Придніпровська державна академія

будівництва та архітектури

Аль-Таххан Біляль

УДК 624.371:53.082.74

БЕЗПЕКА ПРАЦІ У РОБОЧИХ ЗОНАХ З ДЖЕРЕЛАМИ ВИСОКОЧАСТОТНИХ ТА НАДВИСОКОЧАСТОТНИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ БУДІВЕЛЬ ТА ПРИМІЩЕНЬ

Спеціальність 05.26.01 – охорона праці

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Нефьодов Леонід Іванович,

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, професор кафедри економічної кібернетики та інформатики

Офіційні опоненти:

Провідна установа – Національна гірнича Академія України Міністерства освіти та науки України, кафедра аерології та охорони праці

Захист відбудеться “20” грудня 2000 року о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.085.03 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а, к. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а

Автореферат розісланий 17 листопада 2000 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Шаленний В.Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. При розробці та експлуатації радіотехнічних засобів, що випромінюють елекромагнітні хвилі, слід враховувати дві важливі проблеми: електромагнітну сумісність радіоелектронних засобів; вирішення питань охорони праці.

Найбільшу небезпеку з точки зору безпеки праці при впливі електромагнітного випромінювання (ЕМВ) складає випромінювання радіолокаційних станцій та інших антенних систем. Поряд з антенними системами високі рівні електромагнітного випромінювання у промислових центрах створюють ненавмисні випромінювачі, що генерують електромагнітну енергію, використовану локально, не стосовно радіозв'язку. До таких джерел належать електроустановки різного призначення, що експлуатуються у житлових помешканнях та підключені до побутової електричної мережі; електротранспорт (трамвай, тролейбус і т.і.); системи запалення двигунів внутрішнього згорання; пристрої, що містять джерела короткочасних перешкод; високочастотні установки промислового, наукового та медичного обладнання; лінії електропередачі та електричні підстанції; освітлювачі з газорозрядними лампами; електропристрої, що живляться від промислових енергосистем та експлуатуються зовні житлових приміщень; пристрої провідного зв'язку; телевізійні та радіо- приймальні пристрої; електропристрої, що експлуатуються поблизу службових радіоприймальних установок.

Широко відомо, що захворюваність населення, що проживає в зонах розташування потужних джерел радіовипромінювання, є найбільш високою. При цьому, електромагнітні поля (ЕМП) високих та середніх частот сильніше впливають на нервову та серцево-судинну системи, а радіохвильове випромінювання у діапазоні надвисоких частот викликає гостре та хронічне ураження організму людини. Гостре ураження спостерігається за високих рівнів щільності потоку енергіі (ЩПЕ) (більших 10 мВт/см2). В такому випадку в різній мірі уражаються практично усі системи організму, в першу чергу, нервова та ендокринна.

Поряд з несприятливим впливом на здоров'я людини, ЕМП може істотно змінювати також і характеристики радіоелектронної апаратури, призводити до зворотних та незворотних порушень її працездатності. Найбільш чутливими до впливу ЕМП є напівпровідникові прилади. ЕМП може не тільки істотно змінювати характеристики цих приладів, але й викликати їх пошкодження.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася у Харківському технічному університеті будівництва та архітектури з 1997 по 2000 рр. за темою “Розробка теорії та моделей системного аналізу складних соціально-економічних та екологічних міських

систем на основі впровадження інформаційних технологій” (№ДР 0194U38225) у відповідності з підрозділом 6.2.2 “Перспективні інформаційні технології” Плану держбюджетних робіт Міністерства освіти та науки України. Автор роботи був виконавцем.

Метою роботи є забезпечення безпеки праці в робочих зонах з джерелами високочастотних та надвисокочастотних випромінювань та розробка рекомендацій щодо створення комфортних умов при проектуванні будівель та приміщень.

У відповідності з поставленою метою в дисертації необхідно вирішити такі основні завдання:

1. Розробити інформаційну технологію оцінки безпеки праці у робочих зонах за ЕМВ з обгрунтуванням її основних етапів, моделей багатокритеріальної оцінки при різному ступені визначенності початкової інформації, а також знаходження зон комфорту та дискомфорту за ЕМВ та їх показників.

2. Провести теоретичні дослідження щодо оцінки безпеки праці у робочих зонах для різних джерел ЕМВ шляхом оцінки розподілення ЕМВ у приміщенні та по фасаду будівлі, потенціальної небезпеки джерел ЕМВ з різними несучими частотами.

3. Провести обчислювальний експеримент на ПЕОМ з оцінки безпеки праці у робочих зонах щодо ЕМВ та розробити на цій основі рекомендації стосовно забезпечення комфортних умов у приміщеннях будівель та на прилеглих до них територіях.

Об'єктом дослідження є робоча зона в приміщеннях та поблизу фасаду будівель з внутрішніми та зовнішніми джерелами ЕМВ.

Предмет дослідження - оцінка безпеки праці в робочих зонах стосовно ЕМВ з розробкою на цій основі рекомендацій з забезпечення комфортних умов.

Методи дослідження. В роботі використовано методи теорії системного аналізу, інформації, багатокритеріальної оцінки (для постановки завдання та розробки багатокритеріальної технології оцінки безпеки праці в робочих зонах з джерелами ЕМВ), математичного та геометричного моделювання, електродинаміки (для теоретичних досліджень оцінки безпеки праці стосовно ЕМВ) .

Наукова новизна дисертаційної роботи полягає у наступному:

1. Методи багатокритеріальної оцінки розвинуто та поширено на нову предметну область – оцінку безпеки праці в робочих зонах з джерелами ЕМВ.

2. Отримано нові, більш загальні рішення задачі визначення зон небезпечного випромінювання у виробничих приміщеннях, а також по фасаду будівель при різних місцях розташування внутрішніх та зовнішніх джерел ЕМВ.

3. Виявлено нові ефекти, що являють потенціальну небезпеку для людини в

режимі опромінення багаточастотними амплітудно-модульованими ЕМВ.

4. На основі обчислювального експерименту на ПЕОМ з оцінки безпеки праці у робочих зонах щодо ЕМІ вперше розроблено та обгрунтовано рекомендації з забезпечення комфортних умов при проектуванні будівель та приміщень.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані у дисертації результати дозволяють підвищити ефективність методів оцінки безпеки праці у робочій зоні з джерелами ЕМВ та обгрунтованість рекомендацій з забезпечення комфортних умов на основі впровадження нових моделей та методів комп'ютерних технологій. Наукові результати впроваджено у технічному бюро механічної обробки Харківського державного авіаційного виробничого підприємства щодо багатокритеріальної оцінки безпеки праці та забезпечення комфортних умов праці в робочих зонах з джерелами високочастотних та надвисокочастотних випромінюваннь стосовно атестації робочих міст з ЕМВ. Результати дисертаційної роботи використовано у лекційних курсах, виконанні лабораторних робіт з дисциплін “Охорона праці” та “Комп'ютерні технології” у урбоекології” у Харківському державному технічному універсистеті будівництва та архітектури, а також у лекційному курсі “Безпека життєдіяльності” у Національному аерокосмічному університеті “ХАІ”, м. Харків.

Особистий внесок здобувача. Основні результати роботи отримані автором особисто. Здобувач розробив: у роботі [1] - аналіз впливу ЕМВ на біологічні об'єкти; у роботах [2,3] - загальну методику багатокритеріальної оцінки безпеки праці; в роботах [4,5,6] - теоретичні дослідження та обчислювальний експеримент на ПЕОМ з оцінки безпеки праці у робочій зоні з внутрішніми та зовнішніми джерелами ЕМВ, а також рекомендації щодо забезпечення комфортних умов; в роботах [7,8] - системний аналіз та постановку задачі оцінки електромагнітної ситуації; в роботі [9] - критерії оцінки електромагнітної ситуації.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на 6-й Міжнародній конференції “Теория и техника передачи, приема и обработки информации” (Туапсе, 2000); Міжнародному екологічному конгресі “Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности” (Санкт-Петербург, 2000); 13-й Міжнародній школі-семінарі “Перспективные системы управления на железнодорожном, промышленном и городском транспорте ” (Алушта, 2000); республіканських семінарах Наукової Ради НАН України з напрямку “Кібернетика” (Харків, 1999-2000); 54-55-й науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (Харків, 1999-2000); семінарах кафедри безпеки життєдіяльності Національного аерокосмічного

університету “ХАІ” (Харків, 1997-1999).

Публікації. Основні наукові положення дисертації опубліковані в 6 статтях, 3 матеріалах і тезах доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 4 роз-ділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел, 4 додат-ків. Загальний обсяг сягає 154 сторінок. Крім основного тексту, викладеного на 122 сторінках, дисертація містить 15 рисунків, 6 таблиць, список літературних джерел із 94 найменувань на 12 сторінках та додатків на 20 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, показана важливість досліджень в галузі безпеки праці в умовах роботи з джерелами ЕМВ, сформульована мета роботи, поставлені основні завдання дослідження, показана новизна роботи, визначена практична цінність результатів.

Розділ 1 присвячено вивченню сучасного стану проблеми оцінки безпеки праці в робочій зоні з джерелами ЕМВ. В розділі проаналізовано джерела ЕМВ та особливості розповсюдження випромінювання; проаналізовано впливи ЕМВ на біологічні та технічні об'єкти, досліджено існуючі принципи нормування ЕМВ; поставлено задачу оцінки безпеки праці у робочій зоні з джерелами ЕМВ та проводено огляд методів її рішення.

На основі аналізу сформульовано загальну постановку задачі дослідження. Вона виходить з того, що відомими є:

1. Множина джерел ЕМВ у приміщенні та на території забудови;

2. Параметри усіх джерел ЕМВ;

3. Множина розрахункових точок у приміщенні та поблизу фасада будівлі.

При цьому необхідно визначити:

1. Для будь-якої розрахункової точки - значення рівня ЕМВ для ближньої та дальньої зони;

2. Відхилення рівнів ЕМВ від норми;

3. Значення комплексної оцінки при впливі декількох джерел ЕМВ (одного – з різними несучими частотами);

4. Зони дискомфорту за рівнем ЕМВ та їх показники;

5. Розробити рекомендації щодо забезпечення безпеки праці.

Враховуючи, що існуючі методи не забезпечують вирішення поставлених задач, сформульовано такі завдання дослідження:

1. Розробка інформаційної технології оцінки безпеки праці в робочій зоні стосовно ЕМВ, що включає: а) вибір основних її етапів; б) обгрунтування моделей багатокритеріальної оцінки безпеки праці в робочій зоні щодо ЕМВ; в) методи визначення зон дискомфорту стосовно ЕМВ та їх показників.

2. Теоретичні дослідження оцінки безпеки праці у робочій зоні за рівнем ЕМВ, що містять: а) вибір моделей джерел ЕМВ; б) розробку моделі дослідження розподілу ЕМВ у приміщенні з джерелом випромінювання; в) розроблення моделей розподілу ЕМВ по фасаду і в приміщенні будівлі від зовнішнього джерела ЕМВ; г) розроблення моделей дослідження небезпеки джерел ЕМВ з різними несучими частотами.

3. Обчислювальний експеримент на ПЕОМ стосовно оцінки безпеки праці щодо ЕМВ та розроблення рекомендацій з забезпечення комфортних умов, що включає: а) оцінку рівнів ЕМВ у приміщенні з джерелом та рекомендації стосовно забезпечення комфортних умов; б) оцінку рівнів ЕМВ по фасаду та у приміщенні і рекомендації стосовно їх зниження; в) оцінку небезпеки опромінення людини ЕМВ з різними несучими частотами та рекомендації стосовно забезпечення безпеки праці; г) розроблення нових вимог до організаційних методів захисту.

Розділ 2 дисертації вирішує задачу багатокритеріальної оцінки безпеки праці стосовно електромагнітних випромінювань.

Для вирішення цієї задачи обгрунтовано основні етапи оцінки безпеки праці за рівнем ЕМВ; вибрано моделі багатокритеріальної оцінки безпеки праці за рівнем ЕМВ; розроблено методи визначення зон дискомфорту щодо ЕМВ та їх показники.

Інформаційна технологія оцінки безпеки праці за рівнем ЕМВ включає такі основні етапи:

· вибір моделей джерел ЕМВ, що полягає у обгрунтуванні математичних залежностей, що пов'язують характеристики джерел ЕМВ та їх параметри;

· завдання розрахункових точок у виробничих приміщеннях та на прилеглих до них територіях згідно ДСТ та методикам у залежності від технологій виробничих процесів;

· визначення істотних параметрів середовища розповсюдження ЕМВ, грунтуючись на геометричних та електрофізичних параметрах об'єктів;

· встановлення гранично-припустимих рівнів ЕМВ проводиться за існуючими ДСТ у залежності від діапазонів ЕМВ та розташування розрахункових точок по відношенню до джерел ЕМВ;

· розбиття розрахункових точок на ділянки, що відрізняються за електромагнітними характеристикам та умовами розповсюдження ЕМВ;

· оцінка рівня ЕМВ у розрахункових точках від кожного джерела проводитися з урахуванням геометричних та електрофізичних характеристик об'єктів реального виробничого середовища;

· багатокритеріальна оцінка рівня ЕМВ від усіх джерел здійсняється з урахуванням комплексного впливу ЕМВ та визначенності початкової інформації;

· визначення меж зон дискомфорту щодо ЕМВ проводиться в залежності від комплексного впливу ЕМВ;

· розрахунок значень показників безпеки праці у робочій зоні щодо ЕМВ з метою розробки рекомендацій з забезпечення комфортних умов.

При комплексному впливі, фізичні фактори можуть мати незалежну, аддитивну, посилюючу та послаблюючу дію. В залежності від сукупності фізичних факторів, що розглядаються, обираються відповідні методи багатокритеріальної оцінки. Багатокритериальну оцінку робочого середовища слід починати з негативних факторів.

Коли досліджувані негативні фізичні фактори мають незалежну дію, то при багатокритеріальній їх оцінці, найбільш доречним є метод, що використовує послідовно застосовувані окремі критерії, ранжовані за ступенем небезпечності фізичних факторів. Наприклад, при побудові зони дискомфорту за усіма незалежними факторами, спочатку визначається зона дискомфорту за першим, найбільш небезпечним, фізичним фактором, потім за другим стосовно небезпечності. Якщо зона дискомфорту за другим фактором повністю не входить до зони дискомфорту за першим фактором, знаходиться їх об'єднання. Ця процедура виконується до тих пір, поки не знайдеться об'єднання зон дискомфорту за усіма фізичними факторами. Розглянемо випадок багатокритеріальної оцінки декількох негативних фізичних факторів однонаправленої дії,що описуються окремими критеріями з різними одиницями виміру. Узагальнений критерій використовує функції шкідливості .

, , (1)

тут - мають зміст рівня f -го фізичного фактора, його гранично припустимого та найкращого (фонового) рівней, відповідно. Якщо припустити = 0, отримаємо аналог формули багатокритеріальної оцінки фізичних факторів аддитивної дії

(2)

у якій сувора рівність визначає демаркаційну криву комфорту та дискомфорту. При W' > 1 маємо зону дискомфорту за усіма негативними фізичними факторами.

Посилююча або послаблююча дія одночасно декількох негативних фізичних факторів при їх багатокритеріальній оцінці може бути врахована в узагальненому критерії.

, (3)

вибором значень коефіцієнтів lf .

Таким чином, після оцінки робочого середовища з точки зору кожного негативного фактору, проводиться їх класифікація за комплексним впливом та обираються відповідні методи багатокритеріальної оцінки з сукупності розглянутих.

Для визначення зон комфорту та дискомфорту стосовно ЕМВ у виробничих приміщеннях будівель та на прилеглих територіях запропоновано новий метод вирішення цієї задачі. Для побудови електромагнітної карти приміщення (території забудови) на його умовній площині (поверхні, паралельній підлозі на висотах 0,5 м; 1,0 м; 1,5 м; 2,0 м) наноситься сітка з заданим кроком (1 м). В її вузлах розраховується рівень ЕМВ від усіх джерел. Отримані у вузлі сітки величини рівня ЕМВ позначаються по апплікаті у вибраному масштабі. Після обчислення значень рівня ЕМВ в усіх вузлах сітки будемо мати множину тривимірних точок, через які будується тривимірна поверхня розподілення його значень. Для знаходження демаркаційної кривої електромагнітного комфорту або дискомфорту (межі між зонами комфорту та дискомфорту) на висоті, відповідній припустимому рівню ЕМВ, позначається площина, паралельна умовній поверхні. Знаходиться перетин даної площини з побудованою поверхнею значень рівня ЕМВ. Будується проекція отриманої кривої на умовну поверхню, в результаті чого маємо межу зон комфорту та дискомфорту стосовно ЕМВ. Ці зони у загальному випадку можуть бути непов'язаними, у вигляді декількох областей, що не перетинаються.

Ступінь забезпеченості електромагнітним комфортом або величину дискомфорту для j-й розрахункової точки у ближній і дальній зонах визначають у проектних рішеннях за формулами

;

; (4)

;

де gЕ , gН , gЩПЕ - критерії забезпеченості комфортом за електричною та магнітною складовими, а також за щільністю потоку енергії;

Еj, Hj, ЩПЕj - очікувані рівні ЕМВ за відповідними показниками у розрахунковій точці, найбільш характерній для розглядуваного об'екту; ЕПРИ, НПРИ, ЩПЕПРИ - припустимі рівні ЕМВ за відповідними показниками у розрахунковій точці.

Від'ємне значення g характеризує ступінь дискомфорту стосовно ЕМВ у точці розрахунку або величину необхідного зниження рівня ЕМВ, що слід передбачати у проектних рішеннях: зниженням ЕМВ у джерелі, на шляху розповсюдження або у об'єкті, що захищається.

Існує низка критеріїв оцінки електромагнітної ситуації (ЕМС) приміщення або території забудови вцілому. Так, оцінка ЕМС приміщення полягає у визначенні середньовиваженого перевищення припустимих рівней ЕМВ стосовно досліджуваного приміщення в цілому та по окремим його функціональним зонам. Для приміщення в цілому:

(5) (6)

Для функціональних зон приміщення критерії будуть аналогічними, але кожна функціональна зона матиме свої припустимі значення.

Подання ЕМС приміщення у вигляді електромагнітних карт дозволяє оцінювати якість проектних рішень за допомогою коефіцієнтів комфорту та дискомфорту щодо ЕМВ. Ці коефіцієнти приміщень визначаються за формулами

(7)

де FД - площа приміщення, що знаходиться у зоні припустимих рівней ЕМВ, м2; F - площа всього приміщення, що розглядається, м2.

Коефіцієнти електромагнітного комфорту та дискомфорту по периметру будівель розраховуються за формулами

, (8)

де ld - периметр будівель, що знаходяться у зоні припустимих рівней ЕМВ, м;

lс – периметр усіх будівель, що розглядаються, м.

Важливим критерієм оцінки є кількість людей НД, що знаходяться у зоні дискомфорту, стосовно ЕМВ, або відносна кількість людей НД0 (у відсотках від загальної) у зоні дискомфорту. Показник НД можна рохраховувати після визначення зон комфорту та дискомфорту.

Таким чином, у розділі 2 зроблено низку висновків. Обгрунтовано основні етепи оцінки безпеки праці у робочій зоні стосовно ЕМВ. Вперше моделі багатокритеріальної оцінки поширено на нову ділянку – оцінку безпеки праці у залежності від ступеня визначеності критеріїв, їх взаємної важливості, початкової інформації й т.і., що забезпечує можлимість оцінки безпеки праці у робочій зоні при комплексному впливі багатьох джерел ЕМВ. Розроблено новий метод визначення зон комфорту та дискомфорту у робочій зоні стосовно ЕМВ, що дозволяє візуально розглянути розподіл ЕМВ у приміщеннях будівель та на прилеглих територіях. Обрано та обгрунтовано показники оцінки електромагнітної обстановки у виробничих приміщеннях будівель та на прилеглих територіях, що дає можливість порівнювати між собою різні проектні вирішення та розробляти рекомендації щодо забезпечення комфортних умов.

Розділ 3 присвячено теоретичним дослідженням з оцінки безпеки праці стосовно ЕМВ. В ньому розглядаються: моделі джерел ЕМВ; проводяться дослідження розподілення ЕМВ у приміщенні з джерелом випромінювання; досліджуються розподілення ЕМВ по фасаду та у приміщенні будівлі від зовнішнього джерела випромінювання; досліджується потенціальна небезпека джерел ЕМВ з різними несучими частотами.

При дослідженні розподілення ЕМВ в приміщенні з джерелом випромінювання особливо важливо вибрати математичну модель розрахунків. Якщо джерело – електричний штир або струмовий виток з геометричними розмірами набагато меншими довжини хвилі l, він може бути представлений відповідно як електричний та магнітний диполь.

Широким класом джерел ЕМВ є отвори та щілини в корпусах електронного та електротехнічного обладнання. Вони можуть розглядатися як електрично малі випромінювачі та описуватися трьома ортогональними магнітними дипольними моментами.

Розглядаючи задачу випромінювання джерелом, яке знаходиться у приміщенні, слід враховувати, що у приміщенні дві сусідні стіни є взаємно перпендикулярними, та, таким чином, складають кутовий відбивач. При певному розташуванні випромінювача вони можуть у визначених напрямках значно підсилювати або послаблювати ЕМВ. Розрахунок діаграми спрямованості металевого кутового відбивача звичайно здійснюється приблизним методом “дзеркальних зображень”. В ньому, середовище з кінцевою провідністю еквівалентно замінюється плоскою ідеально провідною поверхнею, що є опущеною на певну глибину d/2 відносно первісної межі розділу середовищ. Якщо диполь розташовано над провідним напівпростором на висоті h, то його дзеркальне відбиття відностно межі розділу середовищ буде знаходитись на відстані d+h.

Для електричного диполя та магнітного диполів:

, , (9)

де er - відносна діелектрична проникність; s - питома провідність.

При дослідженні кутового відбивача у вигляді двох взаємно перпендикулярних стін розмістимо початок координат у вершині кута та розташуємо осі x та y у площині стін. Положення електричного диполя визначимо координатами x0 , y0. Розглянутий кутовий відбивач можна замінити ідеально провідним кутовим відбивачем, площини якого здвинуто у бік від'ємних значень x та y на глибину d/2. Згідно методу “дзеркальних відбиттів”, напруженість ЕМВ у заданій точці (x, y), буде визначатися полем решітки з чотирьох диполів, що знаходяться від точки спостереження (x, y) на відстанях R1, R2, R3 та R4, що визначаються співвідношеннями

, , (10)

, ,

де , .

Враховуючи, що у дзеркальному зображенні вібратора струм зміщується за фазою на 1800 напруженість ЕМВ отриманої решітки вібраторів у точці спостереження (х , у) запишеться у вигляді

, (11)

де Ei - напруженість поля i-го вібратора, що знаходиться на відстані Ri від точки спостереження;ji - фаза струму i-го вібратора (j1=j3=0;j2=j4=p ).

ЕМВ у приміщенні можуть виникати не тільки від джерела, безпосередньо у ньому розташованного, але й проникати до нього зовні. Припустимо, що поблизу залізобетонної будівлі висотою H , на відстані X0 від нього на висоті Y0 від поверхні Землі розташовано джерело ЕМВ у вигляді горизонтального електричного диполя. Декартова система координат X, Y, Z обрана таким чином, щоб фасад будівлі розташовувався у площині X0Z. Якщо довжина будівлі є набагато більшої довжини хвилі, то напруженість електричного поля у довільно заданій точці зі сторони фасаду будівлі визначається рівнянням:

(12)

Тут значення складових напруженості поля E, обчислюються за формулою

, (13)

де Ie - струм у електричному диполі; l - довжина диполя; k0=2p/l- постійна розповсюдження у вільному просторі; R - відстань від точки спостереження до центру диполя;- одиничні орти у сферичній системі координат; - кут місця, що відраховується від вертикальноі осі диполя; Z0=120p - хвильовий опір вільного простору. Відстань R приймається рівною Ri, де …Ri і визначаються аналогічно (10), .

При дослідженні розподілу ЕМВ по фасаду та у приміщенні будівлі від зовнішнього джерела випромінювання враховується, що залізобетонні стіни будівель можуть екранувати ЕМВ, а через віконні отвори випромінювання проникає майже безперешкодно. У метровому та більшому діапазонах довжин хвиль залізобетонні стіни істотно (до 30 дБ) послабляють зовнішні ЕМВ, і тому, у першому наближенні їх можна вважати ідеально провідними. Таким чином, рівень ЕМВ у приміщенні буде визначатися екрануючими властивостями вікна. При дифракції на малому (меншому l) прямокутному отворі, поле за металевим екраном визначається комбінацією полів, еквівалентних електричному та магнітному диполям.

Застосовуючи до розглядуваної моделі приміщення метод “дзеркальних зображень”, при умові, що джерело ЕМВ розташоване на стіні приміщення, отримаємо результуючу напруженість поля у точці спостереження (Х, Y)

, N ® Ґ. (8)

де E a,b - обчислюються аналогічно (13)

Доволі часто у робочих приміщеннях, прилади працюють у різних частотних режимах (безперервному, амплітудно-модульованому, частотно-модульованої генерації і т.і.). При опроміненні персоналу ЕМВ від декількох джерел, що працюють у частотних діапазонах з єдиними гранично припустимими рівнями, вимірювання напруженості поля або щільності потоку енергії слід проводити від кожного джерела нарізно та визначати сумарне енергетичне навантаження, що не повинно перевищувати гранично припустимих значень.

При опроміненні людини електромагнітними імпульсами з різними несучими частотами на його внутрішніх ділянках тіла можливою є локальна концентрація енергії падаючого ЕМВ, що не спостерігається при безперевному випромінюванні. Розроблена модель оцінки потенціальної небезпеки опромінення людини багаточастотними ЕМВ дозволяє встановити новий ефект “локальної концентрації” ЕМВ у тілі людини.

Таким чином у розділі 3 для оцінки безпеки праці в рабочій зоні стосовно ЕМВ обрано найпоширеніші математичні моделі точкових та лінійних джерел випромінювання, що дає можливість визначити електромагнітну ситуацію в ідеальних умовах. Отримали подальший розвиток моделі оцінки безпеки праці стосовно ЕМВ у робочих зонах, які дозволяють визначити ділянки небезпечного випромінювання у виробничих приміщеннях, а також по фасаду будівель при різних місцеположеннях внутрішніх та зовнішних джерел випромінювання. Розроблені моделі оцінки потенціальної небезпеки опромінювання людини багаточастотними ЕМВ, що дозволяє встановити еффект локальної концентрації” ЕМВ у тілі людини.

Розділ 4 дисертації містить обчислювальний експеримент на ПЕОМ стосовно оцінки безпеки праці щодо ЕМВ та розробку рекомендацій з забезпечення комфортних умов.

В розділі проводились:

оцінка рівнів електромагнітних випромінювань в приміщенні з джерелом випромінювання та визначено зони небезпечного випромінювання джерела ЕМВ при врахуванні різних варіантів його розташування (Рис. 1), різних електрофізичних властивостей приміщення, розроблено рекомендації з забезпечення комфортних умов;

Рис.1. Зони небезпечного випромінення джерела ЕМВ електричного типу за умов різного розташування джерел електромагнітного випромінювання: а) при розташуванні джерела вздовж широкої стіни на відстані l від неї; б) при розташуванні джерела вздовж широкої стіни на відстані l/4 від стіни; в) при розташуванні джерела на бісектрисі кута на відстані 0.48l від його вершини;

оцінка рівнів ЕМВ по фасаду та в приміщенні будівлі з зовнішніми джерелами (розглянуто розподіл ЕМВ по висоті будівлі для різних джерел – рис.2, та у залежності від положення джерела рис.3), оцінка ЕМВ у приміщенні при наявності вікна на фасаді (рис. 4), вікна на торці будівлі (рис.5), розроблено рекомендації щодо їх зниження;

Проведений в розділі обчислювальний експеримент на ПЕОМ з метою розробки рекомендацій з забезпечення комфортних умов праці стосовно ЕМВ дозволив зробити такі висновки:

Рис.2 Розподіл ЕМВ по висоті будівлі Рис. 3 Розподіл ЕМВ по висоті будівлі у залежності від положення джерела

1. Якщо джерело ЕМВ знаходиться в середині приміщення, то створюване ним випромінювання в цьому приміщенні має такі особливості:

1.1 Встановлено, що для джерела ЕМВ електричного типу мінімальна за площею зона небезпечного випромінювання має місце при розташуванні джерела в куті приміщення на відстані від його вершини Rеф=l.

1.2 Визначено, що максимальна за площею зона небезпечного випромінювання спостерігається при розташуванні джерела ЕМВ біля центральної стіни приміщення на відстані Rеф=l / 4 від неї. Виявлено, що для джерела ЕМВ магнітного типу мінімум площі небезпечної зони випромінювання буде при розташуванні його в куті приміщення на відстані Rеф=0.5 l від вершини кута.

1.3 Встановлено, що при зменшенні питомої провідності стін у 4 рази, площа небезпечної зони випромінювання скорочується у 2 рази.

2. Виявлено, що якщо джерело ЕМВ розташовано біля фасаду будівлі, то високий рівень ЕМВ має максимальну протяжність по висоті будівлі, причому при розташуванні джерела на відстанях від фасаду від 3l до 8l ця ділянка складає 70% від висоти будівлі, починаючи з верхніх поверхів. Тому пропонуються такі рекомендації:

2.1 Використання радіопоглинаючої цегли та бетонів для будівель, що знаходяться поблизу.

2.2 Використання напівпровідникових матеріалів для асфальтових та бетонних покриттів земельних ділянок навколо будівель.

Рис. 4 Результати оцінки розподілу ЕМВ у приміщенні, де вікно розташовано на фасаді; Рис. 5 Результати оцінки розподілу ЕМВ у приміщенні, де вікно розташовано на торці;

3. Якщо джерело електромагнітної енергії розташоване поза стін приміщення, то випромінювання, що проникне через вікно, створює в середині приміщення такий розподіл ЕМВ:

3.1 Визначено, що при опроміненні приміщеня зі сторони фасаду будівлі, максимальна площа зони випромінювання в приміщенні має місце у випадку розташування вікна у центральній частині стіни, а мінімальна – при розташуванні центра вікна на відстані чверті довжини хвилі від кута приміщення.

3.2 Встановлено, що аналогічна картина спостерігається й при опроміненні приміщення зі сторони торців приміщення, однак зони небезпечного випромінювання у цьому випадку займають у декілька разів меншу площу.

3.3 Виявлено, що при опроміненні приміщення як зі сторони фасаду будівлі, а також зі сторони його торця, підвищені значення рівнів ЕМВ спостерігаються у кутах приміщення.

3.4 Визначено, що максимальний рівень випромінювання, що проникло до приміщення, має місце поблизу вікна у колі радіусом (1…1.5)l від його центра. При цьому, значення рівня ЕМВ, що проникло, перевищує падаючий рівень.

4. Встановлено, що, при опроміненні людини радіоімпульсним випромінюванням з різними несучими частотами, у середині його тіла можливим є виникнення локальних концентрацій ЕМВ, що потребує перегляду встановлених припустимих рівнів опромінення або прийняття захистних мір, що усувають даний ефект.

5. Розроблено нові додаткові вимоги до діючих методів захисту, що дозволяють визначити у виробничому приміщенні зони, заборонені для розташування робочих місць та джерел ЕМВ.

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу джерел ЕМВ та їх впливу на біологічні та технічні об'єкти обгрунтовано необхідність вирішення завдання оцінки безпеки праці в робочій зоні стосовно ЕМВ та розроблення рекомендацій щодо забезпечення комфортних умов.

2. З метою розроблення рекомендацій та нових організаційних методів захисту вивчено картину розподілення полів у ближній та дальній зонах, що створюються у приміщенні та по фасаду будівлі різними джерелами ЕМВ. Визначено ті місця розміщення джерел випромінювання, для яких небезпечна зона випромінювань займає мінімальну площину. Отримано аналітичні вирази, що дозволяють розрахувати для цього випадку координати розміщення джерела в залежності від геометричних розмірів будівлі, приміщення та провідності їх стін.

3. Знайдено зони, в межах яких рівень ЕМВ в приміщенні та по фасаду будівлі має максимальні значення як при розташуванні джерела ЕМВ у середині приміщення, так і зовні його. Надано рекомендації про порядок розміщення робочих місць у приміщенні з точки зору мінімального за рівнем опромінення персоналу.

4. Вперше встановлено, що за умов опромінення людини амплітудно-модульованими ЕМВ з різними несучими частотами можливий ефект “локальної концентрації” ЕМВ у тілі людини. Розроблено рекомендації про порядок розміщення в таких випадках робочих місць настроювачів та регулювальників радіоапаратури задля зниження впливу даного ефекту.

5. Для перевірки достовірності основних положень дисертації вирішено низку конкретних практичних завдань й проведено їх порівняння з результатами, отриманними традиційними методами.

6. Виконані дослідження виявили низку нових завдань в галузі проектування організаційних та технічних засобів захисту від ЕМВ.

Список опублікованих праць за темою дисертації:

1. Нефедов Л.И., Аль-Таххан Биляль, Сахацкий В.Д. Анализ воздействия электромагнитніх полей на биологические объекты // Науковий вісник будівництва. – Харків, 1999. – Вип. 8. – С. 59-63.

2. Аль-Таххан Биляль, Гайдачук А.В., Хвастунова Е.В. О выборе критерия безопасности производственной деятельности // Сб. науч. тр. “Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов”. – Харьков, 1998. – Вып. 12. – С. 86-91.

3. Кобрин В.Н., Аль-Таххан Биляль, Хвастунова Е.В. Методика выбора параметров критерия безопасности производственной деятельности на основе статической оценки экспериментальных данных // Сб. науч. тр. “Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов”. – Харьков, 1998. – Вып. 12. – С. 99-103.

4. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль-Таххан Б., Аль-Хеяри А.. Исследование распределения электромагнитного поля в помещении при размещении в нем источника излучения // Радиотехника. – 2000. - № 113. С. 142-147.

5. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль-Таххан Б., Аль-Хеяри А.. Анализ распределения эМП по фасаду и в помещении здания от внешнего источника излучения // Радиотехника. – 2000. - № 113. С. 147-150.

6. Нефедов Л.И., Сахацкий В.Д., Аль-Таххан Биляль, Нефедова А.Л.. Оценка потенциальной опасности источников эМП с разными несущими частотами // Радиоэлектроника и информатика. – 1999. № 4. С.126–128.

7. Нефедова А.Л., Аль-Таххан Б. Оценка безопасности труда в рабочей зоне с источником электромагнитных полей // Сб. науч. тр. Междунар. эколог. конг. “Новое в экологии и БЖД”. – С.-Пб.- 2000. – Т.2.- С.108.

8. Нефедов Л.И., Сахацкий В.Д., Аль-Таххан Б. Критерии оценки электромагнитной обстановки // Сб. науч. тр. по матер. 6-й Междунар. конф. “Теория и техника передачи, приема и обработки информации (новые информационные технологии)”. – Харьков, 2000. С.72–73.

9. Нефедов Л.И., Сахацкий В.Д., Аль-Таххан Б. Системный анализ электромагнитной обстановки // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 2000. - № 4. С.119–120.

АНОТАЦІЇ

Аль-Таххан Біляль. Безпека праці в робочих зонах з джерелами високочастотних та надвисокочастотних випромінювань при проектуванні будівель та приміщень. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01. – охорона праці. – Придніпровська державна академія будівництва та архітектури. Дніпропетровськ, 2000.

В роботі на основі аналізу джерел електромагнітного випромінювання (ЕМВ) та їх впливу на біологічні та технічні об'єкти досліджуються питання безпеки праці. З метою розробки рекомендацій щодо нових організаційних методів захисту вивчено картину розподілення полів у ближній та дальній зонах, що створюються у приміщенні та по фасаду будівлі різними джерелами ЕМВ. Визначено місця розміщення джерел випромінювання, для яких небезпечна зона випромінювань займає мінімальну площу. Отримано аналітичні вирази, що дозволяють розрахувати координати розміщення джерела в залежності від геометричних розмірів будівлі, приміщення та провідності їх стін. У результаті проведення обчислювального експерименту знайдено зони, в межах яких рівень ЕМВ в приміщенні та по фасаду будівлі має максимальні значення як при розташуванні джерела ЕМВ у середині приміщення, так і зовні його. Встановлено, що за умов опромінення людини амплітудно-модульованими ЕМВ з різними несучими частотами можливий ефект “локальної концентрації” ЕМВ у тілі людини. Розроблено рекомендації стосовно порядку розміщення робочих місць персоналу в таких випадках задля зниження шкідливого впливу ЕМВ.

Ключові слова: електромагнітне випромінювання, джерело випромінювання, ближня зона, дальня зона, рівень опромінення, щільність потоку енергії.

Аль-Таххан Биляль. Безопасность труда в рабочих зонах с источниками высокочастотных и сверхвысокочастотных излучений при проектировании зданий и помещений. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01. – охрана труда. – Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. Днепропетровск, 2000.

В работе на основе анализа источников електромагнитного излучения (ЭМИ) и их влияния на биологические объекты исследуются вопросы оценки безопасности труда в рабочих зонах по ЭМИ с разработкой на этой основе рекомендаций по обеспечению комфортных условий.

Предложена методика многокритериальной оценки безопасности труда в рабочих зонах с источниками ЭМИ, использующая модель многокритериальной оценки. Оценка безопасности труда в рабочей производится при учете комплексного влияния множества источников ЭМИ. Разработано новые способы определения зон комфорта и дискомфорта в рабочей зоне. Выбраны и обоснованы показатели оценки электромагнитной обстановки в производственных помещениях зданий и на прилегающих териториях, что дает возможность сравнивать между собой различные проектные решения и разрабатывать рекомендации по обеспечению комфортных условий в рабочих зонах.

С целью разработки рекомендаций по новым организационным методам защиты изучено картину распределения полей в ближней и дальней зонах, которые создаются в помещении и по фасаду здания различными источниками ЭМИ. Получены новые, более общие решения задачи определения зон опасного излучения в производственных помещениях, а также по фасаду зданий. Рассмотрено влияние свойств материалов зданий и помещений на єлектромагнитную обстановку в присутствии источника излучения. Определены места размещения источников излучения, для которых опасная зона излучений занимает наименьшую площадь. Получены аналитические выражения, которые позволяют произвести расчеты координат размещения источника в зависимости от геометрических размеров здания, помещения и проводимости стен.

В результате проведения вычислительного эксперимента произведена оценка уровней ЭМИ в помещении с источником, оценка уровней ЭМИ по фасаду и в помещении здания с внешними источниками, оценка опасности облучения человека ЭМИ с разными несущими частотами. Найдено зоны, в пределах которых уровень ЭМВ в помещении и по фасаду здания имеет максимальные значения как при размещении источника ЭМИ в центре помещения так и вне его. Установлено, что в условиях облучения человека амплитудно-модулированным ЭМИ с разными несущими частотами возможен эффект “локальной концентрации” ЭМИ в теле человека.

Разработаны рекомендации о порядке размещения рабочих мест персонала для снижения вредного влияния ЭМИ, по обеспечению комфортных условий при проектировании зданий и помещений. Для проверки достоверности основных положений дисертации решен ряд конкретных задач, проведены сравнения с результатами, полученными применением традиционных методов.

Ключевые слова: электромагнитное излучение, источник излучения, ближняя зона, дальняя зона, уровень облучения, плотность потока энергии.

Al-Tahhan Bilal. Labour safety in work zones with high-frequency and super- high-frequency radiation sources at building and apartment design . – Manuscript.

The thesis applying for a Ph.D. degree in the speciality - 05.26.01. – Labour safety. – Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dnipropetrovsk, 2000.

Basing the analises of electromagnetic radiation sources and their affect on biological objects the labour safety problems are discussed. For recommendation development to new organizational vethods of safety, there are researched the field distribution pattern, created by different electromagnetic sources in the production area and at the building face for near and far areas. There were found the best placement of radiation sources, for which the dangerous radiation area is minimal. The analitic expressions for source placement computation depending of geometrical parameters of building, apartment and walls conductivity are acquired.

By result of computational experiment, there are found the areas, in which the electromagnetic