Исследование средств защиты от инфракрасного излучения
Цель работы: определение интенсивности инфракрасного излучения на рабочем месте и разработка методов и средств защиты работающих от его воздействия.
Продолжительность работы - 2 часа.
Оборудование и приборы
1. Электрокамин ЭКПС-1,0/220.
2. Пылесос “Тайфун 1200”.
3. Измеритель плотности теплового потока ИПП-2М.
4. Экраны теплового потока.
5. Лабораторный стол с линейной шкалой.
Теоретические сведения
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
lmах = 2,9×103 / T [мкм], (1)
где T - абсолютная температура излучающего тела, К.
Инфракрасное излучение подразделяется на три области:
- коротковолновая (λ = 0,7 - 1,4 мкм);
- средневолновая (λ = 1,4 - 3,0 мкм);
- длинноволновая (λ = 3,0 мкм - 1,0 мм).
Электрические волны инфракрасного диапазона оказывают в
основном тепловое воздействие на организм человека. При этом необходимо учитывать: интенсивность и длину волны c максимальной энергией; площадь излучаемой поверхности; длительность облучения за рабочий день и продолжительность непрерывного воздействия; интенсивность физического труда и подвижность воздуха на рабочем месте; качество спецодежды; индивидуальные особенности работающего.
Лучи коротковолнового диапазона с длиной волны l ≤ 1,4 мкм обладают способностью проникать в ткань человеческого организма на несколько сантиметров. Такое ИК излучение легко проникает через кожу и черепную коробку в мозговую ткань и может воздействовать на клетки головного мозга, вызывая его тяжелые поражения, симптомами которого являются рвота, головокружение, расширение кровеносных сосудов кожи, падение кровеносного давления, нарушение кровообращения и дыхания, судороги, иногда потеря сознания. При облучении коротковолновыми ИК лучами наблюдается также повышение температуры легких, почек, мышц и других органов. В крови, лимфе, спинномозговой жидкости появляются специфические биологически активные вещества, наблюдается нарушение обменных процессов, изменяется функциональное состояние центральной нервной системы.
Лучи средневолнового диапазона с длиной волны l = 1,4 - 3,0 мкм задерживаются в поверхностных слоях кожи на глубине 0,1 - 0,2 мм. Поэтому их физиологическое воздействие на организм проявляется главным образом в повышении температуры кожи и нагреве организма.
Наиболее интенсивный нагрев кожной поверхности человека происходит при ИК излучении с l > 3 мкм. Под его воздействием нарушается деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, а также тепловой баланс организма, что может привести к тепловому удару.
Интенсивность теплового излучения регламентируется, исходя из субъективного ощущения человеком энергии облучения. Согласно ГОСТ 12.1.005-88 интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования и осветительных приборов не должна превышать: 35 Вт/м2 при облучении более 50% поверхности тела; 70 Вт/м2 при облучении от 25 до 50% поверхности тела; 100 Вт/м2 при облучении не более 25% поверхности тела. От открытых источников (нагретые металл и стекло, открытое пламя) интенсивность теплового облучения не должна превышать 140 Вт/м2 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 ºС. Температура поверхности оборудования, внутри которого температура близка к 100 ºС, должна быть не выше 35 ºС.
Интенсивность (плотность потока) инфракрасного излучения q определяется по формуле
q = 0,78× S ×(T 4×10–8 – 110) / r 2, Вт/м2 (2)
где S - площадь излучающей поверхности, м 
; T - температура излучающей поверхности, К; r - расстояние от источника излучения, м.
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.
Защита временем предусматривает ограничения времени пребывания рабочего в зоне действия излучения. Безопасное время пребывания человека в зоне действия ИК излучения зависит от его интенсивности (плотности потока) и определяется по табл.1.
Таблица 1
Время безопасного пребывания людей в зоне ИК излучения
| Плотность потока ИК излучения, Вт/м2 | До 350 | |||||
| Время пребывания, мин | Не ограничено | 4,5 |
Безопасное расстояние определяется по формуле (2) в зависимости от длительности пребывания в рабочей зоне и допустимой плотности ИК излучения.
Мощность ИК излучения можно уменьшить путем конструкторских и технологических решений (замена режима и способа нагрева изделий и др.), а также покрытием нагревающихся поверхностей теплоизолирующими материалами.
Одним из наиболее распространенных видов защиты от ИК излучения является экранирование излучающих поверхностей. Различают экраны трех типов: непрозрачные, прозрачные и полупрозрачные.
В непрозрачных экранах энергия электромагнитных колебаний, взаимодействуя с веществом экрана, превращается в тепловую. При этом экран нагревается и, как всякое нагретое тело, становится источником теплового излучения. Излучение противолежащей источнику поверхностью экрана условно рассматривается как пропущенное излучение источника. К непрозрачным экранам относятся: металлические, альфолевые (из алюминиевой фольги), пористые (пенобетон, пеностекло, керамзит, пемза), асбестовые и другие.
В прозрачных экранах излучение распространяется внутри них по законам геометрической оптики, что и обеспечивает видимость через экран. Эти экраны изготавливают из различных стекол, применяют также пленочные водяные завесы (свободные и стекающие по стеклу).
Полупрозрачные экраны объединяют свойства прозрачных и непрозрачных экранов. К ним относятся металлические сетки, цепные завесы, экраны из стекла, армированного металлической сеткой.
По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Это деление достаточно условно, так как каждый экран обладает способностью отражать, поглощать и отводить тепло. Отнесение экрана к той или иной группе определяется тем, какая его способность выражена сильнее.
Теплоотражающие экраны имеют низкую степень черноты поверхностей, вследствие чего значительную часть падающей на них лучистой энергии они отражают в обратном направлении. В качестве теплоотражающих материалов используют альфоль, листовой алюминий, оцинкованную сталь.
Теплопоглощающими называют экраны, выполненные из материалов с высоким термическим сопротивлением (малым коэффициентом теплопроводности). В качестве теплопоглощающих материалов используют огнеупорный и теплоизоляционный кирпич, асбест, шлаковату.
Как теплоотводящие экраны наиболее широко применяются водяные завесы, свободно падающие в виде пленки, либо орошающие другую экранирующую поверхность (например, металлическую), либо заключенные в специальный кожух из стекла или металла.
Эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов Э определяется по формулам
Э = (q – q з) / q, (3)
Э = (t – t з) / t, (4)
где q - плотность потока ИК излучения без применения защиты, Вт/м2; q з - плотность потока ИК излучения с применением защиты, Вт/м2;
t - температура ИК излучения без применения защиты, ºС; t з - температура ИК излучения с применением защиты, ºС.
Поток воздуха, направленный непосредственно на работающего, позволяет увеличить отвод тепла от его тела в окружающую среду. Выбор скорости потока воздуха зависит от тяжести выполняемой работы и интенсивности ИК излучения, но она не должна превышать 5 м/с, так как в этом случае у работающего возникают неприятные ощущения (например, шум в ушах). Эффективность воздушных душей возрастает при охлаждении направляемого на рабочее место воздуха или при подмешивании к нему мелко распыленной воды (водовоздушный душ).
В качестве индивидуальных средств защиты применяется спецодежда из хлопчатобумажной и шерстяной тканей, из тканей с металлическим покрытием (отражающих до 90% ИК излучения). Для защиты глаз предназначены очки, щиты со специальными стеклами - светофильтрами желто-зеленого или синего цвета.
Лечебно-профилактические мероприятия предусматривают организацию рационального режима труда и отдыха. Длительность перерывов в работе и их частота определяются интенсивностью ИК излучения и тяжестью работы. Наряду с периодическими проверками проводятся медосмотры с целью профилактики профессиональных заболеваний.
В лабораторной работе в качестве источника ИК излучения применяется бытовой электрокамин 2 (см. рисунок). Пылесос 7 служит для создания вытяжной вентиляции, воздушного душа или воздушной завесы. Стойка 4 может вручную перемещаться по столу вдоль линейки 6, которая предназначена для измерения расстояния от источника ИК излучения до измерительной головки измерителя плотности теплового потока ИПП-2М 5.
Схема лабораторного стенда: 1 - стол; 2 - электрокамин ЭКПС-1,0/220; 3 - стойка для размещения сменных экранов; 4 - стойка для установки измерительной головки; 5 - измеритель плотности теплового потока ИПП-2М; 6 - линейка; 7 - пылесос “Тайфун 1200”.
