КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Министерство образования и науки Российской Федерации
Костромской государственный технологический университет
Кафедра промышленной экологии и безопасности
О.Н. Шабарова
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА
Методические указания
К лабораторной работе № 6
Кострома
КГТУ
УДК: 628.8:001.5
Шабарова О.Н., Исследование параметров микроклимата: методические указания к лабораторной работе/О.Н. Шабарова. Кострома: Изд-во Костромского гос. технологического университета, 2011. 28 с.
В методических указаниях содержатся краткие теоретические сведения об измерении параметров микроклимата и теплового облучения, приведены методики измерений.
Предназначены для студентов всех специальностей и факультетов, изучающих дисциплину «Безопасность жизнедеятельности».
Рецензенты: кафедра ПЭиБ КГТУ; канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой ПЭиБ КГТУ В.Б. Соколов, канд. техн. наук, доцент Т.Ю. Лустгартен, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности и теплоэнергетики КГСХА С.Н. Румянцев.
Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом КГТУ
© Костромской государственный технологический университет, 2011
Цель лабораторной работы: ознакомление с приборами по измерению параметров микроклимата и оценка комфортности микроклимата; ознакомление с приборами по измерению интенсивности теплового облучения и оценка эффективности тепловых завес и экранов.
Приборы и материалы:аспирационный психрометр, дистиллированная вода, кататермометр, термоанемометр «ТКА-СДВ», актинометр, радиометр неселективный «Аргус-03».
ВВЕДЕНИЕ
Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение комфортных метеорологических условий в помещениях. Метеорологические параметры (температура, влажность, скорость движения воздуха) оказывают непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека, его работоспособность и определяют теплообмен человеческого организма с окружающей средой. Совокупность метеорологических условий внутренней среды помещений называется микроклиматом производственных помещений.
Микроклимат по степени влияния на тепловой баланс человека подразделяется на нейтральный, охлаждающий и нагревающий.
Нейтральный микроклимат при воздействии на человека в течение рабочей смены обеспечивает тепловой баланс организма.
Охлаждающий микроклимат — сочетание параметров, при котором суммарная теплоотдача в окружающую среду превышает величину теплопродукции организма. Это приводит к образованию общего и (или) локального дефицита тепла в теле человека. Охлаждающий микроклимат приводит к обострению язвенной болезни, радикулита, обусловливает возникновение заболеваний органов дыхания, сердечнососудистой системы.
При выраженном охлаждении растет число тромбоцитов и эритроцитов в крови, увеличивается содержание холестерина, вязкость крови, что повышает возможность тромбообразования. Охлаждение человека (как общее, так и локальное) приводит к изменению его двигательной реакции, нарушает координацию и способность выполнять точные операции, вызывает тормозные процессы в коре головного мозга, что может быть причиной возникновения различных форм травматизма. При локальном охлаждении кистей снижается точность выполнения рабочих операций. Работоспособность уменьшается на 1,5% при снижении температуры пальцев на каждый градус.
Нагревающий микроклимат — сочетание параметров, при котором имеет место изменение теплообмена человека с окружающей средой, проявляющееся в накоплении тепла в организме и (или) в увеличении доли потерь тепла испарением влаги. Воздействие нагревающего микроклимата также вызывает нарушение состояния здоровья, снижение работоспособности и производительности труда.
В горячих цехах промышленных предприятий большинство технологических процессов протекает при высоких температурах. Нагретые поверхности излучают в пространство потоки лучистой энергии, которые могут привести к отрицательным последствиям. Под влиянием теплового облучения в организме происходят биохимические сдвиги, уменьшается кислородная насыщенность крови, понижается венозное давление, замедляется кровоток, и, как следствие, наступает нарушение деятельности сердечнососудистой и нервной систем. Кроме того, тепловые излучения коротковолнового диапазона глубоко проникают в ткани и разогревают их, вызывая быструю утомляемость, понижение внимания, усиленное потоотделение, а при длительном облучении – тепловой удар. Длинноволновые лучи глубоко в ткани не проникают и поглощаются в основном в эпидермисе кожи. Они могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия инфракрасных лучей является катаракта глаза.
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
1.1. Общие требования безопасности
1. К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, прошедшие инструктаж по безопасности труда, изучившие методические указания и настоящие требования безопасности.
2. В лабораторной работе используются электрические приборы и устройства, питающиеся от сети напряжением 220 В (аспирационный психрометр, кондиционер, нагревательные элементы, термоанемометр «ТКА-СДВ» и радиометр неселективный «Аргус-03»). Опасными зонами являются места присоединения приборов к источнику электроэнергии, поврежденные электрические провода, спиральный нагревательный элемент для подогрева кататермометра, а также зона перемещения цепных завес.
3. При выполнении лабораторной работы следует соблюдать тишину, не отвлекаться, при обнаружении каких-либо неисправностей срочно приостановить работу и сообщить о случившемся преподавателю или заведующему лабораторией.
4. За нарушение требований безопасности студент может быть отстранен от выполнения лабораторной работы.
1.2. Требования безопасности перед началом работы
Перед началом работы следует убедиться в отсутствии посторонних предметов на лабораторном стенде, в исправности всех приборов и устройств путем внешнего осмотра и пробных пусков.
1.3. Требования безопасности во время работы
1. Готовить аспирационный психрометр к работе следует при выключенном электропитании. Запрещается брать психрометр влажными руками. При эксплуатации прибора следует соблюдать осторожность, так как психрометр содержит ртуть.
2. Запрещается разбирать зонд термоанемометра. Не допускается попадание капель влаги, воды в измерительную полость зонда термоанемометра.
3. При подготовке кататермометра к работе во избежание разрыва капилляра в верхней части не допускается его заполнение рабочей жидкостью более чем на одну четверть.
4. Изменять число цепных завес на установке по изучению тепловой радиации следует только при выключенном нагревательном элементе.
5. Запрещается прикасаться к спиральному нагревательному элементу подогрева кататермометра.
6. Внимание! Прикосновение к раскаленным нагревательным элементам опасно, возможно поражение электрическим током и ожоги!
7. Следует оберегать приборы от механических повреждений.
1.4. Требования безопасности в аварийных ситуациях
1. Электрическое оборудование следует немедленно отключить от сети в следующих случаях:
- при попадании человека под действие электрического тока;
- при появлении дыма, огня или специфического запаха, возникающего при нагревании изоляции;
- при возникновении опасной ситуации на других лабораторных стендах.
2. При поражении человека электрическим током следует освободить пострадавшего от действия тока и в зависимости от его состояния оказать первую доврачебную помощь, вызвать скорую помощь по телефону 03. При небольшом по площади ожоге первой или второй степени следует наложить на место ранения стерильную марлевую повязку, смоченную спиртом, и направить пострадавшего в медицинский пункт.
3. При эвакуации соблюдать спокойствие, действовать быстро, но без паники.
1.5. Требования безопасности по окончании работы
1. Отключить все электроприборы от сети питания.
2. Привести в порядок рабочее место, известить преподавателя или заведующего лабораторией обо всех неисправностях, обнаруженных во время работы.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
2.1. Основные параметры микроклимата
Основными параметрами микроклимата являются:
1) температура t, оС;
2) относительная влажность воздуха , %. Относительная влажность воздуха представляет собой отношение фактического количества паров воды в воздухе при данной температуре (А, г/м3 – абсолютная влажность) к количеству водяного пара, максимально возможного в воздухе при этой температуре (М, г/м3 – максимальная влажность), выраженное в процентах. =А/М×100%;
3) скорость движения воздуха V, м/с;
4) барометрическое давление, Р, Па мм рт. ст.;
5) интенсивность теплового облучения I, кал/(см2.мин), Вт/м2.
Нормируемыми параметрами микроклимата для любых рабочих мест являются: температура, относительная влажность и скорость движения воздуха. Для рабочих мест с источниками теплового излучения нормируется также интенсивность теплового облучения.
2.2. Влияние параметров микроклимата на организм человека
С физической точки зрения человек представляет собой «нагретое» до определенной температуры влажное тело. При усвоении продуктов питания в организме человека протекают биохимические процессы, сопровождающиеся выделением тепла. В состоянии покоя в теле человека образуется около 80 ккал/ч (93 Дж/с) тепла. При выполнении человеком работы (особенно физической) в зависимости от степени ее тяжести выделяется 250400 ккал/ч тепла (290464 Дж/с) и более [5].
В связи с тем что на полезную работу затрачивается в среднем 1520% тепла, то количество тепла, образующееся в теле человека во время физического труда, в несколько раз больше эквивалента производимой им работы. Однако для человека является необходимым условием, чтобы величина теплообразования в теле всегда была равна величине теплоотдачи (этим объясняется постоянство температуры человеческого тела). Способность человеческого организма сохранять температуру тела на почти постоянном уровне при довольно значительных колебаниях температуры окружающей среды носит название терморегуляции человеческого организма.
Теплообмен между человеческим организмом и окружающей средой осуществляется следующими путями:
· конвекцией в результате омывания тела воздухом;
· теплопроводностью (теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови);
· излучением в окружающее пространство (более нагретые тела всегда выделяют тепло в менее нагретое окружающее пространство);
· при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами (поверхность, с которой происходит испарение, охлаждается);
· при дыхании (за счет нагрева выдыхаемого воздуха).
Микроклимат считается комфортным, если параметры температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха соответствуют оптимальным нормам. Отклонение параметров климата (температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха) от комфортных приводит к нарушению теплового баланса. Так, например, понижение температуры окружающего воздуха приводит к увеличению теплоотдачи организма. Человек начинает испытывать недостаток тепла и ему становится холодно. Слишком сильное понижение температуры может привести к переохлаждению организма. Повышение скорости движения воздуха также увеличивает теплоотдачу тела человека и может привести к переохлаждению.
При повышении температуры могут иметь место обратные явления – тепловыделения человека начинают превышать теплоотдачу, и может возникнуть перегрев организма. При этом также ухудшается самочувствие человека, и падает его работоспособность.
Переносимость человеком повышенной температуры и его ощущения в значительной мере зависят от влажности и скорости движения окружающего воздуха. Чем больше влажность, тем меньше испаряется пота, и, следовательно, уменьшается теплоотдача организма за счет испарения. Высокая температура в сочетании с высокой влажностью оказывает изнуряющее воздействие на организм, т.к. в таких условиях не обеспечивается даже минимально необходимая теплоотдача организма. Наблюдается интенсивный перегрев организма, человек не способен выполнять не только тяжелую физическую работу, но даже в течение длительного времени и легкую работу. Длительное воздействие высокой температуры, особенно в сочетании с повышенной влажностью воздуха, может привести к перегреванию организма выше допустимого предела – гипертермии – состоянию, при котором температура тела поднимается до 38оС и выше. Следствием гипертермии может являться тепловой удар, при этом наблюдается головная боль, общая слабость, головокружение, тошнота, рвота, учащение дыхания и пульса, может произойти потеря сознания.
Повышенная влажность воздуха в сочетании с низкими температурами и повышенной скоростью движения воздуха (ветром) усиливает ощущение холода и может привести к переохлаждению организма ниже допустимого предела – гипотермии.
При небольшой влажности и, особенно, при высокой температуре окружающего воздуха может наблюдаться пересыхание слизистых оболочек человеческого организма, их растрескивание, а затем загрязнение болезнетворными микроорганизмами.
2.3. Измерение параметров микроклимата
в холодный и теплый периоды года
Измерения показателей микроклимата в целях контроля их соответствия гигиеническим требованиям должны проводиться в холодный и теплый периоды года. Холодный период года – период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха, равной +10оС и ниже. Теплый период года – период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха выше +10оС. Частота измерений в оба периода года определяется стабильностью производственного процесса, функционированием технологического и санитарно-технического оборудования.
Измерения показателей микроклимата в целях контроля их соответствия гигиеническим требованиям должны проводиться в холодный период года – в дни с температурой наружного воздуха, отличающейся от средней температуры наиболее холодного месяца зимы не более чем на 5оС; в теплый период года – в дни с температурой наружного воздуха, отличающейся от средней максимальной температуры наиболее жаркого месяца не более чем на 5оС.
Измерения показателей микроклимата следует проводить не менее трех раз в смену (в начале, в середине и в конце). При наличии источников локального тепловыделения, охлаждения или влаговыделения (нагретых агрегатов, окон, дверных проемов, ворот, открытых ванн и т.д.) измерения следует проводить на каждом рабочем месте в точках, минимально и максимально удаленных от источников термического воздействия.
В помещениях с большой плотностью рабочих мест, при отсутствии источников локального тепловыделения, охлаждения или влаговыделения, участки измерения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха должны распределяться равномерно по площади помещения в соответствии с табл. 1.
Таблица 1
Минимальное количество участков измерения температуры,
относительной влажности и скорости движения воздуха
| Площадь помещения, кв. м | Количество участков измерения |
| До 100 | |
| От 100 до 400 | |
| Свыше 400 | Количество участков определяется расстоянием между ними, которое не должно превышать 10 м |
При работах, выполняемых сидя, температуру и скорость движения воздуха следует измерять на высоте 0,1 и 1,0 м, а относительную влажность воздуха – на высоте 1,0 м от пола или рабочей площадки. При работах, выполняемых стоя, температуру и скорость движения воздуха следует измерять на высоте 0,1 и 1,5 м, а относительную влажность воздуха – на высоте 1,5 м.
При наличии источников лучистого тепла тепловое облучение на рабочем месте необходимо измерять от каждого источника, располагая приемник прибора перпендикулярно падающему потоку. Измерения проводить на высоте 0,5; 1,0 и 1,5 м от пола или рабочей площадки.
2.4. Приборы, применяемые для измерения параметров микроклимата
Приборы, которые можно использовать для измерения параметров микроклимата, представлены в таблице 2.
Измерение температуры
Для измерения температуры воздуха на практике могут быть использованы газовые, жидкостные, термоэлектрические и другие термометры. Жидкостные термометры применяются для измерения температуры в
Таблица 2
Приборы, применяемые для измерения параметров микроклимата
| Параметр микроклимата | Прибор |
| Температура | Термометр Термопара Сухой термометр психрометра Термогигрометр Метеометр и др. |
| Относительная влажность воздуха | Психрометр обычный Психрометр аспирационный Гигрометр Термогигрометр Метеометр и др. |
| Скорость движения воздуха | Анемометр Термоанемометр Кататермометр Метеометр и др. |
| Барометрическое давление | Барометр Метеометр и др. |
| Интенсивность теплового облучения | Актинометр Радиометр Пирометр и др. |
диапазоне от -200 до 750оС. В зависимости от диапазона измерений термометры заполняют пентаном (от -200 до 20оС), этиловым спиртом (от -30 до 70оС), керосином (от -20 до 300оС), ртутью (от -35 до 750оС) и др. Наиболее распространены ртутные термометры.
Для регистрации температуры во времени применяют термограф.
Для централизованного измерения температуры в разных точках, удаленных друг от друга на большие расстояния, могут быть использованы термопары.
Для измерения температуры в производственных помещениях используют сухой термометр психрометра.
Измерение относительной влажности воздуха
Относительную влажность воздуха на рабочем месте рекомендуется измерять аспирационными психрометрами. Общий вид аспирационного психрометра (психрометра Асмана) представлен на рис. 1.
Рис. 1. Аспирационный психрометр
Работа психрометра основана на степени охлаждения испарением резервуара смоченного термометра при балансе теплообмена и зависящей от количества влаги в вентилируемом потоке воздуха постоянной скорости. По температуре смоченного термометра и температуре воздуха, определяемой по сухому термометру, определяют относительную влажность воздуха с помощью психрометрического графика. Термометры защищены от воздействия солнечной радиации сбоку – планками, снизу – трубочками. При вращении вентилятора в прибор всасывается воздух, который обтекает резервуары термометров и выбрасывается наружу через прорези в аспирационной головке. Измеренные значения температуры воздуха и температуры смоченного термометра позволяют вычислить относительную влажность воздуха в диапазоне от 10 до 100% при температуре от -10 до 50оС. Диапазон измерения температуры воздуха от -25 до 50оС.
Относительную влажность воздуха можно измерить также с помощью обычного психрометра (психрометра Августа), состоящего из двух термометров – сухого и смоченного. Шарик смоченного термометра психрометра Августа (так же, как и у аспирационного психрометра) обернут батистом. Кончик батиста постоянно погружен в резервуар с дистиллированной водой.
Для измерения относительной влажности воздуха при температурах ниже -10оС используется волосяной гигрометр. Для записи изменения влажности воздуха применяют гигрограф.
Измерение скорости движения воздуха
Для определения скорости движения воздуха в диапазоне 0,4…10 м/с применяют крыльчатые анемометры, а при скорости от 1 до 35 м/с – чашечные анемометры.
Приемной частью анемометра является многолопастная крыльчатка или крестовина с полушариями (чашками), легко вращающаяся под действием струи движущегося потока воздуха. С помощью механической передачи вращение крыльчатки передается стрелкам, движущимся по циферблату. Деления циферблата характеризуют длину пути, пройденного потоком воздуха. Поэтому для определения скорости движения воздуха необходимо учитывать и время с помощью секундомера. Действительная скорость движения воздуха определяется по графикам, прилагаемым к каждому прибору или с помощью цифрового индикатора.
Для более точных измерений скоростей воздушных потоков (а иногда и их направления) применяются термоанемометры (рис. 2). Диапазон измерений скорости воздушного потока термоанемометром составляет от 0,1 до 20 м/с. Принцип работы термоанемометра основан на преобразовании параметров датчиков в числовые значения измеряемой скорости движения воздуха, с отображением результатов измерений на жидкокристаллическом индикаторе.
Рис. 2 Термоанемометр
Для измерения малых скоростей движения воздуха (что является характерным для производственных помещений) от 0,02 до 0,5 м/с применяют кататермометры. Их действие основано на измерении скорости охлаждения прибора в зависимости от скорости воздушного потока, омывающего прибор.
Измерение интенсивности теплового облучения
Интенсивность теплового облучения измеряется актинометрами, действие которых основано на поглощении лучистой энергии и превращении ее в тепловую энергию, количество которой регистрируется различными способами. Актинометр состоит из гальванометра и приемника (батареи термопар: медь – константан), которые смонтированы в общем корпусе. Гальванометр отградуирован в кал/(см2.мин).
Кроме актинометров, для измерения интенсивности теплового облучения могут применяться радиометры. Принцип работы радиометра основан на преобразовании потока излучения, создаваемого источниками, в непрерывный электрический сигнал, пропорциональный энергетической освещенности, который затем преобразуется в цифровой код, индицируемый на цифровом табло индикаторного блока.
2.5. Гигиеническое нормирование параметров микроклимата
производственных помещений
Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.00588 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», а также санитарными правилами и нормами СанПиН 2.2.4.54896 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» (табл. 3) [4].
Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.
Оптимальные величины показателей микроклимата необходимо соблюдать на рабочих местах производственных помещений, на которых выполняются работы операторского типа, связанные с нервно-эмоциональным напряжением (в кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и др.).
Допустимые микроклиматические условия установлены по критериям допустимого теплового и функционального состояния человека на период 8-часовой рабочей смены. Они не вызывают повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности. Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины.
При нормировании параметров микроклимата категорирование работ по тяжести производят в соответствии с энерготратами. Категории работ разграничиваются на основе интенсивности энерготрат организма и периода года [4]:
· к категории Iа относятся работы, производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением (ряд профессий на предприятиях точного приборо- и машиностроения, на часовом, швейном производствах, в сфере управления и т.п.);
· к категории Iб относятся работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (ряд профессий в полиграфической промышленности, на предприятиях связи, контролеры, мастера в различных видах производства и т.п.);
· к категории IIа относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения (ряд профессий в механосборочных цехах машиностроительных предприятий, в прядильно-ткацком производстве и т.п.);
· к категории IIб относятся работы, связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением (ряд профессий в механизированных литейных, прокатных, кузнечных, термических, сварочных цехах машиностроительных и металлургических предприятий и т.п.);
· к категории III относятся работы, связанные с постоянными передвижениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий (ряд профессий в кузнечных цехах с ручной ковкой, литейных цехах с ручной набивкой и заливкой опор машиностроительных и металлургических предприятий и т.п.).
Допустимые величины интенсивности теплового облучения представлены в табл. 4 [3].
Таблица 3