Короткі теоретичні відомості

Лабораторна робота № 1

«Дослідження мікроклімату виробничих приміщень»

Мета роботи

Навчитися методам і засобам дослідження метеорологічних умов на робочих місцях у виробничих приміщеннях.

Короткі теоретичні відомості

Умови праці значною мірою залежать від стану виробничого середовища, яке характеризується мікрокліматом. В поняття «метеорологічні умови», або «мікроклімат», виробничих приміщень входять ті фізичні фактори виробничого середовища, які впливають на тепловий стан організму і які необхідно постійно контролювати. Це температура, вологість, швидкість руху повітря, барометричний тиск і теплове випромінювання. Від стану виробничого середовища залежить самопочуття і здоров'я людини.

Атмосферне повітря складається з суміші азоту (78,08 %), кисню (20,95%), аргону (0,93 %), вуглекислоти (0,03 %) і дуже незначної кількості інших газів (всього 0,01 %). Крім того, атмосферне повітря має домішки органічного і неорганічного походження, а також воду у всіх станах. Якщо кількість кисню в повітрі зменшиться до 12 %, то утруднюється дихання. В таких умовах людина напружує дихальний апарат, дихає частіше; такий стан людина витримує до 0,5 години.

Отже, оздоровлення повітряного середовища виробничих приміщень – одна з основних проблем життєдіяльності людини.

Повітря треба розглядати як середовище, що постійно приймає тепло, яке виділяє людський організм. Величина тепловиділення організмом людини залежить від ступеня фізичної напруги в даних кліматичних умовах і складає від 85 (стан спокою) до 500 Дж/с (важка робота). Для нормального проходження фізіологічного процесу в організмі людини теплота, яка виділяється організмом людини, повинна повністю відводитися в середовище.

Нормальне теплове самопочуття буде тоді, коли тепловиділення організмом людини повністю поглинається навколишнім середовищем, при цьому температура внутрішніх органів постійна на рівні 36,6 °С.

Завдяки властивостям людського організму зберігається температура тіла, незважаючи на значні зміни метеорологічних умов за рахунок постійної роботи механізму терморегуляції, який пов'язаний з діяльністю нервових центрів.

Терморегуляцією називається суміш фізіологічних процесів організму, які спрямовані на підтримання температури тіла на більш-менш сталому рівні незалежно від навколишнього середовища.

При температурі повітря в межах від 15 до 25°С теплопродукція організму знаходиться приблизно на постійному рівні (зона спокою). Коли відбувається зниження температури повітря, теплопродукція підвищується, в першу чергу, за рахунок роботи м'язів і активного обміну речовин. А при підвищенні температури повітря підвищується процес тепловіддачі. Віддача кількості тепла організмом людини в середовище залежить від споживання людиною кисню, відповідно до інтенсивності виробничої діяльності. В стані спокою людина споживає протягом 1 хв. 0,2...0,25л кисню, при виконанні роботи середньої важкості – від 0,5 до 1,0 л, а при важкій роботі – до 1,4 л. Слід мати на увазі, що такої кількості кисню при особливо інтенсивній роботі може бути замало і виникає кисневий голод.

Перегрівання організму відбувається за умов надлишкового конвективного випромінювання тепла нагрітих поверхонь. Розрізняють дві фази перегрівання. Перша – фізіологічна, при якій вступають в активну реакцію пристосувальні функції організму. При цьому активізується робота серцево-судинної та дихальної систем, відбувається інтенсивне потовиділення, яке сягає 5 л за зміну. З потом втрачається велика кількість мінеральних солей та вітамінів С і В₁.

Дослідженнями встановлено, що в кінці 5-ти годинного перебування в зоні з температурою повітря більше 31°С і вологості 80...90 % працездатність падає до 62 %. Значно падає сила в м'язах рук (на 30...40 %), приблизно у 2 рази погіршується координація рухів рук. Продуктивність праці падає пропорційно метеорологічним умовам.

Охолодження організму можливе найчастіше в зимовий і перехідний періоди року при виконанні робіт на відкритому повітрі, або робіт, які проводяться в неопалюваних виробничих і складських приміщеннях.

Тривала дія низької температури може викликати різні небажані зміни в організмі людини. Охолодження пов'язане зі значними тепловиділеннями через кінцівки рук і ніг. На охолодження впливає вологість і швидкість руху повітря. Розрізняють охолодження загальне і місцеве.

Загальне і місцеве охолодження організму є причиною різних захворювань: міозітів, невритів, радикулітів тощо, а також загальних та інфекційних захворювань. Будь-який ступінь охолодження характеризується зниженням частоти серцебиття і гальмує діяльність кори головного мозку, що суттєво впливає на працездатність людини.

Місцеве переохолодження може настати навіть при температурі вище 0°С. Наприклад, при тривалому охолодженні ніг в гумовому взутті водою, температура якої 8°С, а також внаслідок потіння ніг в гумових чоботах при таких же температурах.

Вологість повітря визначається ступенем його насиченості водяною парою. Вологість повітря характеризується парціальним тиском водяної пари Р_в відносною вологістю φ, масовим вмістом в кілограмах на 1 кг сухого повітря х (або d), масовим вмістом в кілограмах на 1 м³ сухого повітря за нормальних умов f. Маємо такі основні параметри вологого повітря.

Абсолютна вологість – це маса водяної пари в одиниці об'єму вологого повітря, тобто густина водяної пари у повітрі.

Вологоємкість повітря – це абсолютна вологість повітря, насиченого водяними парами при даній температурі.

Відносна вологість повітря – відношення кількості водяної пари до кількості водяної пари, що насичує повітря при тій же температурі, виражене у відсотках, тобто це відношення абсолютної вологості повітря до вологоємкості у відсотках.). Користуючись характеристичним рівнянням для газів відносну вологість можна виразити через величину тиску водяної пари.

Вологість повітря суттєво впливає на терморегуляцію людського організму. Підвищення відносної вологості повітря у виробничому приміщенні (75...85 %) ускладнює терморегуляцію, зменшує тепловиділення організмом. Фізіологічне оптимальною є відносна вологість в межах 40...60%.

За санітарними нормами проектування промислових підприємств СН 245-71 і ГОСТ12.1.005-86 залежно від характеру виконуваних робіт найбільш сприятливими для людського організму є: відносна вологість 60...50% – при температурі 18...22 °С; не більше 55 % – при температурі 28°С; не більше 60 % – при температурі 27 °С; не більше 65 % – при температурі 26 °С; не більше 70% – при температурі 25 °С; не більше 75 % – при температурі 24 °С і нижче.

Швидкість руху повітря. Значення руху повітря для теплового балансу організму людини доцільно пов'язувати з температурою і вологістю повітря. Рух повітря в атмосферному просторі, як температура і вологість, водночас практично не підлягають визначенню.

Рух повітря є важливим фактором, який суттєво впливає на комфортні умови для життєдіяльності людини. Швидкість руху повітря залежно від його температури може впливати по-різному на людину. При високих температурах повітря його рух забезпечує нормальне самопочуття людини, а при відсутності руху стан організму погіршується, що може викликати тепловий удар. Людина здатна відчувати рух повітря при його швидкості 0,1 м/с. Залежно від характеру виконуваних робіт, температури, вологості допускається швидкість руху повітря в межах 0,3...0,5 м/с і не повинна перевищувати 1,0... 1,5 м/с.

Отже, температура, вологість і швидкість руху повітря є факторами, що комплексно впливають на самопочуття людини. Комфортні параметри виробничого мікроклімату (температура, відносна вологість, швидкість руху повітря) для кожного конкретного випадку визначаються в нормативному документі – Системі стандартів безпеки пращ (ССБП) ГОСТ 12.1.005-88 і є обов'язковим для всіх виробництв і для виробництв у різних географічних розташуваннях.

В основу принципу нормування метеорологічних умов виробничого середовища покладена диференційна характеристика оптимальних і допустимих метеорологічних умов в робочому середовищі залежно від теплової характеристики виробничого приміщення, категорії робіт і періоду року.

Під оптимальними мікрокліматичними умовами розуміють такі співвідношення параметрів мікроклімату, котрі при дії на людину забезпечують нормальний функціональний тепловий стан організму без залучення механізму терморегуляції. Внаслідок цього забезпечується тепловий комфорт, що значною мірою впливає на працездатність.

Допустимими мікрокліматичними умовами називають такі співвідношення параметрів мікроклімату, котрі за тривалої та систематичної дії на людину можуть викликати зміни і швидко нормалізувати функціональний і тепловий стан організму при напруженій роботі механізму терморегуляції, не виходячи за межі фізіологічної рівноваги. Водночас може виникнути дискомфортне тепловідчуття, погіршується самопочуття, знижується працездатність.

Оптимальні і допустимі норми температури, вологості і швидкості руху повітря на робочих місцях для різного періоду року залежно від категорії роботи подано в табл. 1.1.

Найбільш поширені прилади для вимірювання температури повітря - ртутні і спиртні термометри. При вимірюваннях температури вище за 0°С слід користуватися ртутними термометрами, оскільки ртуть при нагріванні розширюється рівномірно, а спирт - нерівномірно. При температурі нижче (-39°С) ртуть замерзає, спирт же замерзає при температурі нижче (-100°С). Отже, для вимірювання низьких температур слід користуватися спиртними термометрами.

Таблиця 1.1 – Оптимальні та допустимі метеорологічні фактори виробничих приміщень

Період року	Категорія робіт	Температура, оС	Відносна вологість, %	Швидкість руху повітря, м/с
Опти­мальна	Допус-тима	Опти­мальна	Допус-тима	Опти­мальна	Допус-тима
Холодний та перехідний	Легка - І	20...23	19...25	60...40		0,2	0,2
Середньої важкості - II а	18...20	17...23	60...40		0,2	0,3
Середньої важкості - II б	17...19	17...23	60...40		0,3	0,4
Важка - III	16...18	13...19	60...40		0,3	0,5
Теплий	Легка - І	22...25	22...25	60...40	0,2
Середньої важкості - II а	21...23	60...40	0,3
Середньої важкості – II б	20...22	60...40	0,4
Важка - III	18...21	60...40	0,5

Для встановлення найбільшої і найменшої температури повітря користуються максимально-мінімальним термометром, що є запаяною з обох кінців U-образною трубкою. Нижня частина її заповнена ртуттю, а верхня – спиртом. Спирт заповнює ліве додаткове зігнуте коліно цілком, а праве - лише до половини розширення, що знаходиться над ним, у верхній половині якого знаходяться пари спирту. Наявні в кожному коліні рухомі сталеві покажчики упираються кінцями у внутрішні стінки капілярної трубки, тому їх пересування вгору можливе тільки при підйомі рівня ртуті. Нижні кінці покажчиків показують за шкалою максимум зареєстрованої температури в правому коліні, а мінімум в лівому коліні. До установки приладу (обов'язково в горизонтальне положення) покажчики за допомогою магніту стають в початкове положення, тобто на рівні ртуті в кожному з колін; у момент установки приладу в місці зміни температури повітря.

Для вимірювання дійсної температури повітря в умовах теплового випромінювання користуються парним термометром, що складається з двох ртутних термометрів; поверхня резервуарів одного з них зачорнена, а іншого покрита шаром срібла. Почорнений термометр поглинає падаючі на нього теплові промені, а посріблений відображає їх. Дійсна температура повітря Т_П визначається по формулі:

Т_П = Т_ч - К(Т_ч – Т_с), (1.1)

де К – константа парного термометра, котра визначається при виробі приладу;

Т_ч – температура почорненого термометра, °С;

Т_с – температура посрібленого термометра, °С.

Для визначення коливання температури протягом необхідного проміжку часу застосовуються термографи, наприклад М-16С і М-16Н.

При установці всіх приладів для вимірювання температури необхідно виключити дію на них інфрачервоних променів, тобто навколишніх поверхонь, температура яких відрізняється від температури повітря. Цей вплив може бути усунений захистом приладів екранами, причому екрани не повинні перешкоджати руху повітря навколо приладу, а також нагріватися або охолоджуватися. Тому для екранування краще використовувати матеріали з блискучою поверхнею, що володіють великою відбивною здатністю (наприклад, алюмінієву фольгу).

Вологість повітря в даний момент вимірюється психрометрами. Для вимірювання вологості повітря за певний проміжок часу застосовуються гігрографи.

Для вимірювання атмосферного тиску служать барометри, найбільш точні з них ртутні, але і вони чутливі до теплової дії і тому не повинні піддаватися опромінюванню.

Для вимірювання швидкості руху повітря найчастіше застосовуються анемометри.