Для создания требуемых параметров микроклимата в производственном помещении применяют системы вентиляции и кондиционирования воздуха, а также различные отопительные устройства. Вентиляция представляет собой смену воздуха в помещении, предназначенную поддерживать в нем соответствующие метеорологические условия и чистоту воздушной среды.
Вентиляция помещений достигается удалением из них нагретого или загрязненного воздуха и подачей чистого наружного воздуха. Поскольку в данной главе рассматриваем системы вентиляции, предназначенные для обеспечения заданных метеорологических условий, рассмотрим общеобменную вентиляцию, которая осуществляет смену воздуха во всем помещении. Другие типы вентиляции рассмотрены далее.
Общеобменная вентиляция предназначена для поддержания требуемых параметров воздушной среды во всем объеме помещения. Схема такой системы вентиляции представлена на рис. 14.1.
Для эффективной работы системы общеобменной вентиляции при поддержании требуемых параметров микроклимата количество воздуха, поступающего в помещение (L пр ), должно быть практически равно количеству воздуха, удаляемого из него (L выт).
Количество приточного воздуха, требуемого для удаления избытков явной теплоты из помещения (Q изб> кДж/ч), определяется выражением:
(14.1)
где: 
– требуемое количество приточного воздуха, м3/ч; С – удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, равная 1 кДж/(кг·град); 
– плотность приточного воздуха, кг/м3; t выт – температура удаляемого воздуха, ˚С; 
– температура приточного воздуха, °С.
Для эффективного удаления избытков явной теплоты температура приточного воздуха должна быть на 5–8°С ниже температуры воздуха в рабочей зоне.
Количество приточного воздуха, необходимого для удаления влаги, выделившейся в помещении, рассчитывают по формуле:
(14.2)
где 
– масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч; 
– содержание влаги в удаляемом из помещения воздухе, г/кг; 
– содержание влаги в наружном воздухе, г/кг; - плотность приточного воздуха, кг/м3.
При одновременном выделении в производственном помещении паров влаги и избыточной теплоты последовательно проводят расчет по формулам (14.1) и (14.2) и в качестве искомого результата используют большее из полученных значений.
По способу перемещения воздуха вентиляция может быть как естественной, так и с механическим побуждением, возможно также сочетание этих двух способов. При естественной вентиляции воздух перемещается за счет разности температур в помещении и наружного воздуха, а также в результате ветрового давления (действия ветра). Способы естественной вентиляции: инфильтрация, проветривание, аэрация, с использованием дефлекторов.
При механической вентиляции воздух перемещается с помощью специальных воздуходувных машин-вентиляторов, создающих определенное давление и служащих для перемещения воздуха в вентиляционной сети. Чаще всего на практике используют осевые и радиальные вентиляторы.
По месту действия вентиляция бывает общеобменной и местной. Общеобменная вентиляция обеспечивает поддержание требуемых параметров воздушной среды во всем объеме помещения, а местная – в определенной его части.
Воздух, всасываемый вентиляторами из атмосферы, после очистки и подогрева поступает в специальные каналы, называемые воздуховодами, и разводится по производственному помещению. Такая вентиляция называется приточной. Нагретый воздух из помещения, содержащий водяные пары, отводится из помещения с помощью системы вытяжной вентиляции.
Приточная и вытяжная ветвь вентиляции могут быть объединены, в этом случае система вентиляции называется приточно-вытяжной. Большое распространение на практике получила приточно-вытяжная вентиляция с рециркуляцией воздуха. Для нее характерно использование части воздуха, удаляемого из помещения и прошедшего очистку в системе приточной вентиляции. При этом рециркулирующий воздух разбавляется частью свежего воздуха, поступающего из атмосферы. Использование такой системы вентиляции позволяет снизить расходы на очистку воздуха, поступающего из атмосферы, и на его нагрев в холодное время года.
Как уже сказано выше, для создания требуемых параметров микроклимата на определенном участке производственного помещения служит местная приточная вентиляция. В отличие от общеобменной приточной вентиляции она подает воздух не во все помещения, а лишь в ограниченную часть. Различают следующие устройства местной приточной вентиляции: воздушные души и оазисы, а также воздушно-тепловые завесы.
Воздушные души применяются для защиты работающих от воздействия теплового излучения интенсивностью 350 Вт/м2 и более. Принцип действия этого устройства основан на обдуве работающего струей увлажненного воздушного потока, скорость которого составляет 1–3,5 м/с. При этом увеличивается теплоотдача от организма человека в окружающую среду.
В воздушных оазисах, представляющих собой часть производственного помещения, ограниченного со всех сторон переносными перегородками, создаются требуемые параметры микроклимата. Указанные источники используются в горячих цехах.
Для защиты людей от переохлаждения в холодное время года в дверных проемах и воротах устраивают воздушные и воздушно-тепловые завесы. Принцип их работы основан на том, что под углом к холодному воздушному потоку, поступающему в помещение, направлен воздушный поток (комнатной температуры или подогретый), который либо снижает скорость и изменяет направление холодного воздушного потока, уменьшая вероятность возникновения сквозняков в производственном помещении, либо подогревает холодный поток (в случае воздушно-тепловой завесы). Такие воздушно-тепловые завесы установлены на входах на станции метрополитена, а также в дверях крупных магазинов.
В настоящее время для поддержания требуемых параметров микроклимата широко применяются установки для кондиционирования воздуха (кондиционеры). Кондиционированием воздуха называется создание и автоматическое поддержание в производственных или бытовых помещениях независимо от внешних метеорологических условий постоянных или изменяющихся по определенной программе температуры, влажности, чистоты и скорости движения воздуха, сочетание которых создает комфортные условия труда или требуется для нормального протекания технологического процесса. Кондиционер – это автоматизированная вентиляционная установка, которая поддерживает в помещении заданные параметры микроклимата. Эксплуатация установок для кондиционирования воздуха обычно дороже, чем вентиляционных систем.
Для поддержания заданной температуры воздуха в помещениях в холодное время года используют различные системы отопления: водяная, паровая, воздушная и комбинированная.
В системах водяного отопления в качестве теплоносителя используется вода, нагретая либо до 100°С либо перегретая выше этой температуры. Эти системы отопления наиболее эффективны в санитарно-гигиеническом отношении.
Системы парового отопления используются, как правило, в промышленных помещениях. Теплоносителем в них является водяной пар низкого или высокого давления.
В воздушных системах для отопления используется нагретый в специальных установках (калориферах) воздух. Комбинированные системы отопления используют в качестве элементов рассмотренные выше системы отопления.
Параметры микроклимата в производственных помещениях контролируются различными контрольно-измерительными приборами. Для измерения температуры воздуха в производственных помещениях применяют ртутные (для измерения температуры выше 0°С) и спиртовые (для измерения температуры ниже 0°С) термометры. Если требуется постоянная регистрация изменения температуры во времени, используют приборы, называемые термографами. Например, отечественный прибор – термограф типа М-16 – регистрирует изменение температуры за определенный период (сутки или неделю). Существуют и другие устройства для измерения температуры воздуха, например, термопары.
Для измерения относительной влажности воздуха используются приборы, называемые психрометрами и гигрометрами, а для регистрации изменения этого параметра во времени служит гигрограф.
Простейший психрометр – это устройство, состоящее из сухого и влажного термометров. У влажного термометра резервуар обернут гигроскопической тканью, конец которой опущен в стаканчик с дистиллированной водой. Сухой термометр показывает температуру воздуха в производственном помещении, а влажный – более низкую температуру, так как испаряющаяся с поверхности влажной ткани вода отнимает тепло у резервуара термометра. Существуют специальные переводные психрометрические таблицы, позволяющие по температурам сухого и влажного термометров определять относительную влажность воздуха в помещении.
Более сложным по конструкции, но и более точным является так называемый аспирационный психрометр, который также состоит из сухого и влажного термометров, помещенных в металлические трубки и обдуваемых воздухом со скоростью 3–4 м/с, в результате чего повышается стабильность показаний термометров и практически устраняется влияние теплового излучения. Определение относительной влажности осуществляется также с использованием психрометрических таблиц. Аспирационные психрометры, например МВ-4М или М-34, могут быть использованы для одновременного измерения в помещении температуры воздуха и относительной влажности.
Другим устройством для определения относительной влажности служит гигрометр, действие которого основано на свойстве некоторых органических веществ (органических мембран, человеческого волоса) удлиняться во влажном воздухе и укорачиваться в сухом. Измеряя деформацию чувствительного элемента (мембраны или волоса), можно судить о величине относительной влажности в производственном помещении. Гигрографы записывают изменения величины относительной влажности как функцию времени. Примером такого гигрографа может служить прибор типа М-21, который осуществляет суточную или недельную запись регистрируемого параметра.
Скорость движения воздуха в производственном помещении измеряется приборами – анемометрами.
Работа крыльчатого анемометра основана на изменении скорости вращения специального колеса, оснащенного алюминиевыми крыльями, расположенными под углом 45° к плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса. Ось колеса соединена со счетчиком оборотов. При изменении скорости воздушного потока изменяется и скорость вращения колеса, т. е. увеличивается (уменьшается) число оборотов за определенный промежуток времени. По этой информации можно определить скорость воздушного потока.
Крыльчатые анемометры рекомендуется применять для измерения скорости воздушного потока в интервале 0,4–10 м/с, при скоростях 1–35 м/с применяются чашечные анемометры, в которых крылья заменены чашечками. Примером крыльчатого анемометра служит прибор АСО-3 тип Б, чашечного – тип МС-13.
Существуют и другие приборы для измерения скорости движения воздуха: шаровые или цилиндрические кататермометры и термоанемометры.
Интенсивность теплового излучения в отечественной практике измеряют актинометрами, действие которых основано на поглощении теплового излучения и регистрации выделившейся тепловой энергии. Простейший тепловой приемник – термопара. Она представляет собой электрический контур из двух проволок, изготовленных из различных материалов (как металлов, так и полупроводников), например медь–константан, серебро–палладий, серебро–висмут, висмут–сурьма, вольфрам–рений и др. Две проволоки из различных материалов сваривают или спаивают между собой. Тепловое излучение нагревает один из спаев двух проволок, в то время как другой спай служит для сравнения и поддерживается при постоянной температуре (Т0). Электрическая схема термопары представлена на рис. 14.2.
Две проволоки из материалов А и В составляют электрический контур. При нагреве одного из спаев тепловым излучением до температуры Т возникает термоЭДС V AB, величина которой измеряется вольтметром. ТермоЭДС в большом интервале температур прямо пропорциональна разности Т– Т0 (где, Т0 – температура холодного слоя термопары):
Величина 
носит название коэффициента Зеебека для веществ А и В. Этот эффект называют термоэлектрическим или эффектом Зеебека в честь его открывателя (1821 г.). Иногда п термопар соединяют между собой последовательно, получая при этом термоэлектрическую батарею. ТермоЭДС и соответственно чувствительность этого прибора в п раз выше, чем у обычной термопары, что позволяет измерять тепловое излучение малой интенсивности.
В основу промышленных приборов для измерения интенсивности теплового излучения – актинометров – положен принцип термоэлектрической батареи. Чувствительный элемент актинометра состоит из алюминиевой пластинки, на которой в шахматном порядке расположены зачерненные и блестящие секции. Зачерненные полоски интенсивно поглощают тепловое излучение, а блестящие отражают его, поэтому первые из них нагреваются значительно сильнее, чем вторые. Положительные спаи термопар, соединенные между собой последовательно присоединены к зачерненным полоскам алюминиевой фольги и нагреваются под воздействием теплового излучения значительно сильнее, чем отрицательные спаи, присоединенные к блестящим полоскам. Под воздействием разности температур возникает термоЭДС, которая измеряется чувствительным прибором, отградуированным в единицах тепловой радиации (Вт/м2).
При отклонении параметров микроклимата от величин, создающих комфортные условия, большое значение имеет правильный выбор спецодежды. При работе в помещениях с пониженной температурой воздуха необходимо использовать утепленную спецодежду. Для персонала, занятого в горячих цехах, используют спецодежду, изготовленную из материалов с низкой теплопроводностью.
Контрольные вопросы
1. Что такое воздух рабочей зоны?
2. Какие основные нормируемые показатели микроклимата воздуха рабочей зоны вы знаете?
3. Что является источниками теплового излучения?
4. Что такое терморегуляция человеческого организма?
5. Из каких основных процессов состоит теплоотдача человеческого организма в окружающую среду?
6. Как влияют на человеческий организм температура окружающего воздуха, его относительная влажность и скорость движения?
7. Как выбирают параметры микроклимата в производственном помещении?
8. Дайте определение понятий «оптимальные параметры микроклимата» и «допустимые параметры микроклимата».
9. Какие мероприятия используют для поддержания нормальных параметров микроклимата в рабочей зоне?
10. Дайте определение понятий «вентиляция воздуха» и «кондиционирование воздуха».
11. Как рассчитать количество приточного воздуха, требуемого для удаления избытков явной теплоты и влаги из помещения?
12. Что такое естественная вентиляция и вентиляция с механическим побуждением?
13. Дайте определение понятий «приточная вентиляция», «вытяжная вентиляция» и «приточно-вытяжная вентиляция».
14. Что такое воздушные души, воздушные оазисы, воздушные и воздушно-тепловые завесы?
15. Какие системы отопления вы знаете?
16. Назовите приборы и устройства для измерения метеорологических условий.
