Полная версия

Главная arrow Экология arrow Теоретические основы защиты окружающей среды

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

ГЛАВА 19 ЗАЩИТА ОТ АКУСТИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

19.1. Защита от шума

Звуковые колебания в воздухе приводят к его сжатию и разреже­нию. В областях сжатия давление воздуха возрастает, а в областях раз­режения понижается. Разность между давлением, существующим в среде рср в данный момент, и атмосферным давлением pатм называется звуковым давлением:

(19.1)

Акустическим полем называют область упругой среды, которая яв­ляется средством передачи акустических волн. Акустическое поле ха­рактеризуется звуковым давлением рт и акустическим сопротивле­нием za - Энергетическими характеристиками акустического поля яв­ляются: интенсивность энергии J, мощность излучения Ф - количе­ство энергии, проходящей за единицу времени через охватывающую источник звука поверхность, Вт.

Звуковая волна является носителем энергии в направлении своего движения. Количество энергии, переносимой звуковой волной за одну секунду через пространство с площадью сечения 1 м2, перпенди­кулярному направлению движения, называется интенсивностью зву­ка (Вт/м2):

(19.2)

где zA - акустическое сопротивление среды, кг/(м2 с).

Поверхность тела, совершающая колебания, является излучате­лем (источником) звуковой энергии, который создает акустическое поле.

Уровень шума, возникающий от нескольких некогерентных ис­точников, работающих одновременно, подсчитывают на основании принципа энергетического суммирования излучений отдельных ис­точников:

(19.3)

где Li - уровень звукового давления i-го источника шума; п - коли­чество источников шума.

Суммарный уровень шума от n одинаковых по интенсивности источников шума в равноудаленной от них точке определяют по формуле

(19.4)

где - уровень шума одного источника, дБ.

При одновременном действии двух источников с разными уров­нями суммарный уровеньопределяют по формуле

(19.5)

где L1 - наибольший из двух суммарных уровней шума; ΔL - добав­ка в функции разности уровней источников.

Значения ΔL в зависимости от разности уровней источников при­ведены ниже:

Разность уровней двух источников, дБ

L1 - L2 (при L1 > L2) …………… 0

1

2,5

4

6

10

ΔL, дБ ……………………………3

2,5

2

1,5

1

0,5

При большом числе источников шума суммирование уровней ин­тенсивностей производится последовательно от наибольшего к наи­меньшему.

Если уровень шума одного источника превышает уровни шума других источников на 8... 10 дБ, то будет превалировать шум более ин­тенсивного источника, так как добавка к суммарному уровню шума будет пренебрежимо малой. Следовательно, уровень менее громкого источника в этом случае можно не принимать во внимание.

Нормирование шума. Нормирование акустических загрязнений является одним из исходных данных при разработке методов зашиты окружающей среды.

Для оценки степени шумового загрязнения окружающей природ­ной среды необходимо знать как реальный шумовой фон, так и до­пустимый уровень шумов, установленный Санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жи­лых, общественных зданий и на территории жилой застройки". В со­ответствии с этими нормами суммарный, фактический шум, созда­ваемый различными техногенными источниками, не должен превы­шать допустимых уровней шума.

Предельные значения уровня звука (УЗ) различны для различных сред обитания человека.

Нормируемыми параметрами постоянного шума в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки яв­ляются уровни звукового давления L, дБ, в октавных полосах со сред­негеометрическими частотами: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Для ориентировочной оценки допускается использо­вать уровни звука LА, дБА.

Нормируемыми параметрами непостоянного шума в жилой за­стройке являются эквивалентные (по энергии) уровни звука LAэкв дБА, и максимальные уровни звука LAmax, дБА.

В связи с тем, что шум является вредным производственным фак­тором, а в ряде случаев и опасным, предельно допустимые уровни для шумов разных видов сравнивают с эквивалентными уровнями непре­рывных шумов.

Предельно допустимые дозы (по шкале А в дБ) в зависимости от продолжительности воздействия приведены ниже.

Продолжительность воз­действия, ч

8

4

2

1

0,5

0,25

0,12

0,02

0,01

Предельно допустимые дозы (по шкале А), дБ

90

93

96

99

102

105

108

117

120

Принятые в нашей стране нормы шума основываются на спек­тральной и интегральной оценке, хотя за рубежом применяют нормы, устанавливающие предельные уровни звука в акустических децибе­лах.

Применительно к производственной среде разработан стандарт ГОСТ 12.1.003-83 "Шум. Общие требования безопасности", кото­рый устанавливает классификацию шума, характеристики и допусти­мые уровни шума на рабочих местах, общие требования к защите от шума на рабочих местах, шумовым характеристикам машин, меха­низмов, средств транспорта и другого оборудования (далее - машин) и измерениям шума. Стандартом установлены уровни звукового дав­ления и эквивалентные уровни звука на рабочих местах производст­венных предприятий в зависимости от тяжести и напряженности тру­да в диапазоне частот 63...8000 Гц, а также максимальные уровни зву­кового давления в функции частоты, ниже которых воздействие шума можно считать безопасным. При этом исходят не из комфортных ус­ловий труда, а из условий, при которых вредное действие шума незна­чительно.

Предельно допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах разработаны с учетом напряженности и тяже­сти трудовой деятельности (табл. 19.1).

Таблица 19.1. Допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентного уровня звука на рабочих местах и производственных помещениях и на территории предприятий

Рабочие места

Уровни звукового давления, дБ, в октавных по­лосах со среднегеометрическими частотами, Гц

Уровни звука и эквивалент­ные уровни звука, дБА

31,5

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Помещения кон­структорских бюро, расчетчиков, про­граммистов вычис­лительных машин, лабораторий для теоретических работ

86

71

61

54

49

45

42

40

38

50

Помещения управ­ления, рабочие ком­наты

93

79

70

68

58

55

52

50

49

60

Продолжительность воз­действия, ч

8

4

2

1

0,5

0,25

0,12

0,02

0,01

Предельно допустимые дозы (по шкале А), дБ .

90

93

96

99

102

105

108

117

120

Кабины наблюде­ний и дистанцион­ного управления:

- без речевой свя­зи по телефону

103

94

87

82

78

75

73

71

70

80

- с речевой свя­зью по телефону

%

83

74

68

63

60

57

55

54

65

Помещения и уча­стки точной сборки, машинописные бюро

%

83

74

68

63

60

57

55

54

65

Нормирование шумов, создаваемых городским транспортом, устанавливает значения уровней звука в соответствии с ГОСТ 27436-87 и ГОСТ 27.004.022-86.

Допустимые значения уровней звукового давления в октавных полосах частот, эквивалентных и максимальных уровней звука про­никающего шума в помещения жилых и общественных зданий и шума на территории жилой застройки приведены в табл. 19.2.

Таблица 19.2. Нормы допустимых уровней звука в жилой застройке

Территории

Допустимые УЗД, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями, Гц

Допустимые УЗ и эквива­лентные УЗ, дБА

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Непосредственно при­легающие к зданиям больниц, санаториев

59

48

40

34

30

27

25

23

35

Непосредственно при­легающие к жилым до­мам (2 м от ограждающих конструкций), площадки отдыха

67

57

49

44

40

37

35

33

45

Жилые помещения

55

44

35

29

25

22

20

15

30

Примечание. Нормы приведены для ночного времени (с 23.00 до 07.00 ча­сов), для дневного времени (с 07.00 до 23.00 часов) принята поправка + 10дБ (дБА).

Нормирование инфразвука. На основании исследования инфра­звука были разработаны гигиенические нормы этого фактора. Гигиеническое нормирование инфразвука в какой-то мере базируется на критериях здоровья и работоспособности с оценкой влияния фактора на весь организм в процессе трудовой деятельности с учетом напря­женности и тяжести.

Нормируемыми параметрами, согласно санитарным нормам СанПиН 2.2.4./2.1.8.583-96 "Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки" яв­ляются:

уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеомет­рическими частотами 2,4, 8 и 16 Гц (дБ), определяемые по формуле

(19.6)

где р - среднеквадратическое значение звукового давления, Па; р0 - исходное значение звукового давления в воздухе, равное 2 · 10-5 Па;

уровни звукового давления (при одночисловой оценке), измерен­ные по шкале шумомера "Линейная", дБ Лин (при условии, что раз­ность между уровнями, измеренными по шкалам "Линейная" и "А" на характеристике шумомера "Медленно", составляет не менее 10 дБ).

Нормируемыми характеристиками непостоянного инфразвука являются эквивалентные по энергии уровни звукового давления "Ежа" (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8 и 16 Гц и эквивалентный общий уровень звукового давления (дБ Лин), определяемые по формуле

(19.7)

где Т - период наблюдения, ч; ti - продолжительность действия шума с уровнем Li ч; n - общее число промежутков действия инфра­звука; Li - логарифмический уровень инфразвука в i-й промежуток времени, дБ.

Общий (линейный) уровень звукового давления, дБ Лин, - величи­на, измеряемая по шкале шумомера "Линейная" или рассчитанная путем энергетического суммирования уровней звукового давления в октавных полосах частот без корректирующих октавных поправок.

Эквивалентный (по энергии) общий (линейный) уровень звукового давления LЭKB, дБ Лин, - уровень постоянного широкополосного ин­фразвука, среднеквадратическое звуковое давление которого такое же, как и данного непостоянного инфразвука в течение определенно­го интервала времени.

Предельно допустимые уровни инфразвука на рабочих местах, дифференцированные для различных видов работ, а также в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки приве­дены в табл. 19.3.

Таблица 19.3. Нормы инфразвука

Назначение помещений

Уровни звукового давления, дБ, в октавных поло­сах со среднегеометрическими частотами, Гц

Общий уровень звукового давления, дБ Лин

2

4

8

12

Для работы различ­ной степени тяжести

100

95

90

85

100

Для работы различ­ной степени интел­лектуально-эмоцио­нальной напряжен­ности

95

90

85

80

95

Территория жилой застройки

90

85

80

75

90

Жилые и общест­венные здания

75

70

65

60

75

Для шумов, спектр которых охватывает инфранизкий и звуковой диапазоны, измерение и оценка корректированного уровня звуково­го давления инфразвука являются дополнительными к измерению и оценке шума в соответствии с санитарными нормами "Шум на рабо­чих местах, в помещениях жилых, общественных зданий, на террито­рии жилой застройки" СН 2.2.4./2.1.8.562-96 и ГОСТ 12.1.003-83 "Шум. Общие требования безопасности".

На территории жилой застройки в случае постоянного инфразву­ка уровни звукового давления не должны превышать 90 дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2; 4; 8; 16; 31,5 Гц. Для третьоктавных полос со среднегеометрическими частотами 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40 Гц уровни звукового давле­ния не должны превышать 80 дБ.

В случае непостоянного инфразвука нормируемыми параметрами выбираются эквивалентные по энергии уровни звукового давления для тех же октавных полос.

Нормирование ультразвука. Общие требования безопасности к воздействию ультразвуковых колебаний устанавливаются стандар­том ГОСТ 12.1.001-89. Стандарт распространяется на ультразвуко­вые колебания в диапазоне частот от 1,12 · 104 до 1,0 · 109 Гц, пере­дающиеся в воздушной, жидкой и твердой средах.

Стандарт устанавливает классификацию, характеристику, допус­тимые уровни ультразвука на рабочих местах и общие требования к ультразвуковым характеристикам оборудования, методам контроля и защите от воздействия ультразвука.

Характеристикой воздушного ультразвука на рабочих местах яв­ляются уровни звукового давления в децибелах в третьоктавных по­лосах со среднегеометрическими частотами 12,5, 16, 20, 25, 31,5, 40, 50, 63, 80, 100 кГц.

Допустимые уровни звукового давления на рабочих местах не должны превышать значений, приведенных ниже.

Среднегеометрические частоты третьеоктавных полос, кГц . . .

12,5

16

20

25

31,5... 100,0

Уровень звукового давления, дБ .

80

80 (90)

100

105

110

Нормируемой характеристикой контактного ультразвука являются пиковые значения виброскорости Lv или ее логарифмические уровни в децибелах в октавных полосах частот со среднегеометриче­скими частотами 8, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8 000,16 000, 31 500 кГц, определяемые по формуле

(19.8)

где ν - пиковое значение виброскорости, м/с; v0 - опорное значе­ние виброскорости, равное 5·10-8 м/с.

Допустимые уровни виброскорости и ее пиковые значения для контактного ультразвука на рабочих местах не должны превышать значений, приведенных в табл. 19.4.

Таблица 19.4. Допустимые уровни виброскорости для контактного ультразвука

Среднегеометрические часто­ты октавных полос, кГц

Пиковые значения вибро­скорости, м/с

Уровни виброскорости, дБ

8...63

5 · 10-3

100

125...500

8,9 · 10-3

105

1 · 103..31,5 · 103

1,6· 10-3

110

Допустимые уровни контактного ультразвука принимают на 5 дБ ниже значений, указанных в табл. 19.4, в тех случаях, когда работающие подвергаются совместному воздействию воздушного и контакт­ного ультразвука.

При использовании ультразвуковых источников бытового назна­чения, как правило, генерирующих колебания с частотами ниже 100 кГц, допустимые уровни воздушного и контактного ультразвука не должны превышать 75 дБ на рабочей частоте источника.

Методы борьбы с шумом подразделяют на методы по снижению шума в источнике его образования и методы по снижению шума на пути его распространения от источника.

Если звуковая волна встречает преграду с иным, чем акустиче­ская среда, волновым сопротивлением, то часть звуковой энергии отражается от преграды, часть проникает в нее и поглощается пре­градой, превращаясь в теплоту, а оставшаяся часть проникает сквозь преграду.

Свойства самой преграды и материала, покрывающего эту прегра­ду, определяются следующими показателями: коэффициент звукопоглощения

(19.9)

где Jпогл - поглощенная материалом или преградой звуковая энергия; Jпад - падающая на преграду звуковая энергия; коэффициент отражения

(19.10)

где Jотр - отраженная от преграды звуковая энергия; коэффициент звукоизоляции

(19.11)

коэффициент прохождения (проницаемости или проникновения)

(19.12)

где Jпр - прошедшая сквозь преграду звуковая энергия; коэффициент рассеяния от поверхности преграды

(19.13)

Величины коэффициентов α, β, δ, τ зависят от частоты звуковой волны.

Используя эти формулы, можно записать следующие соотноше­ния:

(19.14)

Для оценки и сравнения звукового давления р (Па), интенсивно­сти J (Вт/м2) и звуковой мощности Ф (Вт) различных источников приняты характеристики их уровней Li, выраженные в безразмерных единицах - децибелах (дБ):

(19.15)

(19.16)

(19.17)

где р0 = 2 · 10-5 Па - стандартное звуковое давление, соответствую­щее порогу слышимости; j0 = 10-12 Вт/м2 - интенсивность звука при пороге слышимости; Ф0 = 10-12 Вт - опорная звуковая мощность.

Увеличение интенсивности звука в 10 раз соответствует одному белу (Б): 1 Б = 10 дБ.

При разработке или выборе методов защиты окружающей среды от шумов принимается целый комплекс мероприятий, включающий: проведение необходимых акустических расчетов и измерений, их сравнение с нормированными и реальными шумовыми характери­стиками;

выбор соответствующего оборудования и оптимальных режимов работы;

замену шумных источников и технологий на малошумные; изменение направленности излучения шума источником; снижение шума по пути распространения от источника до защи­щаемого от шума места;

комплекс средств защиты от шума в шумном агрегате, транспорт­ном средстве;

архитектурно-планировочные меры в жилой застройке; организационные мероприятия; улучшение качества воспринимаемого звука; новые акустические технологии.

Перечисленные мероприятия относятся к коллективным средст­вам защиты от шума (рис. 19.1), широко применяемым на промыш­ленных предприятиях.

Звукоизоляция - уменьшение уровня шума при помощи защитно­го устройства, которое устанавливают между источником и приемни­ком, имеющего большую отражающую и (или) поглощающую спо­собность.

Основными характеристиками звукоизоляции при использова­нии плотных преград являются масса преграды и частота звука. Аку­стические свойства конструкции, не имеющей отверстий и щелей, определяются, в основном, коэффициентами α и β, коэффициент τ имеет значение в десятки раз меньше по сравнению с коэффициента­ми а и β.

Схема коллективной защиты от шума

Рис. 19.1. Схема коллективной защиты от шума

Эффективность звукоизоляции оценивается в децибелах:

(19.18)

При наличии отдельных участков с более низкой звукоизоляцией, чем у основной конструкции, акустические свойства конструкции определяются коэффициентом прохождения х. При достаточно боль­шой собственной звукоизоляции пластины общая звукоизоляция преграды со сквозным отверстием равна

(19.19)

где S0, S - площадь отверстия и площадь пластины соответствен­но, м2.

Звукопоглощение. Одним из эффективных средств снижения шума является применение в конструкциях звукопоглощающих материа­лов. Эффективность звукопоглощающих материалов по уменьшению шума определяется их коэффициентом звукопоглощения а. Для мяг­ких пористых материалов значение коэффициента а находится в пре­делах 0,2...0,9, для плотных твердых материалов (кирпич, дерево) а составляет сотые доли единицы.

Единицей звукопоглощения является сэбин (сб), а полное звуко­поглощение материала

(19.20)

где S - площадь данного материала, м2.

Ослабление шума в помещении при увеличении звукопоглоще­ния стен

(19.21)

где A1, и A2 - полное звукопоглощение помещения до и после внесе­ния звукопоглощающих материалов; α1 и α2 - коэффициенты звуко­поглощения помещения до и после внесения звукопоглощающих ма­териалов.

Уровни звукового давления в расчетных точках не должны пре­восходить уровней, допустимых по нормам во всех октавных полосах. Требуемое снижение уровней звукового давления (дБА) определяют по формуле

(19.22)

где Lp - измеренный уровень звукового давления в рабочей точке; Lp.доп - допустимые уровни звукового давления согласно действую­щим нормативам.

Защита от инфразвука. Средства защиты от инфразвука в значи­тельной мере отличаются от средств, применяемых для борьбы с шу­мом. Это связано с особенностями физических характеристик ин­фразвуковых колебаний, в частности со значительно большей длиной волн инфразвука по сравнению с размером препятствий на пути их распространения.

Защита от вредного воздействия инфразвука расстоянием малоэф­фективна, так как поглощение в нижних слоях атмосферы инфразву­ковых колебаний частотой ниже 10 Гц не превышает 8 · 10 дБ/км.

Защита от инфразвука может осуществляться в источнике воз­никновения, по пути распространения, в ограждаемом помещении.

Снизить интенсивность инфразвука можно изменением режима работы устройства или его конструкции; звукоизоляцией источника; поглощением звуковой энергии при помощи глушителей шума ин­терференционного, камерного, резонансного и динамического ти­пов, а также за счет использования механического преобразователя частоты.

Звукоизоляция источника инфразвуковых колебаний не обладает достаточной эффективностью на частотах менее 10 Гц, хотя на прак­тике в ряде случаев применяется. Поскольку инфразвуковые волны без существенного затухания распространяются в открытом про­странстве, а также без заметного ослабления проникают в закрытые помещения, основной мерой звукоизоляции помещений на низких частотах является увеличение жесткости ограждений. Для повыше­ния ее эффективности на частотах ниже 10 Гц требуется создавать мощные, жесткие конструкции из материалов с поверхностной плот­ностью 10...10 кг/м, что в ряде случаев нерентабельно.

Защита от ультразвука. Основной мерой по защите от вредного влияния ультразвука является защита расстоянием, т. е. запрещение непосредственного контакта работающих с рабочей поверхностью оборудования в процессе его обслуживания, жидкостью и обрабаты­ваемыми деталями во время возбуждения в них ультразвука.

Для исключения контакта с источниками ультразвука необходи­мо применять:

дистанционное управление оборудованием;

автоблокировку, т.е. автоматическое отключение оборудования при выполнении вспомогательных операций (загрузка и выгрузка продукции, нанесение контактных смазок и т. д.);

приспособления для удержания источника ультразвука или обра­батываемой детали.

Стационарные ультразвуковые источники, генерирующие уров­ни звукового давления, превышающие нормативные значения, долж­ны оборудоваться звукопоглощающими кожухами и экранами и раз­мещаться в отдельных помещениях или звукоизолированных каби­нах.

Для защиты рук от возможного неблагоприятного воздействия контактного ультразвука в твердой или жидкой средах необходимо применять две пары перчаток - резиновые (наружные) и хлопчато­бумажные (внутренние) или только хлопчатобумажные.

Для защиты работающих от неблагоприятного воздействия воз­душного ультразвука в качестве средств индивидуальной защиты сле­дует использовать противошумы.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>