Защита от тепловых излучений

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

В.П. Сивков, И.И. Старостин

ЗАЩИТА ОТ ТЕПЛОВЫХ
ИЗЛУЧЕНИЙ

Методические указания
к выполнению лабораторной работы
по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2010

УДК 628.51
ББК 65.247
С34

С34

Рецензент В. В. Тупов

Сивков В. П.
Защита от тепловых излучений : метод. указания к выполнению 
лабораторной работы по курсу «Безопасность жизнедеятельности» / 
В. П. Сивков, И. И. Старостин. – М. : Изд-во
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. – 19, [1] с. : ил.

Даны понятие и основные характеристики теплового (инфракрасного) 
излучения. Рассмотрено влияние теплового излучения на человека, 
изложены метод нормирования теплового излучения и способы
защиты от него, представлены приборы для измерения излучения.
Описана методика выполнения лабораторной работы на стенде.
Для студентов всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана.

УДК 628.51
ББК 65.247

Учебное издание

Сивков Валерий Петрович
Старостин Игорь Иванович

ЗАЩИТА ОТ ТЕПЛОВЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Редактор Е.К. Кошелева
Корректор
Г.С. Беляева
Компьютерная верстка В.И. Товстоног

Подписано в печать 25.02.2010. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Изд. № 104в.
Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.

c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010

Цель работы
— ознакомление с тепловым (инфракрасным)
излучением, действием его на человека, нормированием и метода-
ми защиты от него.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Любое тело, имеющее температуру Т > 0 K, является источни-
ком электромагнитного излучения. Часть этого излучения с длиной
волн λ = 0,78 . . . 1000 мкм при облучении любого тела вызывает
его нагрев и носит название теплового излучения [1].
Путем теплового излучения в производственные помещения
поступает до 70 % теплоты. Тепловое излучение в отличие от те-
плопроводности и конвективного переноса теплоты может переда-
ваться через вакуум.
При температуре до 500 ◦С с нагретой поверхности излучают-
ся в основном тепловые (инфракрасные) лучи, а при более высо-
кой температуре наряду с увеличением интенсивности теплового
излучения появляются видимое световое и ультрафиолетовое из-
лучения.
Распределение лучистой энергии по спектру определяется за-
коном смещения максимального излучения (законом Вина) в зави-
симости от температуры поверхности источника Т и оптических
свойств материала (степени черноты и качества отделки поверхно-
сти). Длину волны (мкм) лучистого потока с максимальным значе-
нием спектральной плотности энергетической светимости (интен-
сивности лучистой энергии, плотности потока мощности теплово-
го излучения) для абсолютно черного тела вычисляют по формуле

λmax = C
T ,
(1)

3

где C — постоянная величина (С = 2898 мкм/K); Т — абсолютная
температура тела, K.
Таким образом, при понижении температуры нагретого тела в
его спектре преобладает длинноволновое излучение. Тело человека
излучает энергию в диапазоне длин волн 5. . . 25 мкм с максимумом
энергии при длине волны 9,4 мкм.
С повышением температуры интенсивность теплового излуче-
ния возрастает по закону Стефана — Больцмана:

I = σT 4,
(2)

где σ — постоянная Стефана — Больцмана (σ = 5,67032 ∙ 10−8

Вт ∙ м−2 ∙ K−4).
Представленный закон теплового излучения справедлив лишь
для идеального излучателя — так называемого абсолютно черного
тела. Ни одно реальное тело не является таковым, хотя плоская чер-
ная поверхность по своим свойствам приближается к абсолютно
черному телу. Светлые поверхности излучают сравнительно слабо. 
Чтобы учесть отклонение от идеальности теплового излучения
многочисленных «серых» тел, в правую часть выражения закона 
Стефана — Больцмана вводят коэффициент приведенной степени 
черноты тела, определяющий его излучательную способность.
Для плоской черной поверхности этот коэффициент может достигать 
значения 0,98, а для полированного металлического зеркала не
превышает 0,05. Соответственно лучепоглощательная способность
высока для черного тела и низка для зеркального.
Интенсивность энергии теплового облучения (Вт/м2) работающего 
человека определяют по зависимости [2]

I = 5, 7

T
100

4
− A

εпрϕo cos α,
(3)

где T− температура излучающей поверхности, K; A — эмпирический 
коэффициент (для кожи человека и хлопчатобумажной ткани
A = 85, для сукна A = 110); εпр — приведенная степень черноты, 
позволяющая учесть степень поглощения теплоты облученной
поверхностью:

εпр =
1
1/ε1 + 1/ε2 − 1
(4)

4

(ε1 и ε2 — степень черноты излучающего предмета и облучаемой
поверхности — тела человека); ϕo — коэффициент облученности,
показывающий, какая часть лучистого потока попадает на тело человека (
обычно значение ϕo < 1 и зависит от расстояния между
излучателем и человеком, размера излучателя, наличия тепловых
экранов и др.); α — угол между нормалью к излучающей поверхности 
и направлением от центра этой поверхности к рабочему месту.
Воздух прозрачен (диатермичен) для теплового излучения, поэтому 
при прохождении лучистой теплоты его температура не повышается. 
Тепловое излучение поглощается предметами, нагревая
их. Последние, соприкасаясь с воздухом, нагревают его. Тепловое
излучение является одной из составляющих, влияющих на микроклимат 
рабочих зон производственных помещений.
В производственных помещениях со значительным избытком
явной теплоты ∗ (более 23,3 Вт/м3) большинство технологических
процессов протекает при температурах, значительно превышающих 
температуру окружающей среды. В результате рабочие, находясь 
вблизи расплавленного или нагретого металла, пламени,
горячих поверхностей и т. п., подвергаются действию теплоты, излучаемой 
этими источниками.
Источники лучистой энергии в зависимости от температуры
поверхности можно разделить на четыре группы.
1. Источники с температурой поверхности до 500 ◦С. Это па-
ропроводы, сушила, наружные поверхности печей и др. В спектре
излучения этих источников содержится в основном тепловое излу-
чение с длиной волны 3,7. . . 9,3 мкм.
2. Источники с температурой поверхности 500. . . 1300 ◦С. Это
открытые проемы нагревательных печей, открытое пламя, нагре-
тые слитки, заготовки, расплавленный чугун, бронза. В спектре
излучения этих источников длины волн с максимальной энергией
находятся в пределах λmax = 1,9 . . . 3,7 мкм.
3. Источники с температурой поверхности 1300. . . 1800 ◦С. Это
расплавленная сталь, открытые проемы плавильных печей и др.
Спектр содержит излучение λmax = 1,4 . . . 1,9 мкм и видимое из-
лучение.

∗Явной теплотой называется теплота, воздействующая на изменение темпе-
ратуры сухого воздуха в помещении.

5

4. Источники излучения с температурой поверхности свыше
1800 ◦С. Это дуговые печи, сварочные аппараты. Спектр излучения
таких источников содержит все виды лучистой энергии.

2. ДЕЙСТВИЕ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА

Теплообмен человека и окружающей среды осуществляется в
основном путем излучения, конвекции, испарения и теплообмена
через одежду. Передача теплоты излучением является наиболее
весомой частью теплообмена и достигает 45 % даже в комфортных
микроклиматических условиях.
Избыточные тепловыделения осложняют условия труда, осо-
бенно в горячих цехах. Под влиянием теплового излучения в ор-
ганизме человека происходят биохимические сдвиги (уменьшает-
ся кислородная насыщенность крови, повышается венозное давле-
ние, замедляется кровоток) и, как следствие, наступает нарушение
сердечно-сосудистой деятельности и деятельности нервной систе-
мы. Помимо этого непосредственного воздействия на находящихся
в рабочем помещении людей поток теплового излучения нагревает
пол, стены, оборудование, что приводит к повышению температу-
ры воздуха помещения и ухудшению условий труда.
В приведенной ниже таблице представлена зависимость харак-
тера теплового ощущения человека от длительности воздействия
теплового излучения.

Зависимость воздействия теплового излучения на человека
от интенсивности излучения и длительности воздействия

Интенсивность
теплового
излучения, Вт/м2
Длительность
воздействия τ, с

Характер
воздействия
на человека

Менее 350
350–1050
1050–2100
2100–2800
Более 2800

Неопределенно долго
180–300
40–60
18–24
2–5

Слабое
Умеренное
Среднее
Высокое
Очень высокое

Тепловое излучение интенсивностью менее 350 Вт/м2 не вызы-
вает неприятного ощущения, а интенсивностью свыше 2800 Вт/м2

6

уже через 2. . . 5 с вызывает ощущение жжения, и возможен даже
тепловой удар.
Воздействие теплового излучения на организм человека зави-
сит также от спектральной характеристики излучения. По характе-
ру воздействия на организм человека тепловое излучение подраз-
деляют на коротковолновое (λ = 0,78 . . . 1,5 мкм) (лучи Фохта) и
длинноволновoе (λ > 1, 5 мкм).
Тепловое излучениe коротковолнового диапазона наиболее ак-
тивно, так как энергия фотонов наибольшая. Проникая на несколь-
ко сантиметров в ткани организма, тепловое излучение разогревает
их, вызывая при этом быструю утомляемость, понижение внима-
ния, усиленное потовыделение, а при длительном воздействии —
тепловой удар (обильное потоотделение, повышение температуры
до 40. . . 41 oС, головокружение, слабость). Воздействуя на мозго-
вую ткань, коротковолновое тепловое излучение может вызвать ее
тяжелые поражения.
Длинноволновое тепловое излучение глубоко в ткани не прони-
кает и поглощается в основном кожным покровом уже на глубине
0,1. . . 0,2 мм. Такое излучение может вызвать ожог кожи и глаз.
Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие тепло-
вого излучения является катаракта глаз.
Возможно воздействие теплового излучения и на другие систе-
мы и органы человека: на состояние верхних дыхательных путей,
водно-энергетический баланс организма, не исключается и мута-
генный эффект.

3. НОРМИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Нормирование теплового излучения осуществляется по интен-
сивности допустимых суммарных потоков энергии с учетом длины
волны, размера облучаемой поверхности, защитных свойств спец-
одежды и продолжительности воздействия в соответствии с ГОСТ
12.1.005–88 и СанПиН 2.2.4.548–96 [3, 4].
Так, интенсивность теплового излучения от нагретых до тем-
ного свечения поверхностей технологического оборудования, осве-
тительных приборов, материалов и т. д. на постоянных и непосто-
янных рабочих местах не должна превышать 35 Вт/м2 при облу-
чении 50 % поверхности тела и более, 70 Вт/м2 — при облучении

7

25. . . 50 % и 100 Вт/м2 — при облучении не более 25 % поверх-
ности тела. Интенсивность теплового излучения от открытых ис-
точников, нагретых до белого и красного свечения (раскаленный
или расплавленный металл, пламя и т. д.), не должна превышать
140 Вт/м2, при этом воздействию не должно подвергаться более
25 % поверхности тела и обязательным условием безопасности
является использование средств индивидуальной защиты, в том
числе средств защиты лица и глаз.
При наличии теплового излучения температура воздуха на ра-
бочих местах не должна превышать соответственно 25 и 24 oС
для легких (Iа и Iб) категорий работ (расход энергии человеком
W = 175 . . . 232 Вт), соответственно 22 и 21 oС для категорий ра-
бот средней тяжести (IIа и IIб) (W = 233 . . . 290 Вт) и 20 oС для
тяжелых (категории III) работ (W > 290 Вт).
Температура нагретых поверхностей оборудования, находяще-
гося в рабочей зоне, не должна превышать 45 oС, а для оборудо-
вания с температурой внутри ниже 100 oС должна быть не более
35 oС.

4. ЗАЩИТА ОТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Промышленная теплозащита достигается механизацией и ав-
томатизацией технологических процессов с исключением ручно-
го труда и выводом работающих из «горячих» зон, оптимальным
размещением оборудования и рабочих мест, применением средств
коллективной и индивидуальной защиты [5].
Для защиты от теплового излучения применяют следующие
коллективные теплозащитные средства: теплоизоляцию поверхностей 
источников излучения, экранирование источников либо рабочих 
мест, воздушное душирование, мелкодисперсное распыление
воды, вентиляцию или кондиционирование воздуха.
В тех случаях, когда нормативные условия трудовой деятельности 
не могут быть обеспечены перечисленными средствами, следует 
применять средства индивидуальной защиты от теплового
излучения [6].
Выбор теплозащитных средств в каждом отдельном случае должен 
осуществляться по максимальным значениям эффективности с

8

учетом требований эргономики, технической эстетики, безопасности 
для данного процесса, вида работ и технико-экономического
обоснования. Установленное в цехе защитное устройство должно 
быть удобным для обслуживания: не затруднять осмотр, обслуживание 
агрегатов, обеспечивать полную гарантию безопасности 
работы, обладать необходимой прочностью, технологично-
стью, иметь минимальные эксплуатационные расходы.
Эффективность защиты от теплового излучения определяется
долей задерживаемой теплоты:

η = I1 − I2
I1
∙ 100 %,
(5)

где I1 и I2 — интенсивность облучения на рабочем месте соответ-
ственно до и после установки защитного устройства.
Теплоизоляция горячих поверхностей (печей, сосудов и трубо-
проводов с горячими газами и жидкостями) снижает температу-
ру излучающей поверхности и уменьшает как общее выделение
теплоты, так и выделение лучистой ее части. Кроме улучшения
условий труда, теплоизоляция уменьшает тепловые потери обору-
дования, снижает расход топлива (электроэнергии).
Основные требования к теплоизоляционным материалам —
малое
значение
коэффициента
теплопроводности
(не
более
0,2 Вт/(м∙К)) и температуростойкость. С этой точки зрения наибо-
лее широкое применение нашли следующие теплоизоляционные
материалы: алюминиевая фольга, асбест, минеральная и шлаковая
вата, перлитовые изделия, войлок и т. п.
Конструктивно теплоизоляция может быть мастичной, оберточ-
ной, засыпной, выполненной из штучных изделий, и смешанной.
Мастичная изоляция выполняется нанесением на горячую поверх-
ность изолируемого объекта изоляционной мастики. Мастичную
изоляцию можно применять на объектах любой конфигурации.
Оберточная изоляция изготовляется из волокнистых материалов
(асбестовая ткань, минеральная вата, войлок и др.). Наиболее при-
годна оберточная изоляция для трубопроводов. Засыпную изоля-
цию используют в основном при прокладке трубопроводов в кана-
лах и коробах, там, где требуется большая толщина изоляционного
слоя, или при изготовлении теплоизоляционных панелей. Тепло-
изоляцию, выполненную из штучных или формованных изделий,

9

скорлуп, применяют для облегчения работ. Смешанная теплоизо-
ляция состоит из нескольких слоев. В первом слое обычно уста-
навливают штучные изделия. Наружный слой изготовляют из ма-
стичной или оберточной изоляции. Целесообразно устанавливать
алюминиевые кожухи снаружи теплоизоляции. Затраты на устрой-
ство кожухов быстро окупаются вследствие уменьшения тепловых
потерь на излучение, в результате чего повышается долговечность
изоляции под кожухом.
Теплозащитные экраны применяют для локализации источни-
ков лучистой теплоты, уменьшения облученности на рабочих ме-
стах и снижения температуры поверхностей, окружающих рабо-
чее место. По принципу действия различают теплоотражающие,
теплопоглощающие и теплоотводящие экраны, которые, в свою
очередь, по степени прозрачности делятся на непрозрачные, полу-
прозрачные и прозрачные.
В непрозрачных экранах поглощенная энергия теплового излу-
чения, взаимодействуя с веществом экрана, превращается в тепло.
Нагреваясь при этом, экран сам начинает излучать. Излучаемая
экраном энергия условно рассматривается как пропущенная.
В прозрачных экранах излучение распространяется внутри их
и по законам геометрической оптики переход в тепловую энергию
исключается.
В качестве полупрозрачных теплоотводящих экранов (для про-
ведения наблюдений или ввода через них материалов или ин-
струмента) используют металлические сетки с размером ячейки
3. . . 3,5 мм, цепные завесы, армированное стальной сеткой стекло.
Металлические сетки применяют при интенсивности излучения
350. . . 1050 Вт/м2. Эффективность экранов из сетки такова: одно-
слойного — 33. . . 50 %, двухслойного — 57. . . 74 %. Цепные завесы
и армированное стальной сеткой стекло с эффективностью до 70 %
применяют при интенсивности излучения 700. . . 5000 Вт/м2.
Теплоотражающие экраны имеют низкую степень черноты по-
верхности и используются для локализации тепловыделений от
поверхностей печей, покрытий наружных поверхностей кабин, по-
стов управления кранов. В качестве материалов для непрозрачных
теплоотражающих экранов используют альфоль (алюминиевую
фольгу), алюминий листовой, белую жесть, алюминиевую краску.
Эффективность теплозащиты таких экранов достигает 80. . . 98 %.

10