Основные параметры микроклимата и их влияние на организм человека

Лабораторная работа № 10

Определение параметров микроклимата

в производственном помещении

Цель работы

Изучить принципы нормирования параметров микроклимата в производственных помещениях.

Экспериментально определить параметры микроклимата на рабочем месте и сравнить их с действующими санитарно-гигиеническими нормами.

Мероприятия по предотвращению неблагоприятного воздействия

Применяемое оборудование

Лабораторная установка представляет собой макет помещения для моделирования различных метеорологических условий на рабочих местах.

Рис. 1

Внутри макета (рис. 1) для измерения основных параметром микроклимата установлены аспирационный психрометр (1), барометр (2), анемометр крыльчатый (3), анемометр чашечный (4), секундомер (5), гигрометр (6). Для создания воздушного потока на лабораторном стенде имеется вентилятор, включение которого производится тумблером (7). Для изменения влажности воздуха внутри макета имеется емкость с водой (8).

В обычных условиях для измерения температуры воздуха используются термометры (ртутные или спиртовые), термографы (регистрирующие изменение температуры за определенное время) и сухие термометры психрометров. Для определения влажности воздуха применяются переносные аспирационные психрометры (Ассмана), реже стационарные психрометры (Августа) и гигрометры.

Скорость движения воздуха измеряется крыльчатыми и чашечными анемометрами, а также термоанемометрами.

Анемометр крыльчатый АСО-3

Крыльчатый анемометр применяется для измерения скоростей движения воздуха в диапазоне от 0,3 до 5 м/с (рис.3). Ветроприемником анемометра служит крыльчатка, насаженная на ось, один конец которой закреплен на неподвижной опоре, а второй – через червячную передачу передает вращение редуктору счетного механизма. Его циферблат имеет три шкалы: тысяч, сотен и единиц. Включение и выключение механизма производится арретиром. Чувствительность прибора не более 0,2 м/с.

Рис. 3 Анемометр: а) крыльчатый типа АСО-3; б) чашечный

Для определения скорости движения воздуха, измеренной с помощью анемометра (крыльчатого или чашечного) используется выражение:

V = (C₂ - C₁) ¤ T, (4)

где V – скорость движения воздуха, делений/с;

С₁ и С₂ – соответственно начальные и конечные показания анемометра, дел.;

T - продолжительность измерения, с.

Для перевода значения скорости движения воздуха из дел/с в м/с следует использовать график к крыльчатому анемометру (рис. 3 на стенде).

Значения эффективной и эквивалентно-эффективной температур, характеризующих пребывание в зоне, называемой «зоной комфорта», определяют по номограмме (рис. 1 на стенде). Эффективная температура определяется по номограмме на пересечении прямой линии, соединяющей показания сухого и влажного термометров (полученных по аспирационному психрометру) и нижней линией температур при скорости движения воздуха, равной нулю.

Эквивалентно-эффективная температура определяется по номограмме таким же способом, как эффективная, только с учетом разных скоростей движения воздуха, показанных на номограмме изогнутыми линиями.

Порядок выполнения работы

1. Определение влажности воздуха. Для этого:

- смочить дистиллированной водой с помощью пипетки ткань на правом резервуаре психрометра;

- завести механизм вентилятора ключом психрометра и через 3 – 4 минуты записать показания t_сух сухого и t_вл влажного термометров;

- измерить барометрическое давление барометром-анероидом. Полученные значения подставить в выражения (2 и 3) и вычислить значения абсолютной и относительной влажности.

2. Измерение скорости движения воздуха в камере с помощью чашечного анемометра. Для этого:

- перед измерением записать начальные показания счетчика по всем трем шкалам, получив четырехзначное число;

- включить вентилятор и анемометр на 60 секунд и записать показания счетчика анемометра в протокол.

Студенты выполняют один из следующих вариантов работы в зависимости от номера бригады.

№ бригады
Вариант задания

Вариант 1

1. Измерить давление барометром-анероидом.

2. Определить температуру и относительную влажность воздуха в производственном помещении с помощью аспирационного психрометра (протокол №1).

3. Определить скорость движения воздуха с помощью чашечного анемометра (для создания воздушного потока включить вентилятор) (протокол №2).

4. Определить эффективную и эквивалентно-эффективную температуры для полученных значений температур и скорости движения воздуха (рис. 1 на стенде).

5. Сделать выводы о состоянии микроклимата в помещении, сравнив полученные данные с нормами (табл. 1 и 2) для данного периода года. Для следующих профессий: кузнец, швея, токарь, сварщик (протокол №3).

Вариант 2

1. Измерить давление барометром-анероидом.

2. Поместить в макет производственного помещения сосуд с водой.

3. Через 5 – 7 минут определить температуру и относительную влажность воздуха аспирационным психрометром (протокол №1).

4. Измерить скорость движения воздуха анемометром (включить вентилятор) (протокол №2).

5. Сделать выводы о состоянии микроклимата в помещении, сравнив полученные данные с нормами (табл. 1, 2). Для профессий: программист, фрезеровщик, кассир, грузчик (протокол №3).

Вариант 3

1. Измерить давление барометром- анероидом.

2. Определить температуры t_сух сухого и t_вл влажного термометров аспирационного психрометра (протокол №1).

3. Определить скорость движения воздуха анемометром (включить вентилятор) (протокол №2).

4. Определить влажность воздуха по психрометрическому графику (рис. 3 на стенде) и по гигрометру (протокол №1).

5. Сделать выводы о состоянии микроклимата в помещении, сравнив полученные данные с нормами (табл. 1, 2) для данного периода года. Заполнить протокол №3 для следующих профессий: слесари, формовщик, инженер-конструктор, кассир-операционист.

Протокол 1. Определение влажности воздуха

Наименование прибора	tсух, оС	tвл, оС	Dt, оС	Fсух, мм.рт.ст	Fвл, мм.рт.ст	B, мм.рт.ст	А, мм.рт.ст	R, %
Психрометр аспирационный

Протокол 2. Определение скорости движения воздуха

Наименование прибора	С1, дел	С2, дел	V, дел/с	V, м/с
Чашечный анемометр

Протокол 3. Оценка метеорологических условий для данного периода года

		По нормам (профессия……………………).
Параметры	Фактические	Допустимые	Оптимальные
t, oC
R, %
V,м/c

Отчёт должен содержать

1. Краткую характеристику приборов, используемых в работе.

2. Результаты измерений по форме протоколов 1 и 2.

3. Выводы о состоянии микроклимата в момент исследования (протокол 3) и их соответствие с нормами.

Контрольные вопросы

1. Какими основными параметрами характеризуется микроклимат производственных помещений?

2. Что такое абсолютная, максимальная и относительная влажность воздуха?

3. Как влияет изменение влажности окружающего воздуха на организм человека?

4. Поясните принцип работы аспирационного психрометра.

5. Как производится измерение скорости движения воздуха? Принцип действия термоанемометра?

6. Что означают понятия - оптимальные и допустимые микроклиматические условия?

7. Чем определяется тепловой баланс в организме человека?

8. Как определяются энергозатраты организма человека?

9. Какое количество тепловой энергии добавляет в тепловой баланс организма человека поток энергии П = 10 мВт / см2 , действующий в течение t = 4 час? Коэффициент отражения потока от человека k = 0,75. Расчеты произвести для эквивалентной поверхности человека к потоку энергии Sh = 0,64 м². Принять во внимание, что 1кал = 4,2 Дж.

10. Какое дополнительное количество перегрузки организма в виде теплоты получит человек в течение 8 часового рабочего дня от плоской тепловой батареи площадью Sб = 0,5м² на расстоянии r = 2м? Степень черноты излучающей поверхности батареи e = 0,85. Батарею следует считать сосредоточенным источником излучения. Мощность излучения батареи Pб (Вт) рассчитывается по формуле: Pб = Sб e со (T/100)4 , со = 5,67 Вт/(м2 К4) (см. также формулы 7.1 и 7.2 в описании лабораторной работы №7)

11. Определить перегрев организма человека, загорающего на Солнце при потоке солнечной энергии 700 Вт/м2. Дополнительные данные см. в вопросе 9.

12. К какой категории относиться работа оператора ПЭВМ?

13. В чем отличие оптимальных условий микроклимата от допустимых?

14. Как провести измерения параметров микроклимата при аттестации рабочих мест?

Литература

1. Санитарные правила и нормы СанПин 2.2.4.548-96 “Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений”(утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 1 октября 1996 г. N 21).

2. Свод правил СП 60.13330.2012 "СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха" (утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 30 июня 2012 г. N 279).

3. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны" (утв. и введен в действие Постановлением Госстандарта СССР от 29.09.1988 N 3388).

4. ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

[1] Рецепторы - клетки организма, преобразующие внешнюю информацию (в нашем случае о температуре) в нервные импульсы для передачи в обрабатывающий центр мозга гипоталамус. Эффекторные клетки - исполнительные клетки, вырабатывающие ту или иную реакцию организма в зависимости от поступающих управляющих импульсов от гипоталамуса, например увеличение потовыделения.

2 условно ее можно назвать информационной системой

3 скорее исполнительная система, так как контролирует образование гормонов, секреций (например, потовыделение), состав крови и т.п. В обоих системах заложена информационная основа в виде молекул ДНК.

Лабораторная работа № 10

Определение параметров микроклимата

в производственном помещении

Цель работы

Изучить принципы нормирования параметров микроклимата в производственных помещениях.

Экспериментально определить параметры микроклимата на рабочем месте и сравнить их с действующими санитарно-гигиеническими нормами.

Основные параметры микроклимата и их влияние на организм человека

Микроклимат производственного помещения - это совокупность параметров воздуха (температура, влажность, скорость его движения), а также температуры окружающих поверхностей и интенсивностью теплового облучения.

Это действительно при условии, что отсутствуют источники излучения с эквивалентной тепловой температурой выше 40^оС. Микроклимат на производстве необходим для производительной и качественной работы человека. Обычно имеют в виду микроклимат производственного помещения, в котором осуществляется трудовая деятельность людей.

Человек представляет собой открытую биологическую систему, которая характеризуется тем, что потоки энергии, вещества и информации являются сквозными и косвенно отзывающимися в этой системе. Длительность прохождения этих потоков специфична для различных экологических систем, в том числе и для людей. Теплота – форма энергии, имеющая важное значение для поддержания жизнедеятельности организмов. Все живые системы нуждаются в непрерывном снабжении теплом для предотвращения их деградации и гибели.

Температура является показателем количества тепловой энергии в системе и основным фактором, определяющим скорость химических реакций в организме. Основным источником входной энергии является пища, характеризуемая количеством выделяемой теплоты ккал, и различные виды лучистой энергии, измеряемые интенсивностью их потоков в Вт/м². Выходом энергии являются производимая организмом работа, потери за счет явлений теплопередачи и конвекции, теплового излучения и испарения жидкости с поверхности тела.

При обычных температурах в помещениях от кожного покрова человека в окружающий воздух отводится до 45 % теплоты путем излучения, до 30 % за счет конвективного теплообмена и до 25 % при испарении пота. При этом свыше 80% тепла отдается через кожу, примерно 13% через органы дыхания, около 5% расходуется на согревание пищи, воды и вдыхаемого воздуха.

Теплоотдача радиацией и конвекцией происходит только в том случае, если температура воздуха и предметов ниже температуры тела, причем интенсивность теплоотдачи тем больше, чем выше разность этих температур. При температуре воздуха выше температуры тела потери тепла происходят за счет потовыделения: на испарение 1 г пота затрачивается около 2,5 кДж тепла. Количество влаги, испаряемой с поверхности тела (кожи), зависит от температуры окружающей среды, влажности и интенсивности физической нагрузки. При покое организма и температуре воздуха 15ºС испарение незначительно и составляет примерно 30 г за 1 час. При температуре 30ºС и тяжелой физической работе это количество достигает 1- 1,5 л/ч, пота, на испарение которого затрачивается около 2500 - 3800 кДж (600 - 900 ккал).

Усиленное потоотделение ведет к потере жидкости, солей и водорастворимых витаминов. Частично потери жидкости восполняются усиленным питьем, но при этом масса тела рабочих к концу смены может уменьшаться на 3-4 кг и более. В 1 литре пота в среднем содержится 2,5 – 5,6 граммов хлорида натрия. При тяжелой работе в условиях высокой температуры воздуха может выделиться до 10 -12 литров пота, а с ним до 30 – 40 граммов хлорида натрия. Всего в организме содержится около 140 граммов хлорида натрия. Потеря 28 – 30 граммов его ведет к прекращению желудочной секреции, а больших количеств – к мышечным спазмам и судорогам. Потери водорастворимых витаминов (С, В₁, В₂) при сильном потоотделении достигают 15 – 25 % потребной суточной дозы.

Необходимо учитывать, что скорость движения воздуха менее 0,1 м/с для людей в состоянии покоя воспринимается как застой воздуха, а выше 0,25 м/с - как сквозняк.

Теплопередача – физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно (при контакте), или через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.

Теплопроводность – процесс переноса теплоты в сплошной среде с неоднородным распределением температуры, которая осуществляется микрочастицами вещества (атомами в кристаллической решетке, молекулами в газах, электронами в металлах) в процессе их теплового движения.

Конвекция– процесс переноса теплоты в сплошной среде с неоднородным распределением температуры и скорости, который осуществляется макроскопическими элементами при их перемещении.

Тепловое излучение – перенос теплоты, обусловленный превращением внутренний энергией в лучистую энергию, которая переносится в пространстве, поглощается и отражается.

С точки зрения биологии человек относится к эндотермным животным, т.е. температура его тела не зависит от температуры окружающей среды и поддерживается постоянной гомеостатическими системами регулирования в организме. Для человека такой температурой являются значения 36,5 – 37,0^оС. При этом под температурой тела имеют ввиду температуру тканей, лежащих глубже 2,5 см под поверхностью кожи. Температура поверхности кожи человека может колебаться в широких пределах. Так при температуре окружающего воздуха 19^оС температура кожи на конечностях может быть 20,5^оС.

Уравнение теплового баланса для организма человека за определенный период времени имеет вид:

M +S ± R ± C ± P - E = 0, (1)

M – теплота процессов метаболизма, полученная из химических субстратов пищи, подвергшихся расщеплению в клетках;

S – накопленная организмом теплота;

R, C, P – теплота, отданная (со знаком «минус») или полученная (со знаком «плюс») путем излучения, конвекции, теплопередачи соответственно;

E – теплота, отданная за счет испарения.

Если тепловой баланс не будет поддерживаться, то дополнительная теплота, получаемая различными путями, приведет к повышению температуры тела, а недостаток тепловой энергии - к его охлаждению. В обоих случаях создаются неблагоприятные условия для функционирования клеток организма, которые при превышении определенных температурных границ начинают погибать. Тепловой баланс любого тела определяется соотношением между теплотой, которую оно получает, и теплотой, которую оно отдает.

Человеческий организм способен вырабатывать достаточное количество теплоты и регулировать теплоотдачу, поэтому равенство поступающей с пищей энергии и других форм энергии в виде потоков лучистой энергии (например, от нагретых предметов) и расхода теплоты с тела человека всегда сохраняется. Это свойство носит название гомойотермии. При гомойотермии сохраняется относительно постоянная температура тела человека при изменении температуры окружающей среды.

Для поддержания стабильной внутренней температуры человека имеется терморегулирующая система, которая включает рецепторы, эффекторы и чрезвычайно чувствительный регуляторный центр в гипоталамусе[1]. У человека имеется примерно 150 тыс. холодовых и 16 тыс. тепловых рецепторов.

В комфортных условиях для взрослого человека средних лет, при отсутствии физической нагрузки, для нормального осуществления жизненно важных функций в его организме должно производится 1800 ккал теплоты в сутки. Эта теплота в конечном итоге должна быть выведена в силу непрерывности метаболических процессов.

Средняя за сутки метаболическая мощность человека P_h (Вт) определяется калорийностью пищи Q (кал):

В формуле использованы следующие соотношения:

1 кал = 4,2 Дж;

1 Вт = 1 Дж/с;

1 сут = 24×60×60 с.

Это мощность тратиться на выполнение человеком производственной работы и на работу гомеостатических систем человека. Чем неблагоприятнее параметры микроклимата, тем больше энергии тратиться на терморегулирование организма человека.

Механизм выхода энергии регулируется гомеостатическими системами регулирования в организме, призванными поддерживать постоянство внутренней температуры тела человека 36,6^оС. Это необходимо для нормального функционирования биологических клеток организма. Поддержанию постоянства температуры внутренней среды человека способствует разветвленная кровеносная система, обеспечивающая отвод тепла от внутренних органов к поверхности тела. С наибольшей скоростью кровь течет в аорте (~0,5м/с), в артериях скорость достигает 0,25 м/с, а в капиллярах - снижается до 0,5 мм/с. Медленное течение в капиллярах и их большая разветвленность способствует хорошему теплообмену. Общая длина капилляров у человека достигает 100 км, а их поверхность - 6300 м². Другими словами это радиатор с огромными размерами по сравнению с человеком, что определяет эффективность его работы.

Для характеристики теплообмена следует соотнести величину основных энергозатрат с поверхностью тела человека, которая в среднем для мужского населения равна 1,8м². При калорийности пищи в сутки 1800 ккал теплообмен составляет 40,5 кал/(ч×м²). Калорийность пищи должна быть на 20% выше энергозатрат организма. При недостаточной калорийности организм стремится поддерживать постоянную температуру внутренней среды и протекание обменных процессов за счет питательных веществ некоторых тканей организма, прежде всего мышечных, что приводит к истощению.

Энергозатраты организма измеряются методами калориметра:

· прямая калориметрия - измерение непосредственно выделяемой теплоты;

· алиментарная калориметрия - определение теплоты при окислении пищевых продуктов;

· респираторная калориметрия – определение теплоты по обмену газов в легких, используя термические коэффициенты О₂ и СО₂.