Лабораторная работа №1
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В РАБОЧЕЙ
ЗОНЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Цель работы: ознакомиться с теоретическими основами нормирования микроклиматических факторов, освоить приборы, методики измерения и оценку микроклиматических условий в рабочей зоне помещений.
1.Теоретическая часть
Микроклиматические условия производственной среды (температура, влажность и скорость движения воздуха, тепловое излучение) определяют тепловой обмен между организмом и средой и оказывают существенное влияние на самочувствие, работоспособность и здоровье человека. Нарушения теплообмена, приводящие к охлаждению или перегреванию организма, усугубляют действие промышленных ядов, вибраций и других производственных вредностей. Все это предопределяет необходимость нормирования микроклимата и профилактики перегревания и переохлаждения.
Температурное постоянство внутренней среды организма (37 С) достигается за счет терморегуляции – совокупности физиологических процессов, определяющих уровни теплопродукции и теплоотдачи. Теплопродукция организма (QМЕТ), или метаболизм создается за счет биологических процессов, ведущих к образованию тепла. Различают основной метаболизм или обмен, создаваемый непрерывным функционированием внутренних органов, без участия сознания, и мышечный, создаваемый в процессе физической работы. Интенсивность первого из них составляет 70…90 Вт/ч в покое и практически не меняется при работе. Мышечный метаболизм в лежачем положении в покое отсутствует, появляется при переходе в вертикальное положение (20…25 Вт/ч) и резко увеличивается при тяжелой работе – до 350 Вт/ч. Теплоотдача организма обеспечивается за счет излучения (QРАД), конвекции (передачи тепла потоками воздуха, газа или жидкости QКОНВ), кондукции (проведения тепла через соприкасающиеся с телом человека предметы - QКОНД) и за счет испарения влаги с поверхности кожи человека (QИСП). Определенная часть тепла идет на нагревание воздуха, поступающего в легкие, воды и пищи, поступающих в желудочно-кишечный тракт.
Общее уравнение теплового баланса имеет вид:
.
При нулевом тепловом балансе обеспечивается постоянство температуры организма, при отрицательном идет охлаждение, положительном – перегревание. В неподвижном воздухе с температурой +18 С и отсутствии контакта с нагретыми или холодными предметами за счет излучения отдается 45% тепла, за счет конвекции – 30% и за счет неощутимого испарения 25%.
Нормирование микроклимата проводят по комплексным показателям, учитывающим одновременное воздействие нескольких факторов (по Р2.2.013-94) или раздельно по каждому фактору ГОСТ 12.1.005-88. Различают оптимальные микроклиматические условия, т.е. не вызывающие напряжения системы терморегуляции; допустимые, вызывающие ее напряжение, но не ухудшающие здоровья работающих, и переносимые, которые обеспечивают выживание человека и учитываются при аварийных ситуациях. Первым признаком теплового дискомфорта в нагревающей среде будет увеличение испарения выше обычных 25…30 г/час (при очень высоких температурах потеря влаги может достигать 3…4 л/час), а в охлаждающей среде – появление «гусиной кожи» и озноба, усиливающих мышечный метаболизм в 9…10 раз.
В ГОСТе 12.1.005-88 ССБТ приведены оптимальные и допустимые нормы температуры, влажности и скорости движения воздуха. Различные нормы для каждой категории тяжести работы учитывают изменения энергетического обмена организма в зависимости от интенсивности выполняемого труда, которая составляет менее 139 и 140…170 Вт при легкой работе (соответственно категории Iа, Iб), 175…232 и 233…290 Вт при работе средней тяжести (соответственно категории IIа, IIб) и свыше 290 Вт при тяжелой работе (категория III). Нормы для холодного периода года (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +10 С) и теплого периода года (среднесуточная температура наружного воздуха +10 С и выше) учитывают сезонные изменения энергетического обмена и вид одежды человека. В ГОСТе приведены так же допустимые нормы для непостоянных рабочих мест, на которых работающий находится менее 50% смены или менее 2 часов непрерывной работы.
Радиационная температура в ГОСТ 12.1.005-88 не нормируется. Однако она учитывается специальными нормами для помещений с избытками явной теплоты (23 Дж/м3 с и более), прежде всего той, которая поступает от нагретых поверхностей оборудования, материалов и т.д.
Более точная оценка микроклиматических условий с учетом радиационной температуры приведена в Р2.2.013-94; именно такая оценка предусмотрена для определения класса условий труда по эмпирическому интегральному показателю WBGT-индексу, отражающему сочетанное влияние температуры, влажности и скорости движения воздуха и теплового излучения на теплообмен с окружающей средой. При этом учитываются те же 5 категорий тяжести работы (Iа, Iб, IIа, IIб и III), и те же холодный и теплый периоды года. Для оптимальных и допустимых условий летом может быть использован ГОСТ 12.1.005-88. Для холодного периода года в Р.2.2.013-94 даны нормы для температур, ниже указанных в ГОСТе. Для открытых территорий и холодных помещений в такой же период года даны критерии оценки с учетом одежды с соответствующей теплоизоляцией. Кроме того в Р.2.2.013-94 предусмотрен еще один критерий оценки условий труда – величина теплового излучения превышающая 1200 Вт/м2, при которой условия расцениваются как вредные и опасные вне зависимости от величины WBGT-индекса.
Исследование микроклимата производственных помещений включает измерение микроклиматических факторов, оценку их соответствия требованиям ГОСТ 12.1.005-88 и Р.2.2.013-94, а так же в случаи необходимости – выбор обоснованных технических решений по нормализации микроклиматических условий. Измерению подлежат температура, влажность и скорость движения воздуха в рабочей зоне, а так же температура шарового термометра. Приборы и методы измерения температуры воздуха не должны иметь погрешность более 0,5 °С и при измерении влажности воздуха – более 5% при продолжительности измерений не более 5 мин. Если в местах измерения имеются источники инфракрасного излучения, то погрешность приборов не должна превышать 17%. Погрешность приборов и методов измерения подвижности воздуха не должна превышать 0,1 м/с.
Температуру воздуха измеряют в зонах пребывания человека на 2 уровнях – на высоте 20 и 150 см от пола и на расстоянии 1,5…2 м от наружных стен и отопительных приборов. Измерительный прибор должен быть защищен от лучистого тепла. Температуру воздуха измеряют жидкостными (ртутными и спиртовыми) и электрическими термометрами. Последние менее инерционны, позволяют проводить дистанционный контроль микроклиматических условий, но требуют систематической калибровки. Для определения температурных перепадов в течение смены на практике используют максимальные и минимальные ртутные термометры. Динамику температуры воздуха исследуют с помощью суточных и недельных термографов. Число замеров температуры воздуха на конкретных рабочих местах выбирают таким образом, чтобы получить полное представление об ее изменениях в течение суток при трехсменной работе, в течение 16 и 8 часов при двух- и односменной работе. При стабильных температурных условиях замеры делают через каждые 4 часа.
Различаются следующие виды влажности воздуха:
абсолютная, которая выражается величиной парциального давления, создаваемого водяными парами (единица измерения - Па) или массой водяных паров в единице объема (единица измерения - г/м3);
максимальная, т.е. наибольшее количество водяных паров, которое может содержаться в воздухе при данных температуре и давлении;
относительная, представляющая собой отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах.
Измерения влажности воздуха проводят с помощью психрометров Августа и Ассмана, электрических гигрометров и влагомеров, суточных и недельных гигрографов. В психрометрах имеются по два термометра с ртутным или спиртовым резервуаром, один из которых обернут кусочком гигроскопичной влажной ткани. Из-за испарения воды температура мокрого термометра по сравнению с температурой сухого термометра будет тем ниже, чем меньше водяных паров содержится в воздухе помещения. Психрометр Ассмана более точен, так как в нем обеспечивается равномерный и одинаковый поток воздуха у ртутных резервуаров, а сами резервуары надежно защищены от лучистого тепла. По показаниям сухого и влажного термометров с помощью расчетов находят абсолютную влажность воздуха, которую затем используют для определения относительной влажности. Для оперативного определения относительной влажности воздуха разработаны также психрометрические таблицы. Недостатками психрометров являются их инерционность и необходимость проведения ряда расчетов. Меньшая инерционность и большая точность - у электрических гигрометров и влагомеров. Суточные и недельные гигрографы, принцип работы которых заключается в изменениях степени натяжения конского волоса в зависимости от влагосодержания окружающего воздуха, позволяют изучать динамику влажности воздуха, обеспечивая достаточную точность измерений для инженерных расчетов.
Скорость движения воздуха измеряют крыльчатыми (диапазон 0,5...5 м/с) и чашечными (диапазон 1...20 м/с) анемометрами, принцип действия которых состоит в определении числа оборотов крыльчатки в единицу времени с последующим нахождением по графику скорости движения воздуха с м/с. Для измерения скорости движения воздуха применяют также кататермометры, действие которых основано на измерении скорости охлаждения нагретого тела в зависимости от температуры и подвижности окружающего воздуха, при этом диапазон измеряемых скоростей составляет 0,1...10,0 м/с.
Одним из современных средств измерения температуры, скорости и направления воздушных потоков является применение термоанемометров. Принцип работы термоанемометра основан на изменении сопротивления и температуры подогреваемого терморезистора в зависимости от подвижности воздуха. Диапазон измеряемой скорости, температуры и направления воздушного потока соответственно составляют от 0...5 м/с, 10...60 °C и 0...360 град.
Подвижность разнонаправленных потоков воздуха и малых его скоростей определяется с помощью кататермометра (спиртового термометра со значительным размером резервуара, расширенным капилляром в верхней части). Кататермометр нагревается в водяной бане, до заполнения половины верхнего расширения, затем его тщательно вытирают и помещают в точку измерения. С помощью секундомера находят время Т охлаждения шкалы кататермометра от верхнего до нижнего значений его шкалы (соответственно tВ и tН). Затем рассчитывают охлаждающую силу среды – f по формуле:
, (1)
где – константа кататермометра, мДж/см2 с ;
F – фактор прибора (F=612); Т- время падения столбика спирта (от 44 до 33 С)
Скорость движения воздуха рассчитывают по формуле:
, (2)
где U – скорость движения воздуха, м/с ;
t – разность между средней температурой кататермометра 36,5 С и температурой воздуха в момент исследования, С;
А и В – коэффициенты, соответственно 0,14 и 0,49.
При наличии в помещениях источников интенсивных тепловых излучений среднюю радиационную температуру измеряют с помощью цилиндрических и шаровых термометров, представляющих собой зачерненные металлические цилиндры или шары диаметром 15 см, в центре которых размещены резервуары ртутных термометров. Для измерения средней радиационной температуры шаровым термометром его помещают в точку измерения и через 15 мин считывают показания.