Аналіз пристроїв за температурою на поверхні випромінюючого тіла, Статьи, Людвік-С

На випромінюючій поверхні різних випромінювачів підтримуються різні температури. Світлі: 800-1200 °С.

Для розуміння всіх наслідків, пов'язаних із поверхневою температурою випромінюючого тіла, необхідно згадати три найважливіші закони: закон Вина, закон Стефана-Больцмана та закон Планка (див. у тексті попередніх публікацій).

Часто виробники ДІІ наводять як головний аргумент ефективність світлих випромінювачів, а саме, потужність, що знімається з одиниці площі випромінювача, яка у "світлих" досягає порядку 100-140 кВт/м2 і яка на порядок більша ніж у ІТГО (?6-8 кВт/ м 2). Справді, це головна параметральна відмінність між ними. Однак акцентування уваги саме на ефективності випромінювання є або оманою або свідомо розраховане на введення замовника в оману. Практично завжди при цьому замовчується, що ДІВ мають площу рівну = 0,3 м 2 , а ІТГО - = 5 м 2 (в обох випадках ми говоримо про 50 кВт номінальної потужності пальника). Крім цього підвищена ефективність променевипускання досягається за рахунок більш високої температури випромінюючої кераміки ДІВ і тягне за собою зсув спектра у бік більш шкідливого, жорсткого, короткохвильового випромінювання. При використанні лише параметра ефективності втрачається або свідомо ховається головний показник: у однакових за номінальною потужністю типів випромінювачів можна порівняти з кількістю променевої енергії! На малюнках (рис. 1 і 2) відображено спектральний розподіл енергії ІТГО та ДІВ. Оцінюючи розподіл енергії по спектру не можна не відзначити, що інтегральна щільність випромінювання у ДІІ у всьому діапазоні випромінювання приблизно в 15-20 разів вище, ніж у ІТГО, але при оцінцівипромінювачів за таким принципом: важлива загальна кількість променевої енергії*, а не щільність енергії, що знімається з одиниці площі випромінювача. Загальні кількості променевої енергії обох типів пристроїв близькі за величиною. Параметр інтенсивності випромінювання є головним, а допоміжним. Куди важливіше інтенсивність опромінення опалюваних площ і рівномірність розподілу щільності променистого потоку, що потрапляє на площу, що опромінюється. Як відомо, параметр щільності (інтенсивності) опромінення площ нормується за максимальним значенням і не може перевищувати певного рівня за певних умов праці. Надмірна концентрація променистої енергії і, як наслідок, порушення норм опроміненості площ, призводить до багатьох негативних наслідків, як технологічних, так і гігієнічних. Про гігієнічні наслідки поговоримо дещо пізніше.

Довідка: ДЕРЖСТАНДАРТ 12.1.005-88 встановлює: "Інтенсивність теплового опромінення працюючих від відкритих джерел (нагрітий метал, скло, "відкрите" полум'я та ін.) не повинна перевищувати 140 Вт/м 2 , при цьому опромінення не повинно піддаватися понад 25% поверхні тіла та обов'язковим є використання засобів індивідуального захисту, у тому числі засобів захисту обличчя та очей".

* Примітка: оскільки розміри ІТГО на порядок більше (15-20 разів) кількість випромінюваної ними енергії порівняно з кількістю променистої енергії ДІВ, а розподіл її по площі, що опалюється, більш рівномірне.

Аналіз по довжині хвилі максимуму випромінювання (закон Вина) та спектру випромінювання (закон Планка)

Виходимо з відомого нам співвідношення званого законом Вина: λmax * T = Const = 2896 * 10 -6 Застосуємо його для аналізу властивостей ДІІ та ІТГО.

ДІМ: температура на поверхні випромінюючих керамічних пластин стандартного виробу = 950°С. λmax*T=2896*10 -6 /T=2896/1223=2,36 (мкм) ІТГО: середня температура на поверхні 350 °С. λmax*T=2896* 10 -6 /T=2896/623=4,6 (мкм)

Із закону Вина випливає, що є суттєві відмінності щодо довжини хвилі максимуму випромінювання.

Довідка: Світлі випромінювачі передають більшу частину променистої енергії хвилями з довжиною 1,55-2,55 мкм (див. Закон Вина та книгу [1]). Відповідно до закону Вина, максимум випромінювання за нормальної температури 950 °З поверхні випромінювача перебуває у довжині хвилі 2,36 мкм. Темні випромінювачі передають більшу частину променистої енергії хвилями з довжиною 3,0-6,0 мкм. Максимум випромінювання за температури

350-400 ° С знаходиться на довжині хвилі 4,3-4,8 мкм.

Гігієнічний аспек

Закон Вина показує, що випромінювачі відрізняються довжинами хвиль залежно від температури на поверхні. Спробуємо встановити зв'язок цього параметра з впливом на організм людини.

Наприклад, цікава така інформація: ". Крім цього, як відомо, довжина хвилі 2,4 мкм повністю затримується шкірою. Більш короткі хвилі проникаючи під шкіру та оболонку ока впливають на білкові сполуки, що може призводити до екзем, катаракти очей і т.д. ." [2].

Це лише маленький фрагмент знань, які мають вже мати студенти вузів. І чим більше ми знайомимося з теорією захисту від електромагнітних випромінювань, тим у гірше становище потрапляють світлі пальники. Хоча все-таки це тільки теорія. Маючи великий досвід спілкування з технічними менеджерами підприємств – головними інженерами та енергетиками, я розумію, що "практиків найчастіше переконує інформація, отримана практичним шляхом". Тому буду спиратися на практично отримані дані, підтверджені досвідом.

У статті Л.А. Гвозденко "Обґрунтуваннядопустимих нормативів опроміненості інфрачервоним випромінюванням залежно від його спектрального складу" [3] наводяться такі аргументи, що спираються на практичні дослідження та які підтверджують мою позицію та аргументацію. Стаття описує роботу з вивчення впливу інфрачервоного випромінювання на здоров'я людини, яка практично проводилася на групі добровольців і посилається на інші серйозні роботи у цій галузі.

Усі кому цікава робота Л.А. Гвозденко можуть ознайомитися із нею самостійно. Я скорочено наводжу її результати та висновки:

ІЧ-випромінювання має специфічні особливості формування реакції організму, які значною мірою пов'язані з особливостями фізичної природи фактора.
Аналіз температурних характеристик та спектрального складу випромінювання дозволяє виділити кілька груп ІЧ-випромінювання:
групу джерел з температурою 35-300 °С та максимальною енергією в діапазоні 5,8-9 мкм (темне світіння) група 1а;
групу джерел з температурою 300-700 °З максимумом енергії в діапазоні 3,5-5 мкм (темне - червоне світіння) група 16;
групу джерел з температурою 700-1000 °З максимумом енергії в діапазоні 2,3-3,5 мкм (червоне світіння) група 1в; групу джерел із температурою 1000-1500 °З максимумом енергії у діапазоні 0,76-2,5 мкм (біле світіння) група 1г.
Лабораторні дослідження показали, що вплив ІЧ-випромінювання на організм визначається інтенсивністю потоку енергії та його спектральним складом. Ці параметри визначають спрямованість їх реакцій на різний рівень опромінення.
Лабораторні дослідження в залежності від інтенсивності та спектру діючого випромінювання, дозволили виділити три типи реакцій організму, якібули класифіковані як реакції "адаптаційні", "компенсаторні" та "пошкоджуючі":
Пошкоджуючі реакції інфрачервоного випромінювання супроводжувалися зниженням антимікробної резистентності організму, активності антиоксидантних систем, порушенням скорочувальної функції міокарда, судинного тонусу.
Розподіл частоти реєстрації тих чи інших реакцій залежало від інтенсивності та довжини хвилі максимуму енергії опромінення:

λ макс = 1.5 мкм, поріг дії, що ушкоджує, знаходиться на рівні 50 Вт/м²
λ макс = 3 мкм
λ макс = 6 мкм, поріг дії, що ушкоджує, знаходиться на рівні 100 Вт/м²
λ макс = 4,5 мкм, поріг ушкоджуючої дії знаходиться на рівні 150 Вт/м²

Аналіз закону Планка

Проаналізуємо також формулу Планка та фізичні процеси, що описуються нею. Як відомо, інфрачервоні нагрівальні прилади ефективно випромінюють у діапазоні довжин хвиль λmin=0,76 мкм - λmax = 10 мкм

За допомогою комп'ютерних програм було проінтегровано формулу Планка.

у цьому діапазоні хвиль.

Гігієнічний аспект закону Планка

Як видно з розрахунків, спектри випромінювань різних пристроїв значно відрізняються. Наприклад, у короткохвильовій області 0,76-2,4 мкм (проникаюче під шкіру людини випромінювання) між випромінювачами спостерігається кількісна відмінність випромінюваної енергії в 16 разів. Та й у безпечному діапазоні 5-10 мкм спостерігається різниця в 3 рази, як і в попередньому випадку, робить краще застосування ІТГО. Відносна інтенсивність опромінення показує абсолютну величину енергії певної частини діапазону в загальній кількості із встановленого ГОСТ 12.1.005-88 максимально допустимого рівня опромінення і говорить сама за себе.

Охарактеризуємо вплив на організмлюдини інфрачервоних випромінювань різних діапазонів Дослідження показують, що всім ділянкам спектра властивий ефект збудження вільних радикалів, утворення перекисів та накопичення продуктів перекисного окислення ліпоїдів. Зрозуміло, що в умовах виконання санітарних норм за рівнем опромінення, реакції, що розвиваються в організмі, є реакціями адаптації. Пошкоджуюча дія виникає в умовах підвищених рівнів опромінення, інтенсивність яких залежить від довжини хвилі.

Оскільки тіло людини випромінює інфрачервону енергію в діапазоні приблизно 3-50 мкм з максимумом випромінювання в 9,6 мкм, охарактеризуємо існуючі уявлення про вплив на організм людини випромінювань переважно цього діапазону, тим більше, що випромінювання, що генеруються різними ГСЛО, знаходяться в його межах.

випромінювання зовнішніх джерел з максимумом енергії в ділянці 3 мкм і 6 мкм інтенсивно поглинається в епідермісі (молекулами білків, холестерином та іншими органічними речовинами, що входять до складу шкіри) та водою організму. Причому, зазначається, що за фізико-хімічними ефектами вплив таких випромінювань можна порівняти з впливом короткохвильового випромінювання ( amp; lambda ? 1,5 мкм). Найменш активно випромінювання з максимумом що знаходиться на довжині хвилі 4,5 мкм, так як ця ділянка спектра меншою мірою поглинається структурними елементами тканин. Через невелику енергію фотони проникають у тканини на незначну глибину і поглинаються в основному в поверхневих шарах епідермісу. Підвищення температури шкіри вони викликають, але фізико-хімічні процеси в організмі найменш виражені та протікають більш сприятливо.

Вплив інфрачервоної енергією з довжиною хвилі 9,6 мкм викликає явище, яке називається "резонансним поглинанням", при якому зовнішняенергія активно поглинатиметься тілом. Внаслідок цього впливу підвищується потенційна енергія клітин організму, і з них йтиме незв'язана вода, підвищується діяльність специфічних клітинних структур, зростає рівень імуноглобулінів, збільшується активність ферментів та естрогенів, відбуваються й інші сприятливі біохімічні реакції. Це характерно для всіх типів клітин організму та крові. Ще на початку XIX століття німецький вчений Хетчер, використовуючи тригранне дзеркало для вивчення спектру сонячного світла, виявив, що інфрачервоні промені з 5,6-15 мкм легко засвоюються людиною. У клітинах під дією цих променів активізуються обмінні процеси, вони поглинають більшу кількість кисню, що сприяє їх оновленню та оздоровленню організму в цілому. У ряді наукових лабораторій США (Dr. Masao Nakamura, Medical Clinic, Dr. Mikkel Aland Infrared Therapy Researches та ін), що займаються дослідженням можливості застосування інфрачервоних випромінювачів, отримані дані про те, що в результаті впливу на організм інфрачервоного випромінювання може відбуватися придушення росту ракових клітин, знищення деяких видів вірусу гепатиту, нейтралізація шкідливого впливу електромагнітних полів, лікування дистрофії, підвищення кількості інсуліну, що виробляється у хворих на діабет, нейтралізація наслідків радіоактивного опромінення, лікування або значне поліпшення стану при псоріазі. Описаний ефект застосовується у сучасній медицині – у так званій інфрачервоній терапії.

багатоканальний тел. +38 0562 345 999