Производственные метеоусловия

Метеоусловия (микроклимат) в производственных помещениях определяются следующими параметрами:

1) температурой воздуха, t °C;

2) относительной влажностью воздуха j, %;

3) скоростью движения воздуха n, м/с.

Необходимость учёта этих параметров может быть объяснена на основании рассмотрения теплового баланса в организме.

Величина тепловыделений организма человека зависит от степени физического напряжения в определённых метеорологических условиях и может колебаться от 85 до 500 Дж/с.

По степени физического напряжения и, следовательно, энергетических затрат организма все работы подразделяются на 4 категории:

категория I (лёгкая) – до 200 Вт;

категория IIа (средней тяжести) – 200…350 Вт;

категория IIб (средней тяжести) – 350…500 Вт;

категория III (тяжёлая) – 500…650 Вт;

категория IV (очень тяжёлая) – более 650 Вт.

Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Для того чтобы физиологические процессы в его организме протекали нормально, тепло должно отводиться в окружающую среду. Соответствие между количеством этого тепла и охлаждающей способностью среды характеризует степень её комфортности, создающую условия для нормальной терморегуляции организма. В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений – перегрева или переохлаждения.

Отдача организмом человека тепла в окружающую среду происходит в основном путём лучеиспускания, конвекции (в результате омывания воздухом тела человека) и испарения влаги с поверхности кожи. Кроме того, часть тепла расходуется на нагрев вдыхаемого воздуха посредством теплопроводности, через одежду и др.

Количество тепла, отдаваемое организмом каждым из этих путей, зависит от параметров микроклимата.

Различают понятия оптимальных и допустимых параметров метеоусловий в помещениях. Для холодного периода (температура наружного воздуха ниже +10 °С) значения этих параметров приведены в табл. 9 (ГОСТ 12.1.005–88 и Сан ПиН 2.2.4.548–96).

Таблица 9

Санитарно-гигиенические нормативы

Категория работ	Оптимальные	Допустимые
t, °С	j, %	V, м/с, не более	t, °С	j, %, не более	V, м/с, не более
I	20...23	40...60	0,2	19...25		0,2
IIа	18...20	40...60	0,2	17...23		0,3
IIб	17...19	40...60	0,3	15...21		0,4
III	16...18	40...60	0,3	13...19		0,5
IV	16...17	40...60	0,4	12...18		0,5

Оптимальные микроклиматические условия – сочетания параметров микроклимата, обеспечивающие сохранение нормального состояния организма без напряжения реакций терморегуляции.

Допустимые микроклиматические условия.Нормальное состояние организма достигается за счёт напряжения реакций терморегуляции не выходящего за пределы физиологических возможностей организма.

Влияние параметров микроклимата на организм человека следующее.

· Низкая температура. Её влияние зависит от адаптации организма. При понижении температуры сначала наступает физиологическая, а затем патологическая реакция организма. При физиологической реакции суживаются сосуды, уменьшается теплоотдача, повышаются тепловыделения. При патологической реакции может наступить либо обморожение, либо ознобление, либо ангионевроз – нарушения нервной регуляции сосудов.

· Высокая температура. При повышении температуры воздуха теплоотдача от человека понижается за счёт лучеиспускания и конвекции и повышается за счёт испарения пота. При температуре воздуха, равной температуре человеческого тела, вся теплоотдача может идти только за счёт выделения пота, происходит нарушение терморегуляции и перегрев организма.

· Влажность воздуха.При высоких температурах и повышении влажности затрудняется испарение пота и наступает перегрев организма; при низких температурах и повышении влажности увеличивается теплоотдача, что может привести к переохлаждению. Низкая влажность вызывает неприятные ощущения в виде сухости слизистой оболочки рта и верхних дыхательных путей.

· Скорость движения воздуха. При температурах воздуха ниже температуры человеческого тела увеличение скорости движения повышает теплоотдачу организма за счёт конвекции.

При температуре воздуха выше температуры человеческого тела увеличение скорости движения воздуха ведёт к перегреву организма.

Мероприятия по борьбе с загрязнённостью воздуха
вредными газами, парами и аэрозолями

Все мероприятия по борьбе с вредными газами, парами и аэрозолями на производстве и их вредным влиянием на организм ведутся по следующим основным направлениям:

1) удаление из производства или ограничение использования вредных и особенно ядовитых веществ;

2) рационализация технологического процесса, устраняющая образование газов, паров и аэрозолей;

3) максимальная герметизация оборудования;

4) механизация и автоматизация производственных процессов;

5) увлажнение обрабатываемых материалов;

6) широкое применение различных систем отсоса загрязнённого воздуха от мест выделения газов, паров или аэрозолей;

7) снабжение рабочих средствами индивидуальной защиты (спецодежда, респираторы, противогазы) и др.

Мероприятия по созданию условий
для нормальной терморегуляции организма

Мероприятия по созданию условий для нормальной терморегуляции организма состоят из следующих направлений деятельности:

1) механизация и автоматизация производств;

2) защита от источников тепловых излучений (теплоизоляция и экранизация);

3) вентиляция производственных помещений (естественная и искусственная);

4) мероприятия по предупреждению переохлаждения организма (отопление помещений и др.);

5) меры личной профилактики при работе в горячих цехах (рациональный питьевой режим, кратковременные перерывы в работе, спецодежда и др.).

Вентиляция и отопление.Вентиляцией называется комплекс взаимосвязанных устройств и процессов, предназначенных для создания организованного воздухообмена, заключающегося в удалении из производственного помещения загрязнённого или перегретого (охлаждённого) воздуха с подачей вместо него чистого и охлаждённого (нагретого) воздуха, что позволяет создать в рабочей зоне благоприятные условия по воздушной среде (СН245–71, ГОСТ 12. 4.021–75).

Классификация вентиляционных систем. Вентиляционные системы проектируют в зависимости от движущей силы естественными или искусственными. В первом случае движение воздуха идёт в направлении градиента плотности, различной для слоёв воздуха, имеющих разную температуру (тёплый воздух поднимается вверх). Во втором случае транспорт воздуха осуществляется механическими побудителями (вентиляторами). При общеобменной вентиляции смена воздуха происходит во всём объёме помещения. Назначением локальной вентиляции является локализация вредных выделений в местах их образования и удаление их из помещения. При комбинированной системе одновременно с общим воздухообменом локализуются также и отдельные наиболее интенсивные источники выделений.

В зависимости от направления подачи (притока) воздуха в помещение или удаления (вытяжки) его из помещения вентиляционные системы называют приточными или вытяжными. При одновременной подаче и удалении воздуха вентиляция называется приточно-вытяжной. В производственных помещениях, в которых возможны внезапные выбросы в воздух рабочей зоны больших количеств вредных или взрывоопасных веществ, предусматривают аварийную вентиляцию.

В соответствии с ГОСТ во всех помещениях должна быть предусмотрена естественная вентиляция, стимулируемая ветровым напором. Наружный воздух должен поступать в помещение через открытые проёмы с наветренной стороны здания и выходить через отверстия на противоположной заветренной стороне и отверстия в крыше. Естественная вентиляция дешевле механической, так как большие объёмы воздуха подаются в помещение и удаляются из него без применения вентиляторов и воздуховодов. Вентиляция происходит через вытяжные каналы, шахты, форточки и фрамуги зданий. Естественная вентиляция может иметь неорганизованный и организованный характер. При неорганизованной вентиляции воздух поступает в помещение и удаляется через неплотности наружных ограждений зданий (инфильтрация), а также через форточки, окна, открываемые без всякой системы. Естественная вентиляция считается организованной, если направление воздушных потоков и воздухообмен регулируются с помощью специальных устройств. Систему организованного естественного воздухообмена называют аэрацией. Если аэрация легко поддаётся регулированию и расчёту, то инфильтрация регулированию практически не поддаётся. Эффективность аэрации существенно ниже летом и в безветренную погоду из-за отсутствия температурного градиента. В соответствии со СНиП II-33–75 приточный воздух с помощью естественной вентиляции следует подавать на высоте не менее 0,3 м и не более 1,8 м.

Для использования ветрового напора используют дефлекторы –специальные насадки, устанавливаемые в верхней части вентиляционных каналов. Поток ветра, обтекая дефлектор, создаёт в канале некоторое разрежение, в результате чего скорость движения воздуха по каналу увеличивается.

При использовании механической вентиляции, в отличие от естественной, имеется возможность предварительно очищать, нагревать или охлаждать, увлажнять приточный воздух, а также очищать выбрасываемый в окружающую атмосферу загрязнённый воздух. Кроме того, воздух можно подавать по воздуховодам в любую зону помещения или удалять его из мест наиболее интенсивного образования вредностей. В промышленности наиболее распространена приточно-вытяжная общеобменная механическая вентиляция, комбинируемая с локальной механической вентиляцией. К недостаткам механической вентиляции следует отнести необходимость звукоизоляции, значительную стоимость сооружения и эксплуатации, а также большую энергоёмкость.

Приточно-вытяжная общеобменная механическая вентиляция состоит из двух отдельных установок: через одну подаётся чистый воздух, через другую удаляется загрязнённый. Отношение количества подаваемого воздуха к количеству удаляемого называется воздушным вентиляционным балансом. При равенстве притока и вытяжки баланс называется уравновешенным, при превышении притока над вытяжкой – положительным, в противоположном случае – отрицательным. При отрицательном балансе воздух из вентилируемого помещения со значительными выделениями вредных веществ не перетекает в помещения с меньшими выделениями или в помещения, где этих выделений вообще нет. Положительный баланс даёт возможность практически полностью изолировать помещение от проникновения в него производственных вредностей. Такую вентиляцию используют, например, в тамбур-шлюзах, отделяющих взрывоопасные производства от невзрывоопасных.

Приточные вентиляционные системы состоят из воздухозаборных устройств, устанавливаемых снаружи здания в тех местах, где воздух наименее загрязнён; устройств, предназначенных для придания воздуху необходимых качеств (фильтры, калориферы); воздуховодов для перемещения воздуха к месту назначения; возбудителей движения воздуха – вентиляторов и эжекторов; воздухораспределительных устройств (патрубков, насадок), обеспечивающих подачу воздуха в нужное место с заданной скоростью и в требуемом количестве.

Вытяжные вентиляционные системы, помимо воздуховодов, по которым удаляемый воздух транспортируется из помещения к месту выброса, имеют различные по виду и форме местные укрытия, максимально сокращающие выделение вредностей в рабочее помещение; устройства для очистки удаляемого воздуха в тех случаях, когда воздух используется для рециркуляции или настолько загрязнён, что выброс его в атмосферу недопустим по санитарным требованиям; устройство для выброса удаляемого из помещения воздуха в атмосферу, которое должно быть расположено на расстоянии 1,5 м выше конька крыши. Место для забора свежего воздуха выбирают с учётом направления ветра, с наветренной стороны по отношению к выбросным отверстиям и на расстоянии не менее 8 м от него, вдали от мест загрязнений. Фильтры, калориферы и вентиляторы приточной вентиляции обычно устанавливают в вентиляционных камерах, которые часто располагают в подвалах. Воздух должен подаваться в рабочую зону на уровне дыхания (до 2 м) в месте наименьшего выделения вредностей, при этом скорости выхода воздуха ограничиваются допустимым шумом и подвижностью воздуха на рабочем месте. Вытяжные отверстия располагают возможно ближе к местам наибольшего выделения вредностей. Вытяжные вентиляционные камеры устраивают отдельно от приточных вентиляционных камер. В них размещают вентиляторы для побуждения движения воздуха. Вытяжные камеры обычно размещают на чердаке или в технических этажах.

Местная вентиляция предназначена для улавливания вредностей у мест их выделения и предотвращения их перемешивания с воздухом помещения. Гигиеническое значение местной вентиляции заключается в том, что она полностью исключает или сокращает проникновение вредных выделений в зону дыхания работающих. Её экономическое значение состоит в том, что вредности отводятся в больших концентрациях, чем при общеобменной вентиляции, а следовательно, сокращаются воздухообмен и затраты на подготовку и очистку воздуха. Местная вытяжная вентиляция удаляет вредные выделения непосредственно у мест их возникновения (у сальников насосов, мешалок и т. п.). Местная приточная вентиляция подаёт чистый охлаждённый (нагретый) воздух в рабочую зону, создавая в ней благоприятную метеорологическую обстановку.

Различают три вида укрытий: полностью закрывающие источник выделения вредностей, находящиеся вне источника выделений (открытые отсосы) и передувки.

Укрытия, полностью закрывающие источники выделения вредностей, наиболее эффективны, но не всегда применимы по условиям технологии. Для защиты работающих применяют капсулирование (оборудование полностью заключают в кожух, капсулу, боксы), аспирацию (вредные выделения удаляют из внутренних объёмов технологического оборудования), вытяжные шкафы, зонты, укрытия витринного типа, кабины, камеры и т. д.

Воздушное душирование применяют на рабочих местах горячих цехов. Воздушный душ представляет собой направленный на рабочего поток воздуха, его действие основано на увеличении отдачи тепла человека при возрастании скорости обдувающего воздуха. Скорость обдува регламентирована СН 245–71 и составляет от 1 до 3,5 м/с, в зависимости от интенсивности теплового облучения.

Воздушные завесы используют для ограничения поступления холодного воздуха в помещение через часто открываемые двери или ворота. Воздух в этом случае подают через выпускные щели. Завеса может быть и воздушно-тепловой, если воздух перед подачей нагреть. Воздушно-тепловые завесы устраивают в производственных зданиях преимущественно в зимний период.

Вентиляционные системы и их производительность выбирают и проектируют на основе расчёта необходимого воздухообмена. Согласно СН 245–71 и СНиП II-33–75 количество воздуха, обеспечивающее требуемые параметры воздушной среды в производственном помещении, определяют расчётом, исходя из объёма газопаровыделений, выделений пыли, избыточного тепла и влаги. За окончательное необходимое количество воздуха принимают большее, полученное из расчётов для каждого вида вредности. Объём V (в м³/ч) подаваемого в помещение свежего воздуха, необходимого для разбавления вредных веществ, выделяющихся в рабочем помещении до предельно допустимых концентраций, определяется из следующего соотношения:

, (18)

где G – масса вредных веществ, выделяющихся в рабочее помещение в единицу времени, г/ч;

С_ПДК –предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ, мг/м³;

С_ПВ–содержание вредных веществ в подаваемом воздухе, мг/м³. Согласно СН 245–71 величина С_ПВне должна превышать 30 % С_ПДК.

Наибольшую сложность представляет определение величины G.

Для этой цели на основе натурных наблюдений определены средние удельные газопаровыделения для различных видов оборудования, уплотнительных устройств, арматуры и других источников выделений при различных эксплуатационных условиях.

Если в воздухе рабочей зоны выделяется несколько веществ, не оказывающих однонаправленного действия, то количество воздуха допускается принимать по тому вредному веществу, для которого требуется подача чистого воздуха наибольшего объёма. Если вредные вещества оказывают однонаправленное действие, то общеобменную вентиляцию рассчитывают суммированием объёмов воздуха, необходимых для разбавления каждого вещества в отдельности до его ПДК с учётом загрязнения приточного воздуха. Объём V подаваемого в помещение свежего воздуха, необходимого для удаления избыточного тепла, рассчитывают по формуле

, (19)

где Q_изб. – избытки тепла в помещении, Вт;

с – массовая удельная теплоёмкость воздуха, равная 1 кдж/кг×К;

r – плотность воздуха, поступающего в помещение, кг/м³;

t_У и t_П – температура удаляемого и приточного воздуха, °С.

В производственных условиях воздухообмен обычно рассчитывают одновременно по влаге и теплу. Для этого определяют количество поступающих в воздух водяных паров, подсчитывают вносимое ими тепло и к нему прибавляют избыточное тепло Q_изб, поступающее в результате теплоотдачи от других источников.

Объём удаляемого воздуха V_выт. (м³/ч) при расчёте местной вытяжной вентиляции принимается в зависимости от характера вредных выделений, а также от скорости и направления их движения:

, (20)

где F – площадь открытого сечения вытяжного устройства, м²;

V – скорость движения всасываемого воздуха в этом проёме (принимается от 0,5 до 1,5 м/с, в зависимости от токсичности и летучести газов и паров).

В тех случаях, когда количество выделяемых вредных веществ в воздух помещений трудно определить, допускается рассчитывать количество вентиляционного воздуха по кратностям воздухообмена, установленным ведомственными нормативными документами. Кратность воздухообмена К показывает, сколько раз в течение часа воздух в помещении должен быть заменён полностью:

, (21)

где K – кратность воздухообмена, ч^-1;

V – объём воздуха для вентиляции помещения, м³/ч;

V_пом.– объём помещения, м³.

Для большинства помещений основных производств при нормальном ведении технологического процесса К колеблется от 3 до 10. В отраслевых правилах и нормах техники безопасности и промышленной санитарии для проектирования, строительства и эксплуатации различных производств обычно приводятся значения рекомендуемых кратностей часового воздухообмена для различных цехов и производственных помещений. В СНиП II-92–76 «Вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий» приведены кратности воздухообменов для вспомогательных зданий и помещений.

Вентиляторы.Для механического перемещения воздуха, как в приточной, так и в вытяжной вентиляционных системах, применяются вентиляторы (центробежные и осевые), реже – эжекторы.

В зависимости от условий эксплуатации вентиляторы изготавливают из определённых материалов и различной конструкции:

· обычного исполнения – для перемещения чистого или малозапылённого воздуха с температурой до 80 °С;

· антикоррозионного исполнения – для перемещения агрессивных сред (пары кислот, щелочей). В этом случае вентиляторы изготавливают из железохромистой и хромоникелевой стали, а при небольших размерах – из винипласта;

· взрывозащищённого исполнения – для удаления газо- или паровоздушных взрывоопасных сред; ротор и корпус вентилятора должны быть изготовлены из материалов, исключающих образование искр (сплавы алюминия, латуни, пластмассы), или покрыты специальным изоляционным материалом. Электродвигатели также должны быть взрывозащищённого исполнения и, как правило, непосредственно соединены с вентилятором.

Отопление.В производственных помещениях, в которых постоянно или длительное время находится обслуживающий персонал, предусматривают систему отопления. В помещениях, где температура обычно поддерживается технологическим оборудованием, должно иметься резервное отопительное устройство, позволяющее поддерживать температуру не ниже 5 °С при ремонте оборудования.

Система отопления состоит из трёх элементов: генератора для получения тепла, теплопроводов для транспортирования тепла к отапливаемому помещению и нагревательных приборов для передачи тепла помещению. Системы, в которых тепло получается и используется в одном помещении, называются системами местного отопления; системы, в которых от одного генератора отапливается несколько помещений, называются центральными отопительными системами.

В настоящее время местное (печное) отопление производственных помещений практически не применяется, а в производствах, отнесённых по пожаро- и взрывоопасности к категориям А, Б и В, оно вообще запрещено.

Центральное отопление может быть паровым, водяным, воздушным и панельным. Применение водяного и парового отопления не допускается в помещениях, в которых имеются щелочные металлы, металлоорганические соединения, силаны, карбиды и другие вещества, способные при взаимодействии с водой загораться, взрываться или разлагаться с выделением взрывоопасных или токсичных веществ.

Паровое отопление обладает свойствами, которые следует учитывать при организации обогрева в производственных помещениях: высокую температуру нагревательных приборов; как следствие, – высушивание воздуха. То и другое может стать причиной возгорания легковоспламеняющихся веществ и пыли с соответствующими последствиями.

Водяное отопление более гигиенично, так как температура поверхности нагревательных приборов обычно не бывает выше 80…90 °С, а следовательно, предотвращается возможность пригорания пыли. Однако даже при такой температуре нагретые поверхности представляют опасность, если в помещении содержатся пыли органических веществ, например: целлулоида, полимерных лаков, а также легковоспламеняющихся веществ.

При воздушном отоплении теплоносителем служит воздух, нагреваемый до температуры несколько более высокой, чем воздух в помещении. Системы воздушного отопления могут быть отопительными или отопительно-вентиляционными. В первых осуществляется полная рециркуляция воздуха помещения, во вторых используется свежий воздух, при нагревании которого происходит одновременно отопление и вентиляция. Рециркуляция не допускается в помещениях, в воздушную среду которых выделяются вредные вещества 1, 2 и 3-го классов, а также вещества с резко выраженным неприятным запахом.

Преимущества воздушного отопления – гигиеничность, безопасность, быстрое повышение температуры воздуха в помещении, исключение множества местных нагревательных приборов. Однако воздушное отопление экономически целесообразно для крупных производственных помещений.

Перспективным является использование в качестве теплоносителей пара и воды в отопительных панелях, заложенных в строительные конструкции производственных зданий – в стены, потолок, полы. Отопление этого вида позволяет создать условия комфорта, устранить ощущение зябкости от наружных стен, охлаждать помещение летом. Для этого в трубы панелей подают холодную воду. Недостатком являются значительные капитальные затраты и замедленный темп регулирования температуры, обусловленный тепловой инерцией панелей.

Кондиционирование воздуха.Обычные системы вентиляции не способны поддерживать сразу все параметры воздуха в пределах, обеспечивающих комфортные условия в зонах пребывания людей. Эту задачу может выполнить кондиционирование, которое является наиболее совершенным видом механической вентиляции и автоматически поддерживает микроклимат на рабочем месте независимо от наружных условий. В общем случае под кондиционированием подразумевается нагревание (охлаждение), увлажнение (осушка) воздуха и очистка его от пыли. В некоторых случаях необходимо ещё и ионизировать воздух, исключить неприятные запахи или придать приятные для обоняния человека запахи. Различают системы комфортного кондиционирования, обеспечивающие в помещении комфортные постоянные условия для человека, и системы технологического кондиционирования, предназначенные для поддержания в производственном помещении требуемых технологическим процессом условий. Для этого используют различные типы кондиционеров. Кондиционирование воздуха требует по сравнению с вентиляцией больших единовременных и эксплуатационных затрат, но они быстро окупаются.