Метеорологические условия воздушной среды вне помещения. Улучшение метеорологических условий

Метеорологические условия, или микроклимат производственных помещений, складываются из температуры воздуха в помещении, инфракрасного и ультрафиолетового излучения от нагретого оборудования, раскаленного металла и других нагретых поверхностей, влажности воздуха и его подвижности. Все эти факторы, или метеорологичеокие условия в целом, определяются двумя основными причинами: внутренними (тепло и влаговыделения) и внешними (метеорологические условия). Первые из них зависят от характера технологического процесса, оборудования и применяемых санитарно-технических устройств и, как правило, носят относительно постоянный характер для каждого цеха или отдельного участка производства; вторые -- сезонного характера, резко изменяются в зависимости от времени года. Степень влияния внешних причин во многом зависит от характера и состояния наружных ограждений производственных зданий (стен, кровли, окон, въездных проемов и т. п.), а внутренних -- от мощностей и степени изоляции источников выделения тепла, влаги и эффективности санитарнo-технических устройств.

Тепловой режим производственных помещений определяется количеством тепловыделений внутрь цеха от горячего оборудования, изделий и полуфабрикатов, а также от солнечной радиации, проникающей в цех через открытые и остекленные проемы или нагревающей кровлю и стены здания, а в холодный период года -- от степени отдачи тепла за пределы помещения и от отопления. Определенную роль играют тепловыделения от различного рода электродвигателей, которые при работе нагреваются и отдают тепло в окружающее пространство. Часть поступившего в цех тепла отдается наружу через ограждения, а остальное, так называемое явное тепло нагревает воздух рабочих помещений.

Согласно санитарным нормам проектирования промышленных предприятий (СН 245 -- 71) производственные помещения по удельному тепловыделению делятся на две группы: холодные цехи, где явное тепловыделение в помещении не превышает 20 ккал/м3ч, и горячие цехи, где они выше этой величины.

Воздух цеха, постепенно соприкасаясь с горячими поверхностями источников тепловыделений, нагревается и поднимается вверх, а его место замещает более тяжелый холодный воздух, который, в свою очередь, также нагревается и поднимается вверх. В результате постоянного движения воздуха в цехе происходит его нагрев не только в месте нахождения источников тепла, но и на более отдаленных участках. Такой путь отдачи тепла в окружающее пространство называется конвекционным. Степень нагрева воздуха измеряется в градусах. Особенно высокая температура наблюдается на рабочих местах, не имеющих достаточного притока наружного воздуха или расположенных в непосредственной близости от источников тепловыделений.

Противоположная картина наблюдается в тех же цехах в холодный период года. Нагретый горячими поверхностями воздух поднимается вверх и частично уходит из цеха через проемы и неплотности в верхней части здания (фонари, окна, шахты); на его место подсасывается холодный наружный воздух, который до соприкосновения с горячими поверхностями нагревается очень мало, в силу чего нередко рабочие места омываются холодным воздухом.

Все нагретые тела со своей поверхности излучают поток лучистой энергии. Характер этого излучения зависит от степени нагрева излучающего тела. При температуре выше 500oС спектр излучения содержит как видимые-- световые лучи, так и невидимые -- инфракрасные лучи; при меньших температурах этот спектр состоит только из инфракрасных лучей. Гигиеническое значение имеет в основном невидимая часть спектра, то есть инфракрасное, или, как его иногда не совсем правильно называют, тепловое излучение. Чем ниже температура излучаемой поверхности, тем меньше интенсивность излучения и больше длина волны; по мере увеличения температуры увеличивается интенсивность, но уменьшается длина волны, приближаясь к видимой части спектра.

Источники тепла, имеющие температуру 2500 -- 3000o С и более, начинают излучать также ультрафиолетовые лучи (вольтова дуга электросварки или электродуговых печей). В промышленности для специальных целей используются так называемые ртутно-кварцевые лампы, которые излучают преимущественно ультрафиолетовые лучи.

Ультрафиолетовые лучи также имеют различные длины волн, но в отличие от инфракрасных по мере увеличения длины волны они приближаются к видимой части спектра. Следовательно, видимые лучи по длине волн находятся между инфракрасными и ультрафиолетовыми.

Инфракрасные лучи, попадая на какое-либо тело, нагревают его, что и послужило поводом называть их тепловыми. Это явление объясняется способностью различных тел в той или иной степени поглощать инфракрасные лучи, если температура облучаемых тел ниже температуры излучающих; при этом лучистая энергия превращается в тепловую, вследствие чего облучаемой поверхности передается то или иное количество тепла. Этот путь передачи тепла называется радиационным. Различные материалы обладают различной степенью поглощения инфракрасных лучей, и, следовательно, при облучении они нагреваются по-разному. Воздух совершенно не поглощает инфракрасные лучи и поэтому не нагревается, или, как принято говорить, он является теплопрозрачным. Блестящие, светлые поверхности (например, алюминиевая фольга, полированные листы жести) отражают до 94 -- 95% инфракрасных лучей, а поглощают всего 5 -- 6%. Черные матовые поверхности (например, покрытие сажей) поглощают почти 95 -- 96% этих лучей, поэтому нагреваются более интенсивно

При полном поглощении инфракрасных лучей в результате полного превращения лучистой энергии в тепловую облучаемый предмет получает определенное количество тепла, которое принято измерять в малых калориях на 1 см2 облучаемой поверхности в минуту (г.кал/см2.мин). Эту величину принимают за единицу интенсивности облучения. Интенсивность инфракрасного облучения возрастает по мере повышения температуры источника излучения и увеличения площади его поверхности и уменьшается в квадратной пропорции по мере удаления от источника излучения. Инфракрасное излучение, как правило, происходит от тех же источников, что и выделение конвекционного тепла.

Рабочие горячих цехов постоянно или периодически подвергаются воздействию инфракрасного излучения, в результате чего они получают извне то или иное количество тепла. Интенсивность облучения на рабочих местах в зависимости от размеров и температуры источников излучения и расстояния от него рабочих мест колеблется в широких пределах: от нескольких десятых долей до 8 -- 10 г.кал/см2.мин. При выполнении отдельных кратковременных операций интенсивность облучения достигает 13 -- 15 г.кал/см2.мин. Для сравнения следует указать, что интенсивность солнечной радиации в летний безоблачный день достигает лишь 1,3 -- 1,5 г.кал/см2.мин.

Несмотря на то, что инфракрасное излучение не оказывает прямого действия на воздух, все же косвенным путем оно способствует его нагреву. Подвергающиеся облучению различные предметы, оборудование, конструкции и даже стены нагреваются и сами становятся источниками тепловыделения как радиационным, так и конвекционным путем. От них-то и нагревается воздух цеха.

При работе с вольтовой дугой или ртутно-кварцевыми лампами, излучающими ультрафиолетовые лучи, рабочие могут подвергаться облучению, если они не защищены от прямого попадания этих лучей в глаза или на кожный покров. Ультрафиолетовые лучи хорошо проходят через воздух, но почти не проходят через любую плотную ткань; даже обычное стекло их почти не пропускает. Однако при попадании лучей от вышеуказанны источников в глаза наряду с ультрафиолетовыми лучам на них будет действовать чрезмерно яркий, слепящий свет видимого спектра.

В каждом помещении, и тем более в производственных цехах, воздух всегда находится в состоянии движения, которое создается вследствие разности температур в различных частях здания и по площади и по высоте. Разность температур образуется в результате инфильтрации и подсоса более холодного наружного воздуха через окна, фонари, фрамуги, ворота.

Более сильное движение наблюдается в тех случаях, когда в цехе имеются источники тепловыделения, которые нагревают воздух и заставляют его быстро подниматься вверх. При наличии одного источника тепловыделения направление движения воздуха будет от периферии к источнику тепла и от него вверх; при нескольких же источниках тепловыделения направление токов может быть самым разнообразным, оно зависит от мест расположения источников тепла и их мощности. Скорость движения, или, как принято называть, подвижность воздуха, измеряется в метрах в секунду.

Мощные источники тепловыделения в цехах являются причиной значительных потоков воздуха, скорость которых иногда достигает 4 -- 5 м/сек. Особенно большие скорости движения создаются вблизи открытых проемов (ворот, окон и т. п.), где имеется возможность подсоса более холодного наружного воздуха. Вследствие больших скоростей холодные струи проходят значительные расстояния без достаточного разбавления теплым воздухом цеха, обдувая рабочих и создавая резкие колебания температур, что в быту называют сквозняками.

На отдельных же участках могут создаваться неблагоприятные условия для естественного конвекционного потока. Чаще всего такое положение наблюдается на участках, удаленных от проемов, ограниченных стенами или громоздким оборудованием (печами и т. п.), и особенно там, где подъему нагретого воздуха вверх препятствуют какие-либо глухие перекрытия (потолки). Подвижность воздуха сокращается до минимальных величин (0,05 -- 0,1 м/сек), что приводит к его застою и перегреванию, особенно если участки расположены вблизи от источников тепловыделений.

Как в наружном, так и в воздухе производственных помещений содержится некоторое количество водяных паров, создавая определенную влажность воздуха. Количество водяных паров, выраженное в граммах, содержащихся в килограмме или в кубическом метре воздуха, называется абсолютной влажностью.

Увеличение количества водяных паров при одной и той же температуре может происходить лишь до определенного предела, после чего пары начинают конденсироваться. Такое состояние, когда количество водяных паров (в граммах) способно насытить 1 кг или 1 м3 воздуха при данной температуре до предела, называется максимальной влажностью. Чем выше температура воздуха, тем больше надо водяных паров, чтобы довести этот воздух до максимальной влажности. Следовательно, максимальная влажность воздуха при разных температурах различна, причем для каждой температуры эта величина постоянна.

Для измерения влажности воздуха чаще всего пользуются показателем относительной влажности, то есть отношением абсолютной влажности к максимальной, насыщаемой воздух до предела при данной температуре, выраженной в процентах. Таким образом, относительная влажность показывает процент насыщения воздуха водяными парами при данной температуре.

Помимо влагосодержания поступающего наружного воздуха, внутри цеха могут быть дополнительные источники влаговыделения. Главным образом это открытые технологические процессы, сопровождающиеся использованием воды или водных растворов, особенно если эти процессы идут с подогревом. Определенная часть влаги выделяется также от самих работающих при дыхании и потовыделении, однако практически это не играет большой роли.

В производственных условиях наблюдается весьма различная влажность воздуха -- от 5 -- 10 до 70 -- 80%, при наличии обильных влаговыделений (красильно-отбелочные цехи текстильных фабрик, моечные отделения различных производств, прачечные) -- иногда до 90-- 95%, а в холодный период года -- до 100%, то есть до туманообразования.

Рассматривая механизмы воздействия метеорологических факторов производственной среды (температуры, влажности, скорости движения воздуха, действия лучистой энергии нагретых деталей и агрегатов) на человека, необходимо отметить, что человеческий организм стремится поддержать относительное динамическое постоянство своих функций при различных метеорологических условиях. Это постоянство обеспечивает в первую очередь один из наиболее важных физиологических механизмов - механизм терморегуляции. Она осуществляется при определенном соотношении теплообразования (химическая терморегуляция) и теплоотдачи (физическая терморегуляция).

Известно, что избыточная влажность воздуха отрицательно влияет на механизм терморегуляции организма. Особенно вредное воздействие оказывает влажность воздуха, превышающая 70 - 75% при температуре 30 градусов и более. По данным М.Е. Маршакова и В.Г. Давыдова (1985), верхней границей теплового равновесия человека, находящегося в состоянии покоя, является температура воздуха 30 - 31 градус при относительной влажности 85% или 40 градусов при относительной влажности 30%. Эти границы меняются при выполнении физической работы.

Большое значение для теплорегуляции имеет движение воздуха. При движении воздуха резко увеличивается отдача тепла с поверхности тела путем конвекции.

Для обеспечения нормальных метеорологических условий в производственных помещениях проводится большая исследовательская работа. Гигиенисты и физиологи труда разработали нормы воздействия метеорологических факторов в рабочей зоне производственных помещений (прил. 1).

В производственных условиях все метеорологические факторы влияют на человека одновременно. Поэтому важно выявить их суммарное влияние на работающего.

В производственных условиях температуру и влажность воздуха измеряют аспирационным психрометром (прибор для измерения температуры и влажности воздуха, состоящий из 2-х термометров - сухого и влажного, изобрел Асман (Amann) Рихард - немецкий аэролог).

Одним из методов приближенной оценки суммарного влияния метеорологических факторов является метод учета эффективных и эквивалентно-эффективных температур. Показатель эффективной температуры включает влияние температуры и влажности воздуха на человека на рабочем месте, при которых у обследуемого появляется ощущение комфорта. За исходный уровень эффективной температуры при различной влажности принимается ощущение человека, соответствующее показаниям сухого термометра или 100-процентной относительной влажности.

Для оценки действия на организм человека не только температуры и влажности воздуха, но и скорости его движения используют номограмму определения эквивалентно-эффективной температуры (см. рис. Прил. 2). Она позволяет определить эффективную и эквивалентно-эффективную температуру при показаниях сухого термометра психрометра от 0 до 38 градусов и скорости движения воздуха от 0 до 3,5 м/сек (для работников, выполняющих легкую работу).

Определение температуры осуществляется следующим образом. С помощью линейки соединяют точки на шкале номограммы, соответствующие показаниям сухого и мокрого термометров психрометра. В месте пересечения полученной линии с линией скорости движения воздуха будет точка эффективной температуры неподвижного воздуха и эквивалентно-эффективной температуры подвижного воздуха.

Например, мокрый термометр психрометра показывает 15 градусов и сухой - 25 градусов, что соответствует 21 градусу эффективной температуры неподвижного воздуха при скорости движения воздуха 1,5 м/сек. В этом случае эквивалентно-эффективная температура составляет 19 градусов.

Однако, при использовании этого метода не учитывается влияние на человека таких важных факторов, как действие тяжести и нервной напряженности труда, лучистой энергии и т.д. Поэтому его можно использовать лишь для приблизительной оценки влияния на человека всех метеорологических факторов внешней среды.

Особой группой мер, направленных на предупреждение перегревания в производственных условиях, является рациональный питьевой режим (рабочие горячих цехов обеспечиваются газированной подсоленной водой (от 0,2 до 0,5% хлористого натрия). Питье такой воды уменьшает жажду, потоотделение, потерю веса, способствует снижению температуры тела, улучшает самочувствие и работоспособность), гидропроцедуры и рациональный режим труда и отдыха.

Восстановление нарушенных функций во время отдыха будет полным в том случае, когда в помещении для отдыха будут созданы благоприятные метеорологические условия. Для работающих в горячих цехах создаются специальные кабины или комнаты отдыха, температура стен в которых более низкая, чем температура воздуха. При этом необходимо учесть возможное отрицательное влияние резкой смены температуры на рабочем месте и в месте отдыха. Поэтому при температуре воздуха на рабочем месте, например, около 40 градусов температура воздуха в комнате отдыха должна поддерживаться на уровне 25 - 28 градусов (В.Н. Новроцкий, 1967).

Для предупреждения перегревания большое значение имеют регламентированные перерывы (по 3 - 5 мин.), во время которых работники обтираются теплой или холодной водой до пояса и растирают тело полотенцем. Полезно во время этих регламентируемых перерывов спокойно посидеть в комнате отдыха, где созданы комфортные условия.

Помимо профилактики перегревания, не менее важное значение в условиях производства имеет профилактика переохлаждения организма работающего. Именно переохлаждение является одной из причин простудных заболеваний. Основная причина возникновения простуды - дискомфортные условия производственных помещений и несоответствующая им одежда. Причина простудных заболеваний, по мнению многих исследователей, не в сильном воздействии холода на организм человека, а в длительном действии охлаждения на кожную поверхность.

Простудные заболевания возникают не столько от воздействия холодного воздуха, сколько от его сочетания с повышенной влажностью. Влажность способствует охлаждению организма и в тех случаях, когда поверхность кожи покрывается потом, так как мокрая кожа значительно сильнее охлаждается, чем сухая. Теплоотдача особенно усиливается при покрытии кожи потом при низкой температуре или при ветре.

Основными средствами профилактики простудных заболеваний являются улучшение санитарно-гигиенических условий в цехе, на участке и систематическое закаливание организма.

В холодный период года в закрытых производственных помещениях необходимо устранить все, что способствует переохлаждению организма. Особую опасность представляют резкие потоки холодного воздуха, врывающегося через открытые ворота, двери, не застекленные окна и т.д. Поэтому необходимо защищать рабочие места в производственных помещениях от резких потоков холодного воздуха при частом открывании дверей и других проемов с помощью шлюзов, тамбуров, воздушных завес и т.д. При невозможности устройства тамбуров в местах, где бывают сквозняки, следует вблизи рабочих мест ставить экраны-перегородки высотой до 3 м. Для большего предохранения от охлаждения на перегородки могут быть помещены батареи отопления.

Хорошей защитой от холодного воздуха является также воздушная завеса. Из расположенного снизу или сбоку канала с решеткой подается при помощи вентилятора во всю ширину ворот струя воздуха. В зависимости от массы и скорости движения воздуха можно прекратить доступ в цех наружного холодного воздуха или пропускать некоторую его часть. В зимнее время года рекомендуется подаваемый из канала воздух предварительно нагревать.

Одинарное застекление окон в цехах плохо предохраняет от вторжения потоков холодного воздуха. Кроме того, большие стеклянные поверхности служат источником отрицательной радиации. Поэтому в цехах, где работа связана с холодным технологическим процессом, следует иметь двойное остекление. В горячих цехах при наличии рабочих мест, находящихся вблизи наружных остекленных ограждений, должно быть также двойное остекление окон, расположенных на высоте не менее 3 м. Двойное остекление предохраняет не только от резких потоков воздуха, но и от охлаждающего действия оконных поверхностей, имеющих низкую температуру.

Для естественной вентиляции в зимнее время следует пользоваться фрамугами, которые обычно находятся в верхней части окна, что способствует прохождению холодного воздуха в верхнюю зону помещения. У фрамуг должны быть боковые направляющие отражатели.

Состояние метеорологических условий труда обусловливается и таким фактором производственной среды, как инфракрасное излучение.

Инфракрасное излучение, распространяясь от источника излучения в виде электромагнитных волн (длиной от 0,76 до 420 мкм), поглощаются кожей, вызывая ее нагревание. Мощность излучения и распределение по отдельным участкам спектра зависят от абсолютной температуры излучающего тела.

Для оценки воздействия инфракрасного излучения на работающих наряду со спектральными характеристиками важное значение имеет интенсивность излучения. Для измерения интенсивности лучистой энергии нагретых производственных источников используют актинометр (состоит из гальванометра и приемника тепловой радиации). Интенсивность излучения измеряется количеством малых калорий, попадающих на 1 кв.см поверхности в течение 1 минуты. Интенсивность теплового излучения на рабочих местах при выполнении отдельных производственных операций колеблется от 0,1 до 15-18 Ккал / мин. х кв.см и более. По мере удаления рабочего места от источников излучения интенсивность теплового потока уменьшается. Таким образом, для ограничения воздействия инфракрасного излучения необходимо, чтобы рабочий находился на определенном расстоянии от источника излучения и был обеспечен соответствующей защитной одеждой.

Цель работы : Освоение методики исследования метеорологических условий в производственных помещениях.

Теоретическая часть

Метеорологическим условиям производственной среды или производственным климатом называется физическое состояние воздушной среды, характеризуемой температурой, влажностью, скоростью движения воздуха и воздействия теплового излучения) (сильно нагретыми и охлажденными поверхностями оборудования или зданий).

Главными из этих условий являются температура и влажность. Метеорологические условия в производстве должны обеспечить здоровье и бодрое самочувствие работающих, иначе говоря должны быть комфортны. В частности, комфортной температурой будет называться такая, которая не вызывает повышения или понижения нормальной температуры человеческого тела.

Однако в производственной обстановке, особенно в горячих цехах, почти всегда есть условия для принудительного повышения температуры тела рабочего.

Организм человека обладает свойством приспосабливаться к окружающим метеорологическим условиям. Это защитное свойство человека называется терморегуляцией.

Терморегуляцией называется способность организма регулировать как теплообразование, так и теплоотдачу в зависимости от окружающих метеорологических условий, сохраняя температуру тела почти на постоянном уровне.

Терморегуляция выражается в следующем: при высокой температуре начинается интенсивное испарение пота с поверхности тела; одновременно с этим расширяются периферийные кровеносные сосуды; кровь приливает к поверхности тела в процессе выделения и испаре­ния пота, вызываемого охлаждением тела. При этом происходит отъем тепла крови, вследствие чего температура тела сохраняется на высоком уровне.

Иначе реагирует человеческий организм на понижение температуры окружающего воздуха - периферийные кровеносные сосуды кожи сокращаются, скорость протекания крови через кожу замедляется и отдача путем конвекции и лучеиспускания уменьшается.

Для терморегуляции большое значение имеет влажность воздуха, находящегося в постоянном взаимодействии с окружающей средой.

В табл. 1 (извлечение из норм СН-245-71) даются рекомендованные значения основных параметров воздушной среды в производственных помещениях в зависимости от избыточного тепла, выделяемого в результате технологического процесса и категории работ по их тяжести.

ПРИМЕЧАНИЕ:

1. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2-х метров над уровнем пола или площадки, на которой находится человек.

Постоянным рабочим местом считается место, на котором работающий находится большую часть своего времени. Если обслуживание процессов осуществляется в различных пунктах рабочей зоны, то рабочее место - вся рабочая зона.

2. Избытками явного тепла (от оборудования, нагретых материалов, инсоляции и людей) следует считать остаточным тепловыделением (за вычетом теплопотерь) после осуществления всех технологических и строительных мероприятий по их уменьшению, а также по теплоизоляции оборудования, установок и теплопроводов, герметизация оборудования и устройства местных отсосов, связанных с технологическим оборудованием и других мероприятий. Незначительными считаются избытки явного тепла в количестве, не превышающем 20 ккал/м ч. Явным является тепло, воздействующее на увеличение температуры воздуха в помещении.

3. Все работы подразделяются на три категории:

А. К категориям легких работ (затраты энергии до 150 ккал/ч относятся работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой, но не требующие систематического физического напряжения или поднятия и переноски, основные процессы точного приборостроения и машиностроения, работы контролеров, конторские работы и т.д.).

Б. К категории средней тяжести работ (затраты энергии более 150 и до 250 ккал/ч) относятся работы, связанные с постоянной ходьбой (переноской небольших тяжестей до 10 кг) и выполняемые стоя (основные процессы в механо-сборочных цехах, при механической обработке древесины, в сварочных цехах и пр.).

В. К категориям тяжелых работ (затраты энергии более 250 ккал/ч относятся работы, связанные с систематическим физическим напряжением, а также с постоянными передвижениями и переноской тяжести свыше 10 кг, основные процессы мартеновского, литейного, прокатного кузнечного, термического производства и пр.).

Существуют следующие состояния влажности:

а) АБСОЛЮТНАЯ ВЛАЖНОСТЬ (f), т.е. количество влаги, которое находится в воздухе при данной температуре;

б) МАКСИМАЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ (F) или точка росы, представляющая максимальное количество влаги, которое может находиться в воздухе при данной температуре.

в) ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ (), выраженная в процентах и представляет собой отношение абсолютной влажности к максимальной:

 = f/F100%

где: f - абсолютная влажность

F - максимальная влажность.

Для определения относительной влажности воздуха применяются психрометры и гигрометры.

Из указанных трех состояний при оценке метеорологических условий в производственных помещениях чаще всего учитывается относительная влажность.

Эта влажность всегда должна быть нормальной, т.е. такой, которая обеспечивает благоприятные условия для терморегуляции человеческого организма.

Наиболее целесообразные соотношения между относительной влажностью и температурой даны в приложении 1.

Нормальной относительной влажностью при нормальной температуре (в пределах от 18 до 23 0 С) является влажность 40-60 %.

Помимо температуры и относительной влажности для создания нормальных метеорологических условий в производственных помещениях большое значение имеет скорость движения воздуха.

Условное движение воздуха при нормальной температуре может вызвать ощущение холода, при высокой температуре такое движение увеличивая теплоотдачу из организма в окружающую среду путем усиленного испарения пота облегчает борьбу организма с высокой температурой.

Для обеспечения нормальных метеорологических условий нужно уметь определить в производственных помещениях температуру, относительную влажность и скорость движения воздуха.

Зная эти параметры воздушной среды производственных помещений, мы можем наметить имеющиеся в нашем распоряжении технические мероприятия, например, общеобменную промышленную вентиляцию и добиться такого взаимодействия между температурой, относительной влажностью и скоростью движения воздуха, которые будут обеспечивать наилучшее самочувствие работающего.

Для определения температуры как без учета скорости движения воздуха в производственных помещениях, так и в сочетаниях со скоростью движения воздуха относительной влажности разработана и предлагается специальная монограмма, по которой можно определить эффективную, эффективно-эквивалентную и комфортную температуры.

Эффективной называется температура, которая ощущается человеком при определенной относительной влажности воздуха и отсутствие его движения в помещениях.

Эффективно-эквивалентной температурой называется температура, которая ощущается человеком при определенной влажности воздуха и движении его с различной скоростью в помещении.

Метеорологические условия или микроклимат в производственных условиях определяются следующими параметрами: 1) температурой воздуха t, °С; 2) относительной влажностью φ, %; 3) скоростью движения воздуха на рабочем месте v, м/с; 4) барометрическим давлением P, мм рт. ст.

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

Величина тепловыделения Q организмом человека зависит от степени физического напряжения в определенных метеорологических условиях и составляет от 75 ккал/ч (в состоянии покоя) до 400 ккал/ч (при тяжелой работе).

Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Для того чтобы физиологические процессы в его организме протекали нормально, выделяемое организмом тепло должно отводиться в окружающую человека среду. Соответствие между количеством этого тепла и охлаждающей способностью среды характеризует ее как комфортную. В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений — холода или перегрева.

Отдача тепла организмом человека в окружающую среду происходит посредством теплопроводности через одежду QT конвекции в результате омывания воздухом тела человека Qк, излучения на окружающие поверхности Qи, испарения влаги с поверхности кожи Qисп Часть тепла расходуется на нагрев вдыхаемого воздуха QB.

Количество тепла, отдаваемое организмом человека каждым из этих путей, зависит от величины того или иного параметра микроклимата. Так, теплоотдача конвекцией зависит от температуры окружающего воздуха и скорости его движения на рабочем месте. Излучение тепла происходит в направлении окружающих человека поверхностей, имеющих более низкую температуру поверхности, чем температура поверхности одежды (27—31° С) и открытых частей тела человека (около 33,5° С). При высоких температурах окружающих поверхностей (30—35° С) теплоотдача излучением полностью прекращается, а при более высоких температурах теплообмен идет в обратном направлении — от поверхностей к человеку.

Отдача тепла испарением пота зависит от относительной влажности и скорости движения воздуха. В состоянии покоя при температуре окружающего воздуха 18° С доля QK составляет около 30% всего отводимого тепла, Qи — 45%, Qисп — 20% и QB — 5%.

При изменении температуры воздуха, скорости его движения и влажности, при наличии вблизи человека нагретых поверхностей, в условиях физической работы и т. д. эти соотношения существенно меняются.

Нормальное тепловое самочувствие (комфортные условия), соответствующее данному виду работы, обеспечивается при соблюдении теплового баланса:

Q =Qт +Qк +Qи +QИсп + Qв,

благодаря чему температура внутренних органов человека остается постоянной (около 36,6° С). Эта способность человеческого организма поддерживать постоянной температуру при изменении параметров микроклимата и при выполнении различной по тяжести работы называется терморегуляцией.

При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды поверхности тела расширяются, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается. Однако при температурах окружающего воздуха и ограждений порядка 30—33° С отдача тепла конвекцией и излучением в основном прекращается. При более высокой температуре воздуха большая часть тепла отдается путем испарения пота с поверхности кожи. При этом организм теряет определенное количество влаги, а вместе с ней и солей, играющих важную роль в жизнедеятельности организма. По этой причине в горячих цехах рабочим дают подсоленную воду.

При понижении температуры окружающего воздуха реакция человеческого организма иная: кровеносные сосуды кожи сужаются, приток крови к поверхности тела замедляется и отдача тепла конвекцией и излучением уменьшается.

Таким образом, для теплового самочувствия человека важно определенное сочетание температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха.

Влажность воздуха оказывает большое влияние на терморегуляцию организма. Повышенная влажность (φ > 85%) затрудняет терморегуляцию вследствие снижения испарения пота, а слишком низкая влажность (φ < 20%) вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей. Нормальные величины относительной влажности составляет 30—60%.

Движение воздуха в помещениях является важным фактором, влияющим на самочувствие человека. В жарком помещении движение воздуха способствует увеличению отдачи тепла организмом и улучшает его состояние, но оказывает неблагоприятное воздействие при низкой температуре воздуха в холодное время года.

Минимальная скорость движения воздуха, ощущаемая человеком, составляет 0,2 м/с. В зимнее время года скорость движения воздуха не должна превышать 0,3—0,5 м/с, а летом — 0,5—1 м/с.

В горячих цехах допускается увеличение скорости обдува рабочих (воздушное душирование) до 3,5 м/с.

Скорость воздуха оказывает также влияние на распределение вредных веществ в помещении. Воздушные потоки могут распространять их по всему объему помещения, переводить пыль из осевшего состояния во взвешенное. В ряде случаев относительно высокая скорость воздуха (более 0,3—0,5 м/с) может мешать технологическому процессу, например при сварке в среде защитных газов.

Барометрическое давление влияет на парциальное давление основных компонентов воздуха — кислорода и азота, а следовательно, и на процесс дыхания.

Жизнедеятельность человека может проходить в довольно широком диапазоне давлений порядка 550—950 мм рт. ст. Однако здесь необходимо учитывать, что для здоровья человека опасно быстрое изменение давления, а не сама величина этого давления. Например, быстрое снижение давления всего на несколько миллиметров ртутного столба по отношению к нормальной величине (РНорм = = 760 мм рт. ст.) вызывает болезненное ощущение.

При воздействии высокой температуры, интенсивного теплового излучения возможен перегрев организма, который характеризуется повышением температуры тела, обильным потовыделением, учащением пульса и дыхания, резкой слабостью, головокружением, а в тяжелых случаях — появлением судорог и возникновением теплового удара.

Особенно неблагоприятные условия наступают в том случае, когда наряду с высокой температурой в помещении наблюдается повышенная влажность, ускоряющая возникновение перегрева организма. Вследствие резких колебаний температуры в помещении, обдувания холодным воздухом (сквозняки) на производстве имеют место простудные заболевания.

В соответствии с санитарными нормами СН 245—71 устанавливаются оптимальные и допустимые метеорологические условия для рабочей зоны помещения (пространство высотой 2 м над уровнем пола или площадки, где находятся рабочие места).

Нормы учитывают:

1) время года — холодный и переходный периоды с температурой наружного воздуха ниже +10° С; теплый период с температурой +10° С и выше;

а) легкие работы (затраты энергии до 150 ккал/ч), к которым относятся, например, основные процессы точного приборостроения и машиностроения;

б) работы средней тяжести (затраты энергии от 150 до 250 ккал/ч), например, в механосборочных, механизированных литейных, прокатных, термических цехах и т. п.;

в) тяжелые работы (затраты более 250 ккал/ч), к которым относятся работы, связанные с систематическим физическим напряжением и переноской значительных (более 10 кг) тяжестей; это — кузнечные цехи с ручной ковкой, литейные с ручной набивкой и заливкой опок и т. п.;

3) характеристику помещения по теплоизбыткам — все производственные помещения делятся на помещения с незначительными избытками явного тепла, приходящимися на 1 м3 объема помещения, — 20 ккал/м3*ч и менее, и со значительными избытками — более 20 ккал/м3*ч.

К теплоизбыткам относится остаточное количество тепла, поступающего в помещение после осуществления всех технологических и строительных мероприятий по их уменьшению. Величина теплоизбытков (ккал/ч) определяется на основании баланса тепла в помещении по формуле

Qизб = ΣQ-ΣQух, (1)

где ΣQ — суммарное количество поступающего в помещение тепла (тепловыделения); ΣQух — суммарное количество уходящего из помещения тепла (за счет теплопотерь ограждениями, удаляемого местной вентиляцией, нагретым воздухом и т. п.).

В так называемых холодных цехах (механосборочные, точного машиностроения и др.) теплоизбытки составляют менее 20 ккал/м3*ч. Что же касается горячих цехов (прокатные, кузнечные, термические, литейные и т. п.), то в них теплоизбытки составляют 150— 200 ккал/м3*ч, а в ряде случаев до 300—500 ккал/м3*ч.

Основными источниками тепловыделений в машиностроении являются пламенные печи, электропечи, ванны с подогревом, кузнечные горны, нагретый металл, электрооборудование, различные нагретые поверхности, солнечная радиация. Расчет тепловыделений производят по справочникам.

С учетом перечисленных выше факторов определяют нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха. Например, для легкой работы, выполняемой в помещениях с незначительными теплоизбытками в холодный период года, допустимые параметры следующие: температура 17—22° С, относительная влажность — не более 75 %, скороеть движения воздуха — не более 0,3 м/с.

Полезная информация:

План

Лекция № 4 Нормирование параметров воздушной среды помещений

4.1. Требования, предъявляемые к вентиляции

Производственный процесс сопровождается выделением в воздух рабочих помещений большого количества тепла, влаги, пыли, газов и паров. Вследствие этого происходит изменение его химического состава и физического состояния, неблагоприятно отражающееся на самочувствии и состоянии здоровья человека и ухудшающее условия труда. Для поддержания в помещениях нормальных параметров воздушной среды, удовлетворяющих санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям, устраивают вентиляцию.

Вентиляцией называют совокупность мероприятий и устройств, обеспечивающих расчетный воздухообмен в помещениях жилых, общественных и промышленных зданий.

Санитарно-гигиеническое назначение вентиляции состоит в поддержании в помещениях удовлетворяющего требованиям санитарных норм проектирования промышленных предприятий и строительных норм и правил состояния воздушной среды путем ассимиляции избытков тепла и влаги, а также удаления вредных газов, паров и пыли.

Для некоторых производственных помещений (например, предприятий текстильной, радиотехнической, пищевой промышленности и др.) вентиляционными устройствами должны поддерживаться параметры температуры; относительной влажности, подвижности и чистоты воздуха на определенном уровне, вытекаемом из особенностей технологического процесса; таким образом, одновременно с санитарно-гигиеническими должны обеспечиваться и технологические требования, предъявляемые к вентиляции.

Технологические требования – обеспечение чистоты, температуры, влажности и скорости движения воздуха в помещении, вытекающие из особенностей технологического процесса в промышленных зданиях и назначения помещения в общественных зданиях.

Кроме того, устройства вентиляции должны удовлетворять следующим требованиям: а) площадь для размещения вентиляционного оборудования и каналов должна быть минимальной; размещение вентиляционных каналов, устройств для раздачи и забора воздуха должно сочетаться с архитектурным обликом помещений и не ухудшать интерьеров; б) в промышленных зданиях вентиляционные устройства не должны мешать производственному процессу; в) должна быть обеспечена хорошая вибро- и звукоизоляция вентиляционного оборудования от строительных конструкций; г) в высшей степени важна эксплуатационная характеристика систем вентиляции, которая, как правило, должна учитываться при проектировании, - возможность надежной наладки и регулирования работы отдельных элементов устройств систем вентиляции с целью обеспечения или требуемого изменения расходов воздуха в приточных и вытяжных отверстиях; регулирование работы калориферов, вентиляторов и других устройств; удобство обслуживания и ремонта; д) минимальная стоимость оборудования и строительно-монтажных работ, максимально возможная экономия электроэнергии и топлива при эксплуатации вентиляционных установок, возможность легкого и надежного регулирования или переключения с одного режима работ на другой при изменении выделения расчетных вредностей.

Из сказанного вытекает, что для обеспечения нормальных параметров воздушной среды в помещениях вопросы вентиляции, технологии и архитек-турно-планировочных решений здания необходимо решать совместно.

4.2. Основные задачи систем вентиляции

Здоровье и работоспособность человека в значительной степени определяются условиями микроклимата и воздушной среды помещения.

Поддерживать в помещении состав и состояние воздуха, удовлетворяющие гигиеническим и технологическим требованиям, - это основная, внутренняя задача вентиляции. Внешняя задача вентиляции направлена на защиту воздушного бассейна от загрязнения.

Решение внутренней задачи осуществляется:

Удаление вредных выделений от места их образования (применение вытяжной вентиляции);

Разбавлением до определенных концентраций наружным воз-духом выделяющихся вредностей;

Нагревание, охлаждением, увлажнением и очисткой наружного воздуха, поступающего в помещение;

Распределением воздуха по отдельным зонам помещения.

Для решения внешней задачи необходимо:

Очищать от загрязнений выбрасываемый в атмосферу воздух;

Выводить загрязненные вредными веществами вентиляционные выбросы в такие места снаружи здания, где было бы наибольшее их разбавление;

Применять полную или частичную рециркуляцию воздуха в помещениях.

Исходя из сказанного, вентиляцию можно определить как совокупность мероприятий и устройств, направленных на поддержание в помещении требуемых нормативными документами условий и защиту атмосферы от загрязнений. Носителем вредности, за исключением лучистой теплоты, является воздух. Поэтому вентиляцию можно также назвать наукой об организации воздухообмена в помещении.

Современное развитие промышленности характеризуется постоянным совершенствованием, а значит, и изменением технологических процессов. Это существенно сказывается на эффективности вентиляционных устройств. В условиях быстро меняющейся технологии, размещения в одном помещении на огромной площади без разделяющих стен различных производств необходимо изменить принцип определения воздухообмена, уйти от традиционных решений по распределению воздуха и размещению вентиляционного оборудования.

Воздухообмен помещений, достигающий сейчас для отдельных цехов десятки миллионов кубических метров в час, должен определяться не какой-то конкретной технологией, а характером производства и рассчитываться на единицу производственной площади, оборудования, продукции, количества людей, с обязательным учетом перспективы развития. В этой связи актуальным представляется создание микроклимата помещения с переменной во времени и пространстве скоростью воздуха, который может быть достигнут, в частности, применением вентиляции с количественным регулированием воздухообмена.

В связи с напряженностью топливного баланса страны необходимо максимально снижать потребление энергии системами вентиляции. Однако экономия электроэнергии не должна быть самоцелью: целесообразность энергосберегающего мероприятия должна быть экономически обоснована.

4.3. Основные понятия, используемые при изучении вентиляции

При изучении вентиляции необходимо знать следующие определения основных понятий.

Вредный производственный фактор (в том числе запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, повышенная или пониженная температура поверхности оборудования, материалов и воздуха рабочей зоны) – производственный фактор, воздействие которого на работающего приводит к заболеванию.

Дисбаланс – разность расходов воздуха, подаваемого в помещение и удаляемого из него системами вентиляции с искусственным побуждением и воздушным отоплением.

Зона дыхания – пространство в радиусе до 50 см от лица работающего.

Местный отсос – устройство для удаления газов, паров, аэрозолей и пыли у мест их образования.

Микроклимат производственных помещений – климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температуры окружающих поверхностей.

Обслуживаемая зона – объем помещения, параметры воздуха, в котором регламентируются системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Обслуживаемой зоной в помещениях жилых и общественных зданий и во вспомогательных помещениях считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола, а в помещениях, где люди находятся главным образом в сидячем положении (например, залы театров, ресторанов, столовых, помещениях учебных заведений), высотой до 1,5 м над уровнем пола.

Переходные условия между теплым и холодным периодами года – метеорологические условия, характеризуемые следующими расчетными параметрами наружного воздуха: для систем отопления и вентиляции – температура 8 о С и удельная энтальпия 22,5 кДж/кг (для систем вентиляции допускается принимать параметры, значения которых определяются пределом использования неподогретого наружного воздуха для притока); для систем кондиционирования воздуха – параметр, при которых кондиционер не расходует теплоту и холод.

Рабочая зона – пространство высотой 2 м над уровнем пола и площадки, на котором находятся места постоянного или временного пребывания работающих.

Рабочее место – место постоянного или временного пребывания рабо-тающих в процессе трудовой деятельности.

Постоянным считается рабочее место, на котором работающий нахо-дится большую часть (более 50% или более 2 ч непрерывно) своего рабочего времени. Если обслуживание процессов осуществляется в различных пунктах рабочей зоны, то постоянным рабочим местом считается вся рабочая зона.

Непостоянным считается рабочее место, на котором работающий нахо-дится менее 50% или менее 2 ч своего рабочего времени.

Тепловлажностное отношение – отношение изменения удельной эн-тальпии воздуха в помещении к изменению влагосодержания или отношение суммы явной и скрытой теплоты к количеству выделяющейся влаги, выражаемое в кДж/кг.

Теплый период года – период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха выше, чем для переходных условий года.

Холодный период года – период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха ниже, чем для переходных условий года.

Явная теплота – теплота, поступающая в рабочее помещение от оборудования, отопительных приборов, нагретых материалов, людей и других источников теплоты, в результате инсоляции и воздействия на температуру воздуха в этом помещении.

4.4. Гигиеническое нормирование микроклимата

Инженерные системы, к которым относятся системы вентиляции, должны обеспечивать оптимальные или допускаемые уровни как физических, так и химических факторов среды.

Сочетание метеорологических факторов и температуры окружающих поверхностей определяют микроклимат помещения .

Микроклимат помещений характеризуется температурой внутреннего воздуха t в, радиационной температурой внутренних поверхностей ограждений t R , относительной влажностью воздуха j в. Сочетание этих параметров, обеспечивающее наилучшее самочувствие и наивысшую работоспособность человека, называют комфортными условиями . Особенно важно поддерживать в помещении определенные температурные условия. Относительная влажность и скорость движения воздуха обычно имеют незначительные колебания.

Расчетными параметрами воздушной среды в помещении при проектировании вентиляции служат параметры воздуха, определяющие комфортные условия и удовлетворяющие требованиям технологического процесса. Различают оптимальные и допустимые метеорологические условия в помещениях. Оптимальные параметры представляют собой такое сочетание воздушной среды, при систематическом воздействии которого на человека обеспечивается сохранение нормального и функционального состояния организма без напряжения реакций терморегуляции, создается ощущение теплового комфорта, что способствует высокому уровню работоспособности. Допустимые параметры при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжения реакций терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических возможностей человека.

Требуемые метеорологические условия в помещениях (внутренние условия) должны быть обеспечены в рабочей (обслуживаемой) зоне помещения или на постоянных рабочих местах.