1、第六章 物 理 环 境,关于声、电、放射性、光 和热的能量环境学知识,第一节 声学环境,1.1 噪声概述 从声音到噪声声音是振动以波的形式在弹性介质中传播的现象，噪声也是一种特殊性的声音。噪声的定义人们不需要，影响感受并干扰生活、生产和学习的声音称为噪声物理声学中的噪声是无规律、随机、杂乱无章的声音，如街头喧闹声、雷雨交加声,噪声和噪声污染的法律定义,本法所称环境噪声，是指在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的干扰周围生活环境的声音。 本法所称环境噪声污染，是指所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。中华人民共和国环境噪声污染防治法,噪
2、声的特点,感觉性和主观性：是否噪声，噪声强弱等都依环境和个人感觉而定噪声是“感觉公害” 感觉上的主观相对性：不但取决于声音的物理性质，还与人的生活状态、主观感受有关有时难以达成共识 分散性和局限性：噪声源普遍存在，难于集中治理；噪声的影响范围有限 暂时性：噪声是能量流污染，噪声不积存，但未还不一定消失,1.2 噪声的表征,声压、声压级与分贝 声源在介质中辐射声波时，声波中的大气压力就产生一定的波动，空气中压力超过静态大气压的部分称声压：N/m2 用声压表示声音大小，从刚可闻的声压到使人疼痛的声压，相差1106N/m2 如此大的范围不便使用，提出声压级概念 理论基础：人的耳朵对声信号强度的感受反
3、应不是线性的，而是成对数比例关系,1.2 噪声的表征 2,声压级是声压平方与频率1000Hz纯音听阈声压平方比值的对数值的10倍，定名为分贝，符号为dB。数学表达式是 Lp=10lg = 20lg 式中：Lp为对应声压级，P为声压，N/m2P0为基准声压，是人对1000Hz的听阈声压，P0=210-5N/m2,关于噪声的其他物理量,用声压级（dB）表示人的听力变化范围，仅有0120分贝，大大简化 频率(f)：声源在1秒钟内振动的次数，单位 Hz。人耳可听频率范围从20 Hz到20000 Hz。 波长()：沿声波传播方向振动一个周期所传播的距离 单位 m 声速（v）：声音在介质中的传播速度，单位
4、 m/s,噪声的表征 3,人的听觉对不同频率声音的灵敏度是不同的，高音频敏感，低音频迟钝。 对同是90分贝的噪声，对电锯声感觉强烈而刺耳，对大鼓声感觉一般且缓和 据测定，人耳对10005000Hz的声音最敏感，低音下降显著。 原因是人耳听到声音时，产生了某种强度的“失真”，一部分低频声音被按一定比例滤除掉，相当于接入一个滤波器,噪声的表征 3,计权网络为模拟人耳的听觉感受，设计了A、B、C等不同的计权网络，实际是一种滤波器，其中A计权与人耳听觉相似，最常用CBA,噪声的危害,1959年，美国为了解噪声对人体的影响，重金聘请10名志愿者接受超音速飞机低空掠过的试验，结果是10人七窍出血，全部当场
5、死亡。声音达到150dB以上 结果是非人道的试验方式被取缔；超音速飞机禁止在低空和城市上空超音速飞行 英国现代音乐会上，300人突然休克，声压级高于115dB 古代欧洲的酷刑：将犯人置于大钟之下，敲击震荡使之死亡,噪声标准,噪声标准分为噪声控制标准和噪声测量标准 城市区域环境噪声标准 建筑施工场界噪声限值 工业企业厂界噪声标准 工业企业设计卫生标准(噪声部分) 汽车定置噪声限值 铁道机车辐射噪声限值 地下铁道车站站台噪声限值 机场周围飞机噪声环境标准,城市区域噪声标准（1993）夜间突发噪声可以增加15dB 安静居住小区应达到1类标准,噪声标准的讨论,标准分类的适用对象0类：疗养区、高级别墅区
6、、高级宾馆区何为高级？房屋有贵贱，人人自平等1类：文教、生活区2类：住宅、商业、工业混合区3类：工业区 4类：交通干线沿线,有关噪声标准摘录,建筑施工场界噪声限值 （1999）作业场所噪声声级卫生限值 （2002）,1.3 噪声来源,噪声的产生机理分为机械噪声、空气动力性噪声、电磁噪声三大类 噪声的分类按时间变化规律可分为稳态噪声、非稳态噪声。稳态噪声的频率、强度不随时间变化非稳态噪声可分为瞬态噪声、周期起伏噪声、脉冲噪声和无规噪声等几种,噪声来源 2,噪声按发生来源可划分为交通噪声、工业噪声、施工噪声、社会生活噪声和自然噪声等五类 交通噪声车辆发动机、排气、鸣笛、车轮摩擦；飞机噪声；铁路噪声
7、：车轮撞击铁轨、鸣笛 工业噪声设备和操作的机械噪声、电机的电磁噪声、风机和管道的空气动力性噪声,1.3 噪声来源 2,城市生活噪声社会生活中产生的噪声集贸市场儿童喧闹 建筑施工噪声打桩、开挖地基、运输车辆、电锯、砼振捣、拆除作业 自然噪声风、雷声、水声、松涛、海涛,部分噪声源强度（dB）,机械噪声喷气发动机150dB 、凿岩机 125dB、风铲风铆 130dB 、球磨机 120dB、 振捣机115dB 、电锯 110 dB、打桩机 105dB 、 空压机 88dB 家用电器除尘器6084dB 、洗衣机5080dB、 电冰箱3058dB 、空调机3550dB家庭音响、家庭影院8095dB,部分噪
8、声源的强度（dB）,施工现场场界场地清理84dB 、挖土方88dB 、地基7888dB 安装7985dB 、修整8489dB 车辆摩托车6090dB 、轿车5080dB 、卡车7090dB 、拖拉机8095dB,1.4 噪声危害,对生理影响：损害听力、增加心血管疾病表1 工作40年后噪声性耳聋发病率80分贝以上时，噪声每增加5分贝，噪声性耳聋发病率增加10%,噪声危害 2,对心理影响：烦躁、易激动、易怒、易失去理智表2 噪声对交谈的影响对孕妇、胎儿影响妊娠并发症增多、胎儿发育不良甚至畸形,噪声标准 2,表3 噪声允许范围 单位 dB表4 基本标准在不同时间修正值 dB,噪声危害 3,对生产影响
9、心情烦躁、容易疲劳、影响效率、影响注意力、反应迟钝、影响安全 对睡眠影响40dB的连续噪声可以使10%的人受影响，70 dB噪声可使50%的人受影响突然噪声达40dB时可使10%的人惊醒，达到60dB时，可使70%的人惊醒,噪声的危害,噪声对动物影响引起脏器损伤、五官和中枢神经系统病理性损害、生殖系统和内分泌系统紊乱，鸟类不产卵 对物质结构影响声疲劳破坏材料结构，缩短使用寿命 特殊的声环境极限：声音对于人类是必需的，绝对的寂静无声对人体是有害的：造成食欲减退、精神紧张、恐惧不安、发疯、失去理智、精神错乱等。有时危害甚于噪声,1.5 噪声控制,噪声控制原则噪声源控制和过程控制相结合噪声源控制：低
10、噪声设备、无声或低噪声工艺（以焊接或粘接代替铆接），材料改进或替代材料等过程控制：吸声、消声、隔声注意不同时间不同地点不同人群的噪声防护要求差别,噪声的计算,例：评价飞机飞行对地面某一点产生的总噪声级公式WECPNL=ENPL+10lg(N1+3N2+10N3)式中： ENPLN次飞行的有效感觉噪声级平均值N1 7时到19时的飞行次数N2 19时到22时的飞行次数N3 22时到7时的飞行次数,噪声控制技术 2 吸声,吸声主要用于降低室内噪声。利用多孔材料如玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料、木丝板等安装在室内墙壁和天花板处，原来多次反射的声音进入多孔材料后引起材料孔隙的空气振动，声能转变成热能被吸收掉。
11、吸声措施一般可降低噪声510dB。,噪声控制技术 3 消声,消声用于消除空气动力性噪声，分为阻性消声器和抗性消声器。阻性消声其是在在气流通道内敷设吸声材料，或设置吸声折板等，使气流通过，而噪声减弱。阻性消声器则根据声学滤波原理，利用消声器内声阻、声顺、声质量的适当组合，可以显著消除某些频段的噪声。如汽车、内燃机的排气管消声可降低噪声1520dB,噪声控制工程 4隔声,隔声是把发声体或需要保护的高噪声环境中的操作岗位用隔声材料封闭起来，隔断声音的传播。主要隔声措施有隔声罩、隔声间和隔声屏，可以降低噪声1025dB。如锅炉房鼓风机隔声罩、高速公路隔声屏障和选矿厂的隔声操作间隔声屏可以降低噪声724
12、dB设备隔声措施越严密，往往越不利于散热，是隔声法控制电机类噪声常见的矛盾,噪声控制技术 5 隔振,振动是噪声的重要来源，振动也损害人体健康隔振主要方法三种：一是把振动设备与其他结构体的刚性连接改为弹性连接；二是在基础部位加装减振器；三是在振动设备周围开挖隔振沟。隔振是把振动转化成弹性材料内部的摩擦热能,噪声控制与防护,阻尼金属薄板和类似形状材料极易因强烈的振动而发出强烈噪声，阻尼技术是在上述材料表面涂敷沥青、软橡胶等高阻尼系数材料，降低共振频率个体防护吸、消、隔声等措施不可能100%削减噪声，在超标声环境中工作的劳动者应佩戴隔声耳塞或耳罩。,布局与规划控制噪声,合理功能分区 控制城市规模和城
13、市人口欧洲统计关系式Lb= 27 + 10lg P 式中: Lb从早7点到晚11点的平均声级 dBP人口密度，人口数/平方公里精度可以达到3dB,布局与规划控制噪声,交通干线合理布局，加快通行速度 沿街建筑避免平行反射 绿化带降噪合理配置绿化带树木品种，保持足够宽度，可以降噪1020dB,噪声利用,有源消声利用计算机控制的反相声音发生技术抵消噪声 能量利用振动和声波属于机械能 噪声除尘,第二节 电磁辐射,引言 关于电磁辐射 2.1的来源 天然辐射源雷电、地震、火山太阳活动和宇宙辐射 人为辐射源射频电磁辐射：广播、电视、通信高频交变电磁场：高压输电线、大功率电机、变压器、高频加热、高频感应加热脉
14、冲放电：开关火花放电、汽油发动机,2.2 电磁辐射的危害,对人体的危害穿透性污染，热效应和非热效应，影响组织机能障碍、伤害器官、损害循环、造血、生殖系统功能 对机械设备的危害干扰民航通讯：案例： 1991年英国劳达航空公司航班坠毁；广州白云、深圳福田机场空中控制受扰。干扰收听收看广播电视；影响计算机 对安全的危害引爆危险气体,补充 电磁辐射的环境标准,2.3 电磁污染的控制与防护,电磁辐射的传播途径空间直接辐射电子耦合沿线路传输辐射控制的方法就是切断或隔离辐射途径 电磁屏蔽屏蔽罩：用导体材料封闭，适用小型仪器屏蔽室：屏蔽板或屏蔽网。使用大型设备屏蔽服装：衣服、头盔、眼罩，用于个体防护 防护距离
15、与合理布局电磁辐射有距离衰减，有方向性据此可以合理安排高辐射设备位置；建立安全隔离带；遥控操作,第三节 放射性污染,关于放射性与放射性污染放射性是环境中普遍存在的物理现象。人类自诞生就生活于放射性环境之中。物质由原子组成，原子核统称核子。一些不稳定的原子核能自发改变核结构，称为核衰变。在核衰变过程中会放射出具有一定动能的带电或不带电的粒子、射线，此种现象称为放射性放射性环境包括天然放射性和人工放射性天然不稳定核素自发放出射线称为天然放射性通过核反应，由人工制造出的核素的放射性称为人工放射性,放射性简介 1,射线。是4He核，动能在28MeV范围内，质量大，速度小，照射物质时容易使其原子、分子发
16、生电离或激发；但穿透力小，只能穿过皮肤的角质层。 射线。粒子是快速电子，速度比射线快10倍以上，在空气中可以穿透几米到几十米。 射线。射线是原子核跃迁时放射的电磁辐射，波长很短（0.0070.1nm），穿透力极强，与物质作用时产生光电效应、康普顿效应和电子对生成效应等。,放射性简介,放射性有特殊的计量和表示指标 放射性活度:单位时间内d NA= = Nd t式中： A放射性活度，贝可(Bq)，1Bq=1S-1N 某时刻的核素数t 时间（S） 衰变常数，放射性核素在单位时间内的衰变几率 半衰期:放射性核素衰变减少到一半的时间，T1/20.6933T1/2= 212Po1/2=3.010-7年，
17、238U1/2=4.5109年,1/2=3,放射性的单位,照射量和剂量是表征放射性离子与物质作用后产生的效果及其度量的术语 照射量 dQX= dm 式中： X 照射量，单位C/kg，库伦/千克原专用单位伦琴（R）,1R=2.5810-4C/kg1伦琴或x射线照射在1cm3标准状况下的空气，能引起空气电离而产生1静电单位正电荷和1静电单位负电荷的带电粒子。仅适用于或x射线透过空气dQ或x射线在空气中被完全阻止时，引起质量为dm的某一体积元空气电离所产生的带电粒子的总电量,放射性剂量,定量考虑电离辐射能量为被照射物质吸收的计量 吸收剂量(D):在电离辐射与物质发生相互作用时，单位质量的物质吸收电离
18、辐射能量大小的物理量dEDD=dm式中：dED电离辐射给予质量为dm的物质的平均授予能量。吸收剂量单位: J/kg，名称戈瑞，符号Gy1Gy=1 J/kg专用单位：拉德（rad）, 1rad=10-2Gy 吸收剂量率(P):单位时间内的吸收剂量,单位为Gy /SdDP=dt,剂量当量和剂量当量率,剂量当量（H）:在生物机体组织内所考虑的一个体积单元上吸收剂量、品质因数和所有修正因素的乘积。H=DQN剂量当量的单位为J/kg，名称为希沃特（Sv）专用单位：雷姆和毫雷姆 单位时间内的剂量当量称为剂量当量率,3.1放射性污染的来源,核武器试验尤其是大气核试验；地下核试验会引起地下水中氘的激增 核工业
19、排放物核电站乏燃料、铀矿业选冶废水 医疗照射放射治疗、光机 工业用核器材非接触测量、地下水文勘察 其它,3.2 核污染危害及影响,大剂量影响破坏免疫功能，损伤皮肤、骨髓、内脏细胞。150rad以下。死亡率为0400rad，5%的人死亡650rad，100%的人死亡 小剂量影响不显著，有很长潜伏期,3.3 放射性污染分类,3.4 放射性污染的控制,特殊性之一: 一般的化学、物理、生物方法无法消灭或破坏放射性，只能通过自身衰变 特殊性之二：必须高度重视处理二次污染 放射性废液处理前级：分离浓缩：蒸发、沉淀、离子交换后级：固化封闭:水泥固化、沥青固化、玻璃固化、塑料固化 放射性废气处理通风、过滤、静
20、置衰变、活性炭吸附 放射性固体废物处理填埋隔离屏蔽；煅烧减小体积，转化为稳定氧化物；再熔化造渣分离危险废物库和深海处置,第四节 光污染,4.1 光污染及其来源 白亮污染 人工白昼污染 彩光污染 强光和紫外线,4.2 光污染的危害,视觉损害 扰乱生理节律 紫外辐射 损害心理健康 加剧热岛效应,4.3 光污染的控制,制定规范，加强规划 安全防护，阻挡遮蔽红外、紫外等光辐射 个体防护，防护眼镜、防护面罩,第五节 热污染,5.1热污染的类型 水体热污染工业温热排水 大气热污染能源使用；温室气体排放 城市热岛效应能源、布局、经济结构、人口等因素综合作用的结果,5.2 热污染的危害,水体热污染危害水生生物生境改变 大气热污染危害海平面上升，冰盖融化/有害病原体滋生,5.3 热污染控制,从源头控制热污染是热能的浪费，大力节能 热能利用回收利用余热 绿化 减排二氧化碳,本章小结,物理环境是人类面临的基本环境之一 物理环境污染是能量污染，重点是声环境与噪声控制参考题1：噪声污染的三个特点和噪声控制的三项主要技术方法 参考题2：城市热岛效应的形成原因、危害和减轻、控制途径,
