Интенсивность теплового излучения измеряется прибором. Тепловое излучение. Область применения прибора Измеритель тепловой облучённости "ТКА-ИТО"

Микроклимат

Микроклимат влияет на самочувствие и работоспособность. При увеличении температуры больше 30°С работоспособность уменьшается. Для человека определены максимальные температуры в зависимости от длительности их воздействия и использования средств зашиты.

Основными параметрами, характеризующими метеорологические условия производственной среды, являются:

температура воздуха t, °С;

относительная влажность  ,%;

скорость движения воздуха V, м/с;

барометрическое давление Р, мм. рт.ст.;

интенсивность теплового излучения Ie , Вт/м2.

Эти условия влияют на теплообмен организма человека с окружающей средой. Между организмом и окружающей средой происходит непрерывный процесс теплового обмена, состоящий в передаче вырабатываемого организмом тепла в окружающую среду.

Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на самочувствие человека и его работоспособность.

При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды кожи расширяются, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела, и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается, однако при температуре воздуха более 30° С отдача теплоты конвекцией и излучением в основном прекращается, часть теплоты отдается путем испарения с поверхности кожи. Вместе с влагой организм теряет и соли, играющие важную роль в жизнедеятельности организма. При неблагоприятных условиях потеря жидкости может достигать 8-10 литров за смену, а с ней до 40-50г NаСl (всего в организме около 140 г NаСl). Потеря 28-30 г его ведет к прекращению желудочной секреции, а - больших количеств- к мышечным спазмам и судорогам. При высокой температуре воздуха и дефиците воды в организме усиленно расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки.

Для восстановления водяного баланса работающих в горячих цехах устанавливают пункты подпитки подсоленной (~ 0,5 % NаСl) газированной питьевой водой из расчета 4-5 л на человека в смену.

При понижении температуры окружающего воздуха реакция организма иная: кровеносные сосуды сужаются, приток крови к поверхности тела замедляется, усиливается теплопродукция и уменьшается отдача тепла. В суженных сосудах происходит периодическое сужение и расширение их просвета, возникают болевые ощущения. Теплопотери возрастают и усиливается возможность переохлаждения. Подвижность воздуха и повышенная влажность усиливают охлаждающие свойства организма.

Высокая относительная влажность неблагоприятно действует на организм и при высоких температурах воздуха, т.к. препятствует испарению пота и способствует перегреванию организма. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени, тем быстрее наступает перегрев. Особенно неблагоприятное воздействие оказывает высокая влажность при температуре больше 31 °С, т.к. при этой температуре практически все тепло (выделяемое) отдается в окружающую среду при испарении пота. При увеличении влажности пот не испаряется, а стекает каплями.

Недостаточная влажность вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей, их растрескивание.

Подвижность воздуха весьма эффективно способствует теплоотдаче, что является положительным явлением при высоких температурах воздуха, но отрицательным при низких температурах.

Барометрическое давление оказывает существенное влияние на такой жизненноважный момент, как процесс дыхания. Наличие кислорода во вдыхаемом воздухе является необходимым, но недостаточным условием для обеспечения жизнедеятельности организма. Интенсивность диффузии кислорода в кровь определяется парциальным давлением кислорода в альвеолярном воздухе (через стенки альвеол кислород посредством диффузии поступает в кровь), которое зависит от барометрического давления вдыхаемого воздуха. Удовлетворительное самочувствие человека сохраняется до высоты ~ 4км, а при дыхании чистым кислородом - до высоты ~ 12км. Выше 4км может наступить кислородное голодание - гипоксия из-за снижения диффузии кислорода из легких в кровь. При работе в условиях избыточного давления снижаются показатели вентиляции легких за счет некоторого урежения частоты дыхания и пульса.

Избыточное давление воздуха приводит к повышению парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе и в то же время - к уменьшению объема легких и увеличению силы дыхательной мускулатуры. Для человека очень опасно быстрое изменение давления.

Тепловое излучение от нагретых поверхностей играет немаловажную роль в создании неблагоприятных микроклиматических условий в производственных помещениях. Наибольшую опасность возникновения лучистого тепла представляет расплавленный или нагретый до высоких температур металл.

При температуре до +500° С нагретой поверхностью излучаются инфракрасные лучи с длиной волны 0,76 - 740 мкм, а при более высокой температуре наряду с возрастанием инфракрасных лучей 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 кровопоток и, как следствие, нарушается деятельность сердечно-сосудистой и нервной систем; повышается температура глубоколежащих тканей, происходит помутнение хрусталика глаза (профессиональная катаракта).

Нормирование микроклимата

Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005-88.

Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005-88 “Воздух рабочей зоны” и строительными нормами СН 2.2.4.548-96. Они едины для всех производств и всех климатических зон с некоторыми незначительными отступлениями. В виде оптимальных и допустимых величин. Оптимальные - создают ощущения теплового комфорта, а допустимые - могут вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжения реакции терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей. Нормы установлены для рабочей зоны - пространства высотой до 2 метров над уровнем пола или площадки, на которой находится рабочее место.

Оптимальная относительная влажность воздуха для всех периодов года - 40-60 %.

Интенсивность теплового облучения работающих от открытых источников (нагретый металл, стекло, “открытое” пламя и др.) не должна превышать 140 Вm/м 2 , при этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела и обязательным является использование средств индивидуальной защиты тела и глаз.

Допустимая интегральная интенсивность теплового облучения не должна превышать 350Вm/м 2 .

Интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов, инсоляции на постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать 35Вm/м 2 при облучении 50% поверхности тела и более, 70 Вm/м 2 - при величине облучаемой поверхности от 25 до 50% и 100 Вm/м 2 - при облучении не более 25% поверхности тела.

Допустимая интенсивность теплового облучения в области ультрафиолетового спектра составляет 0,001 Bm/м 2 при длине волны до 0,28 мкм, 0,05 Bm/м 2 при длине волны 0,28-0,32мкм и 10 Bm/м 2 при длине волны 0,32-0,4 мкм.

Предельная температура вдыхаемого воздуха, при которой человек может дышать в течение нескольких минут без специальных средств защиты = 116°С.

Потоотделение мало зависит от недостатка или избытка воды в организме.

Допустимо обезвоживание организма на 2-3%. При 6% - нарушение умственной деятельности и уменьшение остроты зрения, при 15-20% - смерть.

При потоотделении уменьшается содержание солей (до 1%, в т.ч. NaCl 0,4-0,6%). При неблагоприятных условиях потеря жидкости = 8-10 л/смену и в ней до 60г. NaС1 (всего в организме NaCl около 140г.)

При потере соли кровь теряет способность удерживать воду и приводит к нарушению сердечно-сосудистой деятельности.

При высокой температуре и дефиците воды усиленно расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки. Для восстановления водяною баланса:

1. Пить подсоленную газированную воду (около 0,5% NaС1) 4-5 л/смену (в горячих цехах).

2. Пить белково-витаминный напиток, холодную воду, чай.

Перегрев организма (гипертермия) - при длительном воздействии высокой температуры. Признаки: головная боль, головокружение, слабость, искажения цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение, учащение пульса и дыхания, бледность, расширение зрачков.

Переохлаждение (гипотермия) - при уменьшении температуры, большой подвижности и влажности воздуха. Симптомы: в начале уменьшение частоты дыхания, увеличение объема вдоха, затем неритмичное дыхание, изменение углеводного обмена, мышечная дрожь и холодовая травма.

Для оценки характера одежды (теплоизоляции) и акклиматизации организма в разное время года введено понятие периода года. Различают теплый и холодный периоды года. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха + 10° С и выше, холодный - ниже + 10° С.

При учете интенсивности труда все виды работ исходя из общих энергозатрат организма делятся натри категории: легкие, средней тяжести и тяжелые. Характеристику производственных помещений по категории выполняемых в них работ устанавливают по категории работ, выполняемых 50 % и более работающих в соответствующем помещении.

К легким работам (категория I) с затратой энергии до 174 Вт относятся работы, выполняемые сидя или стоя, не требующие систе­матического физического напряжения (работа контролеров, в процессах точного приборостроения, конторские работы и др.). Легкие работы подразделяют на категорию 1а (затраты энергии до 139 Вт) и категорию 16 (затраты энергии 140... 174 Вт).

К работам средней тяжести (категория II) относят работы с затратой энергии 175...232 Вт (категория 2а) и 233...290 Вт (категория 2б). В категорию 2а входят работы, связанные с постоянной ходьбой, выполняемые стоя или сидя, но не требующие перемещения тяжестей, в категорию 2б - работы, связанные с ходьбой и переноской небольших (до 10 кг) тяжестей (в механосборочных цехах, текстильном производстве, при обработке древесины и др.).

К тяжелым работам (категория III) с затратой энергии более 290 Вт относят работы, связанные с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянным передвижением, с переноской значительных (более 10 кг) тяжестей (в механосборочных цехах, текстильном производстве, при обработке древесины и др.). К тяжелым работам (категория III) с затратой энергии более 290 Вт относят работы, связанные с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянным передвижением, с переноской значительных (более 10 кг) тяжестей (в кузнечных, литейных цехах с ручными процессами и др.).

Прибор предназначен для плотности теплового потока излучения (или интенсивности теплового облучения, энергетической освещенности, облученности) в инфракрасной области спектра, а также для оценки экспозиционной дозы теплового облучения персонала в производственных и жилых помещениях, обусловленного влиянием локальных и общих источников тепла.

Описание средства измерений Измеритель тепловой облучённости "ТКА-ИТО"

Принцип действия измерителя состоит в преобразовании падающего на черный шар теплового потока в электрический сигнал, пропорциональный плотности этого потока(облученности), с последующим масштабированием и индикацией результата измерения.
Повышение температуры внутри черного шара определяет пропорциональную облученности реакцию на внешнее тепловое излучение, усреднённую по углу 4п (360°) и времени экспозиции, эквивалентную реакции тела человека на такие факторы окружающей среды, как радиационный и конвективный теплообмен. Это повышение температуры измеряется по индуцированному инфракрасному излучению от внутренней поверхности чёрного шара с помощью расположенного внутри него фотоприёмного модуля.
Фотоприёмный модуль содержит неселективный (в диапазоне длин волн от 1,5 до 20 мкм) приёмник излучения, датчик температуры корпуса модуля и схему компенсации температуры окружающей среды. Данные модуля обрабатываются микроконтроллером, и на дисплей электронного блока измерителя выводятся значения измеренной облучённости, а также производится индикация температуры внутри чёрного шара и температуры окружающей среды.

Конструкция прибора Измеритель тепловой облучённости "ТКА-ИТО"

Конструктивно измеритель состоит из блока черного шара на штативе и электронного блока, в состав которого входят устройство детектирования сигналов, устройство цифровой обработки результатов измерений и жидкокристаллический дисплей для отображения измеренных и вычисляемых значений. Конструкция измерителей исключает возможность несанкционированной настройки и доступа к измерительной информации, корпус опломбирован, пломба находится в местах крепления задней крышки электронного блока.

Основные технические характеристики прибора Измеритель тепловой облучённости "ТКА-ИТО"

* Примечание: ИВ- значение измеряемой величины (облучённости)

Условия эксплуатации прибора Измеритель тепловой облучённости "ТКА-ИТО"

Нормативные документы прибора Измеритель тепловой облучённости "ТКА-ИТО"

1. ГОСТ 8.558-2009. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры
2. Федеральный закон Российской Федерации № 426-н «О специальной оценке условий труда» от 28.12.2013
3. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. Санитарные правила и нормы СанПиН2.2.4.548-96

Область применения прибора Измеритель тепловой облучённости "ТКА-ИТО"

Выполнение работ по обеспечению безопасных условий охраны труда, санитарный и технический надзор в жилых и производственных помещениях, аттестация рабочих мест и другие сферы деятельности, регламентируемые требованиями Федерального закона РФ № 426-н « О специальной оценке условий труда», СанПиН 2.2.4.548-96, приказа Минсоцздравразвития РФ № 1034н, ISO - 7726:1998, ГОСТ 8.106-2001.

Программное обеспечение

• Программа «», необходимая для проведения поверки (* .zip)

Комплектация прибора Измеритель тепловой облучённости "ТКА-ИТО":

• Измеритель тепловой облучённости "ТКА-ИТО"
• Элемент питания типа «АА» (2 шт)
• Штатив-трипод напольный высотой h=1,3 м
• Руководство по эксплуатации
• Методика поверки МП 2411-0105-2014
• Паспорт
• Сумка для прибора
• Транспортная тара

Существенные преимущества прибора Измеритель тепловой облучённости "ТКА-ИТО" перед аналогами

Прибор позволяет упростить и ускорить необходимые измерения интенсивности теплового облучения и на основе этого рассчитать среднюю радиационную температуру и величину экспозиции теплового облучения. Прибор полностью отвечает требованиям нормативных документов по измерению тепловой облучённости, регистрирует тепловое излучение с углом обзора 360 0 , обладает расширенным диапазоном измерений до 3500 Вт/м 2 , имеет повышенное быстродействие, благодаря оригинальной конструкции ЧШ, на дисплей прибора выводится информация о величинах тепловой облучённости, радиационной и окружающей температурах.

Измерение теплового облучения - процесс, который может помочь вычислить температуру, которая достигается во время радиационного воздействия, и степень экспозиции облучения. Специализированные высокоточные приборы для измерения теплового облучения можно купить только в специализированных магазинах, и наша организация - одна из таких компаний. «ТКА-ИТО» - профессиональное устройство, которое способно за короткий срок рассчитать и вывести на дисплей показатели облучения в тепловом спектре. Благодаря полному углу обзора, который равен 360 градусам, и сверхчувствительным датчикам, работающим в расширенном диапазоне, результаты вычисляются с минимальной погрешностью при наиболее быстром процессе работы. Такое устройство подойдет как для измерения облучения в жилом пространстве, так и для исследования в ходе проверки производственного или научного здания. В цену прибора для измерения теплового излучения входит поверка с метрологическими нормами, а интервал между поверками равен 24 месяцам. Отличное качество сборки и привлекательная цена - также немаловажные достоинства, которые делают этот измеритель настолько популярным в своем классе.

Интенсивность теплового излучения (Вт/м 2) определяется с помощью измерителя плотности теплового потока ИПП–2.

Измеритель ИПП-2 предназначен для измерений по ГОСТ 25380-82 интенсивности теплового потока, проходящего через обмуровку и теплоизоляцию энергообъектов. В комплект с прибором входит преобразователь плотности теплового потока с датчиком на пружине ПТП–Х–П (рис. 3а) и зонд для измерения температуры поверхности (рис. 3б).

Рис. 3.3а. Зонд для измерения плотности теплового потока

с пружиной (ПТП-Х-П)

Рис. 3.3б. Зонд для измерения температуры поверхности

Конструктивно прибор ИПП-2 (рисунок 4) выполнен в пластмассовом корпусе. На передней панели блока располагаются кнопки В и », а на боковой поверхности располагаются разъёмы для подключения прибора к компьютеру и сетевого адаптера. На верхней панели расположен разъем для подключения первичного преобразователя плотности теплового потока или температуры.

Рис. 3.4. Внешний вид прибора ИПП-2:

1 – индикация режимов работы аккумулятора; 2 – индикация нарушения порогов; 3 – кнопка » ; 4 – кнопка В; 5 – разъём подключения первичного преобразователя; 6 – светодиодный четырехразрядный семисегментный индикатор; 7 – разъем для подключения к компьютеру; 8 – разъем для подключения сетевого адаптера

Функционирование прибора осуществляется в одном из режимов: РАБОТА и НАСТРОЙКА.

Режим РАБОТА. Является основным эксплуатационным режимом. В данном режиме производится циклическое измерение выбранного параметра. Кратковременным нажатием кнопки » осуществляется переход между режимами измерения плотности теплового потока и температуры, а также индикации заряда аккумуляторов в процентах 0...100%. Нажатием кнопки » в течение двух секунд осуществляется переход прибора в режим «SLEEP», в этом режиме прибор гасит светодиодную индикацию, но продолжает измерения температуры и запись статистики. Выход из режима «SLEEP» производится нажатием любой кнопки. Нажатием кнопки В в течение двух секунд осуществляется переход прибора в режим НАСТРОЙКА. Кратковременное нажатие кнопки В выключает/включает прибор. В выключенном состоянии прибор прекращает измерения и запись автоматической статистики, при этом все настройки работы прибора и часов реального времени сохраняются. В режиме РАБОТА прибор может производить периодическую автоматическую запись измеренных значений в энергонезависимую память с привязкой ко времени. Схема режима РАБОТА приведена на рисунке 5.

Рис. 3.5. Схема режима РАБОТА

Светодиодная индикация в режиме РАБОТА. Светодиод 1 (рис. 3.4) характеризует состояние аккумуляторной батареи. В режиме заряда при подключенном сетевом адаптере светодиод горит постоянно до состояния 100% зарядки, затем гаснет. В режиме работы с отключенным сетевым адаптером светодиод погашен, и в случае если батарея заряжена менее чем на 10%. Светодиод 2 (рис. 3.4) миганием информирует о нарушении порогов. В режиме «SLEEP» мигает точка в четвертом разряде семисегментного индикатора.

Режим НАСТРОЙКА. Предназначен для задания и записи в энергонезависимую память прибора требуемых при эксплуатации рабочих параметров измерения. Заданные значения параметров сохраняются в памяти прибора при отсутствии питания (исключение составляют дата/время). Общая схема режима НАСТРОЙКА приведена на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Общая схема работы режима НАСТРОЙКИ

Данный режим позволяет настроить два порога, имеющиеся в приборе, по одному на каждый параметр. Пороги - это верхняя или нижняя границы допустимого изменения соответствующей величины. При превышении измеряемой температуры верхнего порогового значения или снижении ниже нижнего порогового значения прибор обнаруживает это событие и на индикаторе загорается светодиод 2 (рис. 3.4). Нарушение порогов также сопровождается звуковым сигналом.

20.03.2014

Измерение плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции. ГОСТ 25380-82

Тепловой поток - количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Тепловой поток измеряется в ваттах или ккал/ч (1 вт = 0,86 ккал/ч). Тепловой поток, отнесённый к единице изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока или тепловой нагрузкой; обозначается обычно q, измеряется в Вт/м 2 или ккал/(м 2 ×ч). Плотность теплового потока - вектор, любая компонента которого численно равна количеству теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты.

Измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции, производятся в соответствии с ГОСТ 25380-82 “Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции”.

Данным ГОСТ устанавливается метод измерения плотности теплового потока , проходящего через однослойные и многослойные ограждающие конструкции зданий и сооружений – общественных, жилых, сельскохозяйственных и производственных.

В настоящее время при строительстве, приемке и эксплуатации зданий, а также в жилищно-коммунальной отрасли большое внимание уделяют качеству выполненной постройки и отделки помещений, теплоизоляции жилых зданий, а также экономии энергоресурсов.

Важным оценочным параметром при этом служит расход тепла от изолирующих конструкций. Испытания качества тепловой защиты ограждающих конструкций зданий могут выполняться на разных этапах: в период введения зданий в эксплуатацию, на законченных объектах строительства, во время строительства, в период капитального ремонта сооружений, и в период эксплуатации зданий для составления энергетических паспортов зданий, и по жалобам.

Измерения плотности теплового потока должны проводиться при температуре окружающего воздуха от -30 до +50°С и относительной влажности не более 85%.

Измерения плотности теплового потока позволяет оценить расход тепла через ограждающие конструкции и, тем самым, определить теплотехнические качества ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Данный стандарт не применим для оценки теплотехнических качеств ограждающих конструкций, пропускающих свет (стекло, пластик и т.д.).

Рассмотрим, на чем основан метод измерения плотности теплового потока. На ограждающей конструкции здания (сооружения) устанавливается пластинка (так называемая «вспомогательная стенка»). Образующейся на этой «вспомогательной стенке» температурный перепад пропорционален в направлении теплового потока его плотности. Перепад температуры преобразуется в электродвижущую силу батарей термопар, которые располагаются на «вспомогательной стенке» и ориентированы параллельно по тепловому потоку, а соединены последовательно по генерируемому сигналу. В совокупности «вспомогательная стенка» и батарея термопар составляют измерительный преобразователь для измерения плотности теплового потока.

По результатам измерения электродвижущей силы батарей термопар рассчитывается плотность теплового потока на предварительно откалиброванных преобразователях.

Схема измерения плотности теплового потока приведена на чертеже.

1 - ограждающая конструкция; 2 -преобразователь теплового потока; 3 - измеритель э.д.с.;

t в, t н - температура внутреннего и наружного воздуха;

τ н, τ в, τ’ в - температура наружной, внутренней поверхностей ограждающей конструкции вблизи и под преобразователем соответственно;

R 1 , R 2 - термическое сопротивление ограждающей конструкции и преобразователя теплового потока;

q 1 , q 2 - плотность теплового потока до и после закрепления преобразователя

Источники инфракрасного излучения. Защита от инфракрасного излучения на рабочих местах

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:

λ mах = 2,9-103 / T [мкм] (1)

где Т - абсолютная температура излучающего тела, К.

Инфракрасное излучение подразделяется на три области:

• коротковолновая (X = 0,7 - 1,4 мкм);
• средневолновая (к = 1,4 - 3,0 мкм):
• длинноволновая (к = 3,0 мкм - 1,0 мм).

На организм человека электрические волны ИК диапазона оказывают, в основном, тепловое воздействие. При оценки этого воздействия учитывается:

· длина и интенсивность волны с максимальной энергией;

· площадь излучаемой поверхности;

· длительность облучения в течение рабочего дня;

· продолжительность непрерывного воздействия;

· интенсивность физического труда;

· интенсивность движения воздуха на рабочем месте;

· тип ткани, из которой изготовлена спецодежда;

· индивидуальные особенности организма.

К коротковолновому диапазону относятся лучи с длиной волны λ ≤ 1,4 мкм. Их характеризует способность проникать в ткани организма человека на глубину до нескольких сантиметров. Это воздействие вызывает тяжелые поражения различных органов и тканей человека с отягчающими последствиями. Наблюдается повышение температуры мышечных, легочных и других тканей. В кровеносной и лимфатической системах образуются специфические биологически-активные вещества. Нарушается работа центральной нервной системы.

К средневолновому диапазону относятся лучи с длиной волны λ = 1,4 - 3,0 мкм. Они проникают только в поверхностные слои кожи, а потому их воздействие на организм человека ограничивается повышением температуры подверженных воздействию участков кожи и повышением температуры тела.

Длинноволновой диапазон – лучи с длиной волны λ > 3 мкм. Воздействуя на организм человека, они вызывают наиболее сильное повышение температуры подверженных воздействию участков кожи, что нарушает деятельность дыхательной и сердечнососудистой систем и нарушает тепловой баланс оргазма, приводящий к тепловому удару.

Согласно ГОСТ 12.1.005-88 интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования и осветительных приборов не должна превышать: 35 Вт/м 2 при облучении более 50% поверхности тела; 70 Вт/м 2 при облучении от 25 до 50% поверхности тела; 100 Вт/м 2 при облучении не более 25%> поверхности тела. От открытых источников (нагретые металл и стекло, открытое пламя) интенсивность теплового облучения не должна превышать 140 Вт/м 2 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 °С.

Температура поверхности оборудования, внутри которого температура близка к 100 °С, должна быть не выше 35 °С.

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.

Различают экраны трех типов:

· непрозрачные;

· прозрачные;

· полупрозрачные.

В непрозрачных экранах при взаимодействии энергии электромагнитных колебаний с веществом экрана происходит ее преобразование в тепловую энергию. Вследствие этого преобразования происходит нагрев экрана и он сам становится источником теплового излучения. Излучение противолежащей источнику поверхностью экрана условно рассматривается как пропущенное излучение источника. Становится возможным рассчитать плотность теплового потока, проходящего через единицу площади экрана.

С прозрачными экранами все обстоит иначе. Излучение, попадающее на поверхность экрана, распределяется внутри него согласно законам геометрической оптики. Этим и объясняется его оптическая прозрачность.

Полупрозрачным экранам присущи свойства как прозрачных, так и непрозрачных.

· теплоотражающие;

· теплопоглощающие;

· теплоотводящие.

На самом деле все экраны в той или иной степени обладают свойством поглощения, отражения или отведения тепла. Поэтому определение экрана к той или иной группе зависит от того, какое свойство наиболее сильно выражено.

Теплоотражающие экраны отличает низкая степень черноты поверхности. Поэтому они отражают большую часть падающих на них лучей.

К теплопоглощающим относятся экраны, у которых материал, из которого они выполнены, имеет малый коэффициент теплопроводности (высокое термическое сопротивление).

В качестве теплоотводящих экранов выступают прозрачные пленки, либо водяные завесы. Также могут быть использованы экраны, находящиеся внутри стеклянных или металлических защитных контуров.

Э = (q – q 3) / q (3)

Э = (t – t 3) / t (4)

q 3 - плотность потока ИК излучения с применением защиты, Вт/м 2 ;

t - температура ИК излучения без применения защиты, °С;

t 3 - темпера­тура ИК излучения с применением защиты, °С.

Используемые контрольно-измерительные приборы

Для измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции, и проверки свойств теплозащитных экранов нашими специалистами были разработаны приборы серии .

Диапазон измерения плотности теплового потока: от 10 до 250, 500, 2000, 9999 Вт/м 2

Область применения:

· строительство;

· объекты энергетики;

· научные исследования и др.

Измерение плотности теплового потока, как показателя теплоизоляционных свойств различных материалов, приборами серии производят при:

· теплотехнических испытаниях ограждающих конструкций;

· определении тепловых потерь в водяных тепловых сетях;

проведении лабораторных работ в ВУЗах (кафедры «Безопасность жизнедеятельности», «Промышленная экология» и др.).

На рисунке приведен опытный образец стенда "Определение параметров воздуха рабочей зоны и защита от тепловых воздействий" БЖЗ 3 (призводство ООО «Интос+»).

На стенде располагается источник теплового излучения (рефлектор бытовой). Перед источником размещают экраны из разных материалов (металл, ткань и др.). За экраном внутри модели помещения размещается прибор на различных расстояниях от экрана. Над моделью помещения закрепляется вытяжной зонт с вентилятором. Прибор , помимо зонда для измерения плотности теплового потока, оснащен зондом для измерения температуры воздуха внутри модели. В целом стенд представляет собой наглядную модель для оценки эффективности различных видов тепловой защиты и локальной системы вентиляции.

С помощью стенда определяется эффективность защитных свойств экранов в зависимости от материалов, из которых они изготовлены и от расстояния от экрана до источника теплового излучения.

Принцип действия и конструктивное исполнение прибора ИПП-2

Конструктивно прибор выполняется в пластмассовом корпусе. На передней панели прибора располагаются четырех разрядный светодиодный индикатор, кнопки управления; на боковой поверхности располагаются разъёмы для подключения прибора к компьютеру и сетевого адаптера. На верхней панели расположен разъем для подключения первичного преобразователя.

Внешний вид прибора

1 - Светодиодная индикация состояния аккумулятора

2 - Светодиодная индикация нарушения порогов

3 - Индикатор значений измерения

4 - Разъем для подключения зонда измерения

5 , 6 - Кнопки управления

7 - Разъем для подключения к компьютеру

8 - Разъем для подключения сетевого адаптера

Принцип работы

Принцип действия прибора основан на измерении перепада температур на “вспомогательной стенке”. Величина температурного перепада пропорциональна плотности теплового потока. Измерение температурного перепада осуществляется с помощью ленточной термопары, расположенной внутри пластинки зонда, выступающей в роли “вспомогательной стенки”.

Индикация измерений и режимов работы прибора

Прибор осуществляет опрос измерительного зонда, выполняет расчет плотности теплового потока и отображает её значение на светодиодном индикаторе. Интервал опроса зонда составляет около одной секунды.

Регистрация измерений

Данные, полученные от измерительного зонда, записываются в энергонезависимую память блока с определенным периодом. Настройка периода, считывание и просмотр данных осуществляется с помощью программного обеспечения.

Интерфейс связи

С помощью цифрового интерфейса из прибора могут быть считаны текущие значения измерения температуры, накопленные данные измерений, изменены настройки прибора. Измерительный блок может работать с компьютером или иными контроллерами по цифровому интерфейсу RS-232. Скорость обмена по интерфейсу RS-232 настраивается пользователем в пределах от 1200 до 9600 бит/с.

Особенности прибора:

• возможность установки порогов звуковой и световой сигнализации;
• передача измеренных значений на компьютер по интерфейсу RS-232.

Достоинством прибора является возможность попеременного подключения к прибору до 8-ми различных зондов теплового потока. Каждый зонд (датчик) имеет свой индивидуальный калибровочный коэффициент (коэффициент преобразования Kq), показывающий, насколько напряжение с датчика изменяется относительно теплового потока. Данный коэффициент используется прибором для построения калибровочной характеристики зонда, по которой определяется текущее измеренное значение теплового потока.

Модификации зондов для измерения плотности теплового потока:

Зонды теплового потока предназначены для проведения измерений поверхностной плотности теплового потока по ГОСТ 25380-92.

Внешний вид зондов теплового потока

1. Зонд теплового потока прижимного типа с пружиной ПТП-ХХХП выпускается в следующих модификациях (в зависимости от диапазона измерения плотности теплового потока):

ПТП-2.0П: от 10 до 2000 Вт/м 2 ;

ПТП-9,9П: от 10 до 9999 Вт/м 2 .

2. Зонд теплового потока в виде «монеты» на гибком кабеле ПТП-2.0.

Диапазон измерения плотности теплового потока: от 10 до 2000 Вт/м 2 .

Модификации зондов для измерения температуры:

Внешний вид зондов для измерения температуры

1. Погружные термопреобразователи ТПП-А-D-L на основе терморезистора Pt1000 (термопреобразователи сопротивления) и термопреобразователи ТХА-А-D-L на основе термопары ХА (термопреобразователи электрические) предназначены для измерения температуры различных жидких и газообразных сред, а также сыпучих материалов.

Диапазон измерения температуры:

Для ТПП-А-D-L: от -50 до +150 °С;

Для ТХА-А-D-L: от -40 до +450 °С.

Габаритные размеры:

D (диаметр): 4, 6 или 8 мм;

L (длина): от 200 до 1000 мм.

2. Термопреобразователь ТХА-А-D1/D2-LП на основе термопары ХА (термопреобразователь электрический) предназначен для измерения температуры плоской поверхности.

Габаритные размеры:

D1 (диаметр «металлического штыря»): 3 мм;

D2 (диаметр основания – «пятачка»): 8 мм;

L (длина «металлического штыря»): 150 мм.

3. Термопреобразователь ТХА-А-D-LЦ на основе термопары ХА (термопреобразователь электрический) предназначен для измерения температуры цилиндрических поверхностей.

Диапазон измерения температуры: от -40 до +450 °С.

Габаритные размеры:

D (диаметр) – 4 мм;

L (длина «металлического штыря»): 180 мм;

Ширина ленты – 6 мм.

В комплект поставки прибора для измерения плотности тепловой нагрузки среды входят:

1. Измеритель плотности теплового потока (измерительный блок).

2. Зонд для измерения плотности теплового потока.*

3. Зонд для измерения температуры.*

4. Программное обеспечение.**

5. Кабель для подключения к персональному компьютеру. **

6. Свидетельство о калибровке.

7. Руководство по эксплуатации и паспорт на прибор .

8. Паспорт на преобразователи термоэлектрические (температурные зонды).

9. Паспорт на зонд плотности теплового потока.

10. Сетевой адаптер.

* – Диапазоны измерения и конструкция зондов определяются на этапе заказа

** – Позиции поставляются по специальному заказу.

Подготовка прибора к работе и проведение измерений

1. Извлечь прибор из упаковочной тары. Если прибор внесен в теплое помещение из холодного, необходимо дать прибору прогреться до комнатной температуры в течение не менее 2-х часов.

2. Зарядить аккумуляторы, подключив к прибору сетевой адаптер. Время зарядки полностью разряженного аккумулятора не менее 4 часов. В целях увеличения срока службы аккумуляторной батареи рекомендуется раз в месяц проводить полную разрядку до автоматического выключения прибора с последующим полным зарядом.

3. Соединить измерительный блок и измерительный зонд соединительным кабелем.

4. При комплектации прибора диском с программным обеспечением, установить его на компьютер. Подключить прибор к свободному СОМ-порту компьютера соответствующими соединительными кабелями.

5. Включить прибор коротким нажатием кнопки "Выбор".

6. При включении прибора осуществляется самотестирование прибора в течение 5 секунд. При наличии внутренних неисправностей прибор на индикаторе сигнализирует номер неисправности, сопровождаемые звуковым сигналом. После успешного тестирования и завершения загрузки на индикаторе отображаются текущее значение плотности теплового потока. Расшифровка неисправностей тестирования и других ошибок в работе прибора приведена в разделе 6 настоящего руководства по эксплуатации.

7. После использования выключить прибор коротким нажатием кнопки "Выбор".

8. Если предполагается длительное хранение прибора (более 3 месяцев) следует извлечь элементы питания из батарейного отсека.

Ниже приведена схема переключений в режиме “Работа”.

Подготовка и проведение измерений при теплотехнических испытаниях ограждающих конструкций.

1. Измерение плотности тепловых потоков проводят, как правило, с внутренней стороны ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Допускается проведение измерений плотности тепловых потоков с наружной стороны ограждающих конструкций в случае невозможности проведения их с внутренней стороны (агрессивная среда, флуктуации параметров воздуха) при условии сохранения устойчивой температуры на поверхности. Контроль условий теплообмена проводят с помощью термощупа и средств для измерения плотности теплового потока: при измерении в течение 10 мин. их показания должны быть в пределах погрешности измерений приборов.

2. Участки поверхности выбирают специфические или характерные для всей испытываемой ограждающей конструкции в зависимости от необходимости измерения локальной или усредненной плотности теплового потока.

Выбранные на ограждающей конструкции участки для измерений должны иметь поверхностный слой из одного материала, одинаковой обработки и состояния поверхности, иметь одинаковые условия по лучистому теплообмену и не должны находиться в непосредственной близости от элементов, которые могут изменить направление и значение тепловых потоков.

3. Участки поверхности ограждающих конструкций, на которые устанавливают преобразователь теплового потока, зачищают до устранения видимых и осязаемых на ощупь шероховатостей.

4. Преобразователь плотно прижимают по всей его поверхности к ограждающей конструкции и закрепляют в этом положении, обеспечивая постоянный контакт преобразователя теплового потока с поверхностью исследуемых участков в течение всех последующих измерений.

При креплении преобразователя между ним и ограждающей конструкцией не допускается образование воздушных зазоров. Для исключения их на участке поверхности в местах измерений наносят тонкий слой технического вазелина, перекрывающий неровности поверхности.

Преобразователь может быть закреплен по его боковой поверхности при помощи раствора строительного гипса, технического вазелина, пластилина, штанги с пружиной и других средств, исключающих искажение теплового потока в зоне измерения.

5. При оперативных измерениях плотности теплового потока незакрепленную поверхность преобразователя склеивают слоем материала или закрашивают краской с той же или близкой степенью черноты с различием Δε ≤ 0,1, что и у материала поверхностного слоя ограждающей конструкции.

6. Отсчетное устройство располагают на расстоянии 5-8 м от места измерения или в соседнем помещении для исключения влияния наблюдателя на значение теплового потока.

7. При использовании приборов для измерения э.д.с., имеющих ограничения по температуре окружающего воздуха, их располагают в помещении с температурой воздуха, допустимой для эксплуатации этих приборов, и подключение к ним преобразователя теплового потока производят при помощи удлинительных проводов.

8. Аппаратуру по п.7 подготавливают к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации соответствующего прибора, в том числе учитывают необходимое время выдержки прибора для установления в нем нового температурного режима.

Подготовка и проведение измерений

(при проведении лабораторных работ на примере лабораторной работы “Исследование средств защиты от инфракрасного излучения”)

Подключить источник ИК излучения к розетке. Включить источник ИК излучения (верхнюю часть) и измеритель плотности теплового потока ИПП-2.

Установить головку измерителя плотности теплового потока на расстоянии 100 мм от источника ИК излучения и определить плотность теплового потока (среднее значение трех - четырех замеров).

Вручную переместить штатив вдоль линейки, установив головку измерителя на расстояниях от источника излучения, указанных в форме таблицы 1, и повторить измерения. Данные замеров занести в форму таблицу 1.

Построить график зависимости плотности потока ИК излучения от расстояния.

Повторить измерения по пп. 1 - 3 с различными защитными экранами (теплоотражающим алюминиевым, теплопоглощающим тканевым, металлическим с зачерненной поверхностью, смешанным - кольчуга). Данные замеров занести в форму таблицы 1. Построить графики зависимости плотности потока ИК излучения от расстояния для каждого экрана.

Форма таблицы 1

Оценить эффективность защитного действия экранов по формуле (3).

Установить защитный экран (по указанию преподавателя), разместить на нем широкую щетку пылесоса. Включить пылесос в режим отбора воздуха, имитируя устройство вытяжной вентиляции, и спустя 2-3 минуты (после установления теплового режима экрана) определить интенсивность теплового излучения на тех же расстояниях, что и в п. 3. Оценить эффективность комбинированной тепловой защиты по формуле (3).

Зависимость интенсивности теплового излучения от расстояния для заданного экрана в режиме вытяжной вентиляции нанести на общий график (см. п. 5).

Определить эффективность защиты, измеряя температуру для заданного экрана с использованием вытяжной вентиляции и без нее по формуле (4).

Построить графики эффективности защиты вытяжной вентиляции и без нее.

Перевести пылесос в режим "воздуходувки" и включить его. Направляя поток воздуха на поверхность заданного защитного экрана (режим душирования), повторить измерения в соответствии с пп. 7 - 10. Сравнить результаты измерений пп. 7-10.

Закрепить шланг пылесоса на одной из стоек и включить пылесос в режиме "воздуходувки", направив поток воздуха почти перпендикулярно тепловому потоку (немного навстречу) - имитация воздушной завесы. С помощью измерителя измерить температуру ИК излучения без "воздуходувки" и с ней.

Построить графики эффективности защиты "воздуходувки" по формуле (4).

Результаты измерений и их интерпретация

(на примере проведения лабораторной работы на тему «Исследование средств защиты от инфракрасного излучения» в одном из технических ВУЗов г. Москвы).

1. Стол.
2. Электрокамин ЭКСП-1,0/220.
3. Стойка для размещения сменных экранов.
4. Стойка для установки измерительной головки.
5. Измеритель плотности теплового потока .
6. Линейка.
7. Пылесос Тайфун-1200.

Интенсивность (плотность потока) ИК излучения q определяется по формуле:

q = 0,78 х S х (T 4 х 10 -8 - 110) / r 2 [Вт/м 2 ]

где S - площадь излучающей поверхности, м 2 ;

Т - температура излучающей поверхности, К;

r - расстояние от источника излучения, м.

Одним из наиболее распространенных видов защиты от ИК излучения является экранирование излучающих поверхностей.

Различают экраны трех типов:

·непрозрачные;

·прозрачные;

·полупрозрачные.

По принципу действия экраны подразделяются на:

·теплоотражающие;

·теплопоглощающие;

·теплоотводящие.

Эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов Э определяется по формулам:

Э = (q – q 3) / q

где q - плотность потока ИК излучения без применения защиты, Вт/м 2 ;

q3 - плотность потока ИК излучения с применением защиты, Вт/м 2 .

Типы защитных экранов (непрозрачные):

1. Экран смешанный – кольчуга.

Э кольчуга = (1550 – 560) / 1550 = 0,63

2. Экран металлический с зачерненной поверхностью.

Э al+покр. = (1550 – 210) / 1550 = 0,86

3. Экран теплоотражающий алюминиевый.

Э al = (1550 – 10) / 1550 = 0,99

Построим график зависимости плотности потока ИК излучения от расстояния для каждого экрана.

Как мы видим, эффективность защитного действия экранов различается:

1. Минимальное защитное действие у смешанного экрана – кольчуга – 0,63;

2. Экран алюминиевый с зачерненной поверхностью – 0,86;

3. Наибольшим защитным действием обладает экран теплоотражающий алюминиевый – 0,99.

Нормативные ссылки

При оценке теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий и сооружений и установлении реальных расходов тепла через наружные ограждающие конструкции используются следующие основные нормативные документы:

· ГОСТ 25380-82. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции.

· При оценке теплотехнических качеств различных средств защиты от инфракрасного излучения используются следующие основные нормативные документы:

· ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.

· ГОСТ 12.4.123-83. ССБТ. Средства защиты от инфракрасного излучения. Классификация. Общие технические требования.

· ГОСТ 12.4.123-83 «Система стандартов безопасности труда. Средства коллективной защиты от инфракрасных излучений. Общие технические требования».

Тепловое излучение - этоэлектромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии.

Оно обуславливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения колеблющихся ионов.

Интенсивность излучения и его спектральный состав зависят от температуры тела, поэтому тепловое излучение не всегда воспринимается глазом.

Тело. Нагретое до высокой температуры значительную часть энергии испускает в видимом диапазоне, а при комнатной температуры- энергия испускается в инфракрасной части спектра.

По международным стандартам различают 3 области инфракрасного излучения:

1. Инфракрасная область А

λ от 780 до 1400 нм

2. Инфракрасная область В

λ от 1400 до 3000 нм

3. Инфракрасная область С

λ от 3000 до 1000000 нм.

Особенности теплового излучения.

1. Тепловое излучение- это универсальное явление присущее всем телам и происходящее при температуре отличной от абсолютного нуля (- 273 К).

2. Интенсивность теплового излучения и спектральный состав зависят от природы и температуры тел.

3. Тепловое излучение является равновесным, т.е. в изолированной системе при постоянной температуре тела излучают за единицу времени с единицы площади столько энергии, сколько получают извне.

4. Наряду с тепловым излучением все тела обладают способностью поглащать тепловую энергию извне.

2 . Основные характеристики поглощения .

1. Лучистая энергия W (Дж)

2. Лучистый поток Р = W/t (Вт)

(Поток излучения)

3. Излучательная способность (энергитическая светимость)- это энергия электромагнитного излучения, излучаемая по всем возможным направлениям за единицу времени с единицы площади при данной температуре

RT= W/St (Вт/м2)

4. Поглощательная способность (коэффициент поглощения) равен отношению лучистого потока, поглощенного данного тела к лучистому потоку, упавшему на тело при данной температуре.

αт = Рпогл / Рпад.

3. Тепловые излучатели и их характеристика.

Понятие абсолютно чёрного тела.

Тепловые излучатели- это технические устройства для получения теплового лучистого потока. Каждый тепловой источник характеризуется излучательной способностью, поглащательной способностью, температурой излучательного тела, спектральным составом излучения.

В качестве стандарта введено понятие абсолютно чёрного тела (а.ч.т.)

При прохождении света через вещество, лучистый поток частично отражается, частично поглащается, рассеивается и частично проходит через вещество.

Если тело полностью поглощает падающий на него световой поток, то его называют абсолютно чёрное тело.

Для всех длин волн и при любых температурах коэффициент поглощения α=1. Абсолютно чёрного тела в природе нет, но можно указывать на тело близкое к нему по своим свойствам.

Модельно а.ч.т. является полость с очень малым отверстием стенки которого зачернены. Луч, попавший в отверстие после многократных отражений от стенок, будет поглощён практически полностью.

Если нагреть такую модель до высокой температуры, то отверстие будет светиться, такое излучение называется чёрным излучением. К а.ч.т. близки поглощательные свойства чёрного бархата.

α для сажи = 0,952

α для чёрного бархата = 0,96

Примером служит зрачок глаза, глубокий колодец и т.д.

Если α=0, то это обсолютно зеркальная поверхность. Чаще α находится в пределах от 0 до 1, такие тела называются серыми.

У серых тел коэффициент поглощения зависит от длины волны, падающего излучения и в значительной степени от температуры.

4. Законы теплового излучения и их характеристика

1. Закон Киркгофа :

отношение излучательной способности тела к поглощательной способности тела при одинаковой температуре и при одинаковой длине волны есть величина постоянная.

2. Закон Стефана-Больцмана :

излучательная способность а.ч.т. пропорциональначетвёртой степени его абсолютной температуры.

δ- постоянная Стефана-Больцмана.

δ=5,669*10-8 (Вт/ м2*К4)

W=Pt=RTSt= δStT4

Т-температура

При увеличении температуры (Т) мощность излучения растёт очень быстро.

При увеличении времени (t) до 800 мощность излучения увеличится в 81 раз.