающееся при контакте с нагретым воздухом.

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 ? vS

Eu = (5)

При R < vS

Eu = (6)

где S - площадь поверхности излучателя, м²,

Тu - абсолютная температура излучателя, °К,

R - расстояние от излучателя до точки замера, м

Глава 2. Защита от тепловых излучений

2.1 Оздоровление воздушной среды

В производственной обстановке рабочие, находясь вблизи расплавленного или нагретого металла, пламени, горячих поверхностей и т.п., подвергаются действию тепла, излучаемого этими источниками. В результате поглощения падающей энергии повышается температура кожи и глубже лежащих тканей на облучаемом участке.

Действие лучистого тепла не ограничивается изменениями, происходящими на облучаемом участке кожи, -- на облучение реагирует весь организм. Под влиянием облучения в организме происходят биохимические сдвиги, наступают нарушения сердечно-сосудистой и нервной систем. Длительное воздействие инфракрасных лучей с длиной волны 0,72--1,5 мкм (лучи Фохта) вызывает катаракту глаз (помутнение хрусталика).

Лучистое тепло, кроме непосредственного воздействия на рабочих, нагревает окружающие конструкции (пол, стены, перекрытие, оборудование), в результате чего температура воздуха внутри помещения повышается, что также ухудшает условия работы.

У большинства производственных источников максимум излучаемой энергии приходится на длинноволновую часть спектра (инфракрасные лучи длиной волны л > 0,78 мкм).

При проектировании новых производств с источниками теплового облучения необходимо знать, какое тепловое облучение будет действовать на рабочих.

Порядок расчета теплового облучения на рабочем месте следующий.

Определяют интенсивность облучения на рабочем месте, зная источник излучения и расстояние до работающего, в ккал/м²ч:

Еобл = С0 [(Т/100)4 - A ] епрц cos б,

где С0 -- коэффициент, зависящий от физических свойств излучающей поверхности; Т -- температура излучающей поверхности; А -- величина, учитывающая излучение при нормальных условиях (А = 85 -- для кожи человека и хлопчатобумажной ткани; А = 110 -- для сукна); епр -- приведенная степень черноты, учитывающая неполное поглощение лучистой энергии реальными (серыми) телами и отраженные потоки

епр=1/((1/е1)+(1/е2)-1),

где е1 и е2 -- степень черноты излучающего тела и облучаемого человека; ц -- коэффициент облученности, показывающий, какая часть лучистого потока от излучающего тела попадает на тело человека; этот коэффициент зависит от относительного расстояния i = l/a (I -- расстояние от источника излучения до человека; а -- сторона квадрата или эквивалентный размер излучателя); при близком расположении человека к источнику ц = 1; обычно ц < 1 (определяется по справочникам); а -- угол между нормалью к излучающей поверхности и направлением от центра излучающей поверхности к рабочему месту.

Подсчитанную величину интенсивности облучения сравнивают с допустимой по нормам (E0бл < 300 ккал/м²*ч). Если E0бл > > 300 ккал/м²*ч, то возникает необходимость в проведении мероприятий по уменьшению действия излучения на работающих.

Интенсивность облучения рабочих в ряде случаев составляет значительную величину (до 3000--6000 ккал/м² ч и даже более), и в этих случаях лучистое тепло становится основным вредным производственным фактором.

2.2 Защита от источников тепловых излучений

Способы защиты от лучистого тепла следующие: теплоизоляция горячих поверхностей, экранирование тепловых излучений, применение воздушного душирования, применение защитной одежды, организация рационального отдыха. Теплоизоляция является эффективным мероприятием не только по уменьшению интенсивности теплового излучения от нагретых пoверхностей, но и общих тепловыделений, а также для предотвращения ожогов при прикосновении к этим поверхностям. По действующим санитарным нормам температура нагретых поверхностей оборудования (например, печей) и ограждений на рабочих местах не должна превышать 45°С.

Для теплоизоляции применяют самые разнообразные материалы и конструкции (специальные бетоны и кирпич, минеральную и стеклянную вату, асбест, войлок и т.д.).

Наиболее распространенным и эффективным способом защиты от излучения является экранирование. Экраны применяют как для экранирования источников излучения, так и для защиты рабочих мест от воздействия лучистого тепла.

По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглощающие, теплоотводящие. Это деление в известной степени условно, так как любой экран обладает способностью отражать, поглощать или отводить тепло. Принадлежность экрана к той или иной группе зависит от того, какое свойство отражено в нем наиболее сильно.

В зависимости от возможности наблюдения за рабочим процессом экраны можно разделить на три типа: непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные.

Материалами для теплоотражающих экранов служат листовой алюминий, белая жесть, альфоль (алюминиевая фольга), укрепляемые на несущем материале -- картоне, сетке и т.п.

В теплопоглощающих экранах применяют материалы с большим термическим сопротивлением (асбестовые щиты на металлической сетке или листе, огнеупорный кирпич и т.д.), вследствие чего температура наружной поверхности резко уменьшается.

Теплоотводящие экраны представляют собой сварные или литые конструкции, охлаждаемые протекающей внутри водой. Они могут применяться при любых интенсивностях излучения.

К полупрозрачным теплопоглощающим экранам относятся металлические сетки (размер ячейки 3--3,5 мм), цепные звенья, армированное стекло. Такие экраны уступают по эффективности сплошным экранам, поэтому их применяют при интенсивности излучения менее 1000 ккал/м²-ч.

Металлические сетки, орошаемые водой, являются теплоотводящими экранами, применяют их также при небольших интенсивностях излучения.

Для прозрачных экранов используют силикатное, кварцевое или органические стекло, тонкие (до 2 нм) металлические пленки на стекле.

Наибольшее распространение получили водяные завесы, устраиваемые у рабочих окон печей в том случае, когда через экран необходимо вводить инструмент, заготовки и т.д.

При выполнении трудоемких работ правильная организация отдыха имеет большое значение для восстановления работоспособности. Для рабочих устраивают специальные места отдыха, расположенные недалеко от места работы, но, в то же время, достаточно удаленные от источников излучения снабженные вентиляцией, питьевой водой и т.д.

Теплота излучения воздухом почти не поглощается, она передается от более нагретых тел к телам с меньшей температурой, вызывая их нагревание. Окружающий воздух нагревается не тепловым излучением, а конвекцией, т.е. при соприкосновении с поверхностями нагретых тел. Превышение температуры воздуха в помещении выше оптимальной вызывает нарушение нормальной терморегуляции организма и может быть причиной расстройства сердечно-сосудистой системы. В ряде случаев возможно внезапное заболевание, называемое тепловым ударом.

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 др.

В горячих цехах существенную роль играет снабжение рабочих питьевой подсоленной или газированной водой, употребление которой улучшает водный баланс организма.

Заключение

Тепловыми излучениями называется процесс, при котором лучистая энергия распространяется в форме инфракрасных лучей с длиной волны до 10 мм. Источниками тепловых излучений являются все нагретые тела.

В условиях производства источниками тепловых излучений могут быть наружные стенки котлов, горячих теплопроводов, машин, проводников электросетей, электрических машин и аппаратов, нагревательных приборов и др. Источниками инфракрасных лучей являются расплавленные и раскаленные металлы и другие вещества.

Выделение тепла в воздух помещения оценивают количеством его (ккал/ч, Дж/ч) на 1 м³ строительного объема здания.

Лучистая тепловая энергия воздухом почти не поглощается, а передается от более нагретых тел к поверхности менее нагретых, повышая их температуру. Сам же воздух нагревается от нагретых тел путем конвекции.

Нормальной температурой воздуха в производственном помещении считается температура порядка 20°С. При этой температуре в организме человека наилучшим образом осуществляется терморегуляция, т.е. поддержание постоянной температуры тела на уровне около 37°С.

Относительная влажность воздуха определяется как отношение содержания водяных паров в 1 м³ воздуха к их максимально возможному содержанию в процентах при определенной температуре. Влажность воздуха в значительной мере влияет на теплообмен организма человека, главным образом на отдачу тепла испарением.

Подвижность воздуха, определяется скоростью его движения, влияет на охлаждение человека при температуре воздуха до 35-36°С, т.е. более низкой, чем температура тела. В случае же более высокой температуры воздуха, например 40°С, при большей его подвижности вместо охлаждения происходит внешний подогрев тела, а для охлаждения его требуется, чтобы происходило испарение, следовательно, происходит потеря влаги организмом. тепловой излучение энергия воздушный

При значительном перегреве организма возникает опасное заболевание, характеризуемое нарушение работы сердечнососудистой системы. Такое внезапное заболевание называется также тепловым ударом, в тяжелых случаях может быть смертельным. Поэтому санитарными нормами проектирования регламентированы параметры благоприятного микроклимата в производственных помещениях. Так, например, наилучшим (комфортным) условиям для организма человека при неподвижном воздухе соответствует температура 25°С при влажности 60%.

В зависимости от наличия в помещении источников тепла и опасности перегрева для поддержания нормального микроклимата применяется вентиляция или более совершенное средство - кондиционирование воздуха, т.е., подача в помещение очищенного от пыли и примесей воздуха с определенными температурой и влажностью. Следует отметить, что вентиляция и кондиционирование воздуха не защищают организм от тепловых лучей, которые проходят через воздух почти беспрепятственно. Защита от лучистого тепла может осуществляться путем устранения источников тепловых лучей и при помощи защиты людей от их действия экранами из малотеплопроводных материалов (асбест, шифер). Индивидуальная защита осуществляется применением спецодежды и защитных средств (брезентовые или суконные костюмы, очки со светофильтрами, щитки из органического стекла и др.).

В горячих цехах важную роль играет снабжение рабочих питьевой подсоленной или газированной водой, что улучшает водный баланс организма.

Список использованной литературы

1. Белов С.В., Ильинская А.В., Козьяков А.Ф. и др. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов / М.: Высшая школа, 1999. 488 с.

2. Грабовский Р.И. Курс физики. 8-е изд., стер. - СПб.: Издательство "Лань", 2005. с. 498-506

3. Денисенко Г.Ф. Охрана труда.. - М.: Высшая школа, 1985. - 319 с.

4. Трофимова Т.И. Курс физики. 7-е изд., стер. - М.: "Высшая школа", 2003. с. 367-376.

5. ГОСТ 12.4.045-87. "ССБТ. Средства защиты от инфракрасного излучения. Классификация. Общие технические требования. Госстандарт СССР, 1983. 19 с.

6. ГОСТ 12.1.005-88. "ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования". Издательство стандартов , 1988. 75 с.

7. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996. 21 с.

Размещено на Allbest.ru

...