CC BY
87
Оценка величины теплового потока от инфракрасных излучателей в рабочей зоне... УДК 621.03
толщина Екатерина юрьевна
Московский государственный университет путей сообщения
Kate.postbag@gmail.com
оценка величины теплового потока от инфракрасных излучателей в рабочей зоне производственного помещения
В настоящей работе представлены некоторые варианты расположения инфракрасных излучателей при соблюдении гигиенических требований; произведен расчет результирующего лучистого потока и температуры нагреваемой поверхности между параллельными поверхностями и построены диаграммы; осуществлено сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных.
Ключевые слова: теплообмен, результирующий лучистый поток.
Согласно СанПиНу 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» [1; 2], допустимые микроклиматические условия установлены по критериям допустимого теплового и функционального состояния человека на период 8-часовой рабочей смены. Они не вызывают повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих или локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности. Допустимые величины интенсивности теплового облучения находящихся на рабочих местах от производственных источников, нагретых до темного свечения, должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 1.
В ранее опубликованной статье [3] были представлены материалы, позволяющие определить высоту подвеса излучателя в рабочем помещении в зависимости от его температуры. Для проведения расчетов были использованы труды известных ученых Богословского В.Н., Шорина С.Н., Банхиди Л., Мачкаши А. и других. Используя эти данные, была определена плотность расположения излучателей в рабочей зоне помещения при условии соблюдения санитарно-гигиенических требований по величине падающего теплового потока.
Темный излучатель характеризуется более низкой лучистой эффективностью, которая колеблется в диапазоне 45-60%. Эта эффективность достигается с помощью так называемого рефлектора, который образует зеркальную плоскость, отражающую излучения в необходимом направлении. Для концентрации теплового излучения в рабочей зоне помещения рефлектор имеет специальную изогнутую поверхность.
За счет изогнутой формы рефлектора распространяемое по полусфере излучение концентрируется в нормальном направлении по отношению к рабочей сфере (рис. 1). Кроме того, учитывались тепловые потоки излучения, поступающие от соседних излучателей. За счет этого происходит увеличение результирующего теплового потока, что требует вносить корректировку в высоту подвеса излучателей, их плотность расположения и температуру.
Расчеты, проведенные по определению изменения величины результирующего теплового потока в рабочей зоне, при различных высотах подвеса и плотности расположения излучателей, позволили найти оптимальные параметры. Так, как видно из рис. 2, при температуре излучателя ^=600 0С и его высоте подвеса в 9 м над рабочей зоной оптимальное расстояние между двумя излучателями должно составлять не менее 14 м, что позволит обеспечить допустимое тепловое воздействие.
Облучаемая поверхность тела, % Интенсивность теплового облучения, Вт/м2, не более
50 и более 35
25-50 70
не более 25 100
Таблица 1
Допустимые величины интенсивности теплового облучения от производственных источников для поверхности тела работающих
© Толщина Екатерина Юрьевна, 2014
Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова № 5, 2014
55
СИСТЕМОТЕХНИКА
К К К КЧ^-К -1'Н'Ч— б а хо и 14
Мм
Рис. 2. Величина теплового потока от отопительных панелей, нагретых до 6000С
Аналогично были определены расстояния между излучателями при температурах излучателя ^=500-300 0С. Как видно из рис. 3, оптимальное расстояние между излучателями при ^=500 0С будет составлять 12 м, при ^=400 0С - 8 м, при ^=300 0С - 6 м. При этом высота подвеса излучателя будет составлять 7, 5 и 4 м соответственно.
При температуре излучателя ^=200°С расстояние между отопительными панелями можно варьировать. На рис. 4 представлены два варианта расположения отопительных панелей 6 и 4 м, при высоте подвеса излучателя 3 м. В обоих случаях будет обеспечено допустимое тепловое воздействие, и при наложении двух тепловых потоков от разных излучателей величина суммарного теплового потока не будет превышать 100 Вт/м2. При этом расстояние между излучателями необходимо определять исходя из обеспечения более комфортных условий по всей поверхности рабочей зоны помещения. Как видно из рисунка 4б, изменение величины теплового потока по площади будет минимальным.
Для подтверждения расчетных данных нами была проведена экспериментальная оценка величины результирующего теплового потока от инфракрасных излучателей в рабочей зоне тепловозного цеха ремонтного локомотивного депо Ярославль-Главный. Производственные помещения депо оборудованы или газовым лучистым отоплением (ГЛО) или газовым воздушным отоплением (ГВО). В установках ГЛО используются газовые инфракрасные (ИК) излучатели «Blackheat» производителя «ROBERTS GORDON», США. В установках ГВО используются приборы рециркуляционного воздуха «COMBAT» со свободным выбросом нагреваемого воздуха того же производителя. Тепловозный цех оборудован ГЛО. В помещении установлено пять излучателей на расстоянии друг от друга 6 м и на высоте 7,65 м. Основные работы проводятся на расстоянии 5,65 м от излучателя (пол помещения) и 3,65 м от излучателя (пол вне кабины тепловоза).
Для исследований теплового потока был использован переносной радиометр энергетической
Оценка величины теплового потока от инфракрасных излучателей в рабочей зоне..
а)
б)
Рис. 4. Величина теплового потока от отопительных панелей, нагретых до 2000С, при различном расстоянии между ними: а) 6 м, б) 4 м
Таблица 2
Место проведения измерений Фактическое значение теплового излучения (Вт/м2)
Тепловозный цех. На рабочем месте механика (нахождение работника непосредственно под инфракрасным излучателем) 56
Тепловозный цех. На рабочем месте механика (нахождение работника на расстоянии 1,5 м от инфракрасного излучателя) 44
Тепловозный цех. На рабочем месте механика (нахождение работника на расстоянии 3 м от инфракрасного излучателя) 40
100 ыо .......;............ _ : :
№
40 \ ЧИ
- -.......
■ О1 —НЧ—1 ! ч I
г д & :г
¿1м
Рис. 5. Распределение теплового потока между излучателями (где 1 - расчетные данные, 2 - экспериментальные данные)
Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова № 5, 2014
57
системотехника
освещенности «РАТ-2П-Кварц-41». Измерения были проведены на уровне верхней границы рабочей зоны (3,65 м) непосредственно под излучателем, при сдвиге от оси излучателя на 1,5 м и 3 м. Температура излучателей равна 1900С. Результаты измерений приведены в таблице 2.
По результатам измерений была построена диаграмма изменения величины теплового потока на поверхности рабочей зоны, расположенной между двумя излучателями на расстоянии 3,65 м от излучающих панелей (рис. 5).
На этом же рисунке приведены значения изменения теплового потока при тех же условиях, полученных расчетным путем. Максимальная величина погрешности находится в пределах 5%. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов показывает их практическое совпадение, что позволяет сделать вывод о правильности теоретических расчетов.
Библиографический список
1. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. СанПиН 2.2.4.54896. Минздрав России. - М., 1997.
2. Бюллетень нормативных и методических документов Госсанэпиднадзора. - 2005. - Вып. 3 (21) (сентябрь).
3. Сидоров Ю.П., Толщина Е.Ю. Определение допустимой высоты подвеса инфракрасных излучателей в зависимости от их температуры // Теория и практика современной науки: материалы X Международной научно-практической конференции, г. Москва, 27-28 июня 2013 г. / Науч.-инф. издат. центр «Институт стратегических исследований». -М.: Изд-во «Спецкнига», 2013. - 420 с.
4. Богословский В.Н. Тепловой режим здания. -М.: Стройиздат, 1979. - 248 с.
5. Банхиди Л. Тепловой микроклимат помещений. - М.: Стройиздат, 1981. - 248 с.
58
Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова Ль № 5, 2014
