УПРОЩЕННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ И ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭКРАНОВ И ВОЗДУШНЫХ ДУШЕЙ

УПРОЩЕННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ И ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭКРАНОВ И ВОЗДУШНЫХ ДУШЕЙ

Инженер С. А. Клюгин

Из Института гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР

Нагретые поверхности теряют тепло главным образом путем лучистого и конвективного теплообмена с окружающей средой. Повышение-температуры источника, излучающего тепло, ведет к увеличению мощности конвекционного и лучистого теплового потока, при этом интенсивность излучения растет быстрее, чем конвекционная теплоотдача, и прй-температурах более 100° превосходит по абсолютной величине конвекционную теплоотдачу. В горячих цехах условия труда в значительной степени определяются интенсивностью теплового облучения, которая зависит от температуры, материала и размеров излучающей и облучаемой поверхности, а также и от расстояния между ними.

В производственных условиях размеры излучающих поверхностей весьма различны и сравнение интенсивности облучения от различных поверхностей можно производить только при том условии, что расстояние до источника измеряется не в метрах, а безразмерной величиной, показывающей, сколько раз сторона излучающей поверхности укладывается в расстоянии между интересующей нас точкой и источником излучения.

Для проектирования защитных устройств наиболее надежными исходными данными являются результаты непосредственного замера облучения на интересующем нас месте. В тех случаях, когда опытные данные отсутствуют, интенсивность теплового облучения может быть вычислена по приближенной формуле (1), дающей интенсивность облучения на расстоянии, равном стороне излучающей поверхности при степени черноты, равной единице.

где — температура излучающей поверхности.

Формула получена, исходя из того, что температура облучаемой поверхности кожи и одежды равна 37° а коэфициенты излучения и восприятия близки по величине к коэфициенту излучения абсолютно черного тела, что может быть принято для кожи человека, тканей одежды и строительных материалов. Для упрощения расчетов по формуле (1) составлен график (рис. 1). В том случае, если рабочее место облучается одновременно несколькими нагретыми поверхностями, интенсивность облучения следует принимать равной сумме величин облучения от каждой' из этих поверхностей. В случае, если одна из поверхностей, участвующих в лучистом теплообмене, характеризуется значительной способностью отражать тепловые лучи (малой чернотой), в формулу (1) вводят соответствующую поправку. Поправки следует также вводить на расстояние между облучаемой поверхностью и источником излучения и на смещение облучаемой поверхности от линии, перпендикулярной к центру излучающей поверхности.

Величины этих поправок следующие:

а) В случае применения в одной из поверхностей материалов, имеющих малую степень черноты, величина поправки определяется по-табл. 1.

1. Интенсивность облучения на рабочих местах

см-мин

гкал

Таблица 1 Поправки на свойства материалов

Наименование материала Степень черноты Поправка

Кирпичная кладка . . 0,93 0,9

Алюминий полированный ....... 0,045 0,04

Алюминий окисленный 0,15 0,14

Цинк окисленный . . . 0,11 0,10

Железо оцинкованное . 0,25 0,22

Железо окисленное . . 0,736 0,69

Краска алюминиевая 0,35 0,31

б) Поправки на расстояние до источника. Приняв, что излучающая поверхность представляет собой кЕадрат со стороной а метров и фактическое расстояние до облучаемой точки равно л* метров, можно считать,

что при расстоянии х<^а поправка равна-^- . При расстоянии х>а поправка равна

1500° 1000°

0

1

| 500' 5 400'

•N1

§ 300'

I * 200'

! £

ЮО'

0.1

0.2

20 30 40

0.5 0,7 1.0 2 3 4 5 6 12910 Интенсивность облучения г пал/см г мин. Рис I. Интенсивность облучения на расстоянии, равном стороне излучающего

квадрата.

в) Поправки на смещение рабочего места с линии, перпендикулярной к центру излучающей поверхности. Расчетную величину <3 следует умножить на косинус угла, образуемого линией, соединяющей рабочее место с центром излучающей поверхности, и линией, перпендикулярной к этой поверхности.

Пример расчета интенсивности теплового облучения.

Определить интенсивность облучения кожи рабочего, расположенного в 3 м от центра нагретой до 500° окисленной железной стенки. Размер стенки 2X2 м.

ка.'

По графику (рис. 1) находим величину 0 = 4,56 ~— Для учета расстояния

2

вводим поправку ( )2 = 0,445. Для учета свойств материала печи, согласно табл. 1,

должна быть введена поправка, равная 0.69. Истинная интенсивность облучения:

„ =0.69X0,445X4,56=1,4 г/кал/см2мин.

4 Гигиена и санитария, № 12

25

В том случае, если рабочий перемещается в зоне облучения или около рабочего места перемещается излучающий предмет (прокатные цехи), интенсивность облучения рабочего непостоянна и при расчете следует учитывать среднее значение облучения за период работы. При наличии длительных максимумов расчет следует вести на максимальную величину облучения.

2. Экранирование излучающих поверхностей

Санитарные нормы указывают, что источники значительных выделений лучистого тепла должны изолироваться экранами или водяными завесами. Защитное действие экранов основывается на том, что вследствие более низкой, чем у основного источника, температуры поверхности они излучают значительно меньше тепла, чем основной источник.

I

Г.

=4

II I1

г

¡00

90

80

70

60

50

40

30

20

ю

о о

Ю 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Процент снижения интенсивности облучения

Рис. 2. Эффективность экранирования.

Степень уменьшения интенсивности теплового облучения рабочего после установки экрана зависит от того, какая часть -излучающей поверхности ограждена экраном и какова конструкция самого экрана. Увеличение поверхности экрана снижает поток тепла. При непроницаемом для тепла экране и полной экранировке всей излучающей поверхности (прямая А, рис. 2) лучистый тепловой поток может быть уменьшен до нуля. К непроницаемым для тепла экранам можно отнести экраны с малой степенью черноты (см. табл. 1), например, экраны из полированного алюминия или алюминиевой фольги — альфаля и двуслойные экраны с вентилируемым промежутком.

В случае применения экранов, задерживающих только часть лучистого теплового потока (цепных — частично прозрачных или черных, сильно нагревающихся экранов), их защитное действие оказывается меньше степени экранировки, так как за этими экранами имеется еще достаточно мощный лучистый тепловой поток. Влияние этого фактора показано на рис. 2, где линия Б соответствует экранам из окисленного алюминия, оцинкованного железа и латуни («светлые» экраны), а линии В — экранам из черного металла.

Применение экранов из материалов с малым коэфициентом поглощения тепла особенно целесообразно при высоких степенях экранировки. Так, сравнивая мощность лучистого теплового потока, «а рабочем месте получим, что при экранировке 95% излучающей поверхности поток тепла при экране из черного металла в 1,7 раза больше, чем при «светлом» экране, а при экранировке 50% площади имеем увеличение всего на

100—34 _ Т06—42 ' •

Проверка защитного действия различных экранов, проводившаяся в производственных условиях, показала, что в тех случаях, когда за «светлыми» экранами лучистый тепловой поток уменьшался в 20 раз, а температура экрана была равна 79 80°, за «темными» экранами поток тепла снижался всего в 5 раз, а температура экрана достигала 240°.

3. Воздушное душирование рабочих мест, подвергающихся тепловому облучению

Санитарные нормы указывают, что в случае облучения рабочего места с интенсивностью, превышающей 1 (или 600 ккал/м2час),

следует применять воздушное душирование. Температура и подвижность

1 !

ьГС

100

70-

I*

40'

И ш *1

-

л

\

Ч

\

ч ч

-—___

---—

Скорость Воздуха м/сек. При облучении 1620 ппал/м^час

___При облучении 700 к кал/м 2 час

Рис. 3. Зависимость между температурой поверхности суконной одежды, интенсивностью облучения и обдувания.

воздуха на рабочем месте, требуемые нормами, определяются характером работы и времнем года. Нормы не учитывают влияния интенсивности теплового облучения, которое является основным фактором, вынуждающим прибегать к воздушному душированию. Целью устройства воздушных душей является создание на рабочем месте таких микроклиматических условий, при которых теплопотери тела за счет конвекции и испарения были бы равны количеству тепла, поступающего вследствие теплового облучения.

Условия теплоотдачи рабочего, находящегося под воздействием лучистого теплового потока и обдуваемого воздухом, в значительной степени зависят от характера его одежды. В тех случаях, когда рабочий одет в плотную суконную спецодежду, испарение влаги через которую очень мало, снижение температуры поверхности облучаемой одежды обусловливается только скоростью и температурой обдувающего потока, т. е. теплоотдачей путем конвекции. Кривые, приведенные на рис. 3, показывают, что особенно интенсивное снижение температуры -поверхности одежды имеет место при увеличении скорости воздушного потока от нуля до 3 м/сек. При дальнейшем увеличении скорости охлаждающий эффект увеличивается крайне медленно. В тех случаях, когда рабочей одет в легкую хлопчатобумажную одежду, снижение температуры поверхности одежды в значительной степени зависит от интенсивности испарения пота.

Лучистое тепло (}, падающее на поверхность одежды рабочего, нагревает ее до t,, и распределяется на три основных потока: а) тепло, поступающее в окружающий воздух, имеющий температуру ¿п, вследствие разницы температур, т. е. вследствие конвекции дк . При обдувании рабочего со скоростью V м/сек это количество тепла примерно равно:

цК = 13 у~%Г

б) тепло, проникающее через слой одежды к телу рабочего. Оно может быть определено по формуле:

Я в = Ко

где К о — коэфициент теплоотдачи одежды. Для суконной спецодежды ккал ккал

для хлопчатобумажной рубашки К~ 7 ~-часоС ; в) тепло,

затраченное на испарение влаги, может быть определено по формуле: дИСП =

где J — влажность (смоченность) одежды. Для воды У = 1. Для хлопчатобумажной рубашки J = 0,6; V — подвижность воздуха в м/сек; 614 — теплосодержание пара при I = 35°. Ро— давление паров при температуре испарения в миллиметрах ртутного столба. Величина Ро определяется по табл. 2.

Таблица 2

Давление пара при различных температурах

А> 35° 36° 37° 38° 39° 40° 42° 44° 46° 48° 50° 55° 60"

Ро 42 44 47 49 52 55 61 68 75 83 92 117 119

Рп —давление паров в воздухе, окружающем рабочего (в летний период 12 мм ртутного столба, зимой Яп = 40 мм ртутного столба).

Наблюдения, проводившиеся С. Л. Трибух над людьми, одетыми в суконную спецодежду, показали, что повышение температуры поверхности одежды выше 60° не должно допускаться. Расчет по формулам 5 и 6 при допущении, что доля испарения ничтожна, показал, что нагрев сухой плотной одежды до температуры 60° может иметь место при подвижности воздуха V = 1 м/сек и интенсивности облучения порядка I гкал/см2/мин (или 600 ккал/м2час).

Наблюдения над рабочими, одетыми в хлопчатобумажные рубашки, показали, что при облучении порядка 1,5 гкал/см2 мин, температуре воздуха на рабочем месте А> = 33° и средней подвижности V = 2 м/сек. температура под рубашкой достигала 34 + 35°, а температура на поверхности рубашки составляла 38°. Расчет по формуле 2, 3, 4 дает при этих условиях суммарную потерю тепла с поверхности рубашки 838 ккал/м2час, что близко к 900 ккал/час, соответствующим облучению в 1,5 гкал/см2 мин. Разница может быть еще уменьшена, если учесть, что поверхность одежды поглощает не все лучистое тепло, а примерно 95% общего количества. При тонкой одежде за счет испарения выделяется до 80% всего тепла и поэтому величина <7МСП (уравнение 4) приобретает большое значение. Так как интенсивность испарения влаги прямо пропорциональна скорости движения воздуха г», то и снижение температуры влажной одежды происходит ¡при повышении скорости более равномерно, чем это имеет место при сухой одежде. Следствием этого

является то, что повышение скорости обдувания до 3 м/сек и выше при влажной одежде дает относительно больший охлаждающий эффект, чем при сухой.

Скорость обдувающего 'воздушного потока, обеспечивающая съем лучистого тепла, может быть получена в результате совместного решения уравнений 2, 3 и 4.

Для сухой суконной одежды при <7ЧСП «0,1 от всего тепла, падающего на одежду> 'можно пользоваться формулой:

V:

0.95 0 — 2

]" м/сек,

13

где —интенсивность облучения по формуле 1. Для хлопчатобумажной влажной одежды можно пользоваться приближенной формулой:

0,152 (3—1,3 (Р0—— 0,96 , /с, -(Р0-%,) '- М''сек- ' ' <Ь>

Формула 6 имеет ограниченное применение, так как при значительном облучении и больших подвижностях воздуха количество испаряющейся влаги и связанное с ним охлаждение одежды будут лимитироваться потоотделением. При высыхании легкой одежды ее перегрев может быть очень значительным.

Во всех случаях воздушного душирования надо иметь в виду, что при скорости, превышающей 5 м/сек, воздушный поток оказывает значительное давление и при длительном обдувании вызывает неприятное ощущение.

Пример. Температура воздуха в рабочей зоне tn = 30°. Интенсивность облучения <3=1200 ккал/м2час (2 гкал/см2мин). Давление паров в, воздухе Рп =12 мм ртутного столба. Требуется определить потребную подвижность воздуха в рабочей зоне для рабочих в суконной спецодежде и для рабочих в хлопчатобумажных рубашках.

В первом случае температуру поверхности одежды ^о принимаем равной 60°, во втором 39°.

В первом случае потребная скорость воздуха

V

г 0,95 • 1200 - 2 (60- 35) 1-' _ „

13(60-30)-1 - 7'6 м сек-

I

Во втором случае при ít = 39°, чему соответствует давление пара Р0 = 52 мм (см. табл. 2).

Получим:

0,152-1200—1,3 (52—12) —0,96 ог> г,=----=3,22 м сек.

Данный пример показывает, как велика должна быть разница в подвижности воздуха в рабочей зоне для различно одетых рабочих.

В ы в о д ы

1. Выделение лучистого тепла должно учитываться от всех источников, температура которых превышает 100°.

2. Экранирование излучающих поверхностей является эффективным средством уменьшения влияния лучистого тепла. Особенно эффективны экраны из материалов, имеющих малую степень черноты.

3. Температуру и подвижность воздушной струи на рабочем месте следует определять в зависимости от интенсивности облучения и характера одежды рабочего.

4. Легкую хлопчатобумажную одежду можно применять в тех случаях, когда расход тепла на испарение пота способен компенсировать приток лучистого тепла, т. е. при облучении до 2 2,5 гкал/см2мин.

При облучении более мощным тепловым потоком легкая одежда высыхает и не защищает от облучения. В этих случаях более целесообразно применение плотной суконной одежды.

Поступила 22/1У 1954 г

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ДЕВОЧЕК 13—15 ЛЕТ В ДНИ ЭКЗАМЕНОВ

Кандидат медицинских наук А. П. Чабовская

Из кафедры школьной гигиены Московского педагогического института

имени В. И. Ленина

Экзамены являются очень важным этапом в школьной жизни. Подготовка к экзаменам и сдача их требует большой затраты энергии учащихся, что не может не отражаться на состоянии их нервной системы. Однако характер и величина влияния экзаменов на нервную систему учащихся неизвестны, так как специальных экспериментальных исследований в этом направлении проводилось очень мало. В настоящей работе сделана попытка экспериментальным путем изучить влияние экзаменов на функциональное состояние нервной системы девочек-подростков (13—15 лет).

Для наблюдений было отобрано 27 здоровых девочек, учениц 6-х классов школы № 364 Сокольнического района Москвы.

У наблюдаемых определяли величину хронаксии поверхностного сгибателя и общего разгибателя пальцев правой руки, а также рефлекторные сдвиги хронаксии этих мышц под влиянием сокращения и расслабления одноименных мышц другой руки. Исследования проводили в течение 2 лет в обычные школьные дни до, после первого и после последнего уроков, а также до и после экзаменов при переходе девочек из 6-го в 7-й класс.

При этих исследованиях нельзя было наблюдать какой-то единой стандартной реакции нервной системы девочек 13—15 лет на обычные школьные занятия. Даже у одной и той же наблюдаемой многократные повторные определения показывали порой наличие значительных колебаний периферической моторной хронаксии. Индивидуальные особенности, условия жизни, интерес к тому или иному предмету, а также настроение и самочувствие всегда сказывались на величине и рефлекторных сдвигах хронаксии исследуемых мышц. Однако при окончательной обработке полученного материала выявились определенные, характерные для большинства наблюдаемых, закономерности в изменениях величины и рефлекторных сдвигов хронаксии в течение обычного школьного дня.

У большинства девочек 13—15 лет к концу учебного дня наблюдалось уменьшение величины хронаксии, а также одностороннее направление ее рефлекторных сдвигов или в сторону увеличения, или в сторону уменьшения при сокращении как сгибателя, так и разгибателя кисти второй руки, что указывало на частичное нарушение реципрокности в нервных центрах мышц-антагонистов. Такие изменения хронаксии под влиянием школьных занятий, по наблюдениям А. Н. Кабанова и его сотрудников, были свойственны также большинству девочек 9—12 лет и являлись признаком начинающегося у них утомления. Однако у девочек 13—15 лет величина хронаксии исследуемых мышц в течение обычного школьного дня, как правило, изменялась менее значительно, чем у дево-