автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Снижение шума на рабочих местах в помещениях акустическими экранами

БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

"ВОЕНМЕХ" имени Д.Ф. Устинова

На правах рукописи

Зюзликова Наталья Васильевна

СНИЖЕНИЕ ШУМА НА РАБОЧИХ МЕСТАХ

В ПОМЕЩЕНИЯХ АКУСТИЧЕСКИМИ ЭКРАНАМИ

05.26.01 Охрана труда 01.04.06 Акустика

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Н.И. Иванов

Санкт-Петербург - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................................................................................................................ 4

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ 8 ИССЛЕДОВАНИЯ.......................................................................................................................

1.1. Влияние производственного шума на человека........................................................ 8

1.2. Нормирование шума на рабочих местах......................................................................................................................................13

1.3. Требуемое снижение шума на рабочих местах в помещениях................................................................15

1.4. Методы и средства снижения шума на рабочих местах обслуживающего 19 персонала.............................................................................................................................

1.5. Особенности применения акустических экранов..........................................................................................................22

1.6. Методы расчета акустических экранов..........................................................................................................................................32

1.7. Постановка задач исследования...........................................................................................................................................................53

Выводы по главе..................................................................................................................................................................................................................................55

ГЛАВА 2. ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ АКУСТИЧЕСКИХ ЭКРАНОВ........................................................................................57

2.1 Общие положения к анализу акустических экранов в помещении..................................................57

2.2 Описание расчетных схем........................................................................................................................................................................................62

2.3 Основные допущения и границы исследования................................................................................................................67

2.4 Разработка математических моделей акустических экранов......................................................................69

2.4.1 Прямой звук, прошедший через экран............................................................................................................................71

2.4.2 Звук, поступивший в РТ за счет дифракции на "открытых" ребрах 73 акустического экрана...................................................................................................

2.4.3 Звук, проникающий в расчетную точку через проем между бесконечной 74 отражающей поверхностью и акустическим экраном..............................................

2.4.4 Учет влияния отражений на эффективность акустического экрана............................75

2.4.4.1 Расчет звука, проникающего в РТ в результате отражения от 75 бесконечной отражающей поверхности.............................................................

2.4.4.2 Расчет звука, проникающего в расчетную точку в результате 76 отражения от единичной отражающей поверхности конечных размеров......

2.4.4.3 Звук, проникающий в расчетную точку в результате отражения от 79 поверхностей помещения....................................................................................

2.5 Расчет акустических экранов..............................................................................................................................................................................80

2.5.1 Расчетная схема 1..............................................................................................................................................................................................80

2.5.2 Расчетная схема 2.......................................................................................................................81

2.5.3 Расчетная схема 3..............................................................................................................................................................................................82

2.5.4 Расчетная схема 4..............................................................................................................................................................................................85

2.5.5 Расчетная схема 5..............................................................................................................................................................................................86

2.6 Оптимизация конструкции акустичеких экранов............................................................................................................88

Выводы по главе.................................................. ................................................................................................................................94

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 96

ИССЛЕДОВАНИЙ.......................................................................................................................

3.1. Определение эффективности экспериментальных акустических экранов........................96

3.1.1. Основные характеристики и методы определения эффективности 96 акустических экранов..................................................................................................

3.1.2. Условия измерений.........................................................................................................................................97

3.1.3. Порядок проведения измерений..............................................................................................................................................98

3.1.4. Обработка результатов измерений......................................................................................................................................101

3.2. Описание акустических стендов и акустическая аппаратура....................................................................103

3.2.1. Испытательные помещения..............................................................................................................................................................103

3.2.2. Испытания в полузаглушенном помещении........................................................................................................103

3.2.2. Испытания в акустической камере......................................................................................................................................109

3.2.4. Измерения эффективности АЭ на рабочем месте в реальном 111

производственном помещении...................................................................................

3.3. Выбор экспериментальных АЭ....................................................................................................................................................................113

3.4. Оценка достоверности и точности измерений эффективности АЭ................................................115

Выводы по главе..................................................................................................................................................................................................................................117

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ 118

ЭКРАНОВ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ИХ ПРИМЕНЕНИЮ.........................

4.1. Сравнение экспериментальных данных с результатами расчетов....................................................118

4.2. Влияние угла дифракции и размеров на эффективность акустического экрана... 120

4.3. Влияние материала экрана на эффективность АЭ........................................................................................................124

4.4 Влияние наличия и вида отражающих поверхностей..............................................................................................128

4.5. Рекомендации по применению АЭ для снижения шума на рабочих местах..................135

4.6. Апробация предложенных рекомендаций для снижения шума в помещениях.... 137 Выводы по главе..................................................................................................................................................................................................................................139

Основны выводы по диссертации..............................................................................................................................................................................................142

Литература.............................................................................................................................................................................................................................................................144

Приложение 1. Программа расчета и оптимизации АЭ......................................................................................................................156

Приложение 2. Испытательные стенды..........................................................................................................................................................................162

Приложение 3. 2-я редакция межгосударственного стандарта"Экраны акустические 164

передвижные. Методы определения ослабления звука в условиях эксплуатации"...............

Приложение 4. Технический акт внедрения............................................................................................................................................................185

Введение

Борьба с шумом - важная научная и практическая проблема, актуальность которой возросла к концу XX столетия. Действительно, технический прогресс выражается в увеличении скоростных параметров транспортных средств, возрастании производительности машин, технологических установок и агрегатов, что ведет к увеличению шума, излучаемого этими системами в окружающее пространство. С другой стороны, улучшение уровня жизни в развитых странах влечет все более возрастающее насыщение среды обитания автомобилями, электроприборами и прочими устройствами, которые излучают шум. Повышенный шум окружает человека, особенно горожанина, на работе, на отдыхе, дома, при передвижении. Человек подвергается своего рода акустической экспансии.

Чтобы понять масштабы акустического воздействия приведем лишь два примера. В Объединенной Европе более 80 млн. человек страдают от повышенного шума, который оказывает вредное влияние на их здоровье. Еще 170 млн. человек подвергаются воздействию несколько меньших по уровню, но чрезвычайно неприятных по субъективному восприятию акустических воздействий.

Трудно себе даже вообразить, что было бы с человечеством, если бы не те усилия, зачастую весьма успешные, которые предпринимаются в области борьбы с шумом. Достаточно лишь отметить, что за последние 40 лет шум пассажирских реактивных самолетов снизился на 30-35 дБА (или в 8-10 раз по субъективному восприятию громкости), легковых и грузовых автомобилей - на 10-15 дБА (или в 2-3 раза по субъективному восприятию громкости), передвижных компрессорных станций - на 35-40 дБА (или - значительно более, чем в 10 раз), пассажирских поездов на 15-20 дБА (или - в 3-4 раза), рабочих мест в металлообрабатывающих цехах на 5-10 дБА (или - в 1.5-2 раза) и т.д.

Общество дорого платит за борьбу с шумом. По оценке германских ученых стоимость борьбы с шумом определена из расчета 10 экю на каждый 1 дБА

снижения шума в год (на одного человека). Исходя из этой цифры, расходы на борьбу с шумом в странах Европейского Сообщества (ЕС) приблизительно составляют 38 млрд. экю в год или около 0.65% валового национального продукта. Только на установку 2000 километров акустических экранов и шумозащит-ного остекления 0.5 млрд. кв. метров окон в Германии была израсходована сумма, составляющая примерно 4 млрд. немецких марок. При этом расходы на шумозащиту по оценке экспертов почти на порядок ниже того, что требуется для обеспечения акустического комфорта граждан.

В настоящее время человечество располагает широким многообразием средств защиты от шума, включая возможность разработки новых технологий (например, активная шумозащита), использования новых шумозащитных конструкций, новых акустических материалов и т.д. Среди различных средств защиты от шума одними из наиболее активно изучаемых и применяемых в последнее время являются акустические экраны (АЭ). АЭ - самая распространенная в мире конструкция защиты от шума, наиболее широко используемая, в основном, для защиты от акустического загрязнения окружающей среды. В США, Германии, Японии, Италии, Швейцарии, Франции, Голландии, Канаде и др. развитых странах построены десятки тысяч километров АЭ, установленные вдоль автомобильных и железнодорожных магистралей, в районах аэропортов. Отметим, что стоимость одного километра АЭ, адаптированного к ландшафту и особенностям прилегающей местности, составляет более 500 тыс. долларов США, другими словами, затраты на изготовление и установку АЭ во многих странах мира составляют внушительную сумму.

В то же время, масштабы использования АЭ для снижения шума на рабочих местах значительно менее впечатляющие. По имеющимся в литературе данным применение АЭ для защиты от шума на промышленных предприятиях носит эпизодический характер. Несколько более широко применяются АЭ для защиты от шума в офисах. Но масштабы этого использования ни в какое сравнение не идут с масштабами использования АЭ в целях снижения акустическо-

го загрязнения окружающей среды. В то же время, учитывая чрезвычайно низкую стоимость и достаточно высокую эффективность АЭ, а также их хорошие эксплуатационные качества, экраны представляются одной из наиболее приемлемых конструкций для защиты от шума рабочих мест в помещениях. В научной литературе очень распространен взгляд о небольшой эффективности АЭ в помещениях из-за сильного влияния составляющей отраженного звука. Причин этому может быть названо несколько, но главная, на наш взгляд, - это недостаточная изученность и практическая проработанность вопроса использования АЭ для снижения шума в помещениях.

Следует отметить, что установка АЭ в помещениях имеет свои особенности связанные с влиянием отраженного звука и наличием больших углов дифракции, что предполагает выполнение специальных исследований по изучению этих и прочих вопросов, например, связанных с влиянием особенностей конструкции АЭ на эффективность снижения шума при их установки в помещении. Таким образом, целью настоящего исследования является изучение закономерностей и зависимостей использования акустических экранов для снижения шума в помещении, разработка методов расчета эффективности АЭ, исследование возможностей применения АЭ для эффективного снижения шума на рабочих местах в помещениях.

На защиту выносится:

1. Классификация АЭ в зависимости от назначения, формы и конструктивного исполнения.

2. Методика расчета плоских АЭ, установленных в помещениях, в которой учтено влияние помещения, отражающих поверхностей, расположение АЭ в пространстве и его конструктивное исполнение.

3. Результаты оптимизации параметров АЭ.

4. Данные экспериментальных исследований связи эффективности АЭ с углом дифракции, площадью, видом материала, акустических свойств помещения, наличия и характеристик отражающих поверхностей.

5. Рекомендации по конструкции, установке АЭ и применению звукопоглощения для увеличения эффективности АЭ в помещении.

6. Методика измерения эффективности АЭ в натурных условиях.

Работа была выполнена на кафедре «Экологии и БЖД» Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» имени Д.Ф.Устинова (БГТУ). Работа включена в план БГТУ.

Основные результаты работы внедрены на АО «Ростсельмаш», г. Ростов-на-Дону, в цехах механической обработки.

Практическим результатом работы явилась разработка межгосударственного стандарта «Экраны акустические передвижные. Методы определения ослабления звука в условиях эксплуатации», методики расчета эффективности АЭ и практические рекомендации по их применению в помещениях.

Автор приносит глубокую благодарность всем сотрудникам кафедры «Экологии и БЖД», оказавшим помощь при выполнении настоящего исследования.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Влияние производственного шума на человека

Шум, как мешающий, нежелательный звук является одним из широкораспространенных вредных и опасных факторов производственной среды. Многочисленными медицинскими исследованиями установлено воздействие шума как на органы слуха [85,197,114,198], так и на весь организм человека [55,118,160,60]. Доказано, что шумовое раздражение воспринимается слуховым анализатором и передается в ретикулярную формацию головного мозга, вследствие чего, иннервируемые вегетативной нервной системой висцеральные органы (сердце, кровеносные сосуды, кишечник, эндокринные железы и т.д.) могут быть вовлечены в ответную реакцию на действие шума [5]. Поэтому, все эффекты действия шума на человека предлагается подразделить на три основные группы:

- физиологические прямые или специфические эффекты, к которым отнесем воздействие на органы слуха, восприятие шумности и маскировку;

- физиологические неспецифичные реакции, вызывающие различные заболевания организма человека (нарушения деятельности системы кровообращения, центральной нервной системы, нейроэндокринной системы, и т.д. [97]), и

- психологические неспецифические реакции [55], такие как неприятные ощущения помехи и ущерба с формированием особого отношения к источнику шума (влияние на работоспособность, ощущение дискомфорта, и т.д.).

Специфические (прямые или непосредственные) эффекты больше зависят от физических характеристик шума, в частности, от его уровня и длительности, а неспецифичные (опосредованные) реакции в большей мере зависят от индивидуальных особенностей человека. Литература, посвященная проблеме воздействия шума на человека, столь обширна, что представляется целесооб-

разным показать актуальность влияния шума на человека, используя характерные примеры.

Первое документальное подтверждение вредного влияния шума на слух работающих было представлено в 1713 году в работе Бернардини Рамазини, основоположника учения о профессиональных заболеваниях [159]. Однако, только в конце XIX века неожиданно появилось большое количество публикаций по проблеме в странах с наиболее интенсивно развивающейся промышленностью. Германские ученые Moos, Gottstein и Kayser (1880, 1881) приводили данные о глухоте кузнецов и водителей локомотивов, американский ученый Holt (1882) и шотландец Barr писали о воздействии шума на работающих с паровыми котлами, русский исследователь Малютин приводил данные о воздействии шума на ткачей. Однако, особенностью указанных исследований было то, что они носили, в основном, эпизодический характер и проводились приближенными методами сравнения слуха у двух групп населения - неподверженной и подверж�