Пример расчета необходимого воздухообмена

Требуется определить необходимое количество воздуха и кратность воздухообмена общеобменной вентиляции, предназначенной для удаления избытков тепла в соответствии с данными, приведенными в табл. 7.

Таблица 7

Исходные данные для расчета

Параметр	Обозначение	Размерность	Значение
Размеры помещения: высота площадь	h S	м м2	3,2
Тепловыделение в помещении	Qизб	Вт	103
Теплоемкость воздуха	с	Дж/кг	1,03*103
плотность воздуха	r	кг/м3	1,3
Температурный градиент по высоте помещения	Dt	0С/м	1,5
Температура воздуха, подаваемого в помещение	tnp	0С

Решение

1. Определяем температуру удаляемого воздуха:

t_yx = t_pз + d(h – 2) = 24 + 1,5(3,2 – 2) = 25,8 ⁰С,

где t_pз – температура воздуха в рабочей зоне, принимаем согласно СанПин 2.2.4.548-96 24 ^оС – оптимальная температура для категории работ 1а, теплый период года.

2. Количество вентиляционного воздуха определяется по формуле

.

3. Кратность воздухообмена

.

Контрольные вопросы и задачи

1. Понятие производственной вентиляции. Классификация систем вентиляции.

2. Схема механической вентиляции, ее основные элементы.

3. Для чего применяется рециркуляция?

4. Как рассчитать необходимый воздухообмен для удаления вредных веществ? Избыточного тепла?

5. Задача. Определить кратность воздухообмена в помещении объемом 100 м³, если требуемое количество вентилируемого воздуха составляет 350 м³/ч.

Виброакустические факторы

Производственный шум

Об особенностях восприятия звука человеком и устройстве слухового анализатора человека подробно говорилось в разделе «Адаптация человека к условиям среды обитания».

Воздействия шума на человека можно условно подразделить:

- наспецифические (слуховые) – воздействие на слуховой анализатор, которое выражается в слуховом утомлении, кратковременной или постоянной потере слуха, ухудшении четкости речи и восприятия акустических сигналов;

- системные (внеслуховые) –воздействие на отдельные системы и организм в целом (на заболеваемость, сон, психику). Под влиянием шума у людей изменяются показатели переработки информации, снижается темп и ухудшается качество выполняемой работы.

Частотный диапазон слышимых человеком звуков – от 16 до 20000 Гц. Звук с частотой ниже 16 Гц называют инфразвуком, выше 20000 Гц – ультразвуком (до 10⁹ Гц), в диапазоне 10⁹ – 10¹³ Гц – гиперзвуком.

Поскольку органы слуха человека обладают неодинаковой чувствительностью к звуковым колебаниям различной частоты, при гигиенической оценке шума весь частотный диапазон от 16 до 20000 Гц разбивают на октавные полосы (октавы).

Октава – полоса частот с границами f₁ - f₂, где f₂/f₁ = 2.

Среднегеометрическая частота – f_с.г = .

Согласно ГОСТ 12.1.003-83^* ССБТ «Шум. Общие требования безопасности», весь частотный диапазон слышимых звуков разбит на 9 октавных полос: 22,5-45; 45-90; 90-180; 180-360 ... 5600-11200 Гц со среднегеометрическими частотами соответственно: 31,5; 63; 125; 250, … 8000 Гц.

Спектр шума – распределение уровней звукового давления по октавным полосам. Спектр представляется либо в виде таблицы, либо в виде графика.

при оценке шума используют логарифмический показатель, который называется уровнем интенсивности:

,

причем размерность этой величины «бел» названа по имени изобретателя телефона А. Белла (1847 – 1922). Получила распространение более мелкая единица измерения: одна десятая часть бела – децибел (1 дБ = 0,1 Б), при этом выражение для уровня интенсивности примет вид

,

где L_J – уровень интенсивности звука, дБ;

J – интенсивность в точке измерения, Вт/м²;

J₀ – интенсивность, соответствующая порогу слышимости, J₀ = 10^-12 Вт/м².

При гигиенической оценке и нормировании шума используется показатель – уровень звукового давления:

,

где L_Р – уровень звукового давления, дБ;

Р– звуковое давление в точке измерения, Па;

Р₀ – пороговое значение 2×10^-5 Па.

Значения L_J и L_р численно совпадают при нормальных физических условиях.

В производственном помещении обычно бывает несколько источников шума. Суммарный уровень звукового давления нескольких различных источников звука определяется по формуле

L=101g[10^(L1/10)+10(^L2/10) + ... +10^(Ln/10)]дБ,

где L₁, L₂, ..., L_n– уровни звукового давления, создаваемые каждым из источников звука в исследуемой точке пространства.

Суммарный уровень шума от одинаковых по своему уровню источников определяется по формуле

L_å = L_i + 10 lgn,

гдеL_i – уровень звукового давления одного источника, дБ;

n – количество источников шума.

Например, два одинаковых источника совместно создадут уровень на 3 дБ больше, чем каждый источник.

Суммарный уровень шума от двух различных по своему уровню источников можно определить по формуле

L_å = L_max + DL,

где L_max– максимальный уровень звукового давления одного из двух источников;

DL – поправка, зависящая от разности между максимальным и минимальным уровнем звукового давления в соответствии с табл. 8.

Таблица 8

Значение поправки DL при сложении уровней шума

Разность слагаемых уровней L1– L2, дБ
Добавка DL, прибавляемая к большему из уровней L1, дБ		2,5	2,2	1,8	1,5	1,2		0,8	0,6	0,4

Пользуясь табл. 9, можно определить суммарный уровень звукового давления нескольких различных источников звука, складывая их попарно последовательно следующим образом. По разности двух уровней l₁ и L₂ по табл. 9 определяют добавку ΔL, которую прибавляют к большему уровню l₁, в результате чего получают уровень l_1,2= L₁ + ΔL. Уровень L_1,2 суммируется таким же образом с уровнем L₃,и получают уровень L_1,2,3 и т.д. Окончательный результат L_сум округляют до целого числа децибел.

Метод расчета применим в тех случаях, когда имеются данные об уровнях и продолжительности воздействия шума на рабочем месте, в рабочей зоне или различных помещениях, рассчитывается эквивалентный уровень звука с использованием поправок на время действия каждого уровня звука, определяемых по табл. 10.

Расчет производится следующим образом. К каждому измеренному уровню звука добавляется (с учетом знака) поправка по табл. 9, соответствующая его времени действия (в часах или % от общего времени действия). Затем полученные уровни звука складываются, как описано выше.

Таблица 9

Значение поправок на время действия шума

Время	в часах									0,5	15 мин	5 мин
в %
Поправка в дБ	о	-0,6	-1,2	-2	-3	-4,2	-6	-9	-12	-15	-20

Пример расчета

Уровни шума за 8-часовую рабочую смену составляли 80, 86 и 94 дБА в течение 5, 2 и 1 часа соответственно. Этим временам соответствуют поправки по табл. 10, равные -2, -6, -9 дБ. Складывая их с уровнями шума, получаем 78, 80, 85 дБА. Теперь, используя табл. 9, складываем эти уровни попарно:
l_1,2= L₂ + ΔL = 80 + 2,2 = 82 дБА; L_1,2,3 =l₃ + ΔL = 85 + 1,8 = 86,8 дБА. Округляя, получаем окончательное значение эквивалентного уровня шума 87 дБА. Таким образом, воздействие этих шумов равносильно действию шума с постоянным уровнем 87 дБА в течение 8 часов.

Нормирование шума

Нормативные документы:

- ГОСТ 12.1.003-83* ССБТ. Шум. Общие требования безопасности;

- Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки.

При нормировании шума используют три метода: нормирование по предельному спектру шума; нормирование уровня звука в децибелах А (дБА); нормирование по дозе шума.

Первый метод нормирования является основным для постоянных шумов. Здесь нормируются уровни звукового давления в девяти октавных полосах, указанных выше. Совокупность девяти допустимых уровней звукового давления называется предельным спектром (ПС). С ростом частоты (более неприятный шум) допустимые уровни уменьшаются. Каждый из спектров имеет свой индекс ПС, который соответствует уровню звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц, например ПС – 60.

Второй метод нормирования основан на измерении общего эквивалентного (по энергии) уровня шума по шкале «А» шумомера (дБА). Частотная характеристика «А» имитирует кривую чувствительности уха человека, для которой характерна пониженная чувствительность на низких частотах.

,

где P_А – среднеквадратичная величина звукового давления с учетом коррекции «А» шумомера. Уровень звука (дБА) используется для ориентировочной оценки постоянного и непостоянного шума, так как мы не знаем спектра шума. Уровень звука (дБА) связан с предельным спектром зависимостью L_А + 5.

Третий метод – нормирование по дозе шума. Вредное воздействие шума зависит от его продолжительности. Для того чтобы учесть продолжительность воздействия, введено понятие дозы шума. Доза шума – D, Па²·ч – интегральная величина, учитывающая акустическую энергию, воздействующую на человека за определенный период времени:

.

Допустимая доза шума:

D_доп = Р²_{А доп} ·Т_р.д ,

где Р_{А доп} – допустимое давление (по шкале «А»), Па; Т_р.д – продолжительность действия шума, ч.

Допустимый уровень звука на территории жилой застройки:

с 7⁰⁰ до 23⁰⁰ – не более 40 дБА,

с 23⁰⁰ до 7⁰⁰ – не более 30 дБА.

Ультразвук и инфразвук

Ультразвуком называются механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости, – 20 кГц.

Ультразвук, так же как и шум, можно характеризовать уровнем звукового давления (дБ) или интенсивностью (Вт/м²).

Ультразвук обладает главным образом локальным действием на организм, поскольку передается при непосредственном контакте с ультразвуковым инструментом, обрабатываемыми деталями или средами, где возбуждаются ультразвуковые колебания (контактный ультразвук).

Длительное систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося воздушным путем (воздушный ультразвук), вызывает изменения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов.

Основу профилактики неблагоприятного воздействия ультразвука на работающих составляет гигиеническое нормирование.

Нормативные документы:

- ГОСТ 12.1.01-89 ССБТ. Ультразвук. Общие требования безопасности;

- СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96. Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения.

Этими нормативными документами ограничиваются уровни звукового давления в высокочастотной области слышимых звуков и ультразвуков на рабочих местах (от 80 до 110 дБ при среднегеометрических частотах третьоктавных полос от 12,5 до 100 кГц).

Инфразвук– неслышимая человеком область колебаний. Обычно верхней границей инфразвуковой области считают 16…25 Гц. Нижняя граница инфразвука не определена.

Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения), или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения).

Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе.

Нормируемыми характеристиками инфразвука на рабочих местах согласно СН 2.2.4/2.1.8.583-96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки» являются ypoвни звукового давления в децибелах воктавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16 Гц.

Допустимыми уровнями звукового давления являются 105 дБ в октавных полосах 2, 4, 8, 16 Гц и 102 дБ в октавной полосе 31,5 Гц. При этом общий уровень звукового давления не должен превышать 110 дБ.

Вибрация

Вибрация — механическое колебательное движение системы с упругими связями.

Источники вибраций: различное производственное оборудование.

В отличие от звука, вибрация воспринимается различными органами и частями тела. Тело человека представляет сложную колебательную систему, обладающую собственным резонансом, что и определяет строгую частотную зависимость многих биологических эффектов вибрации.

Основными характеристиками вибрационного процесса являются следующие параметры:

- колебательная скорость: V, м/с;

- частота колебаний: f, Гц;

- среднеквадратичное значение колебательной скорости в октавных полосах частот: V_C, м/с;

- среднеквадратичное значение виброускорения в октавных полосах частот: а_с, м/с²;

- логарифмический уровень виброскорости L_V и виброускорения L_a при расчетах и нормировании, дБ:

, ,

где V₀ – пороговое значение колебательной скорости, V₀ = 5×10^-8 м/с;

а₀–пороговое значение виброускорения, а₀ = 10^-6 м/с².

Вибрацию по способу передачи на человека (в зависимости от характера контакта с источниками вибрации) условно подразделяют на местную (локальную), передающуюся на руки работающего, и общую,передающуюся через опорные поверхности на тело человека. В производственных условиях нередко имеет место комбинированное действие местной и общей вибрации.

Общую вибрацию по источнику ее возникновенияи возможности регулирования ее интенсивности оператором подразделяют на следующие категории:

· категория 1 – транспортная вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах транспортных средств при их движении; при этом оператор может активно, в известных пределах, регулировать воздействия вибрации;

· категория 2– транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека-оператора на рабочих местах машин с ограниченной подвижностью при перемещении их по специально подготовленным поверхностям производственных помещений; при этом оператор может лишь иногда регулировать воздействие вибрации;

· категория 3 – технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.

Общую вибрацию категории 3 по месту действия подразделяют на следующие типы:

- 3а – на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

- 3б – на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;

- 3в – на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда.

Нормирование вибрации

Нормирование вибрации осуществляется по двум направлениям:

- I направление – санитарно-гигиеническое;

- II направление – техническое (защита оборудования).

При гигиеническом нормировании вибрации руководствуются следующими нормативными документами:

- ГОСТ 12.1.012-2004. ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования;

- СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. Санитарные нормы.

Вводятся следующие критерии оценки неблагоприятного воздействия вибрации в соответствии с приведенной выше классификацией:

· критерий “безопасность”, обеспечивающий ненарушение здоровья оператора, оцениваемого по объективным показателям с учетом риска возникновения предусмотренной медицинской классификацией профессиональной болезни и патологий, а также исключающий возможность возникновения травмоопасных или аварийных ситуаций из-за воздействия вибрации. Этому критерию соответствуют санитарно-гигиенические нормативы, установленные для категории 1;

· критерий “граница снижения производительности труда”, обеспечивающий поддержание нормативной производительности труда оператора, не снижающейся из-за развития усталости под воздействием вибрации. Этот критерий обеспечивается соблюдением нормативов, установленных для категорий 2 и 3а;

· критерий “комфорт”, обеспечивающий оператору ощущение комфортности условий труда при полном отсутствии мешающего действия вибрации. Этому критерию соответствуют нормативы, установленные для категорий 3б и 3в.

Показатели вибрационной нагрузки на оператора формируются из следующих параметров:

- для санитарного нормирования и контроля используются средние квадратические значения виброускорения а или виброскорости V, а также их логарифмические уровни в децибелах;

- при оценке вибрационной нагрузки на оператора предпочтительным параметром является виброускорение.

Нормируемый диапазон частот устанавливается:

- для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами 1; 2; 4; 8; 16; 31, 5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

- для общей вибрации – октавных и 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80 Гц.

Наряду со спектром вибрации в качестве нормируемого показателя вибрационной нагрузки на оператора на рабочих местах может использоваться одночисловой параметр: корректированное по частоте значение контролируемого параметра (виброскорости, виброускорения или их логарифмических уровней). При этом неодинаковое физиологическое воздействие на человека вибрации различных частот учитывается весовыми коэффициентами, значения которых приведены в указанных выше нормативных документах.

При непостоянной вибрации нормой вибрационной нагрузки на оператора являются одночисловые нормативные значения дозы вибрации или эквивалентного корректированного по времени воздействиязначения контролируемого параметра.