Лабораторные работы по БЖД 2б

допустимых значений потоков создает безопасные условия жизнедеятельности человека в жизненном пространстве и исключает негативное влияние техносферы на природную среду.

Аксиома 2. Источниками техногенных опасностей являются элементы техносферы.

Опасности возникают при наличии дефектов и иных неисправностей в технических системах, при неправильном использовании технических систем, а также из-за наличия отходов, сопровождающих эксплуатацию технических систем. Технические неисправности и нарушения режимов использования технических систем приводят, как правило, к возникновению травмоопасных ситуаций, а выделение отходов (выбросы в атмосферу, стоки в гидросферу, поступление твердых веществ на земную поверхность, энергетические излучения

иполя) сопровождается формированием вредных воздействий на человека, природную среду и элементы техносферы.

Аксиома 3. Техногенные опасности действуют в пространстве

иво времени.

Травмоопасные воздействия действуют, как правило, кратковременно и спонтанно в ограниченном пространстве. Они возникают при авариях и катастрофах, при взрывах и внезапных разрушениях зданий и сооружений. Зоны влияния таких негативных воздействий, как правило, ограничены, хотя возможно распространение их влияния и на значительные территории, например, при аварии на ЧЭАЭС.

Для вредных воздействий характерно длительное или периодическое негативное влияние на человека, природную среду и элементы техносферы. Пространственные зоны вредных воздействий изменяются в широких пределах от рабочих и бытовых зон до размеров всего земного пространства. К последним относятся воздействия выбросов парниковых и озоно-разрушающих газов, поступление радиоактивных веществ в атмосферу и т. п.

Аксиома 4. Техногенные опасности оказывают негативное воздействие на человека, природную среду и элементы техносферы одновременно.

Человек и окружающая его техносфера, находясь в непрерывном материальном, энергетическом и информационном обмене, образуют постоянно действующую пространственную систему «человек – техносфера» Одновременно существует и система «техносфера – природная среда». Техногенные опасности не действуют избирательно, они негативно воздействуют на все составляющие вышеупомянутых систем одновременно, если последние оказываются в зоне влияния опасностей.

11

Аксиома 5. Техногенные опасности ухудшают здоровье людей, приводят к травмам, материальным потерям и к деградации природной среды.

Воздействие травмоопасных факторов приводит к травмам или гибели людей, часто сопровождается очаговыми разрушениями природной среды и техносферы. Для воздействия таких факторов характерны значительные материальные потери.

Воздействие вредных факторов, как правило, длительное, оно оказывает негативное влияние на состояние здоровья людей, приводит к профессиональным или региональным заболеваниям. Воздействуя на природную среду, вредные факторы способствуют деградации представителей флоры и фауны, изменяют состав компонент биосферы.

При высоких концентрациях вредных веществ или при высоких потоках энергии вредные факторы по характеру своего воздействия могут приближаться к травмоопасным воздействиям. Так, например, высокие концентрации токсичных веществ в воздухе, воде, пище могут вызывать отравления.

Аксиома 6. Защита от техногенных опасностей достигается совершенствованием источников опасности, увеличением расстояния между источником опасности и объектом защиты, применением защитных мер.

Уменьшить потоки веществ, энергий или информации в зоне деятельности человека можно, уменьшая эти потоки на выходе из источника опасности (или увеличением расстояния от источника до человека). Если это практически неосуществимо, то нужно применять защитные меры: защитную технику, организационные мероприятия и т. п.

Аксиома 7. Компетентность людей в мире опасностей и способах защиты от них – необходимое условие достижения безопасности жизнедеятельности.

Широкая и все нарастающая гамма техногенных опасностей, отсутствие естественных механизмов защиты от них – все это требует приобретения человеком навыков обнаружения опасностей и применения средств защиты. Это достигается только в результате обучения

иприобретения опыта на всех этапах образования и практической деятельности человека. Начальный этап обучения вопросам безопасности жизнедеятельности должен совпадать с периодом дошкольного образования, а конечный – с периодом повышения квалификации

ипереподготовки кадров во всех сферах экономики.

Из вышесказанного следует, что мир техногенных опасностей вполне познаваем и что у человека есть достаточно средств и способов защиты от техногенных опасностей. Существование техногенных

12

опасностей и их высокая значимость в современном обществе обусловлены недостаточным вниманием человека к проблеме техногенной безопасности, склонностью к риску и пренебрежению опасностью. Во многом это связано с ограниченными знаниями человека о мире опасностей и негативных последствиях их проявления.

Принципиально воздействие вредных техногенных факторов может быть устранено человеком полностью; воздействие техногенных травмоопасных факторов ограничено допустимым риском за счет совершенствования источников опасностей и применения защитных средств; воздействие естественных опасностей может быть ограничено мерами предупреждения и защиты (Белов С. В. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды (техносферная безопасность) : учебник. – 2-е изд., испр. и доп. – М. : Юрайт; ИД Юрайт,

2011. – 680 с.).

Таким образом, БЖД – неотъемлемая составная часть и общая образовательная компонента подготовки всесторонне развитой личности.

13

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ШУМОВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Цель работы. Провести измерение параметров шума. Дать оценку эффективности звукоизолирующих материалов. Определить изменение уровня звукового давления при использовании звукопоглощающего короба и звукоизолятора.

Краткие теоретические сведения

В настоящее время защита человека от шума стала одной из актуальных проблем. Даже беглый анализ системы «человек – машина – окружающая среда» дает основание считать одной из приоритетнейших проблем взаимодействия человека с окружающей средой, особенно на локальном уровне (цех, участок), проблему шумового загрязнения среды.

Это является следствием возрастания интенсивности шума в результате внедрения в промышленность новых технологических процессов, роста мощности оборудования и машин.

С физиологической точки зрения шум – это всякий неблагоприятно воспринимаемый звук, оказывающий влияние на весь организм человека. Шум с уровнем звукового давления до 30–35 дБ привычен для человека и не беспокоит его, повышение этого уровня до 40–70 дБ в условиях среды обитания создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия, при длительном воздействии может стать причиной неврозов. Воздействие шума с уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха – профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, и при еще более высоких (более 160 дБ) смерть.

Длительное воздействие шума может привести к ухудшению слуха, а в отдельных случаях – к глухоте. Шумовое загрязнение среды на рабочем месте неблагоприятно воздействует на работающих: снижается внимание, увеличивается расход энергии при одинаковой физической нагрузке, замедляется скорость психических реакций и т. п. В результате снижается производительность труда и качество выполняемой работы [1].

Знание физических закономерностей процесса излучения и распространения шума позволяет принимать решения, направленные на снижение его негативного воздействия на человека.

14

Понятие звук, как правило, ассоциируется со слуховыми ощущениями человека, обладающего нормальным слухом. Слуховые ощущения вызываются колебаниями упругой среды, которые представляют собой механические колебания, распространяющиеся в газообразной, жидкой или твердой среде и воздействуют на органы слуха человека. При этом колебания среды воспринимаются как звук только в определенной области частот (16 Гц – 20 кГц) и при звуковых давлениях, превышающих порог слышимости человека. Частоты колебаний среды, лежащие ниже и выше диапазона слышимости, называются, соответственно, инфразвуковыми и ультразвуковыми. Они не имеют отношения к слуховым ощущениям человека и воспринимаются как физические воздействия среды.

Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды вследствие наличия в ней какого-либо возмущающего воздействия. Скорость, с которой распространяется звуковая волна, называется скоростью звука. Скорость звука с (м/с) зависит только от характеристик среды распространения и может изменяться в очень широких пределах:

	с	К	,	(1.1)

где ρ – плотность среды, кг/м3; К – модуль объемной упругости среды, Па.

В воздухе при температуре 20 °С скорость звука составляет

340 м/c.

Любое колебательное движение характеризуется частотой f и периодом колебаний T. Период колебаний T = 1/f соответствует временнóму интервалу, через который в каждой точке пространства временнóе развитие колебаний будет повторяться. Этому временнóму интервалу будет соответствовать пространственный интервал повторения волновой картины, так называемая длина волны λ = c/f. В частотном диапазоне звуковых колебаний длины волн изменяются от нескольких десятков метров до нескольких сантиметров.

Область пространства, в котором распространяются звуковые волны, называется звуковым полем. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяются во времени. Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением Р и измеряется в паскалях (Па). Так как звуковое давление есть функция времени, то для его оценки используется

15

усредненная величина (средний квадрат звукового давления, получаемый усреднением мгновенных значений р2 на некотором интервале времени Т0). Такое усреднение осуществляется и в нашем слуховом аппарате со временем усреднения порядка нескольких миллисекунд.

В зависимости от способа возбуждения колебаний различают:

–плоскую звуковую волну, создаваемую плоской колеблющейся поверхностью;

–цилиндрическую звуковую волну, создаваемую радиально колеблющейся боковой поверхностью цилиндра;

–сферическую звуковую волну, создаваемую точечным источником колебаний типа пульсирующий шар.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии, который характеризуется интенсивностью звука I (Вт/м2). Интенсивность связана со звуковым давлением P соотношением

I	P2	.	(1.2)
	( c)

Рассчитаем интенсивность звука на поверхности сферы радиуса r для сферической волны от источника звука с мощностью W:

I

W

.

(1.3)

ср 4 r2

Выясним, что интенсивность сферической волны убывает с увеличением расстояния от источника звука. В случае плоской волны интенсивность звука не зависит от расстояния.

Выражение (1.3) предполагает излучение шума по всем направлениям одинаковым, что справедливо для точечного источника, размеры которого малы по сравнению с излучаемыми им волнами. Однако источники шума часто излучают звуковую энергию неравномерно по всем направлениям, т. е. обладают определенной направленностью излучения. Эта неравномерность характеризуется коэффициентом Ф – фактором направленности, показывающим отношение интенсивности звука I, создаваемой направленным источником в данной точке, к интенсивности Iср, которую развил бы в этой же точке источник, имеющий среднюю звуковую мощность Wср и излучающий звук в атмосферу одинаково. Фактор направленности находят по формуле

Ф	I		W	,	(1.4)
	Iср		Wcp

16

где I – интенсивность звука, создаваемая направленным источником

вданной точке (Вт/м2); Iср − интенсивность звука, которую развил бы

вэтой же точке источник, имеющий среднюю звуковую мощность (Вт/м2); W – звуковая мощность в данной точке (Вт); Wср − средняя звуковая мощность (Вт).

Уровни звукового давления, создаваемые одной и той же машиной, в зависимости от условий размещения машины могут существенно отличаться. В помещении, на открытом воздухе звуковая мощность остается неизменной.

Впрактике акустических измерений звуковое давление и интен-

сивность звука могут меняться в очень широких пределах: по давлению до 108 раз, по интенсивности до 1016 раз. Поскольку оперировать многозначными числами неудобно, а также вследствие способности уха человека оценивать не абсолютное, а относительное изменение звукового давления, введены понятия уровня звукового давления и интенсивности, которые выражается в децибелах (дБ) следующими зависимостями:

L 20Lg

P

,

(1.5)

P	P0

где Р − среднеквадратичная величина звукового давления в точке из-

мерения, Па; Р0 − исходное значение звукового давления в воздухе
равное 210–5, Па;
L 10Lg	I	,	(1.6)
I	I0

где I0 − пороговая интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости на частоте f = 1 000 Гц (I0 = 210–12 Вт/м2).

Восприятие звука человеческим ухом представляет собой сложный процесс. Человеческое ухо неодинаково реагирует на звуки с разными частотами. Предельные значения уровней звукового давления (рис. 1.1) изображены в виде двух кривых.

Lр, дБ
			Болевой порог
100
				Область
80
60				слышимости
40
							Порог
20
							слышимости
	16		1000			20000 f, Гц

Рис. 1.1. Слуховое восприятие человека

17

Нижняя кривая соответствует порогу (началу) слышимости. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в диапазоне частот от 800 до 4 000 Гц – звуковое давление здесь практически постоянно. Чтобы услышать низкий тон с частотой 50 Гц, требуется звуковое давление, в 100 раз превышающее звуковое давление, соответствующее тону с частотой 1 000 Гц. Верхняя кривая соответствует порогу болевого ощущения. Область, находящаяся между этими кривыми, называется областью слухового восприятия.

Стандартным порогом слышимости называют эффективное значение звукового давления, создаваемого гармоническим колебанием с частотой 1 кГц, едва слышимым человеком со средней чувствительностью слуха. Стандартному порогу слышимости соответствует звуковое давление 2 · 10–5 Па или интенсивность звука 1 · 10–12 Вт/м2. Верхний предел звуковых давлений, ощущаемых слуховым аппаратом человека, ограничивается болевым ощущением и принят равным 20 Па (интенсивность – 1 Вт/м2).

Зависимость уровней звукового давления и интенсивности от частоты называется предельным спектром. При исследовании шумов обычно слышимый диапазон разбивают на полосы частот и определяют звуковое давление, интенсивность или звуковую мощность, приходящиеся на каждую полосу.

Как правило, спектр шума характеризуется уровнями названных величин, распределенными по октавным полосам частот. Полоса час-

тот, верхняя граница которой превышает нижнюю в два раза ( ff 2 ),

называется октавой. Для более детального исследования шумов иногда используются третьеоктавные полосы частот, для которых

f2 32 f1.

Октавная или третьеоктавная полоса обычно задается среднегеометрической частотой: fсг f1 f2 .

Существует стандартный ряд среднегеометрических частот октавных полос, в которых рассматриваются спектры шумов (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Стандартный ряд среднегеометрических частот

fсг, Гц	16	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
f1, Гц	11	22	44	88	177	355	710	1420	2840	5680
f2, Гц	22	44	88	177	355	710	1420	2840	5680	11360

18

Шумы принято классифицировать по их спектральным, временным и частотным характеристикам (табл. 1.2).

			Таблица 1.2
		Классификация шумов
	Способ	Вид шума	Характеристика шума
	классификации
			Непрерывный спектр шириной
	По характеру спектра	Широкополосный	более одной октавы;
	шума	Тональный	в спектре имеются явно выра-
			женные дискретные тона
	По временным		Уровень звука за 8 часовой ра-
		Постоянный	бочий день изменяется не более
	характеристикам
			чем на 5 дБ (А)
		Непостоянный:	Уровень звука за 8 часовой ра-
		колеблющийся во	бочий день изменяется более
		времени;	чем на 5 дБ (А);
		прерывистый;	уровень звука непрерывно из-
		импульсный	меняется во времени;
			уровень звука изменяется сту-
			пенчато не более чем на 5 дБ
			(А), длительность интервала 1 с
			и более;
			состоит из одного или несколь-
			ких звуковых сигналов, дли-
			тельность интервала меньше 1 с
	По частотным	Низкочастотные;	fсг < 250;
		cреднечастотные;	250 < fсг ≤ 500;
	характеристикам
		высокочастотные	500 < fсг ≤ 8000

В табл. 1.3 приведены значения звуковых давлений и их уровни, создаваемые характерными источниками шума.

		Таблица 1.3
Показатели звукового поля некоторых источников шума
Звуковое давле-	Уровень звуково-	Источник шума,
ние, Па	го давления, дБ	расстояние до источника
2000	160	Старт баллистической ракеты, 100 м
200	140	Взлет реактивного самолета, 15 м
20	120	В штамповочном цехе
2	100	Отбойный молоток, 1 м
0,2	80	Автомобиль, 7 м
0,02	60	Обычная речь, 1 м
0,002	40	В читальном зале
0,0002	20	Шепот, 1 м

19

Если имеется n одинаковых источников шума с уровнем звукового давления L, создаваемым каждым источником, то суммарный уровень шума [дБ] составит

L = L + 10 lgn,

(1.7)

где L − уровень звукового давления одного из источников [дБ]; n – количество источников шума.

При совместном воздействии нескольких источников шума, различных по своему уровню, суммарный уровень интенсивности шума

L = Lmax + L,

(1.8)

где Lmax − максимальный уровень звукового давления одного из источников, дБ; L − поправка, зависящая от разности между max и min уровнем давления (табл. 1.4).

Таблица 1.4

Поправки по шуму

	Разность уровней источников	1	2,5	4	6	8	10
	Lmax – Lmin, дБ
	L, дБ	2,5	2	1,5	1	0,5	0

Акустические расчеты необходимы для оценки ожидаемых уровней шума на рабочих местах или в районе жилой застройки. Это позволяет еще на стадии проектирования принять меры к тому, чтобы этот шум не превышал допустимых значений.

Можно выделить следующие задачи акустического расчета:

−определение уровня звукового давления в расчетной точке (Р), когда известен источник шума и его шумовые характеристики;

−расчет необходимого снижения шума;

−разработка мероприятий по снижению шума до допустимых ве-

личин.

В зависимости от того, где находится расчетная точка – в открытом пространстве или в помещении – применяют различные расчетные формулы.

Вычислим при действии источника шума со звуковой мощно-

стью W интенсивность шума I в расчетной точке открытого про-

странства с препятствиями:

I WФ Sk ,

(1.9)

где Ф – фактор направленности, S – площадь, принимаемая равной поверхности, на которую распределяется излучаемая энергия. В частности, для полусферы это соответствует площади поверхности

20