Применяемые приборы и производство экспериментов

Лабораторная работа № 10

по дисциплине «Охрана труда»

Определение параметров микроклимата производственных помещений

Преподаватель

Студент

Специальность

Группа

Алматы 2008

Цель работы

Ознакомиться c основными сведениями о метеорологических условиях воздушной среды, изучить устройство метеорологических приборов и научиться пользоваться ими, уметь определять с их помощью параметры микроклимата производственных помещений и критически оценить последние на основе требований ГОСТа 12.1.005-76 и СН 245-71 к воздуху рабочей зоны.

Основные понятия и определения

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ или МИКРОКЛИМАТ производственных помещений — климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температурой окружающих поверхностей.

Эти параметры микроклимата каждый в отдельности и в различных сочетаниях оказывают огромное влияние на ход физиологических процессов в организме и в конечном счете на самочувствия и работоспособность человека.

Объясняется это тем, что непрерывно протекающие в организме человека биологические процессы сопровождаются постоянным выделением тепла, или теплообразованием - Q_B. Его количество зависит от биохимических процессов в организме и тяжести выполняемой работы. Для нормальной жизнедеятельности человека оно должно отводиться в окружающую среду. При этом теплоотдача - Q₀ происходит в основном за счет конвекции в результате омывания воздухом тела человека - q_K, излучения тепла во внешнюю среду - q_И и испарения влаги с поверхности кожи (потовыделения) - q_П. Их количество и соотношение изменяются в зависимости от теплового состояния (температуры тела) человека и параметров микроклимата. Так, при постоянстве температуры тела человека - t_Ч, теплоотдача излучением зависит от температуры окружающих поверхностей - t_П, теплоотдача конвекцией — от скорости движения (V) и температуры (t_B) воздуха, теплоотдача испарением — oт влажности и температуры воздушной среды. В нормальных метеорологических условиях и состоянии покоя или легкого физического труда доля q_П ,q_К и q_П в общем Q₀ состявляет соответственно: 45, З0 и 25 %. Подобное положение - и в отношении соотношения между теплообразованием — Q_B и теплоотдачей — Q₀ . Однако в определенных пределах изменения метеорологических условий внешней среды благодаря физиологическому механизму регуляции теплообмена — терморегуляции, организм человека способен поддерживать соотношение Q_B = Q₀ с сохранением температуры тела постоянной в 36-37 ^oС

ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ — физиологическая способность организма регулировать теплообмен между организмом и окружающей средой в зависимости от метеорологических условий, сохраняя температуру тела на постоянном уровне.

В условиях теплового равновесия (при Q_B = Q₀) у человека терморегуляционный механизм работает без напряжения, ощущается тепловой комфорт, хорошее самочувствие и высокая работоспособность. Поэтому обеспечивающий их микроклимат является оптимальным и комфортным. Если же тепловое равновесие нарушено, т.е. Q_B больше или меньше Q₀ , то соответственно происходит накопление или излишний отвод тепла, а поэтому — перегрев или переохлаждение организма. При кратковременном перегревании или переохлаждении адаптационно-приспособительные возможности терморегуляции все же обеспечивают повышение устойчивости организма к дискомфортным метеорологическим условиям среды, т.е. при перегревании периферийные кровеносные сосуды расширяются, приток крови увеличивается и тепло отводится более интенсивно, а при переохлаждении наоборот. В таких условиях могут иметь место переходящие терморегуляторные сдвиги, пониженная трудоспособность, дискомфортное тепловое ощущение и пр. Однако при этом не нарушается состояние здоровья и действующие на организм параметры микроклимата считается допустимыми.

Длительное и интенсивное перегревание и переохлаждение организма могут привести к нарушению его компенсаторно-защитных механизмов и развитию патологического состояния. Так, стойкое переохлаждение вызывает угнетение центральной нервной системы, снижение всех видов кожной чувствительности и нейротрофические изменения тканей конечностей, расстройство периферийных кровеносной и нервной систем, заболеваниям суставов (радикулиты невриты, миозиты и др.). А стойкое перегревание - угнетение нервной системы, нарушение сердечно-сосудистой системы и водно-солевого обмена, тепловой удар и т.д.

Этот анализ процесса теплообмена в организме показывает, что параметры микроклимата окружающей среды, как в отдельности так и в совокупности, оказывают решающее влияние на самочувствие и работоспособность человека главным образом через распределение теплопотерь — Q₀. Рассмотрим вопрос более подробно.

ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХА производственных помещений зависит от температур атмосферного воздуха и окружающих поверхностей. а последние в свою очередь — от времени года и характера технологии производства соответственно. Она высока в большинстве производств металлургической, машиностроительной и ряде производств (кузнечное, термическое и пр.) - различных отраслей промышленности, где технологические процессы характеризуются значительными тепловыделениями. А низка в производствах, осуществляемых в неотапливаемых помещениях и на открытой местности в холодное время года, что имеет место на горных, нефте-газодобычных, элеваторных и других работах.

С повышением температуры воздуха теплоотдача конвекцией, излучением уменьшается и испарением влаги увеличивается, а с её понижением все наоборот (рис. 1.1). При температуре более 33^oС теплообмен происходит в основном за счет испарения влаги, а при менее 12^oС - путем конвекции и излучения. Длительное воздействие t_B>33 ^oС приводит к перегреву организма и нарушению в нем водно-солевого обмена (благодаря потере вместе со влагой и много солей), а t_B<12^oС - к переохлаждению организма. Какие отрицательные последствия перегрева, переохлаждения и нарушения водно-солевого обмена уже известны.

Кроме того, экспериментально установлено, что повышение температуры воздушной среды с 18 до 30^oС снижает работоспособность человека на 18%, а до 40^oС — на 30%.

В связи с изложенным и согласно рис.1.1 в производственных помещениях температура воздуха считается оптимальной 16 — 25^оС и допустимой 13 — 28^oС.

ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА — количество в нем паров воды. Различают максимальную, абсолютную и относительную влажность. Максимальная влажность — максимально возможное количество паров в 1м³ воздуха (г/м³ ) или упругость насыщенного пара (Пa) при данной температуре. Абсолютная влажность — фактическое количество паров в 1м³ воздуха (г/м³) или парциальное давление пара (Па) при данной температуре. Относительная влажность (В_o) — отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в %. Разница между максимальной и абсолютной влажностью — дефицит насыщения воздуха паром. Следовательно, при одной и той же температуре воздуха его абсолютная влажность может быть различной эа счет разницы их дефицита насыщения, а состояние - сухим или влажным. Такое состояние или степень увлажненности воздуха оценивается относительной влажностью.

Она зависит от характера производств и меняется в широких пределах от 10 до 90 %. Высокое ее значение наблюдается на подземных горных работах, при флоатации в обогащении руд, в теплоэнергетических хозяйствах, в гальванических и красильно-отделочных процессах и т.д. А низкое значение — в производствах с сильными тепловыделениями и резко континентальным климатом (металлургическое, нефтегазовое, геологоразведочное и др.).

С повышением относительной влажности — В_o теплопотерь испарением влаги с поверхности кожи уменьшается, а при В_o >85% почти прекращается. Но само потовыделение

Рис. 1.1 Теплоотдача организма в зависимости от температуры воздушной среды (а-конвекцией и излучением, б-испарением влаги, в-общая).

и связанное с ним обезвоживание и обессиливание организма со всеми из них вытекающими отрицательными последствиями будут продолжаться. Если при этом имеет место и высокая температура воздуха, то ощущается сильная жара, теплоотдача превышает теплообразования и наступает перегревание организма. Наоборот, повышенная влажность в сочетании с низкой температурой может гривести к чрезмерной сырости, превышению теплопотерь над тепловыделениями и в конечном счете переохлаждению организма.

Слишком низкая относительная влажность менее 20% особенно в сопровождении высокой температуры воздуха является причиной пересыхания (обезвоживания) слизистых оболочек дыхательных путей, т.е. ощущения сухости вдыхаемого воздуха. Вызвано это испарением влаги с поверхностей дыхательных органов, которое усиливается с понижением влажности воздушной среды. Роль влажности при низкой температуре воздуха невелика и ограничивается увеличением теплопотерь за счет поглощения парами теплоизлучения тела человека, т.е. ощущением несильного холода и переохлаждения организма.

Полная картина влияния температурно-влажностных условий окружающей среды на теплоощущение человека показано на pис. 1.2.

Рис. 1.2 Влияние температурно-влажностного режима окружающей среды на тепловое состояние человека.

ПОДВИЖНОСТЬ ВОЗДУХА начинает ощущаться при скорости V> 0,15 м/с. Ее действие на организм человека проявляется в совокупности с температурой воздуха t_B и человеческого тела t_Ч , а также относительной влажностью В_o . При t_B<t_Ч с увеличением V усиливается теплоотдача конвекцией и испарением (когда невысока В_o_), следовательно, улучшается самочувствие и повышается работоспособность человека. Однако при чрезмерно низкой t_B наступает значительное превышение теплопотерь над теплообразованием и как следствие переохлаждение организма, что усиливается при повышении В_o .

При t_B>t_Ч увеличение V приводит к ухудшению теплоотдачи всеми вышеупомянутыми путями, нарушению водно-солевого режима, ощущению жары и перегреву организма, когда высокая В_o, и к пересыханию дыхательных путей, когда низкая В_o.

На этой основе принято считать скорости движения воздуха оптимальными 0,3 — 0,5 м/с и допустимыми 0,2 — 1,0 м/с.

Вышеизложенный материал показывает, что комфортность метеорологических условий окружающей среды - такое тепловое ощущение человека, когда ему не жарко, не холодно, не душно и у него хорошее самочувствие и отличная работоспособность. С качественной стороны она определяется рассмотренными выше параметрами микроклимата помещений в таких соотношениях, при которых у человека обеспечиваются минимальные энергия для терморегуляции и нагрузка на нервную, сердечно-сосудистую систем (см.рис.1.1). Количественная ее оценка не представляется возможной, поскольку комфортность — субъективное тепловое ощущение, хотя необходимость в этом очевидна. В связи с этим в последние годы были проведены в широких масштабах экспериментальные

Рис. 1.3 Номограмма эффективной и эффективно-эквивалентной температур воздушной среды.

работы. В результате определены зависимость влияния метеоусловий на самочувствиe человека и параметры зон комфорта, а также условные величины измерения комфортности — эффективные (Т_Э) и эффективно-эквивалентные (Т_ЭЭ) температуры. На рис. 1.З приведена номограмма, на которой нанесена эта зона и могут быть определены Т_Э и Т_ЭЭ.

ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ называется температура насыщенного неподвижного воздуха, обладающего такой же охлаждающей способностью, как воздух заданными значениями температуры и влажности.

ЭФФЕКТИВНО-ЭКВИВАЛЕНТНОЙ температурой называется температура насыщенного подвижного воздуха, обладающего такой же охлаждающей способностью, как воздух с заданными в любых сочетаниях значениями температуры, влажности и скорости движения.

Величины Т_Э и Т_ЭЭ определяются по номограмме, а по ним оценивается комфортность метеоусловий так. По снятым показаниям сухого и влажного термометров между показаниями проводят прямую линию, пересечение которой с изолиниями скоростей измеренной и нулевой (неподвижного воздуха) дает значения Т_ЭЭ и Т_Э соответственно. Если их значения лежат в пределах, ниже или выше зоны комфорта, то теплоощущение оценивается как приятное (комфортное), переохлаждение или перегрев соответственно. На рис. 1.З показан пример их определения и оценки по ним метеоусловий. Так, в помещении зафиксированы скорость движения воздуха 1,5 м/с, температура сухого и влажного термометров соответственно +24,5^oС и +14,0^oС. Проведя прямую, сoединяющyю эти значения температуры сухого и влажного термометров, находим точки пересечения ее с изолиниями скоростей, равной 0 и 1,5 м/с. Через эти точки проходят изолинии температур соответственно Т_Э=+20,5^oС и Т_ЭЭ= +18,5^oC. Они лежат в зоне комфорта и поэтому метеорологические условия помещения тоже комфортные и теплоощущение нормальное (приятное).

Все это положено в основу нормирования метеорологических условий производственных помещений в документах СН 245 — 71 "Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий" и ГОСТ 12.1.005 — 76 «ССБТ. Воздух рабочей зоны". В них параметры микроклимата подразделены на оптимальные и допустимые, установлены для рабочей зоны производственных помещений с учетом избытков явного тепла, периодов года и тяжести выполняемой работы (табл.1.1). ГОСТом 12.1.005 - 76 регламентированы ещё следующие основные термины и определения, используемые в вопросах метеорологических условий производственной среды.

ЗОНА КОМФОРТА — пределы совокупного влияния в различных сочетаниях температуры, влажности и скорости движения воздуха, являющиеся безопасными и не вызывающие неприятных ощущений.

РАБОЧАЯ ЗОНА — пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного или временного пребывания работающих.

ПОСТОЯННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО - место, на котором работающий находится большую часть (более 50% или более 2 ч. непрерывно) своего рабочего времени. Если при этом работа осуществляется в различных пунктах рабочей зоны, постоянным рабочим местом считается вся рабочая эона.

ЯВНОЕ ТЕПЛО — тепло, поступающее в рабочее помещение от оборудования, отопительных приборов, нагретых материалов, людей и других источников тепла, в результате инсоляции и воздействующее на температуру воздуха в этом помещении.

ИЗБЫТКИ ЯВНОГО ТЕПЛА — остаточное количество явного тепла (за вычетом теплопотерь), поступающее в помещение при расчетных параметрах наружного воздуха после осуществления всех технологических, строительных, объемно-планировочных, санитарно-гигиенических мероприятий по их уменьшению а также теплоизоляции и герметизации оборудования, установок и теплопроходов, устройству местных отсосов нагретого воздуха и т.п.

НЕЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ИЗБЫТКИ ЯВНОГО ТЕПЛА — избытки явного тепла, не превышающие или равные 20 ккал/м³·ч (23 Дк/м³·с) с учетом тепла от инсоляции.

ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ИЗБЫТКИ ЯВНОГО ТЕПЛА — избытки явного тепла, превышающие 20 ккал/м³·ч (помещения, цехи и участки со значительными избытками явного тепла относятся к категории "горячих цехов").

ОПТИМАЛЬНЫЕ МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ — сочетания параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма без напряжения реакций терморегуляции. Они обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности.

ДОПУСТИМЫЕ МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ — сочетания параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать переходящие и быстронормализующие воздействия функционального и теплового состояния организма и напряжение реакций терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут наблюдаться дискомфортные ощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности.

Таблица 1.1 Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений

Сезон года	Категория работ	Температура воздуха, oC	Относительная влажность, %	Скорость движения воздуха, м/с
Оптимальные
Холодный и переходной периоды года	Легкая I	20-23	60-40	0,2
Сред. тяжести IIа	18-20	60-40	0,2
Сред. тяжести IIб	17-19	60-40	0,3
Тяжелая III	16-18	60-40	0,3
Теплый период года	Легкая I	22-25	60-40	0,2
Сред. тяжести IIа	21-23	60-40	0,3
Сред. тяжести IIб	20-22	60-40	0,4
Тяжелая III	18-21	60-40	0,5
Допустимые
Холодный и переходной периоды года	Легкая I	19-25		0,2
Сред. тяжести IIа	17-23		0,3
Сред. тяжести IIб	15-21		0,4
Тяжелая III	13-19		0,5
Теплый период года	С незначи- тельным избытком явного тепла	Легкая I	Не более чем на 3 выше t* (но не более 28)	не более: при 28 0C 55 при 27 0C 60 при 26 0C 65 при 25 0C 70 при 24 0C 75	0,2-0,5
Сред. тяжести IIа	0,2-0,5
Сред. тяжести IIб	0,3-0,7
Тяжелая III	то же, но не более 26	0,3-0,7
Со значительным избытком явного тепла	Легкая I	не более чем на 5 выше t* (но не более 28)	0,2-0,5
Сред. тяжести IIа	0,3-0,7
Сред. тяжести IIб	0,5-1,0
Тяжелая III	то же, но не более 26	0,5-1,0

*t - средняя температура наружного воздуха, принимаемая в 13 ч. дня самого жаркого месяца.

КАТЕГОРИИ РАБОТ — это разграничение работ на основе общих энергозатрат организма в ккал-ч.

ЛЕГКИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ (категория I) — работы производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой, но не требующие систематического физического напряжения или поднятия и переноски тяжести; знергозатраты 150 ккал/ч (172 ДЖ/с).

ФИЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ СРЕДНЕЙ ТЯЖЕСТИ (категория II) — работы средней тяжести охватывают виды деятельности, при которых расход энергии составляет от 150 до 200 ккал/ч (172-232 Дж/с) — категория IIа, от 200 до 250 ккал/ч (232-293 Дж/с) — категория IIб. К категории IIа относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, выполняемые стоя или сидя, но не требующие перемещения тяжестей. К категории IIб относятся работы, связанные с ходьбой или переноской тяжестей до 10 кг.

ТЯЖЕЛЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ (категория III) — работы, связанные с систематическим физическим направлением, в частности с постоянными передвижениями и переноской тяжести свыше 10 кг; знергозатраты более 250 ккал/ч (293 Дж/с).

ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД ГОДА - период года со среднесуточной температурой наружного воздуха более +10^оС.

ХОЛОДНЫЙ ПЕРИОД ГОДА - период года со среднесуточной температурой наружного воздуха менее +10^oС.

Применяемые приборы и производство экспериментов

Лабораторная работа выполняется на установке, включающей аэродинамическую трубу 1 и ряд приборов - анемометра чашечного 2 или крыльчатого 3, психрометра аспирационного Ассмана 4 и секундомера (pис.2.1). Анемометры предназначены для определения скорости движения воздуха, а психрометр — его температуры и относительной влажности.