Тепловое воздействие. Снижению потерь с уходящими газами способствуют

Источники . Современное промышленное производство связано с интенсификацией технологических процессов и внедрением агрегатов большой тепловой мощности. Рост мощностей агрегатов и расширение производства приводят к значительному увеличению избыточных тепловыделений в горячих цехах.

В производственных условиях обслуживающий персонал, находясь вблизи расплавленного или нагретого металла, пламени, горячих поверхностей и т.п., подвергается воздействию тепловых излучений этих источников. Нагретые тела (до 500 о С) являются в основном источниками инфракрасного излучения. С повышением температуры в спектре излучения появляются видимые лучи. Инфракрасное излучение (ИК-излучение) – часть электромагнитного спектра с длиной волны λ = 0,78 – 1000 мкм, энергия которого при поглощении в веществе вызывает тепловой эффект.

Действие на человека. Под действием высоких температур и теплового облучения работающих происходят резкое нарушение теплового баланса в организме, биохимические сдвиги, появляются нарушения сердечнососудистой и нервной систем, усиливается потоотделение, происходит потеря нужных организму солей, нарушение зрения.

Все эти изменения могут проявиться в виде заболеваний:

- судорожная болезнь , вызванная нарушением водно-солевого баланса, характеризуется появлением резких судорог, преимущественно в конечностях;

- перегревание (тепловая гипертермия) возникает при накоплении избыточного тепла в организме; основным признаком является резкое повышение температуры тела;

- тепловой удар возникает в особо неблагоприятных условиях:

выполнение тяжелой физической работы при высокой температуре воздуха в сочетании с высокой влажностью. Тепловые удары возникают в результате проникновения коротковолнового инфракрасного излучения (до 1,5 мкм) через покровы черепа в мягкие ткани головного мозга;

- катаракта (помутнение кристалликов) – профессиональное заболевание глаз, возникающее при длительном воздействии инфракрасных лучей с λ = 0,78-1,8 мкм. К острым нарушениям органов зрения относятся также ожог, конъюнктивиты, помутнение и ожог роговицы, ожог тканей передней камеры глаза.

Кроме того, ИК-излучение воздействует на обменные процессы в миокарде, водно-электролитный баланс в организме, на состояние верхних дыхательных путей (развитие хронического ларингоринита, синуситов), не исключается мутагенный эффект теплового излучения.

Поток тепловой энергии, кроме непосредственного воздействия на работающих, нагревает пол, стены, перекрытия, оборудование, в результате чего температура воздуха внутри помещения повышается, что также ухудшает условия работы.

Нормирование теплового излучения и способы защиты от него

Нормирование параметров микроклимата воздуха рабочей зоны производственных помещений предприятий народного хозяйства осуществляется согласно ГОСТ ССБТ 12.1.005-88.

В целях профилактики неблагоприятного воздействия микроклимата должны быть использованы защитные мероприятия (например, системы местного кондиционирования воздуха; воздушное душирование; компенсация неблагоприятного воздействия одного параметра микроклимата изменением другого; спецодежда и другие средства индивидуальной защиты по ГОСТ ССБТ 12.4.045-87; помещения для отдыха и обогрева; регламентация времени работы: перерывы в работе, сокращение рабочего дня, увеличение продолжительности отпуска, уменьшение стажа работы и др.).

Одним из эффективных коллективных средств защиты от теплового излучения работающих является создание определенного термического сопротивления на пути теплового потока в виде экранов различных конструкций – прозрачных, полупрозрачных и непрозрачных. По принципу действия экраны подразделяются на теплопоглотительные, теплоотводящие и теплоотражательные.

Теплопоглотительные экраны – изделия с высоким теплосопротивлением, например огнеупорный кирпич.

Теплоотводящие экраны – сварные или литые колонны, в которых циркулирует в большинстве случаев вода. Такие экраны обеспечивают температуру на наружной поверхности 30 – 35о С. Более эффективно использовать теплоотводящие экраны с испарительным охлаждением, они сокращают расход воды в десятки раз.

К теплоотражающим относят экраны, изготовленные из материалов, хорошо отражающих тепловое излучение. Это листовой алюминий, белая жесть, полированный титан и т.п. Такие экраны отражают до 95 % длинноволнового излучения. Непрерывное смачивание экранов такого типа водой позволяет задерживать излучение почти полностью.

Если же необходимо обеспечить возможность наблюдения за ходом технологического процесса при наличии теплового облучения, то в этом случае широко применяют цепные завесы, представляющие собой наборы металлических цепей, подвешенных перед источником излучения (эффективность до 60-70 %), и прозрачные водяные завесы в виде сплошной тонкой водяной пленки. Слой воды толщиной 1 мм полностью поглощает часть спектра с λ = 3 мкм, а толщиной в 10 мм – с длиной волны λ = 1,5 мм.

Энергосбережение в котельных. Основные энергосберегающие мероприятия для промышленных котельных установок в целях уменьшения потерь теплоты с уходящими газами. Преимущества перевода паровых котлов в водогрейный режим. Определение КПЛ парового и водогрейного котлов.

Среди факторов, увеличивающих расход топлива в котельных, можно выделить: физический и моральный износ котельных установок; отсутствие или плохую работу системы автоматики; несовершенство газогорелочных устройств; несвоевременную наладку теплового режима котла; образование отложений на поверхностях нагрева; плохую теплоизоляцию; неоптимальную тепловую схему; отсутствие экономайзеров-подогревателей; неплотности газоходов.

В зависимости от типа котельной установки расход условного топлива на 1 Гкал отпущенной тепловой энергии составляет 0,159-0,180 т у.т., что соответствует КПД котла (брутто), равному 80-87 %. При работе котельных установок средней и малой мощности на газе КПД (брутто) может быть увеличен до 85-92 % .

Номинальный КПД (брутто) водогрейных котельных установок мощностью менее 10 Гкал/ч, используемых в том числе и в муниципальном секторе теплоэнергетики, при работе на газе составляет 89,8-94,0%, при работе на мазуте - 86,7-91,1 %.

Основные направления энергосбережения в котлах становятся очевидными при рассмотрении их тепловых балансов.

Анализ тепловых балансов существующих паровых и водогрейных кот­лов показывает, что наибольшие потери теплоты (10-25 %) происходят с уходящими дымовыми газами:

Снижению потерь с уходящими газами способствуют:

· поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха в топке котла ат (рис. 6.10) и снижение присосов воздуха по его тракту.

· поддержание чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, что позволяет увеличить коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде; увеличение площадей хвостовых поверхностей нагрева; поддержание в барабане парового котла номинального давления, обеспе-чивающего расчетную степень охлаждения газов в хвостовых поверхностях нагрева;

· поддержание расчетной температуры питательной воды, определяющей температуру уходящих после экономайзера дымовых газов;

· перевод котлов с твердого или жидкого топлива на природный газ и др.

Очевидно, что изменение температуры уходящих газов на 20 °С в рассматриваемых условиях приводит к изменению КПД котла на 1 % (рис. 6.11).

Особенности глубокой утилизации теплоты дымовых газов (с конденсацией содержащихся в них водяных паров) рассмотрены ниже (см. гл. 8), Ниже также представлены некоторые из энергосберегающих мероприятий, приводящих к снижению затрат энергии в источниках теплоты, связанные со схемными изменениями и режимами эксплуатации.

В ряде случаев является целесообразным перевод паровых котлов в водогрейный режим, что позволяет существенно повысить фактические КПД паровых котлов типов ДКВр, ДЕ и др. .

Работа паровых котлов на низких (около 0,1-0,3 МПа) давлениях отрицательно сказывается на устойчивости циркуляции, из-за снижения температуры насыщения и увеличения доли парообразования в экранных трубах наблюдается интенсивное образование накипи и увеличивается вероятность пережога труб. Кроме того, если в котельной установке используется чугунный водяной экономайзер , то при работе котла на давлении 0,1 - 0,3 МПа из-за низкой температуры насыщения его необходимо отключать, так как в нем может наблюдаться недопустимое парообразование. Эти и другие особенности приводят к тому, что КПД этих паровых котлов не превышает 82 %, а в некоторых случаях, когда трубы сильно загрязнены, КПД котла уменьшается до 70-75 %.

Переведенные на водогрейный режим паровые котлы в эксплуатации не уступают специализированным водогрейным котлам, а по ряду показателей и возможностям превосходят их, например в отношении:

· доступности для внутреннего осмотра, контроля, ремонта, улавливания шлама и очистки, благодаря наличию барабанов;

· возможности более гибкого регулирования теплопроизводительности в допустимых пределах (качественного по температуре сетевой воды и количественного по ее расходу);

· повышения КПД при переводе на водогрейный режим на 1,5 -12,0 %.

Перевод на водогрейный режим требует внесения изменений в конструкцию котла.

Перевод котлов с твердого или жидкого топлива на природный газ приводит к снижению избытка воздуха в топке и уменьшению наружного загрязнения теплопередающих поверхностей. Снижаются затраты энергии на подготовку топлива. При переводе на газ котлов, работающих на мазуте, отпадает необходимость в затратах теплоты на распыление последнего с помощью паровых форсунок. При замене твердого топлива на газ удается избежать потерь с механическим недожогом и с теплотой шлаков.

Данное мероприятие применяется, если это целесообразно по экономическим и экологическим показателям.

При эксплуатации энергосбережению способствует рациональное распределение нагрузки между несколькими одновременно работающими котлами.

В состав котельной установки, как правило, входят несколько котлов, которые могут различаться по своим характеристикам, сроку службы и физическому состоянию.

С падением нагрузки ниже номинальной уменьшается температура уходящих газов, а значит, снижаются потери теплоты с уходящими газами. При малых нагрузках уменьшаются скорости истечения газа и воздуха, ухудшается их смешение и могут возникнуть потери с химической неполнотой сгорания. Абсолютные потери теплоты через обмуровку остаются практически неизменными, а относительные (отнесенные на единицу расхода топлива), естественно, возрастают. Это приводит к тому, что существуют режимы, которым соответствует максимальное значение КПД.

Поскольку зависимости КПД котлов, расходов условного топлива от производительности индивидуальны для различных типов, конструкций котлов, сроков их эксплуатации, то рациональным распределением нагрузки между двумя и более котлами можно влиять на суммарные энергозатраты котельной .

Для водогрейной котельной в качестве нагрузки принимают часовую теплопроизводительность Q, а для паровой - часовую выработку пара D.

ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Влияние низких и высоких температур на свойства материалов в большинстве случаев носит диаметрально противоположный характер. Кроме того, быстрое изменение этих температур (в течение суток или нескольких часов) увеличивает эффект вредного их воздействия на машины.

Таблица 3.3.1
Основные характеристики климатических районов

Тепловые воздействия возникают как снаружи системы - солнечная радиация, тепло от близко расположенных источников, так и внутри системы - выделение тепла электронными схемами, при трении механических узлов, химической реакции и др. Особенно вреден нагрев узлов при повышенной влажности окружающей среды, а также при циклическом изменении этих факторов.

Различают три вида тепловых воздействий:

Непрерывное. Рассматривают при анализе надежности систем, работающих в стационарных условиях.

Периодическое. Рассматривают при анализе надежности систем при повторно-кратковременном включении аппаратуры и изделий под нагрузку и при резких колебаниях условий эксплуатации, а также при суточном изменении внешней температуры.

Апериодическое. Оценивают при работе изделий в условиях теплового удара, следствием чего являются внезапные отказы.

Повреждение изделий, вызванное стационарным тепловым воздействием, обусловлено, в основном, превышением при эксплуатации предельно допустимого значения температуры.

Деформации изделий, возникающие при периодических тепловых воздействиях, приводят к возникновению повреждений. На некоторые изделия одновременно с периодическим нагревом и охлаждением действуют и резкие изменения давления, что и приводит к повреждениям.

Высокая скорость изменения температуры (тепловой удар), имеющие место при апериодических воздействиях тепла, приводит к быстрому изменению размеров материалов, что является причиной повреждений. Этот факт чаще проявляется при недостаточном учете коэффициентов линейного расширения сопрягаемых материалов. В частности, при повышенных температурах заливочные материалы размягчаются, происходит расширение сопрягаемых с ними материалов, а при переходе к отрицательным температурам происходит сжатие заливочных материалов и растрескивание их в местах соприкосновения с металлами. При отрицательных температурах возможна значительная усадка заливочных материалов, следовательно, у электроизделий повышается возможность электрического перекрытия. Низкие температуры непосредственно ухудшают основные физико-механические свойства конструкционных материалов, повышают возможность хрупкого разрушения металлов. Низкие температуры существенно влияют на свойства полимерных материалов, вызывая процесс их стеклования, высокие же температуры изменяют упругость этих материалов. Нагрев полимерных изоляционных материалов резко снижает их электрическую прочность и сроки службы.

При оценке показателей надежности технических изделий, входящих в системы, необходимы данные об изменениях температуры окружающего воздуха во времени.

Характер изменения температуры во времени описывается случайным процессом:
где - средняя температура, соответствующая времени t, ° С ;
t - время от 0 ч 1 января до 24 ч 31 декабря;
y - случайная составляющая температуры, соответствующая времени t, ° С .
Среднее значение рассчитывают по формуле:
где А 0 - коэффициент численно равный математическому ожиданию средней годовой температуры, ° С ;
А i , В i - амплитуды колебаний математического ожидания температуры, соответствующие частоте w i .

При резком изменении температуры воздуха происходит неравномерное охлаждение или нагрев материала, что вызывает дополнительные напряжения в нем. Наибольшие напряжения возникают при резком охлаждении деталей. Относительное удлинение или сжатие отдельных слоев материала определяется зависимостью
,
где a t - коэффициент линейного расширения;
t 1 - температура в первом слое;
t 2 - температура во втором слое; t 2 = t 1 + (¶ t / ¶ l )D l;
D l - расстояние между слоями.

Дополнительные (температурные) напряжения в материале

,
где Е - модуль упругости материала.

Зависимость удельной электропроводности материала от его температуры определяется уравнением ,
где s эо - удельная электропроводность при t = 0 ° С,
a - температурный коэффициент.

Скорость процессов механического разрушения нагруженного твердого тела и, соответственно, время до разрушения зависят от структуры и свойств тела, от напряжения, вызываемого нагрузкой, и температуры.

Предложен ряд эмпирических формул, описывающих зависимость времени до разрыва t (или скорости разрушения u 2) от этих факторов. Наибольшее признание получила установленная экспериментально для многих материалов (чистых металлов, сплавов, полимерных материалов, полупроводников органического и неорганического стекла и др.) следующая температурно-временная зависимость прочности - между напряжением s , температурой Т и временем t от момента приложения постоянной механической нагрузки до разрушения образца:
,
где t 0 , U 0 , g - параметры уравнения, характеризующего прочностные свойства материалов.

Графики зависимости lgt от s для различных Т представляют собой семейства прямых линий, сходящихся при экстраполяции в одной точке при lgt = lgt 0 (рис. 3.3.1).

Рис. 3.3.1. Типичная зависимость долговечности материала от напряжения при различных температурах (Т 1 <Т 2 <Т 3 <Т 4)

Для скорости процесса разрушения, следовательно, можно написать:
.

Все изменения прочностных свойств материалов, проходящие при изменении их чистоты, при тепловой обработке и деформации, связаны с изменением только величины g . Значения g может быть вычислено из временной зависимости, полученной при одной температуре:
g = a R T ,
где a - тангенс угла наклона прямой lg = f(s ).

Как говорилось выше, низкие температуры изменяют физико-механические свойства конструкционных и эксплуатационных материалов. Результатами воздействия низких температур являются:
–увеличение вязкости дизельного топлива;
–снижение смазывающих свойств масел и густых смазок;
–застывание механических жидкостей, масел и смазок;
–замерзание конденсата и охлаждающих жидкостей;
–снижение ударной вязкости нехладостойких сталей;
–отвердевание и охрупчивание резин;
–уменьшение сопротивления электропроводников;
–обледенение и покрытие инеем элементов машин.

Последствиями этих факторов являются:
–ухудшение условий работы узлов трения и устройств машины;
–снижение несущей способности элементов;
–ухудшение эксплуатационных свойств материалов;
–воздействие дополнительных нагрузок;
–пробой изоляции обмоток электрических машин систем.

Перечисленные влияния низких температур на свойства материалов вызывают увеличение параметров пусковых, нагрузочных и рабочих отказов, а также снижение сроков службы элементов машин.

Источниками термического действия тока могут быть токи высокой частоты, нагретые током металлические предметы и резисторы, электрическая дуга, оголенные токоведущие части.

Химическое действие.

Организм человека состоит из неполярных и полярных молекул, катионов и анионов. Все эти элементарные частицы находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении, обеспечивающем жизнедеятельность организма. При контакте с токоведущими частями в организме человека взамен хаотического формируется направленное, строго ориентированное перемещение ионов и молекул, нарушающее нормальное функционирование организма.

Вторичные травмы.

Реакция человека на действие тока обычно проявляется в виде резкого непроизвольного движения типа отдергивания руки от места контакта с горячим предметом. При таком перемещении возможны механические повреждения органов вследствие падения, удара о рядом расположенные предметы и т. п.

Рассмотрим различные виды электропоражений. Поражение электрическим током подразделяют на две группы: электрический удар и электрические травмы. Электрический удар связывают с поражением внутренних органов, электрические травмы - с поражением внешних органов. В большинстве случаев электротравмы излечиваются, но иногда, при тяжелых ожогах, травмы могут привести к гибели человека.

Различают следующие электрические травмы: электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, электроофтальмия и механические повреждения.

Электрический удар - это поражение внутренних органов человека: возбуждение живых тканей организма протекающим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольным судорожным сокращением мышц. Степень отрицательного воздействия на организм этих явлений может быть различной. В худшем случае электрический удар приводит к нарушению и даже полному прекращению деятельности жизненно важных органов- легких и сердца т.е. к гибели организма. При этом внешних местных повреждений человек может и не иметь.

Причинами смерти в результате поражения электрическим током могут быть: прекращение работы сердца, прекращение дыхания и электрический шок.

Прекращение работы сердца, как следствие воздействия тока на мышцу сердца, наиболее опасно. Прекращение дыхания может быть вызвано прямым или рефлекторным воздействием тока на мышцы грудной клетки, участвующие в процессе дыхания. Электрический шок - своеобразная тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т.д.

Небольшие токи вызывают лишь неприятные ощущения. При токах, больших 10 - 15 мА, человек неспособен самостоятельно освободиться от токоведущих частей и действие тока становится длительным (неотпускающий ток). При длительном воздействии токов величиной несколько десятков миллиампер и времени действия 15 - 20 секунд может наступить паралич дыхания и смерть. Токи величиной 50 - 80 мА приводят к фибрилляции сердца, которая заключается в беспорядочном сокращении и расслаблении мышечных волокон сердца, в результате чего прекращается кровообращение и сердце останавливается.

Как при параличе дыхания, так и при параличе сердца функции органов самостоятельно не восстанавливаются, в этом случае необходимо оказание первой помощи (искусственное дыхание и массаж сердца). Кратковременное действие больших токов не вызывает ни паралича дыхания, ни фибрилляции сердца. Сердечная мышца при этом резко сокращается и остается в таком состоянии до отключения тока, после чего продолжает работать.

Действие тока величиной 100 мА в течение 2 - 3 секунд приводит к смерти (смертельный ток).

Ожоги происходят вследствие теплового воздействия тока, проходящего через тело человека, или от прикосновения к сильно нагретым частям электрооборудования, а также от действия электрической дуги. Наиболее сильные ожоги происходят от действия электрической дуги в сетях 35 - 220 кВ и в сетях 6 - 10 кВ с большой емкостью сети. В этих сетях ожоги являются основными и наиболее тяжелыми видами поражения. В сетях напряжением до 1000 В также возможны ожоги электрической дугой (при отключении цепи открытыми рубильниками при наличии большой индуктивной нагрузки).

Электрические знаки - это поражения кожи в местах соприкосновения с электродами круглой или эллиптической формы, серого или бело-желтого цвета с резко очерченными гранями (Д = 5 - 10 мм). Они вызываются механическим и химическим действиями тока. Иногда появляются не сразу после прохождения электрического тока. Знаки безболезненны, вокруг них не наблюдается воспалительных процессов. В месте поражения появляется припухлость. Небольшие знаки заживают благополучно, при больших размерах знаков часто происходит омертвение тела (чаще рук).

Электрометаллизация кожи - это пропитывание кожи мельчайшими частицами металла вследствие его разбрызгивания и испарения под действием тока, например при горении дуги. Поврежденный участок кожи приобретает жесткую шероховатую поверхность, а пострадавший испытывает ощущение присутствия инородного тела в месте поражения.

Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током

Воздействие тока на организм человека по характеру и последствиям поражения зависит от следующих факторов:

· электрического сопротивления тела человека;

· величины напряжения и тока;

· длительности воздействия тока;

· частоты и рода тока;

· пути прохождения тока через тело человека;

· состояния здоровья человека и фактора внимания;

· условий внешней среды.

Величина тока, протекающего через тело человека, зависит от напряжения прикосновения U пр и сопротивления тела человека R ч.

Сопротивление тела человека. Электрическое сопротивление разных частей тела человека различно: наибольшее сопротивление имеет сухая кожа, её верхний роговой слой, в котором нет кровеносных сосудов, а так же костная ткань; значительно меньшее сопротивление внутренних тканей; наименьшее сопротивление имеют кровь и спинно - мозговая жидкость. Сопротивление человека зависит от внешних условий: оно понижается при повышении температуры, влажности, загазованности помещения. Сопротивление зависит от состояния кожных покровов: при наличии поврежденной кожи - ссадин, царапин - сопротивление тела уменьшается.

Итак, наибольшим сопротивлением обладает верхний роговой слой кожи:

· при снятом роговом слое ;

· при сухой неповрежденной коже ;

· при увлажненной коже .

Сопротивление тела человека, кроме того, зависит от величины тока и приложенного напряжения; от длительности протекания тока. плотности контактов, площади соприкосновения с токоведущими поверхностями и пути электрического тока

Для анализа травматизма сопротивление кожи человека принимают . С ростом тока, проходящего через человека, его сопротивление уменьшается, т. к. при этом увеличивается нагрев кожи и растет потоотделение. По этой же причине снижается R ч с увеличением длительности протекания тока. Чем выше приложенное напряжение, тем больше ток человека I ч, тем быстрее снижается сопротивление кожи человека.

Величина тока.

В зависимости от его величины электрический ток, проходящий через человека (при частоте 50 Гц), вызывает следующие травмы:

· при 0.6 -1.5 мА - легкое дрожание рук;

· при 5 -7 мА - судороги в руках;

· при 8 - 10 мА - судороги и сильные боли в пальцах и кистях рук;

· при 20 - 25 мА - паралич рук, затруднение дыхания;

· при 50 - 80 мА - паралич дыхания, при длительности более 3 с - паралич сердца;

· при 3000 мА и при длительности более 0.1 с - паралич дыхания и сердца, разрушение тканей тела.

Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь, постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.

Стрессорное воздействие. Достаточной силы тепловые процедуры, особенно баня, оказывают на организм человека стрессорное влияние. Если это грамотно использовать, то можно активировать защитные силы и укрепить организм. Так, умеренная баня встряхивает, обновляет, тонизирует человеческий организм. Именно поэтому выходишь из бани в прекрасном настроении. Пожилым людям особенно необходима подобная физиологическая встряска. Это позволит значительно активировать их организм, сохранить бодрость и силу до преклонных лет.

На кожу. Воздействие теплом (как и холодом) на кожу означает:
а) воздействие на самый большой орган в человеческом организме. Кожный покров составляет около 1,5 мг ткани, 20% от общего веса человека;

б) воздействие на естественную защиту. Наша кожа — «передний край обороны» человеческого организма. Непосредственно вступает в контакт с окружающей средой. Защищает наши сосуды, нервы, железы, внутренние органы, от холода и перегрева, от повреждений и микробов. Кожа содержит вещество лизоцим, губительное для многих бактерий;

в) воздействие на дыхательную и водно-выделительную функцию кожи. Кожа дышит, а значит, помогает легким. Через нее выделяется вода, что облегчает работу почкам. С ее помощью мы освобождаемся от шлаков;

г) воздействие на сальные железы. Сальные железы имеют выход наружу в виде пор, смазывая нашу кожу тонким слоем особой эмульсии, которая смягчает, предохраняет ее от высушивания, придает эластичность, упругость и блеск. Если сальные железы функционируют плохо, то кожа страдает, а вместе с ней страдает и организм;

д) защиту от инфекций. Человеческий организм в борьбе с инфекцией способен вырабатывать антитела - противоядие, не только убивающее бактерии, но и обеззараживающее выделяемые ими яды. Эта защита продолжает действовать и когда выздоравливаешь. Так возникает невосприимчивость к болезни - иммунитет, в формировании которого, как показали новейшие исследования, кожа участвует самым активнейшим образом. Но кожа это может делать лишь тогда, когда она чиста и здорова. Чистая, здоровая кожа противодействует непрерывной агрессии микробов. Заражение через кожу возможно лишь при ее загрязнении. Исследования ученых показали, что микроорганизмы на чистой коже быстро погибают;

е) образование грязи на коже. Недавно датские микробиологи обнаружили в пыли клещики диаметром всего 30 микрон, питающиеся отмершими частицами человеческой кожи и вызывающие одну из форм астмы. Смешиваясь с потом, с постоянно выделяющимся кожным салом и чешуйками омертвевшего рогового слоя, эти пылинки образуют то, что мы называем грязью. Грязная кожа теряет упругость, становится беззащитной. Воспаления, нагноения чаще всего вызываются стафилококками;

ж) причины кожных заболеваний. Многие болезни кожи являются причинами выброса токсического содержимого организма изнутри наружу. Так организм борется от накопившихся в нем ядовитых веществ, если органы выделения не справляются. Поэтому, чтобы банный жар не действовал на кожу как «пылесос», через который удаляется токсическое содержимое организма, проведите предварительную очистку всех важнейших систем организма - кишечника, печени, жидкостных сред;

з) очищающее. Сильный приятный жар (бани), как никакое другое гигиеническое средство, открывает и тщательно прочищает все поры тела, удаляет грязь. Мягко снимает с верхнего слоя кожи отжившие, омертвевшие клетки. Полезно знать, что только за одни сутки у человека в среднем погибает и восстанавливается двадцатая часть клеток кожного покрова. Так влажный жар бани помогает самообновлению кожи;

и) бактерицидное действие жара. Жар сауны и бани обладает бактерицидностью. Гибнут в этом жару и микробы на теле человека;

к) косметический эффект. Горячие и влажные процедуры позволяют усилить ток крови, тренирует сосуды, прилегающие к коже. От этого кожа смотрится не только привлекательнее, но улучшаются и ее физиологические свойства. Ей не страшны перепады температур. К тому же повышается ее осязательная способность.

Насыщение организма влагой и теплом. Одной из особенностей феномена жизни является постоянная борьба организма за сохранение оптимального количества влаги и тепла. Посудите сами: трехдневный человеческий зародыш состоит на 97% из воды, взрослый - почти на две трети своего веса, а старый человек - еще меньше. Взрослый человек при нормальных условиях выдыхает за 1 час около 25,5 г воды (это в сутки около 600 г). С годами любой человек теряет воду и тепло, а с ними уходит и жизненная сила. Влажная банная процедура позволяет организму человека пополнять и то и другое. В результате этого жизненные проявления в организме человека восстанавливаются. Особенно это полезно для пожилых и старых людей.

Влияние на кровообращение вообще. Как ранее указывалось, жар сильно стимулирует циркуляторные процессы в организме. Главной циркулирующей жидкостью в организме является кровь. Поэтому активизируется деятельность сердца, кровь быстро циркулирует по организму, орошая все органы и системы без исключения. Вот почему простой прогрев помогает просто и эффективно избавиться от застоя крови. Здоровье, сопротивляемость организма внешним и внутренним неблагоприятным факторам во многом зависят от кровообмена. А с возрастом кровообмен имеет тенденцию сокращаться. Так, после обследования кровообмена у 500 людей, было установлено, что в среднем у 18-летних лиц через 1,5 см3 мышц проходит 25 см3 крови. К 25 годам количество циркулирующей в мышцах крови уменьшается почти наполовину. Особенно снижается кровоснабжение мышц у тех, кто ведет малоактивный образ жизни. Что особенно ценно, в результате нагрева организма приходит в движение резервная кровь, которой у человека 1 л (из 5-6 л). Резервная кровь, богатая ценнейшими питательными веществами, осуществляет прекрасное питание клеток организма. В начале разогрева организма давление крови несколько повышается. А потом - благодаря расширению кровеносных сосудов - идет его снижение.

Влияние жара на капиллярное кровообращение. Если рассматривать кровеносную систему, то в капиллярах находится 80% всей циркулирующей крови в организме. Общая протяженность капилляров около 100 тыс. километров. Система капилляров представляет своеобразный сосудистый скелет, орошающий каждую нашу клеточку организма. В каждом плохо функционирующем органе, как правило, находят спазм капилляров, их расширение или сужение. Любой болезнетворный процесс это, прежде всего, нарушение капиллярного кровообращения. Жар бани увеличивает циркуляторные процессы в организме, расслабляет спазмы в тканях и органах, что способствует восстановлению нормальной циркуляции крови, а значит, восстанавливает работу органа или ткани.

Влияние жара на картину крови. Академик И. Р. Тарханов доказал, что после банной процедуры количество эритроцитов и гемоглобина увеличивается. Новейшие исследования подтвердили это открытие. Под влиянием банной процедуры увеличивается и количество лейкоцитов - белых кровяных шариков, участвующих в иммунной защите организма.

Влияние жара на сердце. Под влиянием жара банной процедуры происходит активизация работы сердечной мышцы. Сила ее сокращений увеличивается. Регулярная парная приводит к тренирующему эффекту сердечной мышцы. Это было подтверждено экспериментально. Группе мужчин в возрасте 30-40 лет был предложен тест на определение работы сердечной мышцы - как можно быстрее подняться без лифта на 12-й этаж. Фиксировались время, затраченное на это восхождение, частота сердечных сокращений и дыхание, а также время восстановления этих показателей. Затем все участники эксперимента были разделены на две группы. Одна группа стала два раза в неделю заниматься бегом трусцой, другая столько же раз в неделю посещала баню, где применялись контрастные воздействия: четыре-пять заходов в парную по 5-7 мин, с последующим обливанием холодной (12-15° С) водой в течение 20-40 с и 1-2 мин теплой (35-37° С). Между каждым заходом в парную отдых 5-7 мин. Через три месяца контрольный тест был повторен (подъем на 12-й «этаж без лифта). У тех, кто занимался бегом трусцой и кто парился в бане, положительные сдвиги оказались примерно одинаковыми. Все участники эксперимента значительно сократили время подъема вверх, и при этом у представителей обеих групп отмечалась более благоприятная реакция сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Но что весьма важно, время восстановления функций резко сократилось, особенно у тех, кто посещал баню.

Влияние жара на обмен веществ. Затруднение теплоотдачи организмом вызывает активность кровообращения. Усиление кровообращения в свою очередь приводит к повышению температуры тела. Повышение температуры сказывается на увеличении активности окислительно-восстановительных ферментов в клетках. В итоге в организме активизируются окислительные процессы. Быстрая циркуляция крови, выход резервного количества и увеличение гемоглобина в ней позволяют доносить до клеток большее количество кислорода. Это в свою очередь стимулирует процессы окисления веществ. Вот так банная процедура повышает примерно на одну треть обмен веществ. Лучше усваиваются пищевые вещества, шлаки окисляются и выводятся из организма. Активность ферментов, повышенный обмен веществ приводят к тому, что у человека появляется здоровый аппетит. Это позволяет нормализовать многие отклонения в работе пищеварения, повысить усвояемость пищевых веществ.

Влияние жара на функцию дыхания. Баня прекрасно стимулирует дыхание. Горячий увлажненный воздух воздействует на гортань и на слизистые оболочки носа. Поскольку усиленный обмен веществ во время жара требует кислорода, дыхание учащается, становится глубже, а это в свою очередь улучшает воздухообмен в легочных альвеолах. Вентиляция легких по сравнению с показателями до бани возрастает более чем в два с половиной раза. После жара бани лучше дышится потому, что прочищены поры кожи, выведено токсическое содержимое из крови, улучшена кровяная циркуляция. После банной процедуры потребление кислорода увеличивается в среднем на одну треть.

Влияние жара на железы внутренней секреции. Улучшение кровоснабжения, обмена веществ и дыхания, удаление токсинов в результате банной процедуры стимулирует железы внутренней секреции, в результате чего лучше регулируется и координируется деятельность органов и систем организма.

Улучшение психического состояния человека. Когда организм человека улучшает свое функционирование в результате описанных выше действий жара, то человек чувствует себя комфортно. Это приводит к тому, что человека теперь ничего не раздражает, и он психологически отдыхает. К тому же жар бани снимает утомление, которое постепенно накапливается к концу недели. Из мышц с потом удаляется молочная кислота, которая усугубляет чувство утомления. Банный жар, прогрев кожу, мышцы, различные ткани и органы, вызывает приятную расслабленность. Расслабленность и прогрев - основное, что необходимо для благоприятного восстановления жизненных сил. Все это создает окрыленное, оптимистическое настроение. Когда организм расслаблен и нет скованности, наступает здоровый, безмятежный сон.

Парная и повышение остроты зрения. Теплота - одна из функций жизненного принципа «Желчи», который контролирует кроме пищеварения функцию зрения. Поэтому нет ничего удивительного, что у человека в результате применения парной улучшается функция зрения. Ученые в своих исследованиях банной процедуры лишь подтвердили это положение Аюрведы.

Жар и инфекции. Порог температурной чувствительности целого ряда болезнетворных микробов ниже порога температур, которые могут переносить клетки человеческого организма. Поэтому широко используют повышение температуры (сауну, парную) для лечения ряда инфекционных болезней.

По материалам книги Г.П. Малахова "Основы здоровья"

Термическое воздействие на человека связано с перегревом и последующими биохимическими изменениями верхних слоев кожи. Человек ощущает сильную (едва переносимую) боль, когда тем­пература верхнего слоя кожного покрова (-0,1 мм) повышается до 45 °С. Время достижения «порога боли» т, с, связано с плотно­стью теплового потока q, кВт/м 2 , соотношением

т = (35/q) 1 , 33 .

При плотности теплового потока менее 1,7 кВт/м 2 боль не ощу­щается даже при длительном тепловом воздействии. Степень тер­мического воздействия зависит от величины теплового потока и длительности теплового излучения. При относительно слабом тер­мическом воздействии будет повреждаться только верхний слой кожи (эпидермис) на глубину около 1 мм (ожог I степени - по­краснение кожи). Увеличение плотности теплового потока или дли­тельности излучения приводит к воздействию на нижний слой кожи - дерму (ожог II степени - появление волдырей) и под­кожный слой (ожог III степени).

Здоровые взрослые люди и подростки выживают, если ожоги II и III степени охватывают менее 20 % поверхности тела. Выжи­ваемость пострадавших даже при интенсивной медицинской по­мощи резко снижается, если ожоги II и III степени составляют 50 % и более от поверхности тела.

Вероятность поражения той или иной степени при термиче­ском воздействии определяется по формуле (2.2) с использова­нием пробит-функций, соответствующие формулы которых пред­ставлены в табл. 2.1.

Термическое воздействие на легковоспламеняющиеся материалы (например, вследствие пожара, ядерного взрыва и т.п.) может вызвать дальнейшее распространение аварии и переход ее в ста­дию каскадного развития. Согласно имеющейся статистике, рас­пространение и развитие пожаров в производственных помеще­ниях происходят в основном по материалам, сырью и технологи­ческому оборудованию (42 %), а также по сгораемым строитель­ным конструкциям (36 %). Среди последних наибольшее распрос­транение имеют древесина и пластические материалы.

Для каждого материала существует критическое значение плот­ности теплового потока д кр, при котором воспламенение не про­исходит даже при длительным тепловом воздействии. При увели­чении плотности теплового потока время до начала воспламене­ния материала уменьшается (см. прил. II). В общем случае зависи-

Таблица 2.1 Формулы пробит-функций Рг в зависимости от степени термического поражения

Примечание. q, Вт/м 2 ; τ, с.

мость времени воспламенения от величины плотности теплового потока имеет вид

т - А/(q - q кр) n , (2.6)

где А и п - константы для конкретного вещества (например, для древесины А = 4360, п = 1,61).

При длительности теплового воздействия 30 с и плотности теплового потока 12 кВт/м 2 воспламеняются деревянные конст­рукции; при 10,5 кВт/м 2 - обгорает краска на окрашенных метал­лических конструкциях, обугливаются деревянные конструкции; при 8,4 кВт/м 2 - вспучивается краска на металлических конст­рукциях, разлагаются деревянные конструкции. Плотность теп­лового потока 4,0 кВт/м 2 безопасна для объектов.

Особенно опасен нагрев резервуаров (емкостей) с нефтепро­дуктами, который может привести к взрыву сосуда. В зависимости от длительности облучения критическая плотность теплового по­тока для емкостей с нефтепродуктами температурой воспламене­ния < 235 °С значительно меняется:

Длительность

воздействия, мин.............5 10 15 20 29 > 30

Критическое значение

плотности теплового

потока q Kp , кВт/м 2 .........34,9 27,6 24,8 21,4 19,9 19,5

Опасность термического воздействия на строительные конст­рукции связана со значительным снижением их строительной проч­ности при превышении определенной температуры.

Степень устойчивости сооружения к тепловому воздействию зависит от предела огнестойкости конструкции, характеризуемо­го временем, по истечении которого происходит потеря несущей способности. Прочность материалов может быть охарактеризована так называемой критической температурой прогрева, которая для стальных балок, ферм и перегонов составляет 470...500°С, для металлических сварных и жестко защемленных конструкций - 300... 350 °С.

При проектировании зданий и сооружений используют желе­зобетонные конструкции, предел огнестойкости которых значи­тельно выше, чем у металлических. Так, предел огнестойкости железобетонных колонн сечением 20x20 см соответствует 2 ч, се­чением 30x50 см - 3,5 ч.

Потеря несущей способности изгибаемых, свободно опираю­щихся элементов плит, балок и т.п. наступает вследствие прогре­ва растянутой арматуры до критической температуры 470... 500 °С. Предел огнестойкости предварительно напряженного железобе­тона такой же, как у конструкций с ненапряженной арматурой. Особенность напряженных конструкций - образование необратимых деформаций при их прогреве уже до 250 "С, после чего их нормальная эксплуатация невозможна.

Ниже приведены значения критической температуры прогрева некоторых строительных материалов, °С:

Полимерные материалы.................................150

Стекло............................,.................................200

Алюминий........................................................250

Сталь.................................................................500

Барическое воздействие на человека, здания и сооружения

При взрыве атомной бомбы, технологической установки, ре­зервуара, парогазовоздушного облака, взрывчатого вещества об­разуется ударная волна, характеризуемая избыточным давлением ЛР ф, кПа, и импульсом фазы сжатия / + , кПа с, негативно воз­действующая на человека, здания, сооружения и т.п.

Приведем общую характеристику барического воздействия взрыва на человека, кПа:

Для человека безопасно.........................................................<10

Легкое поражение (ушибы, вывихи, временная

потеря слуха, общая контузия)........................................... 20...40

Среднее поражение (контузия головного мозга, повреждение органов слуха, разрыв барабанных

перепонок, кровотечение из носа и ушей).......................40...60

Сильное поражение (сильная контузия всего организма, потеря сознания, переломы

конечностей, повреждения внутренних органов)............60... 100

Порог смертельного поражения 100

Летальный исход в 50% случаев........................................250...300

Безусловное смертельное поражение...................................> 300

Вероятность поражения той или иной степени при барическом воздействии на человека можно определить по формуле (2.2) с использованием соответствующих формул, при­веденных ниже:

Степень поражения Пробит-функция

Разрыв барабанных перепонок.......Рг = -7,6 + 1,524ln∆Р ф

Контузия............................................р г = -5,74ln{4,2/(1 +∆Р ф /Р 0) + 1,3/},

где т - масса тела, кг

Летальный исход..............................Рг = -2,44ln

Примечание. ∆Р ф, Па; I + , Па с.

При оценке барического воздействия на здания и сооружения принимают четыре степени разрушений:

слабые разрушения - повреждение пли разрушение крыш, оконных и дверных проемов. Ущерб - 10... 15 % от стоимости здания;

средние разрушения - разрушения крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб - 30...40 %;

сильные разрушения - разрушение несущих конструкций и перекрытий. Ущерб - 50 %. Ремонт нецелесообразен;

полное разрушение - обрушение зданий, сооружений.

Зависимость степени разрушений от величины избыточного давления на фронте ударной волны представлена в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Избыточное давление (∆Р ф , кПа), соответствующее степени разрушения

Объект		Разрушение
	полное	сильное	среднее	слабое
Здания жилые:
кирпичные многоэтажные	30...40	20...30	10...20	8...10
кирпичные малоэтажные	35...45	25...35	15...25	8...15
деревянные	20...30	12...20	8...12	6...8
Здания промышленные:
с тяжелым металлическим	60... 100	50...60	40...50	20...40
или железобетонным
каркасом
с легким металлическим	60...80	40...50	30...40	20...30
каркасом или бескаркасные
Промышленные объекты:
ТЭС	25...40	20...25	15...20	10...15
котельные	35...45	25...35	15...25	10...15
трубопроводы наземные				-
трубопроводы на эстакаде	40-50	30...40	20-30	-
трансформаторные подстанции		40...60	20...40	10...20
ЛЭП	120...200	80... 120	50...70	20...40
водонапорные башни		40...60	20...40	10...20
Резервуары:
стальные наземные
газгольдеры и емкости ГСМ
и химических веществ
частично заглубленные для
нефтепродуктов
подземные
Металлические и железобе-	250...300	200... 250	150...200	100...150
тонные мосты
Железнодорожные пути
Тепловозы массой до 50 т
Цистерны
Вагоны цельнометаллические
Вагоны товарные деревянные
Автомашины грузовые

Вероятность разрушения зданий и сооружений той или иной степени можно определить по формуле (2.2) с использованием формул пробит-функции, представленных ниже:

Разрушение Пробит-фунщия

Слабое.......................................Рг = -0,26ln[(4,6/∆Р ф ) 3 " 9 + (0,11/Г) 5,0 ]

Среднее.....................................Рг = -0,26ln

Сильное....................................Рг = -0,22ln[(40/Р ф) 7 - 4 + (0,46/ I +) 11,3 ]

Примечание. ДР Ф, кПа; / + , кПа-с.