valutazione dei livelli di esposizione al campo elettromagnetico
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valutazione dei livelli di esposizione al campo elettromagnetico
Alessandro Pia (Alenia Marconi Systems S.p.A. - Via Tiburtina, km 12,4 001311 - Roma - Tel.0641502333 - [email protected]) Anna Russo (CNR Servizio di Prevenzione e Protezione Via di Pietralata, 190 - 00158 Roma - Tel. 06 4511020) VALUTAZIONE DEI LIVELLI DI ESPOSIZIONE AL CAMPO ELETTROMAGNETICO GENERATO DA UN RADAR PER IL CONTROLLO DEL TRAFFICO AEREO (methodology for the evaluation of the electromagnetic fields from a radar for the control of the air traffic) Sommario: l'utilizzo sempre crescente di apparecchiature, che emettono campi elettromagnetici a radiofrequenze e microonde, focalizza sempre di più l'attenzione sui problemi dei possibili rischi, connessi con l'impiego di dette tecnologie. Pertanto la valutazione del rapporto rischi-benefici diventa uno strumento decisionale molto importante, quando si devono mettere in atto dette tecnologie. Nel presente lavoro viene illustrata una metodologia di valutazione sperimentale dei livelli di campo elettromagnetico, emesso da un radar per il controllo del traffico aereo, di ultima generazione. La conoscenza dei suddetti livelli consentirà quindi di valutare il rischio presente in prossimità dell'installazione, sia per gli operatori e sia per la popolazione in generale, e la tipologia delle misure di sicurezza da attuare, al fine di garantire la protezione sia degli individui, sia dell'ambiente, senza rinunciare ai sicuri vantaggi, che l'utilizzo della tecnologia garantisce. Abstract: the more increasing utilisation of the equipment, emitting electromagnetic fields in the range of radiofrequency, focuses more and more the general public attention on the problems of the possible risks, due to the use of these technolgies. Consequently the evaluation of the risk-benefit ratio plays a very important role, when it is necessary to decide about the use of this technology. So it becomes very important to have suitable methodologies to evaluate the real exposure levels, due to the radiofrequency sources, which are going used. In the present work, the Authors show a practical methodology to evaluate the electromagnetic fields, emitted by a last generation RADAR, for the control of the air traffic. The knowledge of the field levels allows to evaluate the risk level in the vicinity of the apparatus either for the operators or for the general public, eventually exposed to the emitted fields. In addition to, knowing the field levels, it will be possible to carry out the suitable safety measures, to protect environment and population, without giving up the certain advantages, due to the use of the examined technology. INTRODUZIONE Gli anni recenti hanno visto una proliferazione senza precedenti, sia per il numero che per la tipologia, di sorgenti di campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici (CEM), usate per applicazioni, che investono normalmente attività individuali, industriali, commerciali, mediche, domestiche, di ricerca. Dette sorgenti, solo per ricordare le più diffuse, sono ad esempio attrezzature ed utensili elettrici, computer, televisione, telefoni cellulari, radio, radar, sorgenti UV per la ricerca, la cosmesi, la medicina ed altri settori, sorgenti IR, LASER, etc. Tutte queste tecnologie hanno contribuito ad un notevole miglioramento della qualità della vita per l'uomo, consentendo la realizzazione di molti servizi, in altri tempi impensabili, ed ai quali sicuramente oggi non si potrebbe rinunciare: la società moderna sarebbe infatti inconcepibile senza i computer, la televisione e la radio, o i telefoni mobili, che hanno aumentato notevolmente gli scambi di comunicazione fra gli individui, per non parlare poi della sicurezza sempre maggiore nella navigazione aerea e marittima, grazie ai radar e delle tecnologie che impiegano i LASER, nel settore medico. Nello stesso tempo l'impiego di dette tecnologie continuano a generare nei loro utenti (la popolazione) una crescente preoccupazione per i possibili rischi, che potrebbero derivare alla salute a seguito della quantità di radiazione elettromagnetica, cui si è esposti. Nel presente lavoro si prenderà in considerazione proprio l'eventuale rischio di esposizione, connesso all'utilizzo di uno di questi apparati, un radar per il controllo del traffico aereo, il cui impiego garantisce senza ombra di dubbio un notevole beneficio per tutti. Lo scopo della valutazione eseguita è proprio quello di misurare e quantizzare l'entità del possibile rischio sia per gli operatori addetti al funzionamento di questo tipo di apparati, che per la popolazione, che dovesse eventualmente essere esposta a questo tipo di radiazione. In particolare sono stati misurati i livelli dei campi elettromagnetici, emessi dal radar nelle sue normali condizioni operative, al fine di verificare il rispetto delle condizioni di sicurezza. Le misure sono state realizzate nell'ambito del programma di collaborazione fra Alenia Marconi System, C.N.R. ed ISPESL. Si ringraziano per la collaborazione i sigg. Perini Claudio e Tagliaferri Luca che hanno partecipato in qualità di RLS/AMS. 2. CARATTERISTICHE DELLA SORGENTE La sorgente in esame è un radar tridimensionale, di ultima generazione, per il controllo del traffico aereo e le sue principali caratteristiche fisiche sono riportate nella tabella 1. Il radar è di proprietà dell'Alenia Marconi Systems SpA e le misure delle intensità dei campi sono state effettuate presso la sede in cui il radar stesso è stato fabbricato, simulando le reali condizioni di funzionamento in campo. In particolare l'apparato è stato installato sul fabbricato "A3" allo scopo di svolgere attività di collaudo. L'antenna è ubicata su un torrino dello stesso fabbricato a tal fine allestito; l'accesso al torrino è riservato esclusivamente al personale autorizzato tramite una scala a gradini, con cancello chiuso a chiave e dotato di dispositivo di blocco (interlock). ANTENNA Dimensione Guadagno Larghezza del fascio Livello dei lobi secondari Numero giri/minuto Planar array (active) 10,8 x 7 m 39 dB Azimut = 1,5° ; elevazione = 2,1° - 30 dB 6 TRASMETTITORE Frequenza Durata dell'impulso τ PRF Duty cicle Potenza di picco Potenza media Stato solido distribuito Banda “L” 15 - 50 µsec. 280 -1000 HZ 5-6% 40 kW 2,5 kW Tabella 1. Principali caratteristiche del radar RAT-31DL 3. CRITERI PER LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO Per effettuare la valutazione del rischio, cui può essere esposto il personale addetto all'uso del radar, nonché gli individui della popolazione, quando questo è in trasmissione, sono stati considerati i seguenti punti: - La distanza del radar dalle zone occupate dal personale e dalla popolazione - La valutazione teorica, in base al principio di funzionamento ed alle caratteristiche fisiche del radar stesso, dei valori di esposizione attesi in zona di campo vicino e di campo lontano e quindi nei punti di esposizione delle persone - Le modalità di funzionamento dell'apparato - Le misure dei livelli di campo, in condizioni operative del radar, nei punti considerati più critici per l'esposizione - Il confronto dei valori misurati con quelli teorici e con i valori limite, stabiliti per il range di frequenza di interesse a livello internazionale e nazionale - Il tempo di funzionamento del radar e quindi il tempo di esposizione degli individui - La necessità di utilizzo di mezzi di protezione - Il livello di informazione e formazione del personale. 3.1 Valutazione delle distanze Prima di effettuare le misure, sono state acquisite tutte le possibili informazioni sulle caratteristiche degli edifici circostanti l'area di installazione, nonché tutte le modalità operative del radar stesso. Nelle foto da 1 a 4, sono riportati il rilievo del radar sul tetto del fabbricato "A3", l'area circostante ed alcuni punti di misura. Rispetto al terrazzo dell'edificio (≅49 metri s.l.m.), il centro dell'antenna del radar è posto ad un'altezza di 64 metri s.l.m. e, pertanto, ad una quota rispetto alla via Tiburtina pari a + 36 m. 3.2 Valutazione teorica dei livelli di esposizione Considerato che l'apparato non può irraggiare in depressione, sulla base delle caratteristiche fisiche ed operative del radar stesso, si è valutato che solo gli edifici più alti, ovvero quelli con piano di calpestio ad una quota pari ad almeno 58 m, possono entrare nel "tubo di flusso" del campo vicino dell'antenna; nelle immediate vicinanze si ha invece l'influenza dei cosiddetti "lobi secondari". Il valore della distanza del campo vicino è definita da: D2 d= — λ dove D è la massima dimensione lineare dell'antenna radiante, che nel nostro caso è la diagonale e λ è la lunghezza d'onda di funzionamento del sistema. Sulla base di quanto sopra indicato il valore della distanza del campo vicino è pari a 600 m. Nel campo vicino, trascurando le perdite e l'efficienza dell'antenna, la densità di potenza trasmessa, ST, è data da: Pmedia ST = ----------------------- = 2,2 mW/cm2 π (D/2)2 dove D è la massima dimensione dell’antenna. In realtà il valore vero della densità di potenza sarà inferiore a quello indicato, a causa delle perdite e della risoluzione dell’antenna. Inoltre, si deve tener conto delle condizioni operative dell’antenna trasmittente ed in particolare dell’apertura del fascio orizzontale ed del numero dei giri al minuto. Nel campo lontano, la densità di potenza media trasmessa è inversamente proporzionale al quadrato della distanza ed è legata al guadagno dell’antenna (G) ed al duty cycle (tPRF) dalla relazione: ST = PT G τ (PRF) 4 π R2 dove: PT è la potenza di picco trasmessa in W G è il guadagno dell’antenna τ è la durata dell’impulso, in µs PRF è la frequenza di ripetizione degli impulsi, in Hz R è la distanza fra il trasmettitore ed il punto considerato in metri. 3.3 Modalità operative del radar L’uso operativo del radar non prevede il puntamento fisso, che risulterebbe di nessun interesse pratico e scientifico, ma normalmente si opera con antenna in rotazione scandendo in elevazione. Le misure sono state effettuate con l’apparato in trasmissione alla frequenza “F1” ed alla massima potenza. I limiti di esposizione, a cui si riferisce D.M. 10 settembre 1998 n.381, sono mediati su qualsiasi intervallo di sei minuti; pertanto in tale modalità operativa, per stabilire il livello di esposizione (mediato su qualsiasi intervallo di sei minuti), al quale potrebbe essere assoggettato un individuo, si devono tener presenti le caratteristiche dell’antenna emittente ed in particolare: a. rotazione antenna ≅ n. 6 giri/minuto b. apertura fascio orizzontale ≅ 1,5° c. tempo di esposizione al fascio principale, in qualsiasi intervallo di sei minuti ≅ 1,5 s. Nel calcolo del livello di esposizione, si deve tener conto anche della radiazione dai lobi secondari e, ai fini puramente protezionistici, è bene introdurre un fattore di correzione “2” estendendo il tempo di esposizione al fascio diretto a 3 sec. Inoltre il valore del contributo dei lobi secondari alla “back radiation”, nel caso dell’apparato in esame, è a livello trascurabile. 4. MISURA DELLE INTENSITÀ DEI CAMPI 4.1 Considerazioni generali La misura delle intensità dei campi è stata effettuata in determinate aree, scelte sulla base delle seguenti considerazioni: · sopralluogo preliminare ed esame delle planimetrie altimetriche della zona circostante il sito operativo del radar · apertura massima del fascio, pari a 1,5° e certezza che l’antenna non potrà mai andare in depressione, date le caratteristiche sia elettroniche che meccaniche dell’antenna stessa · modalità operative del radar · aree a maggior addensamento di persone. Si premette che l’antenna è installata su una struttura metallica alta circa 3m. e pertanto il centro antenna si trova ad una quota di circa + 64 m slm. 4.2 Metodologia di misura Il metodo di misura è stato quello di ricercare, a varie distanze dall’antenna trasmittente, il massimo valore di potenza riscontrabile. Ai fini protezionistici detto valore, anche se rilevato in un solo punto, viene considerato valido per tutta l’area in esame. Lo stesso metodo è stato adottato per effettuare le misure nei locali interni e in tutti quei punti, scelti per la misura, dove è possibile che una o più persone possano essere esposte al relativo conseguente rischio (esposizione al fascio diretto e/o ad eventuali fasci riflessi). Nell’effettuazione delle misure si è tenuto conto della direzione di propagazione del fascio di radiazione, in quanto, nel punto di misura, si è cercato il valore massimo del campo nelle tre direzioni ortogonali dello spazio. 4.3 Punti di misura Sulla base delle considerazioni effettuate, si è deciso di eseguire le misure nelle seguenti aree: a. sul terrazzo del fabbricato “A3” b. sul terrazzo e sui torrini del fabbricato “A2” c. sul terrazzo e sul torrino del fabbricato “G2” d. sul terrazzo e sul torrino del fabbricato “L3” e. sul torrino del fabbricato”T” f. in due uffici, particolarmente interessati dal fascio di radiazione g. sul terrazzo, sui torrini e in alcuni uffici dell’Alenia Aerospazio Inoltre, il criterio seguito nella scelta dei punti di misura è stato anche quello di esaminare le aree per le quali è maggiore la possibilità di addensamenti di energia elettromagnetica, sia per le caratteristiche proprie dell’apparato in esame che per i percorsi secondari dell’energia irradiata in una data direzione. Ogni singola area è stata esplorata accuratamente assumendo per la stessa il massimo valore di potenza rilevato anche in un solo punto. 4.4 Rete di misura La catena di misura utilizzata consiste in una linea di trasmissione che va dal probe all’analizzatore di spettro, sul quale viene letto il valore di potenza misurato. Tale linea è costituita da un analizzatore di spettro, attenuatori e un probe centrato sulla frequenza di funzionamento dell’apparato in esame: - Analizzatore di spettro HP 8563 E - S/N 14565, funzionante nella banda di frequenza considerata - Attenuatore Narda modello 769-30, S/N 0321; - Attenuatore Narda modello 766-20; - Dipolo in banda “L” matr. 173956G1, centrato sulla frequenza di funzionamento del sistema in esame. Il valore della superficie equivalente del dipolo di misura è data dalla seguente espressione: Aeq = G λ2 ————— 4π Pertanto, alla frequenza di funzionamento dell’apparato, la superficie equivalente del dipolo risulta essere pari a 51,12 cm2. Questo valore della superficie equivalente è quello per il quale va diviso il valore di potenza ricavato dai valori misurati con l’analizzatore, per ottenere il valore della densità di potenza in W/m2 o 2 mW/cm , nella zona considerata. È stato inoltre utilizzato un misuratore di campo PMM 8053, con sonda isotropia, operante nel range di frequenza 1÷ 18 GHz. 4.5 Elaborazione dei dati Le letture effettuate sull’analizzatore di spettro, ad ogni misura significativa indicano la potenza presente sulla superficie del dipolo (probe), ridotta di tutte le perdite prodotte e inserite nella rete di misura. Le perdite proprie della rete di misura sono state così valutate: · perdita d’inserzione probe (per disadattamento) = 0,20 dB; · perdita d’inserzione attenuatore (modello 769-30) = 30 dB; · perdita d’inserzione attenuatore (modello 766-20) = 20 dB; · perdita cavo = 5 dB. La somma fra il valore letto sull’analizzatore (Pl) e le attenuazioni prodotte ed inserite nella rete di misura, indicano la potenza di picco (Pp) presente sulla superficie dell’antenna di rilevazione (probe); con il prodotto fra tale valore ed il duty cicle si determina la potenza a livello del probe (Pd). Pp = Pl + Σ Attenuazioni prodotte ed inserite Pd = 6% Pp Il valore della densità di potenza S (intensità del campo elettromagnetico) nel punto di misura, a livello dell’antenna di rilevazione, è dato dal rapporto fra la potenza Pd e la superficie equivalente del dipolo A eq. 4.6 Errori di misura Per quanto riguarda l’accuratezza dei valori elaborati, occorre tener presente gli errori dovuti ai vari componenti della rete di misura. · inaccuratezza della lettura sullo strumento ± 2% · area equivalente probe ± 3% Pertanto, sommando quadraticamente le singole incertezze, l’errore massimo ammissibile è dell’ordine del ± 4%. 5. DISCUSSIONE DEI RISULTATI Sulla Gazzetta Ufficiale n.257 del 3 novembre 1998 è stato pubblicato il D.M. 10 settembre n.381, recante le norme per la determinazione dei tetti di radiofrequenza compatibili con la salute umana. Il decreto si applica alla popolazione e non ai lavoratori esposti per ragioni professionali e un’attenta lettura di tale decreto evidenzia che i limiti a cui si riferisce sono mediati su qualsiasi intervallo di sei minuti. A livello cautelativo, l’Alenia Marconi System ha stabilito di ritenere i propri dipendenti non professionalmente esposti e per tale motivo considera i suddetti limiti quali unico punto di riferimento per la salvaguardia della salute dei lavoratori. Ciò premesso, per stabilire il massimo livello di esposizione al campo elettromagnetico (Lep, mediato su qualsiasi intervallo di sei minuti), al quale potrebbe essere assoggettato il personale dello stabilimento di Roma, si devono tener presenti le caratteristiche dell’antenna emittente ed in particolare: 1. rotazione dell’antenna ≅ n.6 giri/minuto; 2. apertura fascio orizzontale = 1,5°; 3. tempo di esposizione al fascio diretto, in qualsiasi intervallo di sei minuti = 1,5 s. Nel calcolo del livello di esposizione, si è tenuto conto dei lobi secondari (-30 dB rispetto al fascio diretto) e, ai fini puramente protezionistici, si è ritenuto opportuno inserire un fattore di correzione “2” estendendo il tempo di esposizione al fascio diretto a 3 s. Ed il valore dei lobi secondari anche alla “back radiation” che, nel caso dell’apparato in esame, è a livello trascurabile. La potenza rilevata nelle condizioni operative indicate (contributi radiativi diretti ed indiretti) è riportata nella tabella 2, dove è stato attribuito, per ogni punto di misura, il massimo valore di potenza misurato ed elaborato. Un altro parametro considerato per la valutazione è l’effettivo possibile tempo di esposizione al fascio radiante. Data la sua particolare applicazione, il radar ruota compiendo sei giri al minuto, ovvero il tempo effettivo di esposizione al fascio è di circa 0,25 secondi per ogni minuto di trasmissione in rotazione. Questo equivale ad una esposizione totale di 6 minuti nell’arco delle 24 ore, se il radar fosse continuamente acceso, condizione puramente ipotetica in quanto vengono effettuate prove di breve durata e comunque non superiori alle otto ore giornaliere. 6. DISPOSITIVI DI SICUREZZA E MEZZI DI PROTEZIONE Sulla base delle considerazioni fin qui esposte, non si rileva la necessità di specifici mezzi di protezione oltre a quelli già in essere (interdizione zona di induzione). Ai fini comunque cautelativi, sono state predisposte apposite norme di sicurezza per evitare accidentali esposizioni delle persone. Tali norme prevedono l’attivazione del dispositivo di oscuramento e l’eventuale attivazione di avvisatori ottico-acustici, con relativa interdizione dell’area a rischio. 7. CONCLUSIONI Sulla base delle considerazioni fisiche, derivanti dalle caratteristiche del sistema e nelle condizioni di lavoro previste, è emerso che i valori di intensità di campo, in tutti i punti considerati, sono inferiori ai valori limite di esposizione per la popolazione stabilito dal DM 381/98. Fig. 1 - Ambiente circostante l'apparato RADAR Fig. 2 – Apparato RADAR in esame Fig.3 – Misuratore di campo Fig. 4 – Base del torrino di installazione del RADAR Fig. 5 - Tipica rilevazione sull'analizzatore di spettro Tabella 2 APPARATO RAT-31-DL, INSTALLATO SUL TORRINO A3.1 DELLO STABILIMENTO DI ROMA Identif Probe misura usato Frequenza di lavoro Massimo valore di picco letto Attenuaz. totale inserita dB dB 1 Dipolo AMS Banda "L" -38,8 55,2 2 " " -30 3 " " -27,8 4 " " -31,1 Posizione probe Potenza misurata Densità di Potenza Esposposiz, fascio Livello di Esposizione principale mediato in 6’ (DM 381) mW/picco 2 2 Intensità campo elettrico misurata con PMM V/m mediato in 6' Con antenna ferma puntata in direzione del G.R.A., misura effettuata sul terrazzo A3 in prossimità del montacarichi; a circa 60m di distanza dal torrino antenna (quota 50m slm) 43,6 S1 = 512 mW/m S1 = 0,005 W/m 1,02 " Tra i due prefabbricati a circa 15m di distanza dal torrino antenna (quota 50m slm) 331 S2 = 3885 mW/m2 S2 = 0,036 W/m2 1,2 " Sul torrino A2.1 a circa 130m di distanza dall'antenna (quota 55m slm) 549 S3 = 6450 mW/m2 S3 = 0,059 W/m2 1,3 257 2 2 1,08 2 1,23 2 1,03 2 S7 = 0,115 W/m 1,3 " Sul torrino G2.1 a circa 100m di distanza dall'antenna (quota 54m slm) S4 = 3016 mW/m S4 = 0,028 W/m 2 5 " " -29 " Sul terrazzo G2.4 tra i due prefabbricati vicino alla struttura metallica (base antenna), a circa 150m di distanza dall'antenna (quota 51m slm) 417 S5 = 4893 mW/m 6 " " -36 " C.S. tra i due prefabbricati in prossimità dell’impianto di condizionamento 83,2 S6 = 976 mW/m S5 = 0,046 W/m 2 S6 = 0,009 W/m 2 7 " " -25 " Sulla torre parcheggio a circa 330m di distanza dall'antenna (quota 62,18m slm) 1047 S7 = 12290 mW/m 8 " " -32,8 " Sul torrino T.01 a circa 330m di distanza dall'antenna (a quota 58m slm) 174 S8 = 2040 mW/m2 S8 = 0,019 W/m2 1,04 9 " " -56,8 " C.S. misura effettuata sul piano intermedio del torrino (quota 55m slm) 1,44 S9 = 17 mW/m 2 S9 = 0,00016 W/m2 0,9 10 " " -24,3 " Sul torrino B a circa 90m di distanza dall'antenna (quota 59m slm) 1221 S10 = 14340 mW/m 11 " " -27,8 " Sul terrazzo del fabbricato B misura effettuata in prossimità dell’impianto di condizionamento (quota 51m slm) 549 2 2 1,9 2 1,28 S10 = 0,135 W/m 2 S11 = 6450 mW/m S11 = 0,059 W/m Tabella 2 (con.) APPARATO RAT-31-DL, INSTALLATO SUL TORRINO A3.1 DELLO STABILIMENTO DI ROMA Identif misura Probe usato Frequenza di lavoro Massimo valore di picco letto Attenuaz. totale inserita dB dB Posizione probe Potenza misurata Densità di Potenza Esposposiz, fascio Livello di Esposizione principale mediato in 6’ (DM 381) mW/picco Sul fabbricato B misura effettuata in prossimità della canna fumaria (quota 51m slm) 871 S12 = 10222 mW/m2 " Sul torrino G2.7 a circa 200m di distanza dall'antenna (quota 56m slm) 417 S13 = 4893 mW/m 2 S13 = 0,046 W/m 2 1,2 -30 " Sul fabbricato A4 misura effettuata sulla struttura metallica test range “Palo” a circa 60m di distanza. 331 S14 = 3885 mW/m 2 S14 = 0,036 W/m 2 Non misurato " -29 " C.S. misura effettuata sul terrazzo in prossimità della scala metallica (quota 48m slm) 417 S15 = 4893 mW/m2 " -27 " Sul torrino A4.3 a circa 90m di distanza (quota 58m slm) 661 S16 = 7755 mW/m 2 2 12 Dipolo AMS Banda "L" -25,8 55,2 13 " " -29 14 " " 15 " 16 " 17 " " -27 " Sul torrino A2.5 a circa 110m di distanza (quota 58m slm) 661 S17 = 7755 mW/m 18 " " -43 " Sul torrino L3.6 a circa 220m di distanza (quota 56m slm) 17 S18 = 195 mW/m 19 " " -34 " Sul terrazzo L3 in prossimità del torrino L3.6 (quota 52m slm) 132 S19 = 1547 mW/m 20 " " -21,8 " Sul torrino L3.2 a 160m di distanza (quota 59m slm) 2188 S20 = 25678 mW/m 21 " " -31 " Sul terrazzo L3 in prossimità del torrino L3.2 (quota 52m slm) 263 2 1,3 S15 = 0,046 W/m 2 1,22 S16 = 0,072 W/m 2 1,25 S17 = 0,072 W/m 2 1,25 S18 = 0,0018 W/m 2 2 S21 = 3087 mW/m S12 = 0,09 W/m 2 Intensità campo elettrico misurata con PMM V/m mediato in 6' 2 2 1 S19 = 0,014 W/m 2 1,16 S20 = 0,234 W/m 2 3,1 S21 = 0,029 W/m 2 1,1