Краткое теоретическое обоснование.
Лабораторная работа № 1
Тема: «Исследование параметров микроклимата
на рабочих местах»
1. Целевая установка:
изучить основные принципы нормирования микроклимата в производственных помещениях, исследовать параметры микроклимата на рабочем месте и дать им оценку методом эффективных температур
Краткое теоретическое обоснование.
Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях, оказывающих существенное влияние на самочувствие человека и его работоспособность.
Метеорологические условия, или микроклимат зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления и вентиляции.
Например, понижение температуры и повышение скорости воздуха способствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма. Пребывание в условиях низких температур вследствие повышенной теплоотдачи приводит к переохлаждению и даже обморожениям, может явиться причиной многих заболеваний.
Повышение скорости воздуха ухудшает самочувствие, так как способствует усилению конвективного теплообмена и процессу теплоотдачи при испарении пота. При повышении температуры воздуха возникают обратные явления. Если тепловое равновесие нарушено, например, теплоотдача меньше теплообразования, то в организме происходит накопление тепла – перегрев, сопровождаемый снижением скорости кровотока, нарушением водно-солевого обмена, вегетативными расстройствами. Исследователями установлено, что при температуре воздуха более +30°С работоспособность человека начинает падать. Длительная работа в условиях высоких температур может привести к тепловому удару.
Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев тела. Недостаточная влажность воздуха также может оказаться неблагоприятной для человека вследствие интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания и растрескивания, а затем и загрязнения болезнетворными микроорганизмами.
Соответствие между определенным количеством тепла, вырабатываемым организмом, и охлаждающей способностью среды характеризует её как комфортную. Комфортные метеоусловия производственных помещений обеспечивают ощущение теплового комфорта, хорошее самочувствие и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности.
Под микроклиматом производственных помещений понимается климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности, скорости движения воздуха, теплового излучения (температура окружающих поверхностей), а также барометрическим давлением.
Нормируемыми параметрами микроклимата в производственных помещениях, в том числе промысловых судов, являются температура, относительная влажность и скорость движения воздуха. Оптимальные и допустимые значения этих параметров установлены ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и Сан ПиН 2.8.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».
Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам, приведенным в табл. 2.1, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.
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 величины показателей 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.). Перечень других рабочих мест и видов работ, при которых должны обеспечиваться оптимальные величины микроклимата определяются Санитарными правилами по отдельным отраслям промышленности и другими документами, согласованными с органами Государственного санитарно-эпидемиологического надзора в установленном порядке.
В нормах учитываются:
а) периоды года – теплый с температурой +100С и выше; холодный с температурой +100С и ниже;
б) категории тяжести выполняемой работы, с учетом энергозатрат организма:
- легкие, при которых энергозатраты составляют: категория Iа - до 120 ккал/ч (139 Вт) и категория Iб - 121-150 ккал/ч (140-174 Вт);
- средней тяжести – энергозатраты составляют: категория IIа - от 151 до 200 ккал/ч (175-232 Вт) и категория IIб - от 201 до 250 ккал/ч (233-290 Вт);
- тяжелые, при которых энергозатраты составляют более 250 ккал/ч (290 Вт).
в) величина избытков явного тепла, выделяемого в помещении от оборудования, отопительных приборов, нагретых материалов и других источников, влияющих на температуру воздуха в помещении.
Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины. 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.
Таблица 2.1 - Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений
| Период года | Категория работ по уровню энергозатрат, Вт | Температура воздуха, °С | Относительная влажность воздуха, % | Скорость движения воздуха, м/с |
| Холодный | Iа (до 139) | 22-24 | 60-40 | 0,1 |
| Iб (140-174) | 21-23 | 60-40 | 0,1 | |
| IIа (175-232) | 19-21 | 60-40 | 0,2 | |
| IIб (233-290) | 17-19 | 60-40 | 0,2 | |
| III (более 290) | 16-18 | 60-40 | 0,3 | |
| Теплый | Iа (до 139) | 23-25 | 60-40 | 0,1 |
| Iб (140-174) | 22-24 | 60-40 | 0,1 | |
| IIа (175-232) | 20-22 | 60-40 | 0,2 | |
| IIб (233-290) | 19-21 | 60-40 | 0,2 | |
| III (более 290) | 18-20 | 60-40 | 0,3 |
Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 2.2 применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.
Измерения показателей микроклимата должны проводиться в начале, середине и конце холодного и теплого периода года не менее 3 раз в смену (в начале, середине и конце).
Температуру, относительную влажность и скорость движения воздуха измеряют на высоте 1,0 м от пола или рабочей площадки при работах, выполняемых сидя, и на высоте 1,5 м - при работах, выполняемых стоя. Измерения проводят как на постоянных, так и на непостоянных рабочих местах при их минимальном и максимальном удалении от источников локального тепловыделения, охлаждения или влаговыделения (нагретых агрегатов, окон, дверных проемов, ворот, открытых ванн и т. д.).
В помещениях с большой плотностью рабочих мест, при отсутствии источников локального тепловыделения, охлаждения или влаговыделения, участки измерения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха распределяются равномерно по всему помещению в соответствии с табл. 2.3.
Таблица 2.2 - Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений
| Период года | Категория работ по уровню энергозатрат, Вт | Температура воздуха, º С | Относительная влажность воздуха, % | Скорость движения воздуха, м/с | ||
| диапазон ниже оптимальных величин | диапазон выше оптимальных величин | для диапазона температур воздуха ниже оптимальных величин, не более | для диапазона температур воздуха выше оптимальных величин, не более | |||
| Холодный | Iа (до 139) | 20,0-21,9 | 24,1-25,0 | 15-75 | 0,1 | 0,1 |
| Iб (140-174) | 19,0-20,9 | 23,1-24,0 | 15-75 | 0,1 | 0,2 | |
| IIа (175-232) | 17,0-18,9 | 21,1-23,0 | 15-75 | 0,1 | 0,3 | |
| IIб (233-290) | 15,0-16,9 | 19,1-22,0 | 15-75 | 0,2 | 0,4 | |
| III (более 290) | 13,0-15,9 | 18,1-21,0 | 15-75 | 0,2 | 0,4 | |
| Теплый | Iа (до 139) | 21,0-22,9 | 25,1-28,0 | 15-75 | 0,1 | 0,2 |
| Iб (140-174) | 20,0-21,9 | 24,1-28,0 | 15-75 | 0,1 | 0,3 | |
| IIа (175-232) | 18,0-19,9 | 22,1-27,0 | 15-75 | 0,1 | 0,4 | |
| IIб (233-290) | 16,0-18,9 | 21,1-27,0 | 15-75 | 0,2 | 0,5 | |
| III (более 290) | 15,0-17,9 | 20,1-26,0 | 15-75 | 0,2 | 0,5 |
Таблица 2.3 - Минимальное количество участков измерения параметров микроклимата
| Площадь помещения, м2 | Количество участков измерения |
| До 100 | |
| От 101 до 400 включительно | |
| Свыше 400 | Количество участков определяется расстоянием между ними, которое не должно превышать 10 м |
2.4. В производственных помещениях, в которых допустимые нормативные величины показателей микроклимата невозможно установить из-за технологических требований к производственному процессу или экономически обоснованной нецелесообразности, условия микроклимата следует рассматривать как вредные и опасные.
В целях профилактики неблагоприятного воздействия микроклимата должны быть использованы защитные мероприятия (например, системы местного кондиционирования воздуха, воздушное душирование, компенсация неблагоприятного воздействия одного параметра микроклимата изменением другого, спецодежда и другие средства индивидуальной защиты, помещения для отдыха и обогревания, регламентация времени работы, в частности, перерывы в работе, сокращение рабочего дня, увеличение продолжительности отпуска, уменьшение стажа работы и др.).
Так, например, время пребывания на рабочих местах (непрерывно или суммарно за рабочую смену) должно быть ограничено величинами, указанными в табл. 2.4 и табл. 2.5.
Таблица 2.4 - Время пребывания на рабочих местах при температуре воздуха выше допустимых величин
| Температура воздуха на рабочем месте, º С | Время пребывания (не более) при категориях работ, ч | ||
| Iа-Iб | IIа-IIб | III | |
| 32,5 | - | - | |
| 32,0 | - | - | |
| 31,5 | 2,5 | - | |
| 31,0 | - | ||
| 30,5 | 2,5 | ||
| 30,0 | |||
| 29,5 | 5,5 | 2,5 | |
| 29,0 | |||
| 28,5 | 5,5 | ||
| 28,0 | |||
| 27,5 | - | 5,5 | |
| 21,0 | - | ||
| 26,5 | - | - | |
| 26,0 | - | - |
2.5. Защита работающих от неблагоприятных метеоусловий на судах осуществляется как коллективными средствами, так и средствами индивидуальной защиты. Поддержание заданных параметров микроклимата постоянными осуществляется системой кондиционирования. На судах, где нет системы кондиционирования, предусматривается вентиляция и отопление.
Таблица 2.5 - Время пребывания на рабочих местах при температуре воздуха ниже допустимых величин
| Температура воздуха на рабочем месте, º С | Время пребывания (не более) при категориях работ, ч | ||||
| Iа | Iб | IIа | IIб | III | |
| - | - | - | - | ||
| - | - | - | - | ||
| - | - | - | |||
| - | - | - | |||
| - | - | ||||
| - | - | ||||
| - | |||||
| - | |||||
| - | |||||
| - | - | ||||
| - | - | ||||
| - | - | - | |||
| - | - | - | |||
| - | - | - | - |
Одним из способов нормализации микроклимата является тепловая изоляция оборудования и корпуса судна, уменьшающая теплопритоки в теплый период и теплопотери – в холодный.
К индивидуальным средствам защиты относятся спецодежда, спецобувь, головные уборы и т.п., которые защищают работающих от перегрева и переохлаждения, особенно при работе на открытых палубах, в охлажденных трюмах и морозильных камерах.
Тепловые ощущения человека определяются комплексным воздействием на него всех параметров микроклимата: температуры, влажности и скорости движения воздуха. Поэтому необходима величина, которая определяла бы тепловые ощущения человека и в то же время являлась функцией параметров микроклимата, характеризующих состояние среды. Для определения и качественного учета тепловых ощущений человека широкое распространение получил метод эффективных температур.
Было замечено, что благодаря способности организма к терморегуляции, всегда можно подобрать такие сочетания значений параметров микроклимата, которые будут равноценны тепловому ощущению при фактических значениях.
Отсюда под эффективной температурой (ЭТ) понимают температуру насыщенного (φ = 100 %) неподвижного воздуха (V = 0), обладающего такой же охлаждающей способностью, как и при данных значениях температуры и влажности. При этом фактическое значение скорости воздуха равно нулю.
Если действительное значение скорости воздуха не равно нулю, то для любого сочетания значений t, φ и V можно найти температуру, которая при неподвижном (V = 0) насыщенном (φ = 100 %) воздухе создает те же тепловые ощущения, т.е. будет обладать такой же охлаждающей способностью. Эта температура называется эффективно-эквивалентной (ЭЭТ).
Значения ЭТ и ЭЭТ для разнообразных сочетаний t, φ и V можно определить по номограмме или специальным таблицам.
Материальное обеспечение.
Для оценки измерений параметров микроклимата на рабочих местах широкое применение нашли следующие приборы: термометры, суточные и недельные термографы – для измерения температуры; психрометры, гигрографы – для измерения относительной влажности; анемометры (чашечные, крыльчатые, индукционные) – для измерения скорости движения воздуха. Малые величины скорости движения воздуха (менее 0,3 м/с), особенно при наличии разнонаправленных потоков, измеряют электроанемометрами, а также цилиндрическими и шаровыми кататермометрами. Температуру поверхностей ограждающих конструкций (стены, пол, потолок) или устройств (экраны, перегородки и т.п.), наружных поверхностей технологического оборудования или его ограждающих устройств измеряют приборами типа актинометров, болометров, электротермометров и т. п. Они могут быть как механическими, электрическими, так и электронными.
Лабораторная работа по исследованию параметров микроклимата на рабочем месте выполняется на стенде, состоящем из корпуса, аспирационного психрометра МВ-4М с электроприводом (1), чашечного анемометра МС-13 (5), и комнатного вентилятора (6). На стенде смонтирована панель переключателей (4) и имеется стакан с водой и пипеткой. Психрометр и вентилятор питаются от сети напряжением 220В (рис.1.1).
Принцип работы психрометра основан на разности показаний сухого (3) и смоченного (2) термометров в зависимости от влажности окружающего воздуха.
Рис. 1.1- Лабораторный стенд по исследованию параметров
микроклимата на рабочем месте
Психрометр аспирационный МВ-4М состоит из двух одинаковых ртутных термометров, закрепленных в термодержателе. Термометры помещены в трубки защиты, которые соединены аспирационной чашкой с воздухопроводной трубкой. На верхнем конце трубки закреплена аспирационная головка с вентилятором, который приводится во вращение электроприводом.
Один из термометров обернут тканью, которая смачивается водой перед началом работы. Вращением вентилятора в психрометре всасывается воздух. При обтекании воздуха вокруг термометров, сухой термометр будет показывать температуру этого потока, а показания смоченного термометра будут меньше, т.к. он будет охлаждаться вследствие испарения воды с поверхности ткани облегающей резервуар термометра. Температура воздуха определяется по показаниям сухого термометра, а относительная влажность - по показаниям сухого и влажного термометров по психрометрическому графику (Рис. 1.2): по наклонным линиям графика отмечают показания сухого термометра, по горизонтальным - показания смоченного термометра. На пересечении этих линий с вертикальной получают значения относительной влажности, выраженное в процентах.
| Показания влажного термометра, °С | 40 | Показания сухого термометра, °С | |||||||||
| 90 100 | |||||||||||
| Рис. 1.2 - Психрометрический график | |||||||||||
Анемометр ручной чашечный МС-13 предназначен для измерения скорости движения воздуха в пределах от 1 до 20 м/с.
Анемометр состоит из ветроприемника, представляющего собой четырехчашечную вертушку, посаженную на ось. На нижнем конце оси нарезан связанный с редуктором червяк, передающий движение трем стрелкам счетного механизма, циферблат которого имеет три шкалы: единиц, сотен и тысяч. Включение и выключение механизма производится арретиром (7). При повороте арретира против часовой стрелки ветроприемник соединяется со счетным механизмом.
Перед измерением скорости воздушного потока записывают показания по трем шкалам. Включают одновременно механизм анемометра арретиром и секундомером. По истечении 100с механизм и секундомер выключают и записывают показания по шкалам анемометра. Разность между конечными и начальными показаниями анемометра делят на время экспозиции (100с) и определяют число делений шкалы, приходящихся на 1с. Скорость движения воздуха находят по графику (Рис.1.3). По вертикальной оси откладывают число делений шкалы в одну секунду и проводят горизонтальную линию. Из точки пересечения с прямой графика опускают перпендикуляр и на горизонтальной оси находят искомую скорость воздушного потока в м/с.
0 5 10 15 20
Рис. 1.3 – График определения скорости движения воздуха
Рис. 1.4 – Номограмма определения эффективно-эквивалентных температур
Результаты исследований
Таблица – Результаты измерений параметров микроклимата
| Условие | Показания термометров, 0С | Относительная влажность, % | Скорость движения воздуха, м/с | ЭТ, 0С | ЭЭТ, 0С | |
| сухого | влажного | |||||
| Неподвижный воздух | 23,2 | 21,1 | 21,5 | - | ||
| Подвижный воздух | 24,2 | 20,0 | 3,6 | - |
Выводы
Итак, данное исследование было направлено на оценку благоприятности условий микроклимата в рабочем помещении. В целях защиты здоровья трудящихся, а также улучшения работоспособности.
При сравнении полученных в исследовании результатов с нормативами, с учётом того, что данные были сняты в холодный период года и при учебном процессе затрачивается не более 139 Вт (категория 1-а), при неподвижном воздухе температура как сухого, так и влажного термометров входит в зону оптимального комфорта, а относительная влажность является допустимым параметром (её отличие от оптимального фактора 9-10%).
При подвижном воздухе температуры термометров (сухого и влажного) показывают в допустимые значения (их показатели отличаются от комфортных на пару градусов Цельсия) , а влажность – оптимальный показатель комфорт; скорость движения воздуха является критической и превышает нормативные показатели в 3-4 раза.
Эффективно-эквивалентная температура при подвижном воздухе – меньше допустимой, а именно 170С, следовательно, находиться в аудитории учащийся (преподаватель) может не более 5 часов.
Таким образом, неблагоприятными факторами в данной работе являются скорость потока воздуха, допустимыми параметрами влажности и температуры.
Для того, чтобы полученные результаты удовлетворяли нормативам необходимо провести следующие мероприятия: необходимо «законопатить» щели в окнах или заменить их на пластиковые, усилить отопление здания, пропитать стены специальными составами, поглощающими влагу и прочие возможные действия по улучшению микроклимата аудитории.