Воздействие ИК- излучения на здоровье человека и гигиеническое нормирование ИК- излучения

Лабораторная работа № 3

Защита от теплового излучения

Краткое описание работы

Целевая установка

Ознакомиться с теорией теплового излучения, физической сущностью и инженерным расчетом теплоизоляции, с приборами для измерения тепловых потоков, нормативными требованиями к тепловому излучению, ознакомиться с методами измерения интенсивности теплового излучения, определить зависимость интенсивности теплового излучения от расстояния до источника и оценить эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов и воздушной завесы.

Материальное обеспечение

Стенд лабораторный «Защита от теплового излучения». В составе стенда: источник теплового излучения (бытовой электрокамин), воздушная помпа, измеритель плотности тепловых потоков и температуры, защитные экраны.

Теоретическая часть

Лучистый теплообмен между телами представляет собой процесс распространения внутренней энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн в видимой и инфракрасной (ИК) области спектра. Длина волны видимого излучения от 0,38 до 0,77 мкм, инфракрасного – более 0,77 мкм. Такое излучение называют тепловым или лучистым.

Воздух прозрачен (диатермичен[1]) для теплового излучения, поэтому температура воздуха не повышается при прохождении через него лучистого тепла. Тепловые лучи поглощаются предметами, нагревают их, и они становятся излучателями тепла. Воздух нагревается, соприкасаясь с нагретыми телами.

Интенсивность теплового излучения может быть определена по формуле (1):

, Вт/м² (1)

где Q - энергия теплового излучения, Вт/м²;

F - площадь излучающей поверхности, м²;

Т⁰- температура излучающей поверхности, °К;

l - расстояние от излучающей поверхности до объекта, м.

Из формулы (1) следует, что количество лучистого тепла, поглощаемого телом человека, зависит от температуры источника излучения, площади излучающей поверхности, от квадрата расстояния между излучающей поверхностью и телом человека.

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. Теплообмен осуществляется конвекцией в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью, излучением и в процессе тепломассобмена (при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами, и при дыхании). Отдача тепла осуществляется, в основном тремя способами: конвекцией, излучением и испарением.

Передача тепла путем излучения является наиболее эффективным способом теплоотдачи и составляет в комфортных метеоусловиях 44-59% общей теплоотдачи. Тело человека излучает в диапазоне волн от 5 до 25 мкм с максимумом энергии для волны длиной 9,4 мкм.

Отдача человеческим телом тепла во внешнюю среду за счет излучения возможна лишь тогда, когда температура окружающих предметов ниже температуры тела человека. В обратном случае направление потока лучистой энергии меняется на противоположное, и уже тело человека будет получать извне дополнительную тепловую энергию. Воздействие теплового излучения приводит к перегреву организма, и тем быстрее, чем больше мощность излучения, выше температура и влажность воздуха в помещении, выше интенсивность выполняемой работы.

 

Воздействие ИК- излучения на здоровье человека и гигиеническое нормирование ИК- излучения

В горячих цехах промышленных предприятий большинство технологических процессов протекают при температурах, значительно превышающих температуру воздуха окружающей среды. Нагретые тела излучают в пространство потоки лучистой энергии. При температуре нагрева до 500 ^оС с нагретой поверхности излучаются инфракрасные лучи с длиной волны 740-0,76 мкм, а при более высокой температуре – наряду с возрастанием интенсивности инфракрасного излучения 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 кровоток и, как следствие, наступает нарушение деятельности работоспособность в горячих цехах рациональный режим труда и отдыха сердечно-сосудистой и нервной систем.

ИК-излучение, помимо усиления теплового воздействия окружающей среды на организм работающего, обладает специфическим влиянием. С гигиенической точки зрения важной особенностью ИК-излучения является его способность проникать в живую ткань на различную глубину.

Лучи длинноволнового диапазона (длина волны от 1,5 мкм до 1 мм) задерживаются в поверхностных слоях кожи уже на глубине 0,1-0,2 мм. Поэтому их физиологическое воздействие на организм проявляется, главным образом, в повышении температуры кожи и перегреве организма. Длинноволновое излучение может вызвать ожоги кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз под действием ИК-излучения является катаракта глаза.

Наоборот, коротковолновый диапазон ИК-излучения характеризуется способностью проникать в ткани человеческого организма на несколько сантиметров. Так, лучи с длиной волны 0,76...1,5 мкм легко проникают через кожу и черепную коробку в мозговую ткань, что может привести к воздействию на клеточные образования головного мозга. Тяжелые поражения головного мозга ИК-лучами приводят к возникновению специфического заболевания - теплового удара, внешне выражающегося в головной боли, головокружении, учащении пульса, ускорении дыхания, падении сердечной деятельности, потере сознания и т.д.

При облучении коротковолновыми ИК-лучами, проникающими в глубоколе­жащие ткани, наблюдается повышение температуры легких, почек, мышц и других органов. В крови, лимфе, спинномозговой жидкости появляются специфические биологически активные вещества, наблюдаются нарушения обменных процессов, изменяется функциональное состояние центральной нервной системы.

Кроме непосредственного действия на человека ИК-излучение нагревает окружающие конструкции. Эти вторичные источники тепла отдают теплоту окружающей среде излучением и конвекцией, в результате чего температура воздуха внутри помещения повышается.

Тепловое излучение интенсивностью до 350 Вт/м² не вызывает неприятных ощущений. Болевые ощущения возникают при нагреве кожи до 40-45 ^оС. При действии облучения интенсивностью 1050 Вт/м² через несколько секунд возможны ожоги. При интенсивности 700-1400 Вт/м² частота пульса увеличивается на 5-7 ударов в минуту. Интенсивность ИК-излучения на различных рабочих местах может быть весьма высокой. Например, в момент заливки стали в форму она составляет 12000 В/м², при выбивке отливок из опок – 350-2000 Вт/м², при выпуске стали из печи в ковш – 7000 В/м².

Интенсивность теплового облучения человека регламентируется, исходя из субъективного ощущения человеком энергии облучения согласно ГОСТ 12.1.005-88 «Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».

В соответствии с этим документом интенсивность теплового облучения от нагретых поверхностей технологического оборудования (источников «темного свечения» - длинноволнового излучения), осветительных приборов, инсоляции работающих на постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать 35 Вт/м² при облучении 50% поверхности тела, 70 Вт/м² - при величине облучаемой поверхности от 25 до 50% и 100 Вт/м² - при облучении не более 25% поверхности тела.

Интенсивность теплового облучения работающих от открытых источников ИК-излучения (источники белого и красного свечения - нагретый металл, стекло, открытое пламя и др.- источники коротковолнового излучения) не должна превышать 140 Вт/м², при этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела и обязательным является использование средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз. Нормы для теплового излучения приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Допустимые значения интенсивности теплового излучения (ГОСТ 12.1.005-88)

Вид источника ИК-излучения	Облучаемая поверхность тела, %	Интенсивность теплового излучения, Вт/м2, не более
Источники «темного свечения»	50 и более
25-50
До 25
Источники «белого и красного свечения»	До 25

 

Нормы ограничивают также температуру нагретых поверхностей оборудования в рабочей зоне. При температуре внутри оборудования 100° С или менее температура на его поверхности устанавливается не выше 35° С. При температуре внутри выше 100° С температура поверхности не должна превышать 45°С.

Защита от ИК-излучения

Ведущая роль в профилактике вредного влияния инфракрасного излучения принадлежит технологическим мероприятиям: замене старых и внедрению новых технологических процессов и оборудования. Например, применение штамповки вместо поковочных работ, применение индукционного нагрева металла токами высокой частоты. Внедрение автоматизации и механизации дает возможность пребывания работников вдали от источника тепла.

К группе санитарно-технических и организационных мероприятий относится применение коллективных средств защиты

К коллективным средствам защиты от ИК-излучения относятся:

- теплоизоляция горячих поверхностей,

- экранирование источников ИКИ либо рабочих мест,

- воздушное душирование,

- мелкодисперсное распыление воды,

- общеобменная вентиляция или кондиционирование воздуха.

Общеобменной вентиляции при этом отводится ограниченная роль – доведение условий труда до допустимых с минимальными эксплуатационными затратами.

Одним из самых распространенных способов борьбы с тепловым излучением является экранирование излучающих поверхностей.

По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Однако это деление достаточно условно, так как каждый экран обладает одновременно способностью отражать, поглощать и отводить тепло. Отнесение экрана к той или иной группе производится в зависимости от того, какая способность более сильно выражена.

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 широко используют альфоль, листовой алюминий, оцинкованную сталь, алюминиевую краску.

Теплопоглощающими называют экраны, выполненные из материалов с высоким термическим сопротивлением (малым коэффициентом теплопроводности). В качестве теплопоглощающих материалов применяют огнеупорный и теплоизоляционный кирпич, асбест, шлаковату.

В качестве теплоотводящих экранов наиболее широко применяются водяные завесы свободно падающие в виде пленки, орошающие другую экранирующую поверхность (например, металлическую), либо заключенные в специальный кожух из стекла (аквариальные экраны), металла (змеевики) и др.

В зависимости от возможности наблюдать за технологическим процессом, экраны делят на:

- непрозрачные,

- полупрозрачные,

- прозрачные.

В непрозрачных экранах поглощаемая энергия электромагнитных колебаний, взаимодействуя с веществом экрана, превращается в тепловую энергию. При этом экран нагревается и, как всякое нагретое тело, излучает электромагнитные колебания. Излучение поверхностью экрана, противолежащей экранируемому источнику излучения, условно рассматривается как пропущенное излучение источника. К непрозрачным экранам относятся, например, металлические (в т.ч. алюминиевые), альфолиевые (алюминиевая фольга), футерованные (пенобетон, пеностекло, керамзит, пемза), асбестовые и др.

В прозрачных экранах излучения, взаимодействуя с веществом экрана, минует стадию превращения в тепловую энергию и распространяется внутри экрана по законам геометрической оптики, что и обеспечивает видимость через экран. Так ведут себя экраны, выполненные из различных стекол: силикатного, кварцевого, органического, металлизированного, а также пленочные водяные завесы (свободные и стекающие по стеклу), вододисперсные завесы.

Полупрозрачные экраны объединяют в себе свойства прозрачных и непрозрачных экранов. К ним относятся металлические сетки, цепные завесы, экраны из стекла, армированного металлической сеткой.

Оценить эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов и водяной завесы можно по формуле (2):

, % (2)

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

Оз - интенсивность теплового излучения с применением защиты, Вт/м².

При воздействии на работника теплового излучения мощностью 0,35 кВт/м² и более применяют воздушное душирование – подачу воздуха в виде воздушной струи, направленной на рабочее место. Воздушное душирование устраивают также для производственных процессов с выделением вредных паров и газов.

Охлаждающий эффект воздушного душирования зависит от разности температур тела работника и потока воздуха и скорости обтекания воздухом охлаждаемого тела. Для обеспечения на РМ заданных температур и скорости движения воздуха ось воздушного потока направляют в грудь работнику горизонтально или под углом в 45^о.

Расстояние от кромки душирующего патрубка до РМ должно быть не менее 1 м. Должна быть обеспечена постоянная скорость поступления воздуха и его температура.

При душировании по способу ниспадающего потока воздух подают на РМ сверху с минимально возможного расстояния струей большого сечения. Такое душирование требует меньшей степени охлаждения воздуха по сравнению с обычным воздушным душем.

При интенсивности облучения свыше 2,1 кВт/м² воздушный душ не может обеспечить достаточного охлаждения. В этом случае надо обеспечить водовоздушное душирование, когда теплоотдача организма увеличивается за счет испарения влаги с поверхности тела и одежды.

К средствам индивидуальной защиты от теплового излучения относят:

- специальные костюмы, сшитые из сукна, брезента, химически обработанных тканей и тканей с металлопокрытием,

- шляпы из фетра, войлока или сукна,

- специальные очки со светофильтрами, щитки.

Повышает работоспособность в горячих цехах рациональный режим труда и отдыха. Он разрабатывается применительно к конкретным условиям работы. Частые короткие перерывы более эффективны для поддержания работоспособности, чем длинные редкие. Например, при температуре воздуха 30-33^оС рекомендуется 5-минутный перерыв после 45 минут работы и разрыв смены на 4-5 часов на период наиболее жаркого времени.

Кроме того, в состав санитарно-бытовых помещений вводятся кабины для поверхностного охлаждения, которые должны быть обеспечены вентиляцией и питьевой водой. Кабинами можно пользоваться в регламентированные перерывы.

При кратковременных работах в условиях высоких температур (тушение пожаров, ремонт металлургических печей), где температура достигает 80-100^о, большое значение имеет тепловая тренировка. Устойчивость к высоким температурам может быть в некоторой степени повышена использованием фармакологических средств (дибазола, аскорбиновой кислоты), вдыхания кислорода, аэроионизации.

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: