Оценка микроклимата в рабочей зоне помещения

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В РАБОЧЕЙ

ЗОНЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

Цель работы: ознакомиться с теоретическими основами нормирования микроклиматических факторов, освоить приборы, методики измерения и оценку микроклиматических условий в рабочей зоне помещений.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Необходимым условием эффективной производственной деятельности человека является обеспечение нормальных микроклиматических условий в помещениях.

Микроклимат представляет собой комплекс физических параметров, оказывающих влияние на теплообмен человека с окружающей средой, его тепловое состояние, самочувствие, работоспособность, здоровье и производительность труда. На формирование производственного микроклимата влияют технологический процесс, климат местности, сезон года, условия организации отопления и вентиляции.

Показателями, характеризующими микроклимат в производственных помещениях, являются: температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, температура поверхностей ограждающих конструкций и интенсивность теплового облучения.

Микроклиматические условия определяют тепловой обмен между организмом человека и окружающей средой. Нарушения теплообмена, приводящие к охлаждению или перегреву организма, усугубляют действие промышленных ядов, вибраций и других производственных вредностей. Все это предопределяет необходимость нормирования микроклимата и профилактики перегревания и переохлаждения.

Микроклимат по степени его влияния на тепловой баланс человека подразделяется на нейтральный, нагревающий и охлаждающий.

Нормы производственного микроклимата установлены ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно – гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и Р 2.2.755-99 «Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса»

Для нормального протекания физиологических процессов необходимо, что бы выделяемая организмом человека теплота (теплопродукция) полностью отводилась в окружающую среду. Теплопродукция организма или метаболизм создается за счет биологических процессов, ведущих к образованию тепла. Различают основной метаболизм или обмен, создаваемый непрерывным функционированием внутренних органов, без участия сознания и мышечный, создаваемый в процессе физической работы.

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется за счет излучения (Q_рад.), конвекции (передача тепла потоком воздуха, газа или жидкости (человека предметы (Q_конв.), кондукции (проведение тепла через соприкасающиеся с телом человека предметы (Q_конд.), а также за счет испарения влаги с поверхности кожи человека (Q_исп.).

Преобладание того или иного процесса теплоотдачи зависит от температуры среды, скорости движения воздуха, относительной влажности, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки организма.

Если температура окружающего воздуха превышает температуру кожи человека, происходит не отдача, а восприятие конвекционного тепла.

Отдача тепла излучением в производственных условиях является одним из основных путей теплообмена человека с окружающей средой. В случаях, когда температура окружающих поверхностей выше температуры тела, происходит не потеря, а восприятие тепла.

При повышении температуры воздуха и окружающих поверхностей, когда отдача тепла конвекцией и излучением уменьшена, основным путем отдачи тепла организмом является испарение.

Поэтому общее уравнение теплового баланса имеет вид:

Q_мет.± Q_конв.± Q_конд. ± Q_рад. – Q_исп. = 0

При нулевом тепловом балансе обеспечивается постоянство температуры организма, при отрицательном идет охлаждение, положительном – перегревание. В неподвижном воздухе с температурой около 20⁰С и отсутствии контакта с нагретыми и холодными предметами за счет излучения отдается 50… 65 % тепла, за счет конвекции – 15% и за счет неощутимого испарения - 20…25%.

В соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 нормируются оптимальные (обеспечивающие общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции) и допустимые (обеспечивающие допустимое тепловое состояние человека на период 8-часовой рабочей смены, не вызывающие повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих или локальных ощущений теплового дискомфорта) микроклиматические условия.

Первым признаком теплового дискомфорта в нагревающей среде будет увеличение испарения выше обычных 25…30 г/час (при очень высоких температурах потеря влаги может достигать 3…4 л/час), а в охлаждающей среде – появление «гусиной кожи» и озноба, усиливающих мышечный метаболизм в 9…10 раз.

Параметры микроклимата зависят от периода года и категории работ по уровню энергозатрат.

В ГОСТе 12.1.005-88 приведены оптимальные и допустимые нормы температуры, влажности и скорости движения воздуха. Различные нормы для каждой категории тяжести работы учитывают изменения энергетического обмена организма в зависимости от интенсивности выполняемого труда, которая составляет менее 139 и 140…170 Вт при легкой работе (соответственно категории тяжести работы 1а, 1б), 175…232 и 233…290 Вт при средней тяжести (соответственно категории тяжести работы 2а, 2б) и свыше 290 Вт при тяжелой работе (категория тяжести работы 3). Нормы для холодного периода года (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +10⁰ С) и теплого периода года (среднесуточная температура наружного воздуха +10⁰С и выше) учитывают сезонные изменения энергетического обмена и вид одежды человека. В ГОСТе 12.1.005-88 приведены так же допустимые нормы для непостоянных рабочих мест, на которых работающий находится менее 50% смены или 2 часов непрерывной работы.

Радиационная температура в данном ГОСТе не нормируется. Однако она учитывается специальными нормами для помещений с избытком явной теплоты (23 Дж/м с и более), прежде всего той, которая поступает от нагретых поверхностей оборудования, материалов и т.д.

На рабочих местах, где скорость движения воздуха не превышает 0,6 м/с, а интенсивность теплового облучения – 1200 Вт/м, для оценки комплексного действия параметров микроклимата, в целях осуществления мероприятий по защите работающих от возможного перегрева рекомендуется использовать интегральный показатель тепловой нагрузки среды (ТСН - индекс) согласно Р 2.2.755-99..

Исследование микроклимата производственных помещений включает измерение микроклиматических факторов, оценку их соответствия требованиям ГОСТ 12.1.005-88 и Р 2.2.755-99, а так же в случае необходимости – выбор обоснованных технических решений по нормализации микроклиматических условий. Измерению подлежат температура, влажность и скорость движения воздуха в рабочей зоне, а так же температура шарового термометра. Приборы и методы измерения температуры воздуха не должны иметь погрешность более ± 0,5⁰ С и при измерении влажности воздуха – более ±5% при продолжительности измерений не более 5 мин. Если в местах измерения имеются источники инфрокрасного излучения, то погрешность приборов не должна превышать ±17%. Погрешность приборов для измерения подвижности воздуха не должна превышать ±0,1 м/с.

Температуру воздуха измеряют в зонах пребывания человека на двух уровнях – на высоте 20 и 150 см от пола и на расстоянии 1,5…2 м от наружных стен и отопительных приборов. Измерительный прибор должен быть защищен от лучистого тепла.

Температуру воздуха измеряют жидкостными (ртутными и спиртовыми) и электрическими термометрами. Последние менее инерционны, позволяют производить дистанционный контроль микроклиматических условий, но требуют систематической калибровки. Для определения температурных перепадов в течение смены на практике используют максимальные и минимальные ртутные термометры. Динамику температуры воздуха исследуют с помощью суточных и недельных термографов. Число замеров температуры воздуха на конкретных рабочих местах выбирают таким образом, чтобы получить полное представление об ее изменении в течение суток при трехсменной работе, в течение 16 и 8 часов при двух- и односменной работе. При стабильных температурных условиях замеры делают через каждые 4 часа.

Различают следующие виды влажности воздуха:

- абсолютная, которая выражается величиной парциального давления, создаваемого водяными парами (единица измерения – Па) или массой водяных паров в единице объема (единица измерения – г/м³);

- максимальная, т.е. наибольшее количество водяных паров, которое может содержаться в воздухе при данных температуре и давлении;

- относительная, представляющая собой отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах.

Измерение влажности воздуха проводят с помощью психрометров Августа и Ассмана, электрических гигрометров и влагомеров, суточных и недельных гигрографов, метеометров. В психрометрах имеются по два термометра с ртутными или спиртовыми резервуарами, один из которых обернут кусочком влажной гигроскопической ткани. Из-за испарения воды с влажной ткани температура мокрого термометра по сравнению с температурой сухого термометра будет тем ниже, чем меньше водяных паров содержится в воздухе помещения. Психрометр Ассмана более точен, так как в нем обеспечивается равномерный и одинаковый поток воздуха у ртутных резервуаров, а сами резервуары надежно защищены от лучистого тепла. По показаниям сухого и влажного термометров с помощью расчетов находят абсолютную влажность воздуха, которую затем используют для определения относительной влажности. Для оперативного определения относительной влажности воздуха разработаны психрометрические таблицы. Недостатками психрометров является их инерционность и необходимость проведения ряда расчетов. Меньшая инерционность и большая точность – у гигрометров и влагомеров. Суточные и недельные гигрографы, принцип работы которых заключается в изменениях степени натяжения конского волоса в зависимости влагосодержания окружающего воздуха, позволяют изучать динамику влажности воздуха, обеспечивая достаточную точность измерений для инженерных расчетов.

Скорость движения воздуха измеряют крыльчатыми (диапазон 0,5…5 м/с) и чашечными (диапазон 1…20 м/с) анемометрами, принцип действия которых состоит в определении числа оборотов крыльчатки в единицу времени с последующим нахождением по графику скорости движения воздуха в м/с. Подвижность разнонаправленных потоков воздуха и малых скоростей определяется с помощью кататермометра (спиртового термометра со значительным размером резервуара, расширенным капилляром в верхней части). Диапазон измеряемых скоростей составляет 0,1…10,0 м/с.

Для измерения температуры, скорости и направления воздушных потоков получили применение термоанемометры. Принцип работы термоанемометра основан на изменении температуры и сопротивления подогреваемого терморезистора, включенного в схему дифференциального моста. Диапазон измеряемой скорости, температуры и направления воздушного потока соответственно составляют от 0…5 м/с, 10…60⁰ С и 0…360 град.

При наличии в помещениях источников интенсивных тепловых излучений среднюю радиационную температуру измеряют с помощью актинометров.

Тепловая нагрузка среды ТНС – индекс измеряется с помощью шарового термометра с диапазоном измеряемых значений 0…50⁰ С и 30…100⁰ С.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Материально – техническое обеспечение лабораторной работы

Исследования микроклиматических условий осуществляются на лабораторном стенде конструкции кафедры «Безопасность жизнедеятельности и экология» ТГТУ. Стенд оснащен комплектом метеорологических приборов: термометром, психрометром Ассмана, крыльчатым анемометром АСО-3, термоанемометром типа ЭА-2М, метеометром МЭС-200А, барометром-анероидом, кататермометром и вентилятором.

2.2 Порядок проведения эксперимента

Ознакомиться с лабораторным стендом и комплектом размещенных на нем приборов, изучить задание на исследование по лабораторной работе, вариант которого указывает преподаватель. Снять показания термометра и барометра-анероида и записать их в протокол отчета (перед табл. 1.1).

При измерении относительной влажности воздуха набрать в резиновую пипетку воду и смочить ткань правого термометра психрометра Ассмана, после чего подключить прибор к электрической сети. По истечении времени (не менее 4 мин) снять показания сухого и влажного термометров психрометра Ассмана. Результаты измерения занести в соответствующие графы табл.1.1 протокола отчета к лабораторной работе.

С целью измерение скорости воздушного потока с помощью крыльчатого анемометра до начала измерения снять показания со шкал счетного механизма (шкалы тысяч, сотен, десятков и единиц) и занести их в табл.1.2 протокола отчета. Переносной вентилятор установить против анемометра АСО-3 на расстоянии, указанном в варианте задания и, включив его, дать возможность крыльчатке анемометра вращаться 2 мин. вхолостую. Затем одновременно включить арретиром счетный механизм анемометра и секундомер (наручных часов) на время, указанное в варианте задания, после истечения которого выключить арретиром счетный механизм анемометра, снять показание, которое записать также в табл. 1.2. Опыт повторить трижды.

При измерении скорости и температуры воздуха термоанемометром ЭА-2М необходимо установить его в зоне измерения (см. вариант задания). Включить прибор в розетку электросети и провести настройку прибора в следующей последовательности:

- переключатель П₂ поставить в положение «А», а переключатель П₁ - в положение «контроль»;

- ручкой «напряжение» установить стрелку прибора на максимальное деление шкалы (при этом датчик должен быть закрыт колпачком и расположен горизонтально);

- переключатель П₁ - установить в положение «измерение», плавным поворотом ручки «Подогрев» вывести стрелку прибора на максимальное деление шкалы. Сдвинуть с датчика защитный колпачок и после максимального отклонения провести отсчет величины тока по шкале прибора. После чего датчик закрыть защитным колпачком. Результат измерения величины тока записать в табл.1.3 протокола.

Для измерения температуры воздуха, не выключая прибор, поставить переключатель П₂в положение «Т», а переключатель П₁в положение «Контроль», ручку «Подогрев» повернуть против часовой стрелки до упора. Установить стрелку прибора на максимальное деление шкалы, используя ручку «Регулировка напряжения». Переключатель П₁ установить в положение «Измерение», после чего сдвинуть защитный колпачок с датчика и провести отсчет величины тока по шкале прибора. Результат измерения силы тока записать в табл. 1.3 протокола.

После проведенных измерений выключить вентилятор и термоанемометр из электросети. Ручки настройки прибора «Напряжение» и «Подогрев» повернуть против часовой стрелки до упора, а датчик убрать в футляр.

Для определения скорости движения воздуха с помощью кататермометра необходимо погрузить шаровую часть прибора в водяную баню с температурой 60…80⁰ С и держать до того момента, пока спирт не поднимется по капилляру в верхнее расширение и не заполнит его примерно на половину. После этого кататермометр тщательно вытирают и устанавливают в исследуемом месте. При помощи секундомера измеряется время охлаждения кататермометра с 40⁰ С до 33⁰ С. Опыт повторяют 3 раза, причем первое измерение не принимают во внимание. Время охлаждения каждого опыта заносится в табл.1.4 протокола.

Измерение атмосферного давления, относительной влажности, температуры воздуха, скорости воздушного потока, параметров тепловой нагрузки среды, ТСН- индекса с помощью метеометра МЭС-200А

Для измерения Тº С сухого термометра и относительной влажности нажать кнопку «П». Включается подсветка матричного индикатора на интервал времени 18…20 с. Далее на индикаторе появляются результаты измерения температуры окружающей среды (температура сухого термометра º С и относительной влажности окружающей среды %), которые заносим в табл. 1.6 протокола.

При первом нажатии кнопки «П» прибор переходит в режим измерения давления. На индикаторе появляются надписи со значениями давления в кПа и мм.рт.ст. Данные заносим в табл 1.6 протокола.

При повторном нажатии кнопки «П» прибор переходит в режим измерения ТСН – индекса и температуры влажного термометра Т⁰С. Данные заносим в табл. 1.6 протокола.

При третьем нажатия кнопки «П» прибор переходит в режим измерения окружающей среды (температура сухого термометра) и температуры внутри черного шара Т⁰ С. Данные заносим в табл. 1.6 протокола.

После очередного нажатия кнопки «П» прибор возвращается в режим измерения температуры и относительной влажности окружающего воздуха.

ПРОТОКОЛ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1

Цель работы: _________________________________________________

______________________________________________________________

Дата исследования и период года _________________________________

Определение температуры, барометрического давления, абсолютной и относительной влажности воздуха в рабочей зоне.

Т = ⁰ С Р = мм. рт. ст.

Таблица 1.1

Наименование психрометра	Показания Термометра, С	Абсолютная Влажность Р, Па	Относительная Влажность, %
сух.	вл.	по табл.	по расч.
Ассмана

Расчет абсолютной и относительной влажности воздуха.

Определение скорости воздушного потока крыльчатым анемометром типа АСО-3

Таблица 1.2

№№ п.п.	Время измер. с	Показания	Разность отсчетов делений	Число делен. За 1 с.	Среднее число делений За 1 с.	Ско- рость, М/с
до измер.	после измер.

Определение скорости воздушного потока и температуры воздуха термоанемометром ЭА-2М

Таблица 1.3.

№№ п.п.	Ток, мА	Параметр
		Скорость воздушного потока, м/с
		Температура воздуха, ⁰ С

Определение скорости воздушного потока с помощью кататермометра

Таблица 1.4

Фактор ката-термометра F	Время падения температуры по прибору от 44 до 33⁰С, с	Среднее значение времени падения, с	Скорость движения воздуха, м/с
Т₁	Т₂	Т₃	Т₄

Измерение атмосферного давления, относительной влажности, температуры воздуха, параметров тепловой нагрузки среды,

ТСН-индекса

Таблица 1.5

Т_сух. ⁰ С	Н %	Р	Т_вл. ⁰ С	ТСН	Т_сух. ⁰ С	Т_ш ⁰ С
КПа	мм.рт.ст.

Оценка микроклимата в рабочей зоне помещения

Таблица 1.6

Параметры микроклимата
Фактические	Нормативные (ГОСТ 12.1.005-88)
Т, ⁰ С	Н, %	V, м/с	Т, ^{0 С}	Н, %	V, м/с
			оптимальные

допустимые

Таблица 1.7

Категория работ (по варианту)	Общие энерго- затраты, Вт/м	Класс условий труда
опти- маль ный	допу- стимый	вредный	опасный
3.1 ст.	3.2 ст.	3.3 ст.	3.4 ст.

Вывод по данным табл. 1.6 и 1.7.

_______________________________________________________________

Рекомендации по нормализации микроклимата

_______________________________________________________________

Оценка по допуску _____________________ по зачету ________________

Ф.И.О.студента и дата: __________________________________________

Работу проверил преподаватель, дата ______________________________

3. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

По результату измерений определить относительную влажность воздуха по номограмме (для психрометра Ассмана), а также рассчитать абсолютную влажность Р_аб.вл. в Па по формуле

Р_аб.вл.=[Р_вл.-αt﴾t_сух-t_вл.)·Р_а]·133,3

где Р_вл.б – максимальная влажность при температуре влажного термометра, мм.рт.ст. (по таблице упругости водяных паров); α - коэффициент зависящий от скорости воздуха около прибора (определяется по графику на лабораторном столе); t_сух., t_вл. - показания сухого и влажного термометров, 0С; Р_а – атмосферное давление, мм.рт.ст.

4.2 Рассчитать относительную влажность воздуха Н, % по формуле:

где Р_сух. – максимальная влажность или упругость насыщенного пара при температуре сухого термометра, Па (значение Р_сух. в мм.рт.ст. умножить на 133,322).

По результатам измерений на анемометре типа АСО – 3 найти разности отсчетов в показаниях анемометра за время каждого опыта в отдельности, определить среднее из трех замеров число делений за 1 секунду. По графику прилагаемому к анемометру, найти скорость движения воздуха, м/с и результаты расчетов занести в табл.1.2 протокола.

По результатам измерений на термоанемометре ЭА-2М величины силы тока, пользуясь градуировочным графиком находящимся на рабочем столе, определить скорость воздушного потока и температуру воздуха на рабочем месте. Данные занести в табл. 1.3 протокола.

По данным таблицы 1.4 определить скорость движения воздуха.

Где U – скорость движения воздуха, м/с;

∆t – разность между средней температурой кататермометра 36,5⁰ С и температурой воздуха в момент исследования, ⁰ С;

А и В – коэффициенты, соответственно 0,12 и 0,49

f –охлаждающая сила среды

где Ф=F/3 - константа кататермометра, мДж/см ּ с;

F - фактор прибора (F = 612); Т – время падения столбика спирта (от 44⁰С до 33 ⁰С)

По результатам измерений Т_вл. и Т_ш рассчитать интегральный показатель тепловой нагрузки среды

ТСН = (0,7Т_вл. + 0,3Т_ш), ⁰ С

где Т_ш – температура внутри зачерненного шара, ⁰ С;

Т_вл – температура смоченного термометра, ⁰С.

Сравнивая параметры микроклимата с нормативами ГОСТ 12.1.005-88 и Р2.2.755-99, сделать вывод о соответствии (не соответствии) параметров. Выход значений микроклиматических факторов за пределы, установленные для этих факторов, является недопустимым. Не допускается и усреднение результатов измерений за смену или сутки. При несоответствии измеренных параметров микроклимата ГОСТу 12.1.005-88 и Р2.2.755-99 необходимо установить причину этих нарушений и предложить техническое решение по нормализации микроклиматических факторов. При снижении температуры воздуха меняют режим работы систем вентиляции, отопления. При повышении – используют кондиционеры, воздушное душирование и т.д.