Розрахунок повітряного обміну виробничих приміщень за надлишком тепла, вологи, шкідливих речовин
Зміст заняття: Ознайомитись з методами вибору оптимальних кліматичних умов у робочій зоні виробничих приміщень у відповідності з ГОСТ 12.1005-88. Ознайомитись з методами нормалізації повітря робочої зони. Зробити розрахунок необхідної кількості повітря, подаваного у приміщенні з ціллю видалення надлишкового тепла.
Рекомендована література: [3] с.110-109, [5], [9].
Теоретичні передумови до виконання роботи
Суттєвий вплив на стан організму працівника, його працездатність здійснює мікроклімат (метеорологічні умови) у виробничих приміщеннях, під яким розуміють клімат внутрішнього середовища цих приміщень, що визначається діючою на організм людини сукупністю температури, вологості, руху повітря та теплового випромінювання нагрітих поверхонь.
На відміну від мікроклімату житла та громадських споруд мікроклімат виробничих приміщень характеризується значною динамічністю і залежить від коливань зовнішніх метеорологічних умов, часу доби та пори року, теплофізичних особливостей технологічного процесу, умов опалення та вентиляції.
Мікроклімат виробничих приміщень, в основному, впливає на тепловий стан організму людини та її теплообмін з навколишнім середовищем.
Параметри мікроклімату справляють безпосередній вплив на самопочуттю людини та її працездатність. Зниження температури за всіх інших однакових умов призводить до зростання тепловіддачі шляхом конвекції та випромінювання і може зумовити переохолодження організму.
Підвищення швидкості руху повітря погіршує самопочуття, оскільки сприяє підсиленню конвективного теплообміну та процесу тепловіддачі при випаровуванні поту.
При підвищенні температури повітря мають місце зворотні явища. Встановлено, що при температурі повітря понад ЗО °С працездатність людини починає падати. За такої високої температури та вологості практично все тепло, що виділяється, віддається у навколишнє середовище при випаровуванні поту. При підвищенні вологості піт не випаровується, а стікає краплинами з поверхні шкіри.
Недостатня вологість призводить до інтенсивного випаровування вологи зі слизових оболонок, їх пересихання та розтріскування, забруднення хвороботворними мікробами.
Вода та солі, котрі виносяться з організму з потом, повинні заміщуватися, оскільки їх втрата призводить до згущення крові та порушення діяльності серцево-судинної системи.
Зневоднення організму на 6 % викликає порушення розумової діяльності, зниження гостроти зору. Зневоднення на 15...20% призводить до смертельного наслідку.
Тривалий вплив високої температури у поєднанні зі значною вологістю може призвести до накопичення теплоти в організмі і до гіпертермії —стану, при котрому температура тіла піднімається до 38...40 °С. При гіпертермії, як наслідок, тепловому ударі, спостерігається головний біль, запаморочення, загальна слабкість, спотворення кольорового сприйняття, сухість у роті, нудота, блювання, потовиділення. Пульс та частота дихання прискорюється, в крові зростає вміст залишкового азоту та молочної кислоти. Спостерігається блідість, посиніння шкіри, зіниці розширені, часом виникають судоми, втрата свідомості.
За зниженої температури, значної рухомості та вологості повітря виникає переохолодження організму (гіпотермія). На початковому етапі впливу помірного холоду спостерігається зниження частоти дихання, збільшення об'єму вдиху. За тривалого впливу холоду дихання стає неритмічним, частота та об'єм вдиху зростають, змінюється вуглеводний обмін. З'являється м'язове тремтіння, при котрому зовнішня робота не виконується і вся енергія тремтіння перетворюється в теплоту. Це дозволяє протягом деякого часу затримувати зниження температури внутрішніх органів. Наслідком дії низьких температур є холодові травми.
Параметри мікроклімату спричиняють суттєвий вплив на продуктивність праці та на травматизм.
Основні шляхи забезпечення оптимальних метрологічних (мікрокліматичних) умов праці
На сьогодні основним нормативним документом, що визначає параметри мікроклімату виробничих приміщень є ГОСТ 12.1.005-88. Вказані параметри нормуються для робочої зони — простору, обмеженого по висоті 2 м над рівнем підлоги чи майданчика, на якому знаходяться робочі місця постійного або непостійного (тимчасового) перебування працівників.
В основу принципів нормування параметрів мікроклімату покладена диференційна оцінка оптимальних та допустимих метеорологічних умов в робочій зоні в залежності від теплової характеристики виробничого приміщення, категорії робіт за ступенем важкості та періоду року.
Оптимальними (комфортними) вважаються такі умови праці, за котрих має місце найвища працездатність і хороше самопочуття. Допустимі мікрокліматичні умови передбачають можливість напруженої роботи механізму терморегуляції, що не виходить за межі можливостей організму, а також дискомфортні відчуття.
Оптимальні та допустимі параметри мікроклімату у робочій зоні виробничих приміщень для різних категорій важкості робіт в теплий та холодний періоди року наведені в таблиці.
Таблиця 1 - Оптимальні та допустимі норми температури, відносної вологості та швидкості руху повітря у робочій зоні виробничих приміщень
| Період року | Категорія робіт | Температура, °С | Відносна вологість | Швидкість руху, м/с | |||||||
| Опти-мальна | допустима | оптимальна | Допустима на робочих місцях постійних і непостійних, не більше ніж | оптимальна | Допустима на робочих місцях постійних і непостійних | ||||||
| Верхня межа | Нижня межа | ||||||||||
| на робочих місцях | |||||||||||
| Холод-ний Теплий | Легка - Іа Легка - Іб Середньої важкості - ІІа Середньої важкості - ІІб Важка – ІІІ Легка - Іа Легка - Іб Середньої важкості - ІІа Середньої важкості - ІІб Важка - ІІІ | 22-24 21-23 18-20 17-19 16-18 23-25 22-24 21-23 20-22 18-20 | 25 24 21 19 28 28 27 26 | 21 20 15 13 22 21 16 15 | 18 17 13 12 20 19 15 13 | 40-60 40-60 40-60 40-60 40-60 40-60 40-60 40-60 40-60 40-60 | 55(при 280С) 60(при 270С) 65(при 260С) 70(при 250С) 75(при 240С) | 0,1 0,1 0,2 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 0,3 0,4 | Не більше ніж 0,1 Не більше ніж 0,2 Не більше ніж 0,3 Не більше ніж 0,4 Не більше ніж 0,5 0,1-0,2 0,1-0,3 0,2-0,4 0,2-0,5 0,2-0,6 | ||
Створення оптимальних метеорологічних умов у виробничих приміщеннях є складною задачею, вирішити яку можна наступними заходами та засобами.
Удосконалення технологічних процесів та устаткування. Впровадження нових технологій та обладнання, які не пов'язані з необхідністю проведення робіт в умовах інтенсивного нагріву дасть можливість зменшити виділення тепла у виробничі приміщення.
Наприклад, заміна гарячого способу обробки металу - холодним, нагрів полум'ям - індуктивним; горнових печей - тунельними.
Раціональне розміщення технологічного устаткування. Основні джерела теплоти бажано розміщувати безпосередньо під аераційним ліхтарем, біля зовнішніх стін будівлі і в один ряд на такій відстані один від одного, щоб теплові потоки від них не перехрещувались на робочих місцях. Для охолодження гарячих виробів необхідно передбачити окремі приміщення. Найкращим рішенням є розміщення тепловипромінюючого обладнання в ізольованих приміщеннях або на відкритих ділянках.
Автоматизація та дистанційне управління технологічними процесами. Цей захід дозволяє в багатьох випадках вивести людину із виробничих зон, де діють несприятливі фактори (наприклад автоматизоване завантаження печей в металургії, управління розливом сталі).
Раціональна вентиляція, опалення та кондиціювання повітря. Вони є найбільш розповсюдженими способами нормалізації мікроклімату у виробничих приміщеннях. Так зване повітряне та водоповітряне душування широко використовується у боротьбі з перегріванням робітників в гарячих цехах.
Забезпечити нормальні теплові умови в холодний період року в надто габаритних та полегшених, промислових будівлях дуже важко і економічно недоцільно. Найбільш раціональним варіантом в цьому випадку є застосування променистого нагрівання постійних робочих місць та окремих дільниць. Захист від протягів досягається шляхом щільного закривання вікон, дверей та інших отворів, а також влаштуванням повітряних і повітряно-теплових завіс на дверях і воротах.
Раціоналізація режимів праці та відпочинку досягається скороченням тривалості робочої зміни, введенням додаткових перерв, створенням умов для ефективного відпочинку в приміщеннях з нормальними метеорологічними умовами. Якщо організувати окреме приміщення важко, то в гарячих цехах створюють зони відпочинку — охолоджувальні альтанки, де засобами вентиляції забезпечують нормальні температурні, умови.
Для робітників, що працюють на відкритому повітрі зимою, обладнують приміщення для зігрівання, в яких температуру підтримують дещо вищою за комфортну.
Застосування теплоізоляції устаткування та захисних екранів. В якості теплоізоляційних матеріалів широко використовуються: азбест, азбоцемент, мінеральна вата, склотканина, керамзит, пінопласт.
На виробництві застосовують також захисні екрани для відгородження джерел теплового випромінювання від робочих місць. За принципом захисту щодо дії тепла екрани бувають відбиваючі, поглинаючі, відвідні та комбіновані. Хороший захист від теплового випромінювання здійснюють водяні завіси, що широко використовуються в металургїї.
Використання засобів індивідуального захисту. Важливе значення для профілактики перегрівання мають індивідуальні засоби захисту. Спецодяг повинен бути повітро- та вологопроникним (бавовняним, з льону, грубововняного сукна), мати зручний покрій. Для роботи в екстремальних умовах застосовуються спеціальні костюми з підвищеною теплосвітловіддачею. Для захисту голови від випромінювання застосовують дюралеві, фіброві каски, повстяні капелюхи; для захисту очей - окуляри - темні або з прозорим шаром металу, маски з відкидним екраном. Захист від зниженої температури досягається використанням теплого спецодягу, а під час опадів - плащів та гумових чобіт.
Таблиця 2 – Оптимальні і фактичні параметри метерологічних умов
| Параметри | Оптимальні значення (ГОСТ 12.1.005-88) | Фактичні знач. на приборах | |
| Температура t, 0С | |||
Відносна вологість  , % | |||
| Атмосферний тиск Р, мм рт.ст. | |||
| Швидкість руху повітря V, м/с |
Зробити розрахунок необхідної кількості зовнішнього повітря, яке подається до приміщення системою загальнообмінної вентиляції для підтримки метеорологічних умов на оптимальному рівні, припускається, що у виробничому приміщенні є надлишок явного тепла. При цьому необхідно користуватися наступною формулою:
,
де VT – об’єм зовнішнього повітря, яке подається до приміщення при розрахунку по надлишкам явного тепла, м3/год.;
V0 – об’єм повітря, звільняємого з робочої зони приміщення місцевими відсосами на технологічні потреби, м3/год.;
QЯ – надлишок явного тепла, ккал/м3год.;
t0 – температура повітря, звільняємого з робочої зони приміщення, 0С, (t0=tопт).;
tн – температура повітря, яке подається до приміщення, 0С;
tyх – температура повітря, звільняємого з приміщення за межами робочої зони, 0С.
Значення вихідних параметрів для розрахунку необхідно приймати за завданням викладача, використовувати таблицю 3.
Таблиця 3 – Значення вихідних параметрів для розрахунку кількості повітря, яке подається до приміщення по надлишкам явного тепла
| Значення параметра | Символ | Варіанти | ||
| 1. Кількість повітря, м3/год. | V0 | 88 102 | 120 102 | 160 102 |
| 2. Надлишок явного тепла, ккал/год. | QЯ | 0,2 106 | 0,4 106 | 0,6 106 |
| 3. Температура, 0С | t0 | t0=tопт приймається з табл. 2 | ||
| tн | На 5-8 0С нижче t0 | |||
| tух | tух=tопт |
Зробити розрахунок потрібної кількості зовнішнього повітря, яке подається в приміщення системою загальнообмінної вентиляції для підтримання метерологічних умов на оптимальному рівні, припускаючи, що у виробничому приміщенні є надлишок вологи. При цьому необхідно користуватися формулою:
,
де VВ – об’єм зовнішнього повітря, яке подається до приміщення при розрахунку по надлишку вологи, м3/год.;
V0 – об’єм повітря, звільняємого з робочої зони приміщення місцевими відсосами на технологічні потреби, м3/год.;
W – надлишок вологи, г/год.;
d0 – вміст вологи, повітря звільняємого з робочої зони приміщення, г/кг, (t0=tопт).;
dн – вміст вологи у повітрі, яке подається до приміщення, г/кг;
dyх – вміст вологи у повітрі, звільняємого з приміщення за межами робочої зони, г/кг.
Значення вихідних параметрів для розрахунку необхідно приймати за завданням викладача, використовувати таблицю 4.
Таблиця 4 – Значення вихідних параметрів для розрахунку кількості повітря, яке подається до приміщення по надлишкам вологи
| Значення параметра | Символ | Варіанти | ||
| 1. Кількість повітря, м3/год. | V0 | 88 102 | 120 102 | 160 102 |
| 2. Надлишок пологи, г/год. | W | 20 106 | 30 106 | 40 106 |
| 3. Вміст вологи, г/кг | d0 | d0=dопт приймається з табл. 2 | ||
| dн | Приймається на 10% нижче d0 з урахуванням перерахунку за формулою | |||
| dух | dух=dопт |
Перерахунок відносної вологості повітря ( 
), виражена у %, у вмісті вологості d0, виражене в г/кг, проводять за формулою:
,
де - відносна вологість повітря, %;
- вміст вологи насиченого повітря, г/кг;
Значення при різній температурі знаходимо за таблицею 5.
Таблиця 5 – Вміст вологи повітря при насиченні
| t, 0C | , г/кг | t, 0C | , г/кг | t, 0C | , г/кг | t, 0C | , г/кг | t, 0C | , г/кг |
| 7,8 8,3 8,8 9,4 9,9 10,9 11,2 11,9 12,6 13,4 | 14,2 15,0 16,0 16,9 17,8 18,9 20,0 21,0 22,2 23,6 | 24,8 26,3 27,6 29,1 30,7 31,4 34,0 35,8 37,6 39,6 | 41,6 43,8 45,9 48,3 50,7 53,1 55,7 58,4 61,2 64,3 | 67,2 70,5 73,6 77,1 80,9 83,7 87,6 90,2 96,1 100,8 |
Підставивши отримані значення до формули , визначимо VТ та VВ.
Питання для самоконтролю
1. Які фактори визначають санітарно-гігієнічні умови праці?
2. Як мікроклімат робочої зони впливає на теплообмін організму людини?
3. Які параметри мікроклімату нормуються?
4. Що таке “надлишки тепла”?
5. Що таке “надлишки вологи”?
6. Які види вентиляції ви знаєте?
7. Яку ціль переслідує розрахунок повітряного обміну приміщення?
Порядок проведення заняття та оформлення протоколу
Методика проведення заняття та оформлення протоколу такіж, як і заняття № 1.
Практичне заняття № 3.