3. Розрахунок повітрообміну за надлишками тепла
Робота технологічного устаткування та виробничі процеси зазвичай супроводжуються виділенням тепла. Це може призвести до перевищення допустимої температури повітря у приміщенні, особливо у теплий період року.
Необхідну кількість повітря, м3/год для відведення надлишків тепла розраховують за формулою:
, (3)
а за наявності місцевої вентиляції - за формулою:
, (4)
де k - коефіцієнт нерівномірності розподілу надлишків тепла (1,1…1,5); Qнад -надлишки кількості тепла, кДж/год (різниця між кількістю теплоти, що надходить у приміщення, і витратами тепла через його зовнішні огородження); с - масова питома теплоємність повітря, яка дорівнює 1,0 кДж/(кг° С); tв — температура повітря, що видаляється, °С; tn — температура повітря, що подається в приміщення, °С; 
— густина повітря, кг/м3 (при температурі повітря 20 °С = 1,2); Lm — кількість повітря, що видаляється з приміщення місцевою вентиляцією, м3/год; tм - температура повітря, яке видаляється з робочої зони місцевою вентиляцією, °С.
Температуру повітря, яке видаляється, визначають за формулою:
tв = tpз+Δt(h-h pз ), (5)
Де tpз — температура повітря в робочій зоні, яка не повинна перевищувати допустиму за нормами (табл. 1), тобто tpз < tdon;
Δt — температурний градієнт у приміщенні по вертикалі; Δt = 0,5—1,5 °С/ м; h — відстань від підлоги до центру витяжних отворів, м; h pз - висота робочої зони, м, за Держстандартом h pз = 2 м.
Допускається перевищення температури в робочій зоні відносно температури зовнішнього повітря не більше як на 5—8 °С.
За величиною енергозатрат роботи поділяються на такі категорії:
легка категорія робіт:
1а - роботи, які виконуються в положенні "сидячи" і супроводжуються незначними фізичними навантаженнями (наприклад, професії сфери управління, складання та монтаж радіоелектронних вузлів та приладів); втрати енергії можуть становити 139 Вт або 120 ккал/год;
1б - роботи, які виконуються в положенні "сидячи" або пов'язані з ходінням і не супроводжуються значними фізичними навантаженнями; втрати енергії становлять 140-174 Вт, або 121-150 ккал/год (наприклад, оператори і обслуговуючий персонал, контролери, майстри);
Таблиця 2.1
Нормативні значення температури і вологості повітря робочої зони
| Період року | Категорія робіт | Температура повітря,°С | Відносна вологість повітря, % | Швидкість руху повітря, м/с |
| Холодний | Іа | 22-24 | 40-60 | 0,1 |
| Середньо- | 1б | 21-23 | 40-60 | 0,1 |
| добова | ІІа | 18-20 | 40-60 | 0,2 |
| температура | ІІб | 17-19 | 40-60 | 0,2 |
| нижча за + 10°С | III | 16-18 | 40-60 | 0,3 |
| Теплий | Іа | 23-25 | 40-60 | 0,1 |
| Середньо- до- | 1б | 22-24 | 40-60 | 0,2 |
| добова | ІІа | 21-23 | 40-60 | 0,3 |
| температура | ІІб | 20-22 | 40-60 | 0,3 |
| + 10°С і вище | III | 18-20 | 40-60 | 0,4 |
середня категорія робіт:
ІІа - роботи, пов'язані з постійним ходінням, переміщенням дрібних (до 1 кг) вантажів або виробів у положенні "стоячи" або "сидячи" і які потребують незначного фізичного напруження; затрати енергії становлять 175-232 Вт, або 151-200 ккал/год (наприклад, механоскладальні цехи та роботи);
ІІб - роботи, пов'язані з ходінням та переміщенням вантажів масою до 10 кг та які супроводжуються помірним фізичним навантаженням, а втрати енергії становлять 232-290 Вт, або 201 -250 ккал/год (наприклад, металургійна промисловість, зварювальне виробництво);
важка категорія робіт:
III — роботи, які пов'язані з постійним ходінням та перенесенням значних (понад 10 кг) вантажів та предметів та потребують значних фізичних напружень і втрат енергії понад 291-349 Вт, або 251-300 ккал/год.
4. Розрахунок повітрообміну за вологовиділеннями
У повітря виробничих приміщень може надходити волога внаслідок виробничих процесів від технологічного обладнання, та від працюючих людей (випаровування поту та видихання повітря). За гігієнічними нормами вологість повітря не повинна перевищувати 75% в холодний період року, а в теплий період — залежно від температури повітря (див. табл. 2.1).
Обмін повітря, м3/год, виходячи з допустимого вмісту в повітрі приміщення парів води, визначають за формулою:
, (6)
де W— надлишки вологи у приміщенні, що утворюються протягом години, г/год; dв, dз, — вологовміст відповідно внутрішнього і зовнішнього припливного повітря, у грамах на 1кг сухого повітря; γ — густина повітря, кг/м3, при температурі приміщення; т — коефіцієнт, що залежить від висоти приміщення Н: при Н>5 м т = 0,6 - 0,8; при Н = 5 - 3,5 м т= 0,8 - 0,9, при Н<3,5. м т =1.
Виділення вологи від людей приймається залежно від температури повітря і важкості роботи, що виконується.
Для випадку, коли з приміщення необхідно одночасно відводити надлишки тепла і вологи, обмін повітря розраховують графоаналітичним способом за допомогою І — d діаграми для вологого повітря.
5. Розрахунок повітрообміну залежно від кількості працюючих
Для виробничих приміщень, у яких внаслідок технологічних процесів не виділяються шкідливості, необхідну кількість повітря для вентиляції, м3/год, визначають з урахуванням кількості працюючих за формулою:
, (7)
де N — чисельність працюючих; Ll — нормативна кількість повітря на одного працюючого, м3/(год.люд.), яка залежить від питомого об'єму приміщення Vn м3/люд. (Vn = V/N, де V — вільний об'єм приміщення, м3).
Якщо Vn < 20 м3/ люд., то L1 > 30 м3/(год. люд.), а якщо Vn > 20 м3/ люд., то L1 > 20 м3/(год. люд.).
6. Розрахунок повітрообміну за його кратністю
Іноді якість вентиляції оцінюють за показником кратності повітрообміну, 1/год:
K = L / V (8)
де V— вільний об'єм приміщення.
Показник кратності повітрообміну показує, скільки разів за годину повітря у приміщенні повністю замінюється свіжим.
Обмін повітря за значенням показника розраховують так. Спочатку визначають, скільки шкідливої речовини надходить у повітря приміщення та фактичну її концентрацію, що утворюється у приміщенні протягом однієї години qф, мг/(м3год):
qф= G/ V (9)
де G — фактичне надходження шкідливої речовини у повітря приміщення за годину, мг/год; V- вільний об'єм приміщення, м3.
Потім визначають значення К, 1/год, за яким шкідлива речовина буде розбавлена до допустимої концентрації:
K= qф/ qГДК (10)
де qГДК— ГДК шкідливої речовини у повітрі робочої зони, мг/м3
Необхідну кількість повітря, м3/год, для видалення надлишків шкідливої речовини визначають за формулою:
LК= KV (11)
7. Завдання для розрахунків повітрообміну при загальній
вентиляції
Завдання 1.
Визначити потрібний повітрообмін та його кратність для приміщення майстерень, яке має довжину 60 м, ширину 12 м, висоту 6 м. Вільний об'єм приміщення становить 85 %. У повітря майстерень виділяється пил у кількості G= 100 г/год., ГДК якого 4 мг/м3. Прийнято, що концентрація пилу у робочій зоні qpз = 3,5 мг/м3, концентрація пилу у повітрі, яке подається у приміщення, qo = 0,2 мг/м3. Пил рівномірно розподілений у повітрі приміщення.
Методичні вказівки:
1. Коефіцієнт нерівномірності розподілу шкідливої речовини у приміщенні майстерень k задається викладачем.
2. Необхідний повітрообмін визначити за формулою 1.
3. Кратність повітрообміну у приміщенні майстерень визначити за формулою 8
Завдання 2.
За даними прикладу 1 визначити необхідний повітрообмін у цеху та кратність повітрообміну, якщо місцевими відсмоктувачами відбирається з робочої зони Lm = 2000 м3/год повітря, яке містить q M = 20 мг/м3 пилу.
Методичні вказівки:
1. Визначається кількість пилу, що видаляється місцевою вентиляцією протягом години, мг/год.
2. Визначається кількість пилу, що надходить у повітря протягом 1 год. з урахуванням видалення його частини місцевою вентиляцією, мг.
3. Визначається потрібний повітрообмін за формулою 2, м3/год.
4. Визначається кратність повітрообміну за формулою 8
Завдання 3.
На термічній дільниці цеху, вільний об'єм якої V = 500 м3, працюють n = 4 електропечі, кожна потужністю N = 5 кВт. Вентиляційні отвори витяжної вентиляції розташовані на висоті h = 5 м, температура зовнішнього повітря tп,= +22°C, температура у робочій зоні (t рзповинна бути не вищою 26°С. Температурний градієнт Δt = 1,2°С/м.
Масова ізобарна теплоємність повітря с = 1кДж/(кг-град.), його густина γ =1,2 кг/м3.
Коефіцієнт нерівномірності розподілу тепла у приміщенні к = 1,2. На нагрівання повітря йде 70% потужності електропечі. Втрати тепла через зовнішні огородження становлять 5%. Визначити необхідний повітрообмін та його кратність в приміщенні, якщо місцева вентиляція відсутня.
Методичні вказівки:
1.Визначити загальну кількість виділеного тепла електропечами за 1 год. (1 год. = 3600 сек.), враховуючи, що 70 % потужності печей йде саме на його нагрівання.
2.Визначити кількість тепла (надлишки), що виділяється у повітря з урахуванням 5 % його втрати через зовнішні огородження.
3.Визначити температуру повітря, що видаляється вентиляцією за формулою
tп = tрз +Δt (h - hрз)
4.Визначити необхідну кількість повітря, необхідного для зменшення температури за формулою 3.
5.Визначити кратність повітрообміну за формулою 8
Завдання 4.
Визначити необхідний обмін повітря та кратність його обміну для випадку, вказаного у прикладі 3, за умови, що від кожної печі надходить G1 = 25 гчадного газу за годину. Граничнодопустима концентрація чадного газу у робочій зоні qгдк = 20 мг/м3. Прийняти концентрацію газу у повітрі, що видаляється з приміщення, 20 мг/м3 (0,02 г/м3), у припливному повітрі qo= 0,005 г/м3, коефіцієнт нерівномірності k =1,2
Методичні вказівки:
1. Визначається загальна кількість чадного газу, що надходить у повітря від усіх електропечей, г/год.
2. Визначається необхідна кількість повітря для розбавлення чадного газу у робочій зоні до рівня ГДК за формулою 1 (прийняти
q = qГДК).
3. Порівняти кількість повітрообміну, необхідного для зменшення температури повітря в цеху з кількістю його, необхідного для розбавлення чадного газу до рівня ГДК і вибрати більше з двох значень.
4. Визначити кратність повітрообміну за формулою 8
Завдання 5.
У виробничому приміщенні в повітря з технологічного обладнання надходить волога у кількості W1= 2600 г/год. Розміри приміщення, м: А х В х Н =12 х 8 х 4. Працюючих (п) — 12 осіб. Робота, що виконується, середньої важкості. Вологомісткість повітря, що видаляється, dB = 20 г/кг, зовнішнього — (dЗ =18 г/кг. Температура повітря
t = 20°С. Густина повітря γ = 1,2 кг/м3. Визначити необхідний повітрообмін і кратність обміну повітря.
Методичні вказівки:
1.Визначається кількість виділеної вологи від усіх працюючих за 1 год. (приймається, що кількість волого виділення від 1 людини при температурі повітря 20 оС та середній важкості роботи становить 160 г/год.).
2.Визначається сумарна кількість виділеної вологи, г/год.
3.Визначається кількість повітря для видалення надлишкової вологи за формулою 6, м3/год.
4. Визначається кратність повітрообміну
Завдання 6.
У приміщенні, де відсутні джерела виділення шкідливостей, працюють одночасно N= 18 чоловік. Розміри приміщення у метрах А-В-Н =10-6-3,2, меблі та виробниче устаткування займають 15 % об'єму. Визначити найменшу необхідну кількість повітря для вентиляції та кратність повітрообміну.
Методичні вказівки:
1. Визначається вільний віз устаткування об’єм приміщення, м3.
2. Визначається вільний питомий об’єм приміщення, що припадає на 1 працюючого, м3/люд.
3. Визначається нормативна кількість повітря на 1 людину, м3/(год. люд.).
4. Визначається найменша необхідна кількість повітря для вентиляції за формулою 7, м3/год.
5. Визначається кратність повітрообміну
Завдання 7.
У малярному цеху, вільний об'єм якого (V) 1800 м3, виконується покриття деталей фарбою, основним розчинником якої є бензол. При висиханні фарби за годину випаровується 120 г розчинника. Коефіцієнт нерівномірності к = 1. Концентрація бензолу у зовнішньому повітрі qo= 0,05 мг/м3. Визначити кількість повітря, яку необхідно подати у приміщення, щоб концентрація парів бензолу q не перевищувала граничнодопустимої, двома методами: точним і спрощеним (за кратністю обміну повітря). Порівняти кратність обміну за цими розрахунками.
Методичні рекомендації:
Розв'язання 1
1. Прийняти гранично допустиму концентрацію бензолу qГДК = 5 мг/м3
2. Визначається необхідна кількість повітря за формулою 1, м3/год.
3. Визначається кратність обміну повітря
Розв'язання 2 
1.Визначається фактична концентрація бензолу, яка утворюється у приміщенні протягом години за формулою 9, г/м3.
2.Визначається необхідна кратність обміну повітря за формулою 10, 1/год.
3.Визначається кількість повітря, необхідного для видалення залишків бензолу за формулою 11, м3/год.
4.Остаточно приймається кількість повітря для обміну як більше значення з двох розрахованих
Послідовність виконання роботи
1. Використовуючи навчальну та методичну літературу, а також методичні рекомендації до виконання практичної роботи ознайомитися з:
а) теоретичними основами процесу повітрообміну у виробничих приміщеннях;
б) методиками розрахунку параметрів повітрообміну виробничих приміщень за різними критеріями.
2. Відповідно до одержаних від викладача індивідуальних завдань виконати розрахунки параметрів повітрообміну, використовуючи методичні рекомендації.
3. Скласти письмовий звіт про виконану роботу.
Матеріальне оснащення
1. Методичні рекомендації до виконання практичної роботи.
2. Навчально-методична література, довідники, стандарти.
3. Калькулятор
Зміст звіту
1. Назва і мета роботи.
2. Результати розрахунків згідно завдання і висновки.
Контрольні питання
1. Як впливає мікроклімат на організм людини, якими параметрами він характеризується?
2. Які прилади використовуються для визначення параметрів мікроклімату?
3. З чого складається повітря робочої зони?
4. Які методи використовуються для контролю концентрації шкідливих речовин у повітрі робочої зони виробничих приміщень?
5. Визначте послідовність розрахунку повітрообміну за шкідливими речовинами.
6. Визначте послідовність розрахунку повітрообміну за надлишками тепла.
7. Визначте послідовність розрахунку повітрообміну за вологовиділеннями.
8. Визначте послідовність розрахунку повітрообміну за його кратністю.
9. Яке призначення вентиляції та на які види вона поділяється?
Література
5. Батлук В.А. Охорона праці: Навч.посібник /В.А. Батлук, М.П. Кулик, Р.А. Яцюк. –Львів:Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2009. – 360 с
6. Гандзюк М.П. Основи охорони праці: Підручник / М.П. Гандзюк, Є.П. Желібо, М.О. Халімовський. За ред.. М.Л. Гандзюка. – К.: Каравела, 2008, - 384 с.
7. Катренко Л.А. Охорона праці в галузі освіти: Навч. посіб. / Катренко Л.А., Пістун І.П. – Суми: ВТД «Університетська книга», 2004. – 304 с.
Практична робота № 3
РОЗРАХУНКИ ШТУЧНОГО ОСВІТЛЕННЯ
Мета роботи:
1. Ознайомлення з основними світлотехнічними характеристиками.
2. Ознайомлення з методами розрахунків параметрів освітлення виробничих і навчальних приміщень.
3. Набуття практичних навичок розрахунку загального і місцевого освітлення та вибору світлотехнічних приладів
1. Основні світлотехнічні характеристики і поняття
Кількісними характеристиками освітлювальних умов є світловий потік, сила світла, освітленість, яскравість.
Світловий потік — потужність світлової енергії, що оцінюється за зоровим відчуттям, яке виникає у людському оці. Світловий потік визначається як кількість світлової енергії, що сприймається за одиницю часу:
Ф = Q/t
Одиниця світлового потоку - люмен (лм).
Сила світла — просторова густина світлового потоку. Вона дорівнює відношенню світлового потоку до тілесного кута ω ( у стерадіанах), у межах якого він поширюється:
І = Ф/ ω
За одиницю сили світла прийнята кандела (кд).
Освітленість — поверхнева густина світлового потоку, рівномірно розподіленого на поверхні площею S:
Е = Ф/ S
Одиницею освітленості є люкс (лк), яка дорівнює освітленості, що утворюється світловим потоком в 1 лм, рівномірно розподіленим на площі в 1 м2.
Яскравість — сила світла у певному напрямку, що спрямовується в орган зору з одиниці площі:
де F - площа поверхні; α - кут між нормаллю до цієї поверхні і напрямом до ока спостерігача.
Одиницею яскравості є кд/м2.
Орган зору людини з усіх наведених величин може оцінювати безпосередньо лише яскравість.
Щодо виробничого освітлення ставляться такі вимоги: достатня освітленість на робочому місці відповідно до характеру зорової роботи (див. 2.1), сприятливий розподіл яскравостей у полі зору (відсутність різких тіней та блискучості), постійність освітленості, оптимальна напрямленість світлового потоку, необхідний спектральний склад світла.
Розрізняють такі системи штучного освітлення:
— загальне, призначене для освітлення всього приміщення; світильники розташовують у верхній зоні (його підсистеми: рівномірне або локалізоване);
— 
місцеве, призначене тільки для освітлення робочих місць як додаткове до загального (воно може бути стаціонарним чи переносним). Застосування одного місцевого освітлення без загального забороняється через шкідливу дію на органи зору;
— комбіноване, за яким до загального освітлення додається місцеве; застосовується під час виконання робіт високої точності або за необхідності певної напрямленості світла тощо.
Сукупність установлених у приміщенні світильників називається освітлювальною установкою приміщення.
Світильник — це лампа разом з освітлювальною арматурою. Основне призначення цієї арматури — раціональний перерозподіл світлового потоку лампи та захист очей від її надмірної яскравості. Застосування відкритих ламп (без арматури) неприпустимо через небезпечну дію на зір і втрат світлового потоку, який у такому випадку випромінюється в непотрібних напрямках, а збільшення кількості ламп для досягнення потрібної освітленості призводить до перевитрат енергії. Залежно від стану середовища щодо освітлювальної арматури ставлять вимоги герметичності, пожежо- чи вибухонебезпечності.
Основні світлотехнічні характеристики світильника:
— крива сили світла;
— коефіцієнт корисної дії (відношення світлового потоку світильника до світлового потоку лампи) η= Фсв /Фл
— захисний кут (кут, що відраховується від горизонтальної площини, у межах якого світло від лампи не потрапляє до очей спостерігача).
За світлорозподілом світильники поділяють на: прямого, переважно прямого, розсіяного, відбитого, переважно відбитого світла.
Крива світлорозподілу являє собою характеристику розподілу сили світла світильника у полярній системі координат, тобто І =f(a).
Світильники за джерелами світла поділяються на такі групи: для ламп розжарювання, галогенних ламп, люмінесцентних ламп, ламп типу ДРЛ, спеціальних ламп.
При виборі типу світильника необхідно враховувати насамперед вимоги щодо світлорозподілу, умови середовища, відбивну здатність стелі і стін, висоту приміщення.
2. Проектувальний розрахунок загального освітлення .
2.1. Загальні відомості
Залежно від особливостей технологічного процесу, габаритів і розташування устаткування та робочих місць приймають загальне рівномірне чи загальне локалізоване освітлення, а за необхідності — комбіноване (загальне з місцевим). Систему 
загального рівномірного освітлення застосовують при рівномірному розташуванні робочих місць, а також, коли не вимагається високого рівня освітленості.
Правилами проектування для загального освітлення рекомендується використовувати переважно газорозрядні лампи: для приміщень заввишки до 6 м — люмінесцентні, для вищих — типу "ДРЛ", "ДРИ", "ДНаТ", а також галогенні. Лампи розжарювання допускається застосовувати у випадку технічної неможливості або недоцільності застосування газорозрядних ламп (невеликі приміщення, невисокі вимоги до освітлення).
Тип світильника вибирають відповідно до вибраного джерела світла, умов середовища приміщення, вимог пожежної безпеки, конструкції стелі.
Норми освітленості вибирають за СНиП-ІІ-4-79 "Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования" відповідно до вибраного типу джерела світла (газорозрядні чи лампи розжарювання), системи освітлення і характеристики зорових робіт (найменший розмір об'єкта розпізнання, світлість фону, контраст об'єкта розрізнення з фоном).
За найменший розмір об'єкта розпізнання приймають ширину риски, тріщини, лінії, що утворює букву чи цифру, товщину нитки, дротинки тощо. Фон - поверхня, що прилягає безпосередньо до об'єкта розпізнання, на якій він розглядається. Фон характеризується коефіцієнтом відбивання ним світла ρ= Фвідб/ Фпад. При ρ >0,4 фон вважається світлим, при ρ = 0,2…0,4 — середнім, при ρ <0,2 — темним. Контраст об'єкта з фоном характеризується співвідношенням яскравості об'єкта, що розглядається, і фону:
, якщо Вф > Воб або 
, якщо
Вф < Воб. При К > 0.5, контраст вважається великим, при К = 0,2 … 0,5 - середнім, при К < 0,2 - малим.
Завдяки яскравості, фону і контрасту людина і розрізняє різні предмети. Основне значення у цьому має не освітленість, а світловий потік, відбитий від поверхні, що розглядається, і спрямований в орган зору.
Під час проектування освітлення попередньо позначають кількість рядів світильників та їхнє розташування, враховуючи таке:
1) відстань між рядами світильників li, та між світильниками у ряді X визначають за умови, що відношення цих відстаней до висоти від робочої поверхні до світильника (висоти підвісу) h не має бути більшим за 1,4 м (висоту підвісу зазвичай приймають не більшою за 4 …5 м);
2) світильники з люмінесцентними лампами встановлюють рядами, переважно паралельно довшій стороні приміщення або стіні з вікнами;
3) світильники з точковими джерелами світла розташовують рядами у вершинах квадратів, прямокутників або у шаховому порядку;
4) відстань від крайніх рядів до стін приймаються рівною половині відстані між рядами;
5) відстань між крайнім світильником у ряді і стінкою дорівнює половині відстані між світильниками.
Висота підвісу визначається за формулою (див. рис. 1):
h = H – (hр.п. + hзв.) (1)
де Н - висота приміщення, м; hр.п. - висота робочої поверхні (може бути 0,7…1,2 м залежно від виконуваної роботи); hзв. - звис - відстань від центру світильника до стелі (hзв. = 0,1 …1,5 м залежно від висоти приміщення і висоти світильника).
Відповідно до джерела світла, системи освітлення, схеми розташування світильників, орієнтації робочої поверхні у просторі вибирають відповідний метод розрахунку: коефіцієнта використання світлового потоку, точковий, питомої потужності тощо.
2.2. Метод коефіцієнта використання світлового потоку
У разі точкових джерел світла (лампи розжарювання або типу ДРЛ, ДРИ) і системи загального рівномірного освітлення горизонтальних поверхонь застосовують метод коефіцієнта використання світлового потоку (KB) за умови, що витримано рекомендовані співвідношення відстані між світильниками X до висоти їх підвісу h (див. 2.1), відхилення не повинно бути більшим за 20 %.
 |
Рис. 3.1. Схема до визначення висоти підвісу h та координат d розрахункової точки
Метод KB можна застосовувати також при трубчастих джерелах світла із дотриманням однієї з таких умов:
а) приміщення освітлюється одним світильником;
