close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kolobashkina

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
Т. В. Колобашкина, А. А. Тужилкин, Л. А. Елисеева
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург
2016
УДК 628.86
ББК 51.24я73
К61
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор В. В. Балясников;
кандидат технических наук, доцент Т. В. Зюба;
кандидат технических наук, доцент В. В. Румянцев
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
Колобашкина, Т. В.
К61 Исследование параметров метеорологических условий в производственных помещениях: учеб.-методич. пособие / Т. В. Колобашкина, А. А. Тужилкин, Л. А. Елисеева. – СПб.: ГУАП,
2016. – 43 с. Учебно-методическое пособие знакомит студентов с основными параметрами микроклимата производственных помещений, санитарными
нормами, особенностями теплообмена организма человека с окружающей средой. Студенты изучают методы и приборы контроля основных
параметров микроклимата, выполняют экспериментальные исследования и расчеты с целью определения соответствия параметров микроклимата производственного помещения требованиям санитарных норм.
Издание предназначено для студентов всех направлений и специальностей университета очной, очно-заочной (вечерней) и заочной
форм обучения.
УДК 628.86
ББК 51.24я73
©
©
Колобашкина Т. В., Тужилкин А. А.,
Елисеева Л. А., 2016
Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2016
ВВЕДЕНИЕ
В условиях производства на человека воздействует комплекс
физических, химических, биологических и других вредных производственных факторов. Гигиеническую оценку существующих
условий труда производят на основе их инструментальных измерений. В зависимости от степени отклонения фактических уровней
факторов рабочей среды и трудового процесса от гигиенических
нормативов условия труда по степени вредности подразделяют на
оптимальные, допустимые, вредные и опасные.
Метеорологические условия рабочей среды оказывают влияние
на процесс теплообмена и характер работы. Длительное воздействие на человека неблагоприятных метеорологических условий
резко ухудшает его самочувствие, снижает производительность
труда и приводит к заболеваниям.
В пособии описаны особенности микроклимата при разных видах работы в закрытых помещениях и на открытом воздухе; методы исследования производственного микроклимата и реакции организма на его неблагоприятное воздействие; гигиенические принципы нормирования производственного микроклимата; основные
приборы, используемые для измерения параметров микроклимата, принципы их работы.
Учебное пособие предназначено для оказания помощи студентам в освоении методов оценки факторов производственной среды
и трудового процесса, работоспособности и состояния здоровья работающих. Подобная оценка необходима для последующего гигиенического заключения о реальной обстановке на предприятиях и
принятия решений по ее оздоровлению.
3
1. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
1.1. Виды производственного микроклимата
Метеорологические условия на производстве с позиции гигиены труда представляют собой совокупность физических факторов
окружающей среды, включая температуру, влажность, подвижность воздуха и инфракрасное излучение, оказывающих влияние
на тепловой обмен и тепловое состояние человека.
Обычно мы говорим о производственном микроклимате, имея
в виду климат ограниченной территории, пространства с соответствующими метеорологическими параметрами атмосферы, где выполняется профессиональная трудовая деятельность человека.
Спецификой производственного микроклимата является то, что
хотя он формируется под влиянием климата местности (особенно при
работе на открытом воздухе), но технология, производственный процесс значительно изменяют физические свойства окружающей воздушной среды, создавая своеобразные метеорологические условия на
рабочих местах, что особенно проявляется в закрытых помещениях.
В таких помещениях микроклимат зависит, кроме технологии,
также от имеющейся системы отопления и вентиляции. В связи
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ
МИКРОКЛИМАТ
Нагревающий
Нейтральный
или комфортный
Радиационный
Конвекционный
Охлаждающий
В холодный период
на открытом воздухе
и в неотапливаемых
помещениях
Искусственно созданный
по технологическим
требованиям
В закрытых помещениях
при неэффективных
отоплении, вентиляции
и др.
Рис. 1.1. Виды производственного микроклимата
4
с этим микроклимат может быть монотонным, когда его параметры мало изменяются в течение рабочей смены (ткацкие, швейные
цеха) или, наоборот, очень динамичным (сталеплавильные, литейные цеха).
Многочисленные профессии выполняют свою работу при различных комбинациях метеорологических элементов: при высоких
(или низких) температурах воздуха, сочетающихся с нормальной,
высокой или низкой влажностью, со значительной интенсивностью
инфракрасного излучения (или, наоборот, с радиационным охлаждением), с большой или малой подвижностью воздуха. Все эти возможные сочетания параметров микроклимата по-разному влияют
на тепловой обмен и тепловое состояние человека, а следовательно,
на его самочувствие, работоспособность и состояние здоровья, и могут быть условно сведены к трем видам (рис. 1.1).
1.2. Нейтральный (комфортный) микроклимат
Параметры нейтрального микроклимата создают комфортное
тепловое ощущение, а тепловой баланс в организме обеспечивается
без напряжения процессов терморегуляции или с небольшим ее напряжением, т. е. микроклимат термически нейтрален. Естественно,
что он не приводит к отклонению в состоянии здоровья.
Нейтральный микроклимат формируется в основном в закрытых помещениях, где технология и производственное оборудование не связаны с выделением тепла и влаги в окружающую среду, а системы отопления и вентиляции достаточно
эффективны. Параметры его в таких помещениях колеблются
в очень узких пределах (сборочные цехи машиностроительных
заводов, операторские, диспетчерские, вычислительные центры
и др.). Например, на рабочем месте оператора у пульта управления автоматической линии (работа легкая по тяжести – Ιa) в помещении с кондиционированием воздуха микроклиматические
параметры и летом и зимой составляли: температура 23–24 °С,
относительная влажность 55–60 %, а скорость движения воздуха 0,1 м / с.
1.3. Нагревающий микроклимат
Нагревающий микроклимат характеризуется тем, что на рабочих местах параметры микроклимата (температура воздуха и окружающих поверхностей) значительно выше верхней границы зоны
5
комфорта. Работа в этих условиях может привести к дискомфортным теплоощущениям, значительному напряжению процессов
терморегуляции, а при большой тепловой нагрузке и к нарушению
здоровья (перегреванию).
Такого рода микроклимат создается в помещениях, где технология связана со значительными выделениями тепла в окружающую среду. Это возможно, когда производственные процессы
идут при высоких температурах (обжиг, прокаливание, спекание,
плавка, варка, сушка и т. п.). Источниками тепла являются нагретые поверхности оборудования, ограждений, нагретые до высокой температуры обрабатываемые материалы, остывающие изделия, выбивающиеся через неплотности оборудования горячие
пары и газы и т. п. Выделение тепла определяется также работой
машин, станков, вследствие чего механическая и электрическая
энергия переходит в тепловую. В химических производствах выделение тепла может быть связано с экзотермическими химическими реакциями.
Если выделение тепла в холодный период года превышает теплопотери здания за счет охлаждения и при этом составляет более
23 Вт / м3, то такие цехи традиционно называют «горячими».
В условиях нагревающего микроклимата работают и люди,
выполняющие свои профессиональные обязанности на открытом
воздухе в летний период при значительной инсоляции в средней
полоcе, на юге России (сельскохозяйственные рабочие, строители и
др.). При этом температура воздуха может доходить до 30–35 °С, а
интенсивность инсоляции до 700–750 Вт / м2 (доля инфракрасного
излучения не менее 50 %).
Нагревающий микроклимат условно подразделяется на:
– микроклимат с преобладанием радиационного тепла;
– микроклимат с преобладанием конвекционного тепла.
Нагревающий микроклимат с преобладанием радиационного
тепла характерен для цехов металлургических заводов (доменных, сталеплавильных, прокатных и др.), для литейных, кузнечных, термических цехов машиностроительных заводов, для плавильных цехов стекольных заводов и т. д., где процесс идет при
температурах около 1000 °С и где до 70 % тепла выделяется в виде
инфракрасного излучения (радиационного тепла).
Инфракрасное излучение – это периодические электромагнитные колебания с длиной волны 0,76–1000 мкм (в гигиенической
практике – до 30 мкм), которые испускает любое нагретое тело.
Инфракрасное излучение подчиняется основным физическим за6
кономерностям, установленным для абсолютно черного тела, имеющего следующие характеристики:
– это тело, полностью поглощающее все падающие на него излучения;
– тепловой излучатель, который имеет наибольшую мощность
излучения при данной температуре для всех волн, по сравнению
с другими излучателями.
Согласно закону Стефана-Больцмана, теплоотдача излучением
(E, Вт / м2) прямо пропорциональна четвертой степени абсолютной
температуры тела T(K):
E = s (T14 – T24),
где s – коэффициент теплоотдачи излучением, Вт / м2; T1–температура излучающего тела; T2–температура воспринимающего тела;
T(K)– температура по шкале Кельвина, соответствует t °С +273.
Согласно закону Вина, максимум излучения тела, нагретого до
T(K), падает на длину волны l = 2900 / T, мкм.
Из этих законов следует:
во-первых, теплоотдача излучением зависит в основном от температуры излучающего тела;
во-вторых, даже небольшое увеличение температуры тела приводит к значительному увеличению теплоотдачи излучением;
в-третьих, с увеличением температуры тела максимум энергии
излучения сдвигается в сторону более коротких волн.
Основные производственные источники излучения (электрические дуги, печи, открытое пламя, нагретый металл и др.) имеют
температуру поверхностей от 3600 до 200 °С, и максимум излучения у них колеблется от 0,7 до 7 мкм.
В табл. 1.1 приведены характеристики некоторых из них.
Как видно из таблицы, при температуре источников более 1600 °С
максимальная энергия излучения приходится на длины волн, которые гигиенистами принято называть короткими (0,76–1,4 мкм).
Необходимо напомнить, что тело человека излучает инфракрасные лучи в диапазоне длинных волн 2,5–25 мкм с λmax = 9,3 мкм.
Инфракрасное излучение невидимо для газ человека. С повышением температуры источников излучения до 500 °С появляется
красное свечение, до 750 °С – желтое свечение, т. к. к инфракрасному излучению подсоединяется часть видимого спектра излучения.
У источников с температурой 1500–2000 °С к названным видам излучения добавляется еще и ультрафиолетовое излучение.
7
Таблица1.1
Характеристика некоторых производственных источников
инфракрасного излучения
Вид источника
Источники белого свечения
Электрическая дуга при сварке
Электрическая дуга электропечей
(обнажается, когда сталь вылита)
Горячие газы в печи
Открытое пламя печи
Температура внутренних стенок электропечей
Расплавленная сталь, вытекающая из печи в желоб
Жидкий чугун, шлак, выпускаемые из доменной печи
Нагретые в печи слитки перед прокаткой
t (°С) λmax (мкм)
3600
0,75
3000
0,88
2000
1600
1550
1500
1400
1200
1,3
1,5
1,6
1,6
1,7
2,0
1000
2,3
900
2,5
800
550
2,7
3,5
400
200
180
100
4,3
6,1
6,4
7,7
Источники желтого и красного свечения
Нагретые в печи поковки перед ковкой
Обнаженная поверхность расплавленного электролита
(получение алюминия)
Металл к концу ковки, проката
Огарок (шихта), выгружаемый из обжиговой печи
Источники темного свечения
Остывающие металлические изделия (слитки, листы)
Наружная поверхность печей
Стенки газохода от печей
Наружная поверхность печей
Названные выше источники излучения отдают тепло и конвекцией, нагревая воздух. Само же инфракрасное излучение не нагревает
воздух, но поглощаясь различными поверхностями (оборудованием,
ограждениями и т. д.), делает их вторичными источниками конвекционного тепла, а нередко и радиационного тепла. Вот почему в этих
цехах на рабочих местах интенсивное инфракрасное излучение часто сочетается с повышенными температурами воздуха.
Интенсивность инфракрасного излучения может достигать 2100–
4900 Вт / м2 в кузнечных и литейных цехах; 3500–7000 Вт / м2 –
в мартеновских, сталеплавильных, доменных цехах. Значительные
уровни наблюдаются в основном при выполнении отдельных технологических операций (горячая штамповка, ручная ковка, загрузка печей, наблюдение за плавкой, слив шлака, выпуск металла и
др.). Длительность этих операций колеблется от нескольких секунд
8
до 50 минут. Таким образом, действие инфракрасного излучения
прерывается паузами, при этом соотношение «горячих» и «холодных» операций очень разнообразно и зависит от технологического
процесса и степени его механизации.
Поскольку «горячие» операции повторяются по несколько раз:
например, в доменном цехе шлак выпускается 15–18 раз в сутки,
чугун – 5–6 раз в сутки, общее время, когда рабочие подвергаются воздействию интенсивной инфракрасной радиации, для разных
профессий колеблется от 10 до 80 % рабочей смены.
Температура воздуха на рабочих местах в горячих цехах в теплый период года (летом) достигает 27–37 °С. Отмечаются значительные перепады температур воздуха в цехе как на разных рабочих площадках по вертикали и горизонтали, так и в течение смены.
Например, между операциями на расстоянии 5–10 метров от
печи температура воздуха снижается на 3–7 °С, а при выпуске металла, шлака и других операциях температура воздуха на рабочем
месте сталевара увеличивается на 5–8 °С. Воздух в горячих цехах
отличается значительной подвижностью – от 0,5 до 3 м / с. Еще
большая неравномерность микроклимата отмечается в зимний период, когда на отдельных рабочих местах между «горячими» операциями температура воздуха снижается до 10 °С, в то время как
на других доходит до 25–30 °С, т. е. перепады температур на рабочих местах достигают 15–20 °С. Это чаще всего связано с принятой
в этих цехах системой аэрации (естественной вентиляции), когда
за счет значительных тепловыделений создается сильный тепловой
напор и, следовательно, интенсивный воздухообмен, что приводит
к охлаждению воздуха, особенно вблизи оконных проемов.
Что касается относительной влажности воздуха, то она в горячих цехах чаще находится в пределах 30–50 %.
Нагревающий микроклимат с преимущественным выделением
конвекционного тепла характеризуется высокими температурами
воздуха. При этом величина инфракрасного излучения (радиационного тепла) незначительна. Технологические процессы в этих
производствах идут при температурах немного ниже или выше
100 °С. Тепло при этом выделяется в помещение в основном в виде
конвекционных потоков от нагретых поверхностей оборудования,
материалов, от работающих механизмов, людей, нагревая воздух
до 30 °С и выше. Такой микроклимат встречается в химических и
прядильных цехах производства химического волокна, в рабочих
помещениях сахарорафинадных заводов, в турбинных цехах тепловых электростанций.
9
В некоторых рабочих помещениях высокая температура воздуха сочетается с его высокой влажностью, что значительно увеличивает тепловую нагрузку на работающих, затрудняя у них теплообмен.
Так, например, в красильных цехах текстильных фабрик, в которых происходит крашение при температуре 60–105 °С, за счет
источников тепла и влаги (поверхности красильных и промывных
ванн, мокрая ткань) температура воздуха доходит до 30 °С при относительной влажности до 80 %.
Аналогичное сочетание метеорологических параметров наблюдается в глубоких угольных шахтах. Так, на глубине 1100 м
в очистных и подготовительных забоях регистрируется температура до 34 °С при относительной влажности 85–100 %.
При гидрометаллургических способах получения некоторых
металлов (алюминия, цинка, кобальта, редких металлов и др.) в отделениях гидрохимии, где технологический процесс проходит при
температуре 85–170 °С, а поверхности оборудования и открытые
поверхности горячих жидкостей не превышают 25–80 °С, температура воздуха может достигать 30 °С во все периоды года при относительной влажности от 60 до 80 %.
1.4. Охлаждающий микроклимат
Охлаждающий микроклимат – такое сочетание параметров микроклимата, которое вызывает дискомфортное тепловое ощущение
и напряжение процессов терморегуляции организма, что может
привести к дефициту тепла и переохлаждению.
Он, прежде всего, характеризуется температурами воздуха значительно меньшими, чем нижние границы зоны комфорта. Они могут быть положительными или даже отрицательными. В этих условиях находится большое количество людей, занятых наружными
работами или работами на открытом воздухе в холодный период
года (зимой, ранней весной, поздней осенью). Это нефтяники, строители зданий, мостов, железных дорог, газопроводов, лесозаготовители, часть сельскохозяйственных рабочих, а так же рабочих
горнорудных и угольных карьеров и др.
В качестве примера можно назвать строителей, работающих
в средней полосе при температуре от 0 до –12 °С и скорости движения воздуха 1–5 м / с, или трактористов, когда в кабинах трактора,
не имеющих обогревательных устройств, температура воздуха около 8 °С, а температура пола и потолка кабины около 11 °С. В похо10
жих условиях оказываются в холодное время года и рабочие в неотапливаемых производственных помещениях (элеваторы, склады,
некоторые цехи судостроительных заводов и др.).
Особенно неблагоприятными условиями характеризуются работы, выполняемые на хладокомбинатах. Рабочим по своим профессиональным обязанностям приходится находиться в различных холодильных камерах (при укладке пищевых продуктов, их сортировке,
выдаче), имеющих температуру воздуха от +3 до –30 °С на протяжении 60–75 % рабочей смены. Особенностью микроклимата в холодильных камерах является то, что низкие температуры воздуха
сочетаются с его высокой относительной влажностью (85–90 %) при
малой подвижности.
11
2. ТЕПЛООБМЕН И МИКРОКЛИМАТ
Работая в различных метеорологических условиях, человек сохраняет постоянную температуру тела в одних и тех же пределах,
что обеспечивается терморегуляцией – совокупностью физиологических процессов, обусловленных деятельностью центральной
нервной системы с координирующей ролью в этих процессах коры
головного мозга.
Условно процессы терморегуляции можно разделить на три
группы:
– обеспечивающие увеличение или уменьшение теплоотдачи
(физическая терморегуляция);
– обеспечивающие изменение теплопродукции (химическая
терморегуляция) ;
– приспособительные действия человека, направленные на создание благоприятного микроклимата и использования одежды (поведенческая терморегуляция).
С помощью механизмов эндогенной (физической и химической)
терморегуляции обеспечивается определенное соотношение между
величиной теплопродукции и теплоотдачи. Поскольку возможности физиологических механизмов изменения теплопродукции и
теплоотдачи ограничены, целенаправленное поведение играет основную роль в подержании теплового баланса.
В условиях нагревающего или охлаждающего микроклимата через терморецепторы кожи и сосудов формируется ощущение
теплового дискомфорта, что является стимулом для различного
рода поведенческих реакций. Они позволяют ввести тепловой обмен организма с окружающей средой в такие рамки, когда за счет
имеющихся механизмов саморегуляции может быть достигнуто
равновесие между теплопродукцией и теплоотдачей. Сохранение
же теплового баланса обеспечивает поддержание постоянной температуры внутренней среды организма. При этом велика роль условно-рефлекторных механизмов. Обстановка, в которой происходит работа, воздействие тепла или холода становится сигнальным
раздражителем для процессов терморегуляции.
Между организмом человека и окружающей средой происходит
непрерывный процесс тепло- и влагообмена, состоящий в передаче
вырабатываемого организмом тепла и влаги в окружающую среду.
При этом независимо от условий среды температура внутри тела человека сохраняется постоянной на уровне 36,5−37,0 °C, средневзвешенная температура поверхности кожи – на уровне 31,0–31,5 °С.
12
Совокупность процессов, обусловливающих теплообмен между
организмом и средой, в результате которого температура тела
человека остается постоянной, называется терморегуляцией.
Высокая относительная влажность воздуха при его высокой
температуре способствует перегреву организма. Низкая влажность вызывает сухость слизистых оболочек дыхательных путей.
Подвижность воздуха способствует повышению теплоотдачи организма в окружающую среду, что играет положительную роль при
повышенных температурах воздуха, но отрицательную – при пониженных.
Теплоотдача организма человека во внешнюю среду происходит
преимущественно через кожу, в меньшей степени через легкие и
осуществляется путем излучения, конвекции, испарения и дыхания. В покое человек отдает в окружающую среду приблизительно
104 кДж тепла в сутки. При физической работе теплоотдача увеличивается в несколько раз.
При определенных параметрах микроклимата, когда работающие субъективно оценивают свое состояние как комфортное
(нейтральное), тепловой баланс (соотношение теплопродукции и
теплоотдачи) находится около нуля.
При повышении теплообразования над теплоотдачей и при накоплении тепла более 2 Вт микроклимат оценивается как нагревающий. В зависимости от тепловой нагрузки и накопления тепла
состояние человека соответствует тепловым ощущениям «слегка
тепло», «тепло», «жарко».
При преобладании теплоотдачи над теплообразованием, когда
дефицит тепла более 2 Вт, микроклимат оценивается как охлаждающий, что соответствует в зависимости от холодовой нагрузки и дефицита тепла тепловым ощущениям «слегка прохладно»,
«прохладно», «холодно».
13
3.ТЕПЛООТДАЧА
В РАЗЛИЧНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Организм теряет тепло в основном через кожу (82 %), через органы
дыхания (13 %), на согрев пищи и воды (4 %) и с мочой и калом (1 %).
Теплоотдача с поверхности кожи зависит от температуры кожи,
а точнее, в свою очередь, от количества крови, циркулирующей
в поверхностных слоях тела. Эти показатели определяются физиологической реакцией сосудов оболочки на холодовое или тепловое
воздействие и деятельностью сердечно-сосудистой системы, обеспечивающей перенос тепла от внутренних органов, тканей человека («ядро»), где собственно образуется тепло, к поверхности кожи
(«оболочки»).
В то же время само удаление тепла с поверхности кожи, рассеяние в окружающей среде подчиненно физическим законам и зависит от метеорологических условий.
Пути теплоотдачи с поверхности кожи:
– излучением;
– конвекцией;
– испарением.
Отдача тепла излучением подчиняется закону СтефанаБольцмана и происходит в направлении поверхностей с более низкой температурой. Количество отдаваемого тепла Qизл зависит от
площади излучающей поверхности тела человека Sизл и разности
четвертых степеней температуры ТT тела и температуры ТП поверхностей.
Однако при разности этих температур, не превышающей 40 °С,
можно приближенно считать, что за 1 час организм излучает
Qизл = Kизл ⋅ Sизл ⋅ (ТT – ТП),
(3.1)
где Kизл – приведенный коэффициент взаимоизлучения одежды и
окружающих поверхностей, кДж / (м2 ⋅ ч ⋅ град).
В условиях нейтрального (комфортного) микроклимата этим
путем организм отдает около 50 % тепла. В условиях охлаждающего микроклимата, когда температура окружающих человека
поверхностей снижается, теплоотдача излучением относительно
возрастает. В условиях нагревающего микроклимата, когда в цехе имеются поверхности с температурой значительно больше 35 °С
(температуры кожи), человек больше получает тепла, чем отдает за
счет инфракрасного излучения.
14
Наибольшая отдача тепла с поверхности тела излучением возможна тогда, когда температура окружающих поверхностей ниже
температуры тела человека.
Под конвекцией понимается отдача тепла с поверхности тела человека менее нагретым, обтекающим его слоям воздуха.
Количество тепла Qкон, передаваемое в единицу времени конвекцией, зависит от площади Sкон обдуваемой поверхности тела, разности температур тела человека ТТ и окружающего воздуха Т, а
также скорости V движения воздуха
Qкон = aSкон ⋅ (ТТ – Т),
(3.2)
где a – коэффициент конвективного теплообмена, кДж / (м2 ⋅ ч ⋅ град).
При малых скоростях воздуха (V ≤ 4 м / с) значение a может
быть определено как
a = 6,31 ⋅ V0,654 + 3,25 ⋅ е–1,91V.
(3.3)
Слои воздуха, непосредственно контактирующие с поверхностью тела человека, нагреваются и поднимаются вверх как более
легкие, уступая место холодным слоям воздуха, которые в свою
очередь нагреваются и т. д. Теплоотдача конвекцией определяется
согласно закону охлаждения Ньютона, т. е. применительно к человеку прямо пропорциональна разнице температур кожи и воздуха,
а так же скорости движения воздуха.
В комфортных условиях на теплоотдачу конвекцией приходится около 25 % всей теплоотдачи.
В условиях охлаждающего микроклимата теплоотдача конвекцией значительно усиливается, причем, чем ниже температура воздуха и больше его скорость, тем сильнее теплоотдача.
В условиях нагревающего микроклимата, когда температура
воздуха достигает 32–35 °С, т. е. разница температур кожи и окружающего воздуха приближается к нулю, теплоотдача конвекцией
практически невозможна. При больших температурах воздуха человек получает тепло путем конвекции, нагреваясь от воздуха.
Испарение, т. е. превращение жидкости в пар, сопряжено с потреблением значительного количества энергии. Организм, отдавая тепло испаряющимся частицам жидкости, охлаждается.
Теплоотдача испарением
Qисп = Кисп ⋅ Sисп ⋅ (РТ – PП),
(3.4)
15
где Sисп – площадь поверхности тела, участвующей в испарении;
РТ – парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре тела человека, кПа; РП – парциальное давление водяного
пара в окружающем воздухе, кПа; Кисп – коэффициент испарительного теплообмена, кДж / (м2 ⋅ ч ⋅ кПа).
В условиях комфортного микроклимата отдача тепла испарением с поверхности кожи происходит в результате диффузии воды
без активного участия большинства потовых желез. Исключение
составляют поверхности ладоней, подошв и подмышечных впадин
с непрерывным потоотделением. Причем на теплоотдачу испарением приходится до 30 % всей теплоотдачи. В теплоотдаче испарением 2 / 3 приходится на теплоотдачу с поверхности кожи и 1 / 3 с поверхности органов дыхания.
В условиях нагревающего микроклимата, а также при средней
и тяжелой физической работе (с выработкой большого количества
тепла) начинается активное выделение пота, испарение которого
и обеспечивает увеличение теплопотерь этим путем. Чем ниже относительная влажность воздуха и больше скорость движения воздуха, тем интенсивнее испарение пота. Теплоотдача испарением
в условиях нагревающего микроклимата в зависимости от влажности воздуха может возрастать от 30 до 100 % всей теплоотдачи. При
этом в соотношении теплоотдачи испарением легкие / кожа значительно возрастает доля испарения с поверхности кожи.
В условиях охлаждающего микроклимата отдача тепла испарением снижается и происходит, минуя потоотделение, непосредственно сквозь стенки капилляров кожи и слизистые верхних дыхательных путей.
При повышении температуры окружающего воздуха до 30 °С и
выше основной путь теплоотдачи – испарение. Рефлекторно усиливается работа потовых желез и влага с потом выделяется из организма. При испарении 1 л воды отводится 2,46 ⋅ 103 кДж тепловой
энергии.
Длительное пребывание человека в воздушной среде при неблагоприятных значениях параметров микроклимата ведет к нарушению терморегуляции, перегреву организма (резкому повышению
температуры тела до 38–39 °С), учащению пульса, обильному потоотделению и способствует возникновению ряда заболеваний.
За сутки вместе с потом из организма удаляется до 5 л воды и
примерно 20–50 г солей. Нарушение водно-солевого обмена может
привести к возникновению заболеваний почек, нарушению деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем.
16
При неблагоприятных метеорологических условиях могут возникать изменения физиологических функций организма человека,
вызывающие снижение физической и умственной активности, что
приводит к уменьшению производительности труда. Правильный
выбор и измерение фактических значений метеорологических условий в производственном помещении имеют большое значение
как с медицинской, так и с экономической точек зрения.
17
4. НОРМИРОВАНИЕ
ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МИКРОКЛИМАТА
Показатели микроклимата на производстве (температура воздуха, относительная влажность, скорость движения воздуха, температура поверхностей и интенсивность теплового излучения) должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей средой и поддержание оптимального или допустимого теплового состояния организма.
Параметры микроклимата на производстве регламентируются санитарными правилами и нормами «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» СанПиН 2.2.2.548–96
(см.Прил. 1).
При нормировании параметров микроклимата учитывают:
– тяжесть выполняемой физической работы;
– наличие в производственном помещении источников явного
тепла (нагретое оборудование, нагретые материалы), т. е. тепла,
увеличивающего температуру воздуха в помещении;
– период года.
Все выполняемые работы делятся на три категории:
легкие физические работы (категория I)–все виды деятельности с расходом энергии не более 150 ккал / ч (174 Вт);
средней тяжести физические работы (категория II)–все виды деятельности с расходом энергии в пределах 151–250 ккал / ч
(175–290 Вт).
тяжелые физические работы (категория III)  все виды деятельности с расходом энергии более 250 ккал / ч (290 Вт или 1044 кДж / ч).
Легкие физические работы подразделяются на Iа – энергозатраты до 120 ккал / ч (139 Вт или 500,5 кДж / ч) и Iб – энергозатраты
121–150 ккал / ч (140–174 Вт или 500,5–626,5 кДж / ч).
К категории Iа относятся работы, производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением (ряд
профессий на предприятиях точного приборо- и машиностроения,
на часовом, швейном производствах, в сфере управления и т. п.)
К категории Iб относятся работы, производимые сидя, стоя или
связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим
напряжением (ряд профессий в полиграфической промышленности, на предприятиях связи, контролеры, мастера в различных видах производства и т. п.)
Физические работы средней тяжести также подразделяют на
категории IIа – энергозатраты от 151 до 200 ккал / ч (175–232 Вт
18
или 626,5–835 кДж / ч) и IIб – энергозатраты от 201 до 250 ккал / ч
(233–290 Вт или 835–1044 кДж / ч).
К категории IIа относятся работы, связанные с постоянной
ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов
в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения (ряд профессий в механо-сборочных цехах, в прядильно-ткацком производстве и т. п.).
К категории IIб относятся работы, связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным
физическим напряжением (ряд профессий в механизированных литейных, прокатных, кузнечных, термических, сварочных цехах и т. п.).
К тяжелым физическим работам категории III с энерготратами более 1044 кДж / ч относятся все виды деятельности, связанные
с постоянными передвижениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей. Эти работы требуют больших
физических усилий (ряд профессий в кузнечных цехах с ручной ковкой, литейных цехах с ручной набивкой и заливкой опок и т. п.).
На предприятиях приборостроения преобладают, в основном,
работы легкие и средней тяжести.
При нормировании параметров микроклимата различают производственные помещения со значительными и с незначительными тепловыделениями.
Тепловыделения более 84 кДж / (м3 ⋅ ч) считаются значительными. К помещениям, характеризующимся значительными тепловыделениями, относятся участки плавки и разливки металлов литейных цехов, термические цеха и т. п.
Тепловыделения менее 84 кДж / (м3 ⋅ ч) считаются незначительными.
В нормах учитываются периоды года: холодный и теплый.
Холодный период характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10 °С и ниже, теплый – выше +10 °С.
ГОСТ 12.1.005–88 накладывает определенные ограничения на точность измерения параметров микроклимата. При измерении температуры (по сухому и по мокрому термометру аспирационного психрометра) абсолютная погрешность измерения не должна превышать
± 0,2 °С. При измерении влажности воздуха предельное отклонение
должно быть не более ±5 % относительной влажности. Скорость движения воздуха измеряется с относительной погрешностью не более ±10 %.
В санитарных правилах и нормах СанПиН 2.2.4.548–96 регламентируются оптимальные и допустимые условия микроклимата
(см. Прил. 1).
19
Оптимальные микроклиматические условия установлены по
критериям оптимального теплового и функционального состояния
человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном
напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого
уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.
Оптимальные показатели микроклимата необходимо соблюдать
на рабочих местах производственных помещений, на которых выполняются работы операторского типа, связанные с нервно-эмоциональным напряжением (в кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и др.).
Допустимые микроклиматические условия установлены по
критериям допустимого теплового и функционального состояния
человека на период 8-часовой рабочей смены. Они не вызывают
повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих и локальных ощущений теплового
дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности.
Допустимые показатели микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные.
Оптимальные параметры микроклимата принято называть комфортными.
В качестве показателя, характеризующего степень нарушения
комфортности воздушной среды, используется комплексный показатель дискомфорта ЕД, определяемый по уравнению теплового
баланса организма человека,
ЕД = Qпр – QТ = Qпр – Qизл – Qкон – Qисп,
(4.1)
где Qпр – энергозатраты организма человека, кДж / ч; Qт – теплопотери организма, кДж / ч.
Получение дополнительного тепла (+ЕД) приводит к перегреву
организма, потеря тепла (–ЕД) приводит к понижению температуры тела и ощущению холода. Оптимальное (комфортное) состояние, при котором ЕД ≈ 0, свидетельствует об отсутствии как перегрева, так и охлаждения организма. Значение Qпр обычно прини20
мается в зависимости от характера выполняемой работы. Значения Qизл, Qкон, Qисп при известных параметрах поверхности тела
человека определяются лишь параметрами микроклимата и могут
быть рассчитаны по по формулам (3.1),(3.2) и (3.4).
Таким образом, при ЕД ≈ 0 выражение (4.5) описывает область
комфортных сочетаний параметров микроклимата Т, j и V. В зоне изменений любого из параметров микроклимата, допустимых действующими санитарно-гигиеническими нормами СанПиН 2.2.4.548–96,
комфортное состояние воздушной среды может достигаться варьированием различных факторов независимо от причин, вызвавших
состояние дискомфорта.
21
5.ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
5.1.Цель исследований
Ознакомление с санитарными нормами на метеорологические
условия в производственных помещениях и механизмами теплового взаимодействия организма человека с внешней средой; изучение методов и приборов, применяемых для контроля параметров
микроклимата; ознакомление с методикой расчета теплопотерь организма человека.
5.2.Методические указания
Метеорологические условия (микроклимат) в рабочей зоне производственного помещения характеризуются температурой, относительной влажностью и скоростью движения воздуха.
Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м
над уровнем пола или площадки, на которой находятся рабочие
места.
Микроклимат в производственном помещении зависит от технологических процессов. Для некоторых производственных процессов металлургической, машиностроительной, приборостроительной, химической промышленности характерны повышенные температуры воздуха вблизи рабочей зоны. Ряд процессов проводится
при строго определенных параметрах микроклимата, малейшее
изменение которых приводит к браку (например, планарная технология, лазерная сварка и т. п.). В прямой зависимости от технологического процесса может быть и влажность воздуха в производственном помещении, например, в травильных, гальванических
цехах машиностроительных заводов.
Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность воздуха.
Абсолютная влажность В, г / м3 – это масса водяных паров, содержащихся в 1 м3 воздуха при данных условиях.
Максимальная влажность Вmax, г / м3 – предельное количество
водяных паров, которое может содержаться в 1 м3 воздуха при данной температуре без конденсации. Максимальная влажность воздуха зависит от температуры и с уменьшением температуры понижается.
22
Относительная влажность j, %–это отношение абсолютной
влажности к максимальной влажности, которое показывает степень приближения при данных условиях к насыщенному состоянию:
B
=
j
× 100, %
Bmax T =const
PA =const
Поскольку максимальная влажность зависит от температуры,
относительная влажность меняется при изменении температуры, даже если абсолютная влажность остается неизменной. При
охлаждении воздуха до температуры точки росы относительная
влажность достигает 100 %.
Точкой росы называется такая температура, при охлаждении до
которой начинается конденсация воды, содержащейся во влажном
воздухе (образование росы).
Относительную влажность воздуха определяют также как отношение парциального давления водяного пара к парциальному
давлению насыщенного пара при одном и том же атмосферном давлении и температуре:
=
j
PΠ
PΗ
T =const
PA =const
× 100, %
где РП и РН – парциальное давление водяного пара, содержащегося
в воздухе, и насыщенного водяного пара соответственно, Па.
Парциальным давлением называется давление определенного
компонента газовой смеси (или воздуха).
Значения давления насыщенного водяного пара и максимальной влажности в зависимости от температуры (при нормальном атмосферном давлении РА = 101 кПа) приведены в Прил. 5.
5.3.Описание лабораторной установки
Исследовательская работа состоит из экспериментальной и расчетной частей. При выполнении экспериментальных исследований студенты измеряют температуру воздуха снаружи и внутри помещения,
определяют относительную влажность и скорость движения воздуха.
Для заданных в варианте характеристик производственного помещения и категории работы в санитарных нормах выбираются до23
пустимые и оптимальные параметры микроклимата, которые сравниваются с экспериментальными значениями.
В расчетной части работы рассчитывается суммарная теплоотдача организма человека. Делается вывод о том, какую работу наиболее целесообразно выполнять в данном производственном помещении.
Исследования параметров микроклимата проводятся в потоке
воздуха, моделирующем условия в производственном помещении.
Поток воздуха создается тепловентилятором, установленным на
лабораторном столе. Приборы для измерения параметров микроклимата также расположены на лабораторном столе, а их датчики
укрепляются на штативе в потоке воздуха на расстоянии 1,5 м от
выходного сопла тепловентилятора. Изменение параметров микроклимата осуществляется изменением режима работы тепловентилятора путем нажатия кнопок на его панели управления в соответствии с заданным вариантом.
Приборы для измерения относительной влажности воздуха
Относительная влажность воздуха определяется с помощью
аспирационного психрометра и гигрометра «Волна-1М».
Аспирационный психрометр или психрометр Ассмана
(рис. 5.1,а) состоит из двух расположенных рядом термометров,
резервуар одного из которых обернут увлажненной тканью. При
испарении влаги с поверхности резервуара влажного термометра
уносится тепло, поэтому показания влажного термометра оказываются ниже показаний сухого термометра. Сухой термометр показывает температуру Т окружающего воздуха. Показания влажного термометра Тв зависят от относительной влажности воздуха.
Относительная влажность определяется по значениям Т и Тв по
психрометрической таблице, приведенной в справочных данных
к лабораторной работе (см. Прил. 2).
Ртутные термометры психрометра заключены в металлическую
оправу, резервуары термометров находятся в двойных металлических гильзах, что исключает влияние теплового излучения на показания термометров. Поэтому сухой термометр аспирационного
психрометра применяется для измерения температуры воздуха
в помещении даже при наличии значительного инфракрасного излучения. В верхней части прибора находится вентилятор с электродвигателем, протягивающий воздух вдоль резервуаров термометров.
24
а)
б)
1
3
2
1
2
Рис. 5.1. Приборы для измерения температуры и относительной
влажности воздуха
а) аспирационный психрометр: 1 – сухой термометр;
2 – влажный термометр; 3 – электродвигатель с вентилятором;
б)гигрометр «Волна  1М»: 1 – первичный преобразователь;
2 – блок измерения и индикации.
Техническая характеристика аспирационного психрометра
Пределы шкал сухого и влажного термометров от −30 до +50 °С.
Цена деления термометров 0,2 °С. Скорость обдува воздухом резервуаров термометров 4 м / с. Время измерения 3–5 мин. Погрешность
определения относительной влажности ±3 %.
Инструкция по работе с аспирационным психрометром
– Смочить чистой, желательно дистиллированной водой ткань,
которой обёрнут резервуар правого термометра (влажный термометр).
– Включить электродвигатель вентилятора психрометра.
– Через 3–5 мин после запуска вентилятора снять показания сухого Т и влажного Тв термометров (°С).
– Используя полученные значения Т и Тв, по справочным данным таблицы (см. Прил. 2) к лабораторной работе определить относительную влажность воздуха.
25
– Записать показания термометров и относительную влажность
воздуха в табл. П.6.1(см. Прил. 6).
– Выключить электродвигатель вентилятора психрометра.
Гигрометр «Волна-1М» предназначен для измерения относительной влажности воздуха и неагрессивных газовых смесей и
представляет собой сорбционно-частотный одноканальный переносной цифровой прибор, имеющий выход для информационной
связи с другими системами и цифропечатающим устройством.
Принцип действия гигрометра основан на измерении резонансной частоты колебаний пьезоэлемента, покрытого пленкой сорбента. Резонансная частота колебаний пьезоэлемента зависит от массы
пленки, изменение которой пропорционально изменению относительной влажности анализируемого воздуха
∆f = –b ⋅ f2рез ⋅ ∆m,
где ∆f – изменение резонансной частоты генератора; b – постоянный коэффициент; fрез – резонансная частота; ∆m – изменение массы сорбционной пленки.
Прибор состоит из первичного преобразователя 1 и блока измерения 2 (рис. 5.1,б). На лицевой панели блока измерения расположены кнопки включения питания, обозначенные символами «=» и
«≈», и цифровой индикатор относительной влажности.
Техническая характеристика гигрометра «Волна-1М»
Диапазон измерения относительной влажности от 0 до 99,9 %
при температуре воздуха от 0 до +60 °С, давлении от 40 до 133 кПа
и скорости движения воздуха не более 15 м / с. Основная абсолютная погрешность не превышает ± 1,5 % относительной влажности.
Постоянная времени гигрометра 120 с. Электрическое питание осуществляется от сети переменного тока 220 В, 50 Гц или источника
постоянного тока напряжением 7−12 В.
Инструкция по работе с гигрометром «Волна-1М»
– Установить первичный преобразователь в исследуемую точку
рабочей зоны чувствительным элементом вниз.
– Подсоединить шнур питания к электрической сети 220 В, 50
Гц и включить гигрометр, нажав кнопку «≈».
– Через 5 мин после включения прибора (прогрев) снять его показания и записать их в табл.П6.1 (см. Прил. 6).
26
– Выключить прибор по окончании измерений нажатием на ту
же кнопку «≈».
Приборы для измерения скорости движения воздуха
Скорость движения воздуха в производственных помещениях измеряют кататермометрами, анемометрами и термоанемометрами.
Кататермометр представляет собой спиртовой термометр
(рис. 5.2, а), шкала которого проградуирована в °С. Кататермометр применяется для измерения малых скоростей движения воздуха. Принцип
его действия основан на зависимости скорости охлаждения предварительно нагретого резервуара прибора от скорости движения воздуха.
Техническая характеристика кататермометра
Диапазон измеряемых скоростей от 0,05 до 2 м / с. Пределы
шкалы кататермометра от +33 до +40 °С. Погрешность определения
скорости не более ±10 %.
Инструкция по работе с кататермометром
– Нагреть резервуар кататермометра нагревательным элементом так, чтобы спирт заполнил примерно половину верхнего рас-
а)
б)
Рис. 5.2. Приборы для измерения скорости движения воздуха:
а) – кататермометр, б) – чашечный анемометр
27
ширения капилляра. При этом необходимо следить за тем, чтобы
в капилляре не оставалось пузырьков воздуха.
– Установить нагретый кататермометр в рабочей зоне, следить за
его охлаждением и по секундомеру отметить время, в течение которого столбик спирта опустится от Т1 = 38 °С до Т2 = 35 °С. Измерение
времени охлаждения кататермометра в исследуемой точке повторить не менее 3х раз и вычислить среднее время охлаждения tср.
– Определить параметр охлаждения
=
Cê
B
B
,
=
 T1 + T2
 tcð × ( 36,5 − Ò )
tcð × 
−T 
 2

(5.1)
где В – постоянная кататермометра (В = 2700 мДж / см2), Т – температура воздуха по показаниям сухого термометра аспирационного
психрометра.
– По таблице для определения скорости движения воздух
(см. Прил. 3) найти значение скорости V, соответствующее расчетному Ск, и записать его в табл. П6.1(см. Прил. 6).
Анемометр чашечный (рис. 5.2,б), позволяет измерять скорость
движения воздуха от 0,3 до 10 м / с. Прибор имеет ротор в виде четырех соединенных чашек, вращающихся под действием потока
воздуха. Скорость вращения ротора, пропорциональная скорости
потока воздуха, анализируется блоком измерения, имеющим цифровой индикатор. Полученный результат каждые десять секунд
выдается на цифровой индикатор, где отображается в течение 2 секунд, после чего индикатор гаснет.
Инструкция по работе с чашечным анемометром
– Установить анемометр в рабочей зоне (вблизи от кататермометра) так, чтобы ось вращения чашечного ротора располагалась перпендикулярно воздушному потоку.
– После установления равномерной скорости вращения ротора включить питание анемометра и снять показания цифрового индикатора.
– Повторить измерение не менее трех раз.
– Определить среднее значение скорости воздуха и записать его
в табл. П6.1 (см. Прил. 6).
– Выключить питание анемометра.
Термоанемометр ТАМ-1–электронный прибор, предназначенный для измерения скорости движения воздуха и его температуры.
28
Принцип действия термоанемометра основан на зависимости электрических параметров чувствительного элемента от скорости обдувающего его воздушного потока и температуры воздуха.
Прибор состоит из блока управления 1 и термопреобразователя 3,
соединенных разъемом 2 (рис. 5.3). Термопреобразователь 3 содержит два чувствительных элемента: дифференциальную термопару,
используемую при измерении скорости воздушного потока, и терморезистор, включенный в мостовую схему измерения температуры.
Термопреобразователь 3 закрыт защитным колпачком, который при
проведении измерения скорости потока необходимо сдвигать в сторону ручки.
На лицевой панели блока управления 1 установлены: переключатель режима работ 7, потенциометр 6 «Установка нуля», кнопка
включения питания 4 и измерительный прибор 5.
2
5
3
1
6
7
4
Рис.5. 3. Термоанемометр ТАМ-1
1 – блок управления; 2 –соединительный разъем;
3 – термопреобразователь с защитным колпачком; 4 – кнопка питания;
5 – измерительный прибор; 6 – потенциометр «Установка нуля»;
7 – переключатель режима работы
29
Техническая характеристика термоанемометра ТАМ-1
Диапазон измеряемых скоростей воздуха от 0,1 до 2 м / с. Диапазон
измеряемых температур от 5 до 40 °С. Предел допускаемой основной
погрешности измерения скорости V составляет ± (10 + 2 / V) %. Предел
допускаемой основной погрешности измерения температуры составляет ± (5 + 25 / Т) %. Время непрерывной работы термоанемометра
не более 5 мин с перерывом не менее 10 мин. Электрическое питание
термоанемометра осуществляется от двух элементов типа 373 «Орион
М» или от стабилизированного источника постоянного тока напряжением 3 В.
Инструкция по работе с термоанемометром ТАМ-1
– Включить прибор, нажав и удерживая кнопку 4 питания прибора.
– Контроль напряжения источника питания. Переключатель 7
режима работ поставить в положение «Δ». Стрелка измерительного прибора при этом должна находиться в пределах закрашенного
участка шкалы контроля питания.
– Установить термопреобразователь прибора в исследуемой точке рабочей зоны.
– Переключатель 7 режима работ установить в положение «V»,
закрыть термочувствительный элемент колпачком и выставить
стрелку прибора в нулевое положение, вращая ручку «>0<» потенциометра 6.
– Сдвинуть защитный колпачок с корпуса термопреобразователя, произвести отсчет скорости воздушного потока по шкале прибора и записать результат в табл.П6.1 (см. Прил. 6).
– Переключатель 7 установить в положение «t°», произвести
отсчет температуры воздуха и записать результат в табл.П6.1
(см. Прил. 6).
– По окончании измерений надвинуть защитный колпачок на
термочувствительный элемент и выключить прибор, установив
переключатель 7 в положение «0» и отпустив кнопку питания 4.
Приборы для измерения температуры воздуха
При выполнении лабораторной работы температуру воздуха
снаружи помещения измеряют с помощью спиртового термометра,
установленного вне помещения на наружной стене здания, а вну30
три помещения – с помощью сухого термометра аспирационного
психрометра и термоанемометра ТАМ-1.
5.4. Требования безопасности
В лабораторной работе для моделирования и измерения параметров микроклимата применяются различные электрические
приборы, поэтому при работе на лабораторной установке следует
руководствоваться ГОСТ 12.3.019–80 «Испытания и измерения
электрические. Общие требования безопасности».
Характеристика опасных (вредных) факторов,
создаваемых лабораторной установкой
При выполнении лабораторной работы установка может создавать следующие опасные факторы:
– опасность поражения электрическим током;
– опасность пожара.
Установка для экспериментального исследования параметров
метеорологических условий и тепловых излучений использует
электрическую энергию для питания моделирующих и измерительных приборов (термоанемометра ТАМ-1, аспирационного
психрометра, гигрометра «Волна-1М», тепловентилятора), а поэтому имеется опасность поражения человека электрическим током. Электропитание приборов, входящих в состав установки, осуществляется от трехфазной сети переменного тока с заземленной
нейтралью. Фазное напряжение в такой сети составляет 220 В при
частоте 50 Гц. В случае прикосновения одновременно к нулевому и
фазному проводам ток, проходящий через человека, представляет
смертельную опасность.
Опасность пожара может возникнуть при коротком замыкании
в электрической схеме приборов, при искрении в контактах.
Конструктивные мероприятия,
обеспечивающие безопасность лабораторной установки
Конструкция установки выполнена с учетом ОСТ 40.4–78
«Оборудование учебно-лабораторное. Общие технические требования». В лабораторной установке используются стандартные приборы, которые удовлетворяют требованиям безопасной эксплуатации.
31
В целях уменьшения электрической и пожарной опасности
в конструкции предусмотрены следующие мероприятия:
– для подключения приборов к электрической сети применены
кабели с надежной электрической изоляцией;
– металлический корпус гигрометра «Волна-1М» имеет клемму,
обозначенную знаком «Земля», которая предназначена для соединения с нулевым проводом электрической сети (зануление);
– в цепях питания приборов применены плавкие предохранители, размещенные в местах, обеспечивающих свободный доступ
к ним в процессе эксплуатации.
5.5. Порядок выполнения работы
Применяя методы и приборы, рассмотренные выше, требуется
исследовать параметры микроклимата (метеорологические условия) в производственном помещении, сравнить их со значениями,
указанными в санитарных нормах СанПиН 2.2.4.548–96; определить суммарные теплопотери организма и указать, какую работу
наиболее целесообразно выполнять при данных метеорологических условиях. Исходные данные (вариант) для исследований (категория работ, режим работы вентилятора) задаются преподавателем. Справочные данные, необходимые для расчетов, помещены
в Приложениях.
Выполнение лабораторной работы разбито на два этапа: экспериментальные исследования параметров метеорологических условий и расчет суммарных теплопотерь организма при работе в этих
условиях.
Экспериментальное определение параметров
метеорологических условий
После ознакомления с описанием лабораторной установки
(см. разд. 5) студенты подключают установку к сети и нажатием
заданных кнопок на панели управления вентилятором создают
поток воздуха, моделирующий метеорологические условия в производственном помещении. Все результаты измерения заносятся
в табл. П6.1 (см. Прил. 6).
Измерение параметров метеорологических условий производится в точке, расположенной в 1,5 м от пола и в 1,5 м от выходного
сопла вентилятора. Датчики измерительных приборов закреплены
в штативах, установленных на лабораторном столе.
32
Вначале измеряется температура воздуха снаружи и внутри помещения. Температура воздуха внутри помещения измеряется по
показаниям сухого термометра аспирационного психрометра, а
также с помощью термоанемометра ТАМ-1.
Далее приступают к измерению влажности воздуха с помощью аспирационного психрометра и гигрометра «Волна-1М».
Аспирационный психрометр подготавливают к работе, для чего
смачивают водой резервуар влажного термометра, устанавливают
в исследуемой точке рабочей зоны, включают вентилятор. Через
3–5 минут после пуска вентилятора снимают показания термометров и записывают их в табл. П6.1 (см. Прил. 6). Используя значения Т и Тв, по психрометрической таблице находят относительную
влажность. Пусть по результатам измерения получено Т = 20 °С и
Тв = 15 °С. Тогда j = 59 %.
При измерении влажности с помощью гигрометра «Волна-1М»
значение относительной влажности считывают с его цифрового табло.
Скорость движения воздуха в исследуемой точке рабочей зоны
измеряют кататермометром, анемометром и термоанемометром.
При измерении скорости движения воздуха кататермометром
определяют среднее время охлаждения от 38 до 35 °С по результатам
3х измерений. Пусть в результате измерений получилось τcp = 65 при
Т = 20 °С. По формуле (5.1) нужно вычислить параметр охлаждения
кататермометра
=
Ñê
2700
= 2,52, ìÄæ/(ñì2 ⋅ c ⋅ ãðàä).
65 × ( 36,5 − 20 )
По таблице Прил. 3 значение скорости равно V = 1 м / с.
При измерении скорости движения воздуха чашечным анемометром его датчик устанавливают вблизи от кататермометра.
Измерения повторяют 3 раза. Полученные значения усредняют и
записывают в табл. П6.1 (см. Прил. 6). Скорость движения воздуха
с помощью термоанемометра определяют по его показаниям в соответствии с инструкцией по работе с прибором.
В соответствии с исходными данными в зависимости от выполняемой категории работы, характеристики производственного помещения и температуры наружного воздуха в табл. П6.1 (Прил. 6)
вносят значения допустимых и оптимальных параметров микроклимата из СанПиН 2.2.4.548–96 (см. Прил. 1).
Затем по результатам анализа полученных данных делают выводы о соответствии реальных параметров метеорологических ус33
ловий требованиям санитарных норм. В выводах следует также
указать, какие из измерительных приборов обладают более высокой точностью измерения температуры, влажности и скорости движения воздуха.
Расчет суммарных теплопотерь организма
Зависимость суммарных теплопотерь от параметров микроклимата согласно (4.5) выражается следующим образом:
QТ = Qизл + Qкон + Qисп = Kизл ⋅ Sизл ⋅ (ТТ – ТП) +
+ (6,31⋅ V 0,654 + 3,25 ⋅ е–1,91V) Sкон ⋅ (ТТ – Т) + Kисп ⋅ Sисп ⋅ (PТ – РП).
Необходимые для расчета значения студенты выбирают из
Прил. 4 в соответствии с вариантом, заданным преподавателем.
Значение ТТ принимается равным средневзвешенной температуре
тела человека 31.5 0С. Значение парциального давления насыщенных паров при температуре ТТ РТ = 4,61 кПа.
Значения парциального давления паров РП при температуре Т и
относительной влажности j определяется как
РП = PН ⋅ j / 100,
где РН – парциальное давление насыщенных паров воды при температуре Т, выбираемое по справочным данным (Прил. 5).
Значения Т, j, V выбираются из экспериментальных данных,
сведенных в табл. П6.1 (см. Прил. 6), причем при расчете используются результаты измерений, полученные с помощью аспирационного психрометра и кататермометра.
Результаты вычислений оформляют в виде табл. П6.2 (см. Прил. 6).
34
6. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать:
1) исходные данные (№ варианта и категорию работ);
2) расчетные формулы с обозначением их элементов;
3) результаты исследования параметров микроклимата (табл. П6.1,
Прил. 6);
4) результаты расчета теплопотерь организма (табл. П6.2,
Прил. 6).
Выводы по результатам исследований должны содержать:
1) заключение о соответствии параметров микроклимата требованиям санитарных норм (Прил. 1);
2) вывод о соответствии теплопотерь организма нормативным
значениям (Прил. 4)
3) дать рекомендации по улучшению микроклимата в рабочей
зоне.
Литература
1. Кирюшин В. А., Большаков А. М., Моталова Т. В. Гигиена труда: Руководство к практическим занятиям. – М.: ГЭОТАР – Медиа,
2011. – 400с.
2. Гигиена труда: учебник / Под ред. Н. Ф. Измерова, В. Ф. Кириллова. – М.: ГЭОТАР – Медиа, 2008. – 592 с.
3. Гигиенические требования к микроклимату производственных
помещений: Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4.548–96. –
М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. –
20 с.
4. Занько Н. Г., Малаян К. Р., Русак О. Н. Безопасность жизнедеятельности: уч-к. 13-е изд.испр. / Под ред. О. Н. Русака. – СПб.:
Издательство «Лань», 2010. – 672 с.
5. ГОСТ 12.1.005–88. ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.
6. Безопасность труда и обеспечение безопасности жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях: учеб. пособие / А. В. Матвеев, К. С. Алешин, О. К. Пучкова; под ред. А. В. Матвеева.–
СПб.: ГУАП, 2014. – 191 с.
35
Приложение 1
Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах
должны соответствовать значениям, приведенным в табл. П1.1,
применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый период года.
Таблица П1.1
Оптимальные величины показателей микроклимата
на рабочих местах производственных помещений
Период
года
Категория работ
Температура
Температура
по уровню
поверхновоздуха, °С
энергозатрат, Вт
стей, °С
Относительная
влажность
воздуха, %
Скорость
движения
воздуха,
м / с
Iа (до 139)
22–24
21–25
60–40
0,1
Iб (140–174)
21–23
20–24
60–40
0,1
Холодный IIа (175–232)
19–21
18–22
60–40
0,2
IIб (233–290)
17–19
16–20
60–40
0,2
III (более 290)
16–18
15–19
60–40
0,3
Iа (до 139)
23–25
22–26
60–40
0,1
Iб (140–174)
22–24
21–25
60–40
0,1
IIа (175–232)
20–22
19–23
60–40
0,2
IIб (233–290)
19–21
18–22
60–40
0,2
III (более 290)
18–20
17–21
60–40
0,3
Теплый
Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах должны соответствовать значениям, приведенным
в табл. П1.2, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый период года.
36
37
15,0–17,9
20,0–21,9
Iб (140–174)
III (более 290)
21,0– 22,9
Iа (до 139)
16,0–18,9
13,0–15,9
III (более 290)
IIб (233–290)
15,0–16,9
IIб (233–290)
18,0–19,9
17,0–18,9
Холодный IIа (175–232)
IIа (175–232)
19,0–20,9
Iб (140–174)
Теплый
20,0–21,9
Iа (до 139)
Период
года
20,1–26,0
21,1–27,0
22,1–27,0
24,1–28,0
25,1–28,0
18,1–21,0
19,1–22,0
21,1–23,0
23,1–24,0
24,1–25,0
14,0–27,0
15,0–28,0
17,0–28,0
19,0–29,0
20,0–29,0
12,0–22,0
14,0–23,0
16,0–24,0
18,0–25,0
19,0–26,0
15–75*
15–75*
15–75*
15–75*
15–75*
15–75
15–75
15–75
15–75
15–75*
0,2
0,2
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,1
0,1
0,1
0,5
0,5
0,4
0,3
0,2
0,4
0,4
0,3
0,2
0,1
Скорость движения воздуха, м/с
для диапазона для диапазона
Категория работ
Температура Относительная
Диапазон
Диапазон
температур
температур
по уровню
поверхностей, влажность воз- воздуха ниже
ниже
выше
воздуха ниже
энергозатрат, Вт оптимальных оптимальных
°С
духа, %
оптимальных
оптимальных
величин
величин
величин,
величин,
не более
не более**
Температура воздуха, °С
Допустимые величины показателей микроклимата
на рабочих местах производственных помещений
Таблица П1.2
*При температуре воздуха на рабочих местах 25 оС и выше максимально допустимые величины относительной влажности воздуха не должны выходить за пределы:
70 %–при температуре воздуха 25 °С;
65 %–при температуре воздуха 26 °C;
60 %–при температуре воздуха 27 °С;
55 %–при температуре воздуха 28 °С.
**При температуре воздуха 26–28 °С скорость движения воздуха, указанная в таблице для теплого периода года, должна соответствовать диапазону:
0,1–0,2 м / с – при категории работ Iа;
0,1–0,3 м / с – при категории работ Iб;
0,2–0,4 м / с – при категории работ IIа;
0,2–0,5 м / с – при категории работ IIб и III.
Приложение 2
Показания сухого
термометра, °C
Таблица для определения относительной влажности воздуха
аспирационным психрометром
Показания влажного термометра, °C
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
24
25
Относительная влажность, %
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
38
36
30
24
20
15
44
37
32
27
22
18
14
52
46
39
34
29
24
20
16
13
61
54
47
41
36
30
26
22
18
15
71
63
55
49
43
37
32
28
24
20
17
14
80
71
64
56
50
44
39
34
30
26
22
19
16
90
81
72
65
58
52
46
40
36
31
27
24
21
100
90 100
81 90 100
73 82 91 100
66 74 82 91 100
59 66 74 83 91
53 60 67 75 83
47 54 61 68 76
42 48 55 62 69
37 43 49 56 63
33 38 44 50 57
29 34 40 46 52
25 30 36 41 47
100
91
84
76
70
63
57
52
100
92
84
77
70
64
58
100
92
84
77
71
65
100
92
84
77
71
100
92 100
85 92
78 85
Приложение 3
Таблица для определения скорости движения воздуха
шаровым кататермометром
СК,
мДж / cм2⋅с⋅град
V, м / c
СК,
мДж / см2⋅с⋅град
V, м / c
СК,
мДж / см2⋅с⋅град
V, м / c
1,38
0,048
2,1
0,44
2,81
1,27
1,42
0,062
2,14
0,48
2,85
1,31
1,47
0,077
2,16
0,52
2,89
1,35
1,51
0,09
2,22
0,57
2,93
1,39
1,55
0,11
2,26
0,62
2,97
1,43
1,59
0,12
2,3
0,68
3,02
1,48
1,63
0,14
2,35
0,73
3,06
1,52
1,68
0,16
2,39
0,80
3,1
1,57
1,72
0,18
2,43
0,88
3,14
1,60
1,76
0,20
2,47
0,97
3,18
1,65
1,8
0,22
2,51
1,00
3,23
1,70
1,84
0,25
2,55
1,03
3,27
1,75
1,89
0,27
2,6
1,07
3,31
1,79
1,93
0,30
2,64
1,11
3,35
1,84
1,97
0,33
2,68
1,15
3,39
1,89
2,01
0,36
2,72
1,19
3,43
1,94
2,05
0,40
2,77
1,22
3,48
1,98
Приложение 4
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ
Требованиям санитарных норм по энэргозатратам
Категория работ
Энергозатраты, кДж / ч
Легкая – Ia
< 500,5
Легкая – Iб
500,5–626,5
Средней тяжести – IIa
626,5–835
Средней тяжести – IIб
835–1044
Тяжелая – III
> 1044
39
Данные для расчета теплопотерь организма
Приведенный коэффициент
взаимоизлучения одежды
и окружающих поверхностей
Площадь излучающей поверхности
тела человека
Средневзвешенная температура
тела человека
Температура
окружающих поверхностей
Площадь обдуваемой поверхности
тела человека
Приведенный коэффициент
испарительного теплообмена
Парциальное давление
насыщенного водяного пара
при температуре тела человека
Площадь поверхности тела человека,
участвующей в теплоотдаче
испарением
Kизл = 12,5 … 14,2 кДж / м2 ⋅ ч ⋅ град
Sизл = 1,60 … 1,85 м2
ТТ = 31,5 °С
ТП = Т
Sкон = 1,4 … 1,6 м2
Kисп=15,1 … 16,8 кДж / м2 ⋅ ч ⋅ кПа
РТ = 4,61 кПа
Sисп = 1,50 … 1,95 м2
Примечание: при вычислении теплопотерь подставлять средние
значения из приведенного диапазона
Приложение 5
Парциальное давление насыщенного водяного пара
и максимальная влажность воздуха в зависимости от температуры
при нормальном атмосферном давлении РА = 101 кПа
40
Т, °С
Рн, кПа
Bmax, г / м3
Т, °С
Рн, кПа
Вmax, г / м3
–5
–3
0
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0,401
0,463
0,611
0,656
0,872
0,935
1,005
1,072
1,148
1,227
1,312
1,401
1,497
1,597
1,704
3,25
3,83
4,85
5,2
6,8
7,27
7,79
8,28
8,83
9,41
10,02
10,67
11,36
12,08
12,84
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
1,817
1,937
2,062
2,196
2,337
2,486
2,642
2,809
2,984
3,168
3,361
3,565
3,780
4,004
4,241
13,65
14,50
15,39
16,32
17,32
18,35
19,44
20,60
21,81
23,07
24,40
25,79
27,26
28,82
30,46
Приложение 6
Таблица П6.1
Результаты исследования параметров микроклимата
Измеренные
или расчетные
параметры
Нормируемые
параметры
Наименование Измерительный
параметра
прибор
Условное
обозначение
Температура
наружного
воздуха
Спиртовой
термометр
Ртутный
Температура термометр
воздуха
внутри
помещения Термоанемометр ТАМ-1
Аспирационный псиОтносительхрометр
ная влажность
Гигрометр
“Волна-1М”
Численное
значение
Оптимальные
Допустимые
Тн, °С
Т, °С
Т, °С
Т, °С
ТВ, °С
j, %
j, %
tср, с
Скорость
движения
воздуха
Кататермометр
СК,
мДж / (см2 ⋅ с ⋅ град)
V, м / с
Анемометр
V, м / c
Термоанемометр ТАМ-1
V, м / с
41
Таблица П6.2
Расчет суммарных теплопотерь организма
Параметры микроклимата и их производные
Т, °С
j, %
V, м / c
РН, кПа
РП, кПа
ТП, °С
Исходные данные для расчета
Sизл,
м2
Sкон,
м2
Sисп, м2
Kизл, кДж / м2 ⋅ ч ⋅ град
Kисп, кДж / м2 ⋅ ч ⋅ Па
Теплопотери организма
Qизл, кДж / ч
42
Qк, кДж / ч
Qисп, кДж / ч
QТ, кДж / ч
СОДЕРЖАНИЕ
Введение...................................................................................
3
1. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ.........................................
1.1. Виды производственного микроклимата.............................
1.2. Нейтральный (комфортный) микроклимат.........................
1.3. Нагревающий микроклимат.............................................
1.4. Охлаждающий микроклимат............................................
4
4
5
5
10
2. ТЕПЛООБМЕН И МИКРОКЛИМАТ..........................................
12
3.ТЕПЛООТДАЧА В РАЗЛИЧНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЯХ..............................................................................
14
4.НОРМИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО
МИКРОКЛИМАТА....................................................................
18
5.ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ..................
5.1.Цель исследований...........................................................
5.2.Методические указания....................................................
5.3.Описание лабораторной установки .....................................
5.4. Требования безопасности .................................................
5.5. Порядок выполнения работы ............................................
22
22
22
23
31
32
6. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА.........................................................
35
Литература...............................................................................
36
ПРИЛОЖЕНИЕ 1......................................................................
37
ПРИЛОЖЕНИЕ 2......................................................................
40
ПРИЛОЖЕНИЕ 3......................................................................
41
ПРИЛОЖЕНИЕ 4......................................................................
42
ПРИЛОЖЕНИЕ 5......................................................................
43
ПРИЛОЖЕНИЕ 6......................................................................
44
43
Учебное издание
Колобашкина Татьяна Владимировна,
Тужилкин Андрей Александрович,
Елисеева Людмила Андреевна
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Учебно-методическое пособие
Публикуется в авторской редакции
Компьютерная верстка В. Н. Костиной
Сдано в набор 23.03.16. Подписано к печати 11.04.16. Формат 60 × 84 1/16.
Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,6. Уч.-изд. л. 2,8.
Тираж 50 экз. Заказ № 177.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
1 174 Кб
Теги
kolobashkina
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа