Факторы производственной среды. Микроклимат. Определение и оценка параметров микроклимата производственных помещений методические указания к лабораторной работе Воздействие фактора на организм человека
Тема 3 Идентификация и воздействие на человека вредных и опасных факторов
21. Как подразделяются вредные вещества по степени опасности?
а)на 5 классов опасности; б) на 4 класса опасности; в) на 6 классов опасности; г) на 3 класса опасности
22. Вредные условия труда по показателям вредных и опасных производственных факторов, тяжести и напряженности труда делятся на _____ классов:
а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) 5
а)температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, барометрическое давление; б)температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, интенсивность теплового излучения, барометрическое давление; в)температура, максимальная влажность, скорость движения воздуха, интенсивность теплового излучения; г)температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, интенсивность теплового излучения
24. Основную роль в развитии профзаболеваний легких (пневмокониозов) играет пыль со следующими характеристиками:
a)мелкодисперсная с размером частиц 0,2 - 7 мкм; б)мелкодисперсная с размером частиц менее 0,2 мкм;в)крупнодисперсная с размером частиц более 10 мкм; г)любая пыль
25. Состояние, в котором находится ацетилен в баллонах:
а) жидкое; б) сжиженное; в) растворенное; г) твердое
26. В процессе идентификации опасностей выявляют :
а) вероятность появления; б) координаты; в) возможный ущерб;
г) наказание виновных лиц.
27. Ультрафиолетовое излучение это :
в) возникновение в окружающей среде электромагнитных полей, характеризуется определенной энергией и распространяется в виде электромагнитных волн.
28. Ионизирующее излучение это:
а) электромагнитное излучение в оптической области, примыкающее со стороны коротких волн к видимому свету и имеющее длины волн 200…400 нм; б) излучение, прямо или косвенно вызывающее ионизацию среды;
в) генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, действие основано на свойстве атома излучать фотоны при переходе из возбужденного состояния в основное с меньшей энергией.
29. Электромагнитное излучение это:
а) электромагнитное излучение в оптической области, примыкающее со стороны коротких волн к видимому свету и имеющее длины волн 200…400 нм; б) генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, действие основано на свойстве атома излучать фотоны при переходе из возбужденного состояния в основное с меньшей энергией; в) возникновение в окружающей среде электромагнитных полей, характеризуется определенной энергией и распространяется в виде электромагнитных волн.
30. Лазерное излучение это :
а) генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, действие основано на свойстве атома излучать фотоны при переходе из возбужденного состояния в основное с меньшей энергией; б) электромагнитное излучение в оптической области, примыкающее со стороны коротких волн к видимому свету и имеющее длины волн 200…400 нм; в) излучение, прямо или косвенно вызывающее ионизацию
Цель работы
Изучить принципы нормирования параметров микроклимата в производственных помещениях.
Экспериментально определить параметры микроклимата на рабочем месте и оценить их на основании действующих санитарных норм.
Основные параметры микроклимата и их влияние на организм человека
Под микроклиматом в производственном помещении понимают совокупность параметров воздуха: температура, влажность, скорость его перемещения, при условии, что отсутствуют источники излучения с эквивалентной тепловой температурой выше 40 о С. Микроклимат на производстве необходим для производительной и качественной работы человека. Обычно имеют в виду микроклимат рабочего помещения, в котором может быть производство, читальный зал, банковский оффис и др.
Нормирование параметров микроклимата в производственных помещениях состоит из измерения параметров воздуха и их сравнении с нормами, полученными в результате исследований специалистами по гигиене труда. При соответствии параметров микроклимата нормам дается положительное заключение. При несоответствии - должны быть проведены работы по приведению микроклимата к норме. В настоящее время существует множество способов влияния на микроклимат, от использования теплорадиаторов и кондиционеров до автоматических систем поддержания микроклимата.
Нормирование микроклимата представляет собой довольно простой процесс, доступный лаборанту. Чтобы обучить этого лаборанта и правильно проектировать системы поддержания микроклимата инженер должен владеть более широкими знаниями, краткое изложение которых дается ниже.
Человек представляет собой открытую биологическую систему, которая характеризуется тем, что потоки энергии, вещества и информации являются сквозными и косвенно отзывающимися в этой системе. Длительность прохождения этих потоков специфична для различных экологических систем, в том числе и для людей. Тепло - форма энергии, имеющая важное значение для поддержания живых организмов. Все живые системы нуждаются в непрерывном снабжении теплом для предотвращения их деградации и гибели. Температура является показателем количества тепловой энергии в системе и основным фактором, определяющим скорость химических реакций в организме. Основным источником входной энергии является пища, характеризуемая количеством ккал 1 , и различные виды лучистой энергии, измеряемыми интенсивностью их потоков в Вт/м 2 . Выходом энергии являются производимая организмом работа, потери за счет явлений теплопередачи и конвекции, излучение тепла и испарение жидкости с поверхности тела.
С точки зрения биологии человек относится к эндотермным животным, т.е. температура его тела не зависит от состояния окружающей среды и поддерживается постоянной гомеостатическими системами регулирования в организме. Для человека такой температурой являются значения 36,5 -37 о С. При этом под температурой тела имеют ввиду температуру тканей, лежащих глубже 2,5 см под поверхностью кожи. Температура поверхности кожи человека может иметь значения в широких пределах. Так при температуре окружающего воздуха 19 о С температура кожи на конечностях становится равной 20,5 о С.
Уравнение теплового баланса для организма человека за определенный период времени может быть представлено в следующем виде:
M +S R C P E = 0, (1)
M - тепло процессов метаболизма, полученное из химических субстратов пищи, подвергшихся расщеплению в клетках.
S - накопленное организмом тепло.
R, C, P - тепло отданное (со знаком -) или полученное (со знаком +) путем излучения, конвекции, теплопередачи,
E - тепло, отданное за счет испарения.
Если тепловой баланс не будет поддерживаться, то дополнительное тепло, полученное различными путями, приведет к повышению температуры тела, а недостаток тепловой энергии - к его охлаждению. В обоих случаях создаются неблагоприятные условия для функционирования клеток организма, которые при превышении определенных температурных границ внутри тела начинают погибать. Тепловой баланс любого тела определяется соотношением между теплом, которое оно получает, и теплом, которое оно отдает. Человеческий организм способен вырабатывать достаточное количество тепла и регулировать теплоотдачу, поэтому равенство поступающей с пищей энергии и других форм энергии в виде потоков лучистой энергии (например от нагретых батарей) и расхода тепла с тела человека всегда сохраняется. Это свойство носит название гомойотермии.
Для поддержания стабильности внутренней температуры человека имеется терморегулирующая система, которая включает рецепторы, эффекторы и чрезвычайно чувствительный регуляторный центр в гипоталамусе 2 . У человека имеется примерно 150 тыс. холодовых и 16 тыс. тепловых рецепторов
В комфортных условиях для взрослого человека средних лет, при отсутствии физической нагрузки, для нормального осуществления жизненно важных функций в его организме должно производится 1800 ккал тепла в сутки. Это тепло в конечном итоге должно быть выведено из вне в силу непрерывности метаболических процессов.
Средняя за сутки метаболическая мощность человека P h [Вт] определяется калорийностью пищи Q [кал]:
P h = 4,1868 Q / (24x60x60) = 4,85 10 -5 Q.
Эта мощность тратится на выполнение человеком призводственной работы и на работу гомеостатическтх систем человека. Чем неблагоприятнее параметры микроклимата, тем больше энергии тратится на терморегулирование организма человека.
Механизм выхода энергии регулируется гомеостатическими системами регулирования в организме, призванными поддерживать постоянство внутренней температуры тела человека 36,6 о С. Это необходимо для нормального функционирования биологических клеток организма. Поддержанию постоянства температуры внутренней среды человека способствует разветвленная кровеносная система, обеспечивающая отвод тепла от внутренних органов к поверхности тела. С наибольшей скоростью кровь течет в аорте (0,5м/с), в артериях достигает 0,25 м/с, а в капиллярах снижается до 0,5 мм/с. Медленное течение в капиллярах и их большая разветвленность способствует хорошему теплообмену. Общая длина капилляров у человека достигает 100 км, а их поверхность - 6300 м 2 . Другими словами это радиатор с огромными размерами по сравнению с человеком, что определяет эффективность его работы.
Для характеристики теплообмена следует соотнести величину основных энергозатрат с поверхностью тела человека, которая в среднем для мужского населения равна 1,8м 2 . При калорийности пищи в сутки 1800 ккал теплообмен составляет 40,5 кал/(чм 2). Калорийность пищи должна быть на 20% выше энергозатрат организма. При недостаточной калорийности организм стремится поддерживать постоянную температуру внутренней среды и протекание обменных процессов за счет питательных веществ некоторых тканей организма, прежде всего мышечных, что приводит к истощению.
Энергозатраты организма измеряются методами калориметра:
прямая калориметрия - измерение непосредственно выделяемого тепла;
алиментарная калориметрия - определении тепла при окислении пищевых продуктов;
респираторная калориметрия - определение по обмену газов в легких, используя термические коэффициенты О 2 и СО 2 .
Работа, при которой энергозатраты организма составляют менее 2500 ккал в сутки оценивается как легкая . Работы с энергозатратами свыше 5000 ккал считаются тяжелыми . Категория работы может быть оценена по ее характеристике (см. табл.2).
Интенсивность работы гомеостатических систем регулирования внутренней температуры зависит от внешних условий среды: температуры, влажности, скорости ветра и наличия энергетических полей. Эффективность гомеостатических систем зависит от состояния нервной 3 и эндокринной 4 систем человека.
Ниже рассматриваются влияние метеоусловий условий на самочувствие человека с нормальным состоянием этих систем и естественными поведенческими функциями, выражающимися в выборе типа одежды и стратегии поведения при наличии внешних энергетических потоков 5 .
Микроклимат производственных помещений - климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температурой окружающих поверхностей.
Указанные параметры - каждый в отдельности и в совокупности - оказывают значительное влияние на работоспособность человека, его самочувствие и здоровье. В производственных условиях характерно суммарное действие микроклиматических факторов.
С целью создания нормальных условий установлены нормы производственного микроклимата (ГОСТ 12.1.005-76. “ССБТ. Воздух рабочей зоны”), которые определяют оптимальные и допустимые значения температуры, влажности и скорости движения воздуха в рабочих зонах производственных помещений с учетом тяжести выполняемой работы, периодов года (теплый или холодный и переходный) и характеристики помещений по избыткам явного тепла.
Оптимальные микроклиматические условия - сочетание параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма без напряжения реакций терморегуляции. Оптимальные микроклиматические условия обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности.
Допустимые микроклиматические условия - сочетания параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать приходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжения реакций терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут наблюдаться дискомфортные теплоощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности.
Температура воздуха является одним из основных параметров, характеризующих тепловое состояние микроклимата.
Влажность воздуха - содержание в воздухе водяного пара. Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность.
Абсолютная влажность (А) - упругость водяных паров, находящихся в момент исследования в воздухе, выраженное в мм ртутного столба, или массовое количество водяных паров, находящихся в 1 м 3 воздуха, выражаемое в граммах.
Максимальная влажность (F) - упругость или масса водяных паров, которые могут насытить 1 м 3 воздуха при данной температуре.
Относительная влажность (R) - это отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженной в процентах.
В воздухе, избыточно насыщенном водяными парами, затрудняется испарение влаги с поверхности кожи и дыхательных путей, что может привести к ухудшению здоровья и снижению работоспособности. При понижении относительной влажности до 20-30 % у человека возникает неприятное ощущение сухости слизистых оболочек верхних дыхательных путей.
Движение воздуха человек начинает ощущать при скорости около 0,15 м/c. Если температура воздуха при этом менее 36 0 С, то человек ощущает освежающее действие воздушного потока. При температуре воздуха свыше 40 0 С такие потоки действуют угнетающе.
Непосредственным измерением трудно установить количество теплоты, отдаваемой человеком. Поэтому об интенсивности общей теплоотдачи судят по косвенным показателям - значениям эффективной и эквивалентно -эффективной температур, характеризующих пребывание в так называемой “зоне комфорта”, где терморегуляция обеспечивается организмом легко, или за пределами этой зоны, когда для нормальной терморегуляции организм человека преодолевает большие нагрузки. Эти температуры определяют по номограмме (см. рис. 1 на стенде).
Эффективной , ощущаемая человеком при определенной относительной влажности воздуха и при отсутствии его в помещении.
Эффективно-эквивалентной называется температура воздуха , ощущаемая человеком при определенной относительной влажности воздуха и определенной скорости его движения.
Применяемое оборудование
Лабораторная установка представляет собой макет помещения для моделирования различных метеорологических условий на рабочих местах.
Внутри макета (рис. 1) для измерения основных параметром микроклимата установлены аспирационный психрометр (1), барометр (2), анемометр крыльчатый (3), анемометр чашечный (4), секундомер (5), гигрометр (6). Для создания воздушного потока на лабораторном стенде имеется вентилятор, включение которого производится тумблером (7). Для изменения влажности воздуха внутри макета имеется емкость с водой (8).
В обычных условиях для измерения температуры воздуха используются термометры (ртутные или спиртовые), термографы (регистрирующие изменение температуры за определенное время) и сухие термометры психрометров. Для определения влажности воздуха применяются переносные аспирационные психрометры (Ассмана), реже стационарные психрометры (Августа) и гигрометры.
Рис. 1
Скорость движения воздуха измеряется крыльчатыми и чашечными анемометрами.Аспирационный психрометр МВ-4М
Аспирационный психрометр МВ - 4М предназначен для определения относительной влажности воздуха в диапазоне от 10 до 100 % при температуре от -30 до +50 0 С. Цена деления шкал термометров не более 0.2 0 С. Принцип его работы основан на разности показаний сухого и смоченного термометров в зависимости от влажности окружающего воздуха. Он состоит из двух одинаковых ртутных термометров, резервуары которых помещены в металлические трубки защиты. Эти трубки соединены с воздухопроводными трубками, на верхнем конце которых укреплен аспирационный блок с крыльчаткой, заводимый ключом.
Перед измерением резервуар правого термометра, обернутый тонкой тканью, смачивается дистиллированой водой с помощью пипетки. Затем ключем заводят пружину вентилятора психрометра. При этом снизу засасывается воздух, который отекает резервуары термометров. Таким образом, сухой термометр показывает этого потока воздуха, а показания смоченного термометра будут меньше, так как он охлаждается вследствие испарения воды с поверхности ткани. Показания термометров снимаются не ранее, чем через 3 минуты после начала работы вентилятора.
При измерениях аспирационным психрометром значение абсолютной влажности находится из следующего выражения:
A = F вл 0,5(t сух t вл)B 755 (2)
где А - абсолютная влажность воздуха, мм.рт.ст.;
F вл - максимальная влажность при температуре влажного термометра (t ВЛ), берется из табл. 1 на стенде;
t сух, t вл - температуры, измеренные соответственно сухим и влажным термометрами, О С;
В - барометрическое давление, мм.рт.ст.
Относительная влажность воздуха (R, %) определяется из следующего выражения:
R = 100A F сух (3)
где F сух - значение максимальной влажности при температуре сухого термометра t сух берется из табл. 1 на стенде.
Относительная влажность может быть определена также по психрометрической номограмме (рис. 2 на стенде). Для этого по вертикальным линиям отмечают показания сухого термометра, по наклонным - показания влажного термометра; на пересечении этих линий получают значение относительной влажности, выраженное в процентах. Линии, соответствующие десяткам процентов, обозначены на монограмме цифрами: 20, 30, 40, 50 и т. д.
Анемометр крыльчатый АСО-3
Крыльчатый анемометр применяется для измерения скоростей движения воздуха в диапазоне от 0,3 до 5 м/с. Ветроприемником анемометра служит крыльчатка, насаженная на ось, один конец которой закреплен на неподвижной опоре, а второй - через червячную передачу передает вращение редуктору счетного механизма. Его циферблат имеет три шкалы: тысяч, сотен и единиц. Включение и выключение механизма производится арретиром. Чувствительность прибора не более 0,2 м/с. Для определения скорости движения воздуха, измеренной с помощью анемометра (крыльчатого или чашечного) используется выражение:
V =(C 2 - C 1) T, (4)
где V - скорость движения воздуха, делений/с;
С 1 и С 2 - соответственно начальные и конечные показания анемометра, дел.;
T - продолжительность измерения, с.
Для перевода значения скорости движения воздуха из дел/с в м/с использовать график к крыльчатому анемометру (рис. 3 на стенде).
Значение эффективной и эквивалентно-эффективной температур, характеризующих пребывание в зоне, называемой “зоной комфорта”, определяют по номограмме (рис. 1 на стенде). Эффективная температура определяется по номограмме на пересечении прямой линии, соединяющей сухого и влажного термометров (полученных по аспирационному психрометру) и нижней линией температур при скорости движения воздуха, равной нулю.
Эквивалентно-эффективная температура определяется по номограмме таким же способом, как эффективная, только с учетом разных скоростей движения воздуха, показанных на монограмме изогнутыми линиями.
Разработка новых технологических средств контроля и регуляции воздушной среды в производственных помещениях обусловлена необходимостью повышения требований к качеству условий работы. В благоприятной для самочувствия и здоровья в целом среде люди эффективнее справляются со своими обязанностями, что напрямую отражается на объемах производства. На данный момент ключевые факторы обеспечения чистого воздуха базируются на использовании устройств кондиционирования и промышленной вентиляции. Центральное же место в контексте рассмотрения проблем создания оптимальных условий для работы в помещениях занимает микроклимат - это совокупность показателей климата среды внутри производственного объекта. То есть можно выделить два аспекта, важных с точки зрения сохранения оптимального качества воздуха в помещении, - это микроклимат и его параметры.
Что такое производственный микроклимат?
В современных регламентах, предусмотренных для организации немало внимания уделяется безопасности рабочих. На фоне усложнения технологий изготовления, переработки и утилизации на предприятиях возникает и потребность в соответствующей защите людей. В плане определения концепции защиты персонала наибольшее значение имеет именно микроклимат - это совокупность параметров воздушной среды, на основе которых определяются допустимые и оптимальные величины температуры, влажности, теплового облучения и других характеристик. В дальнейшем они становятся отправной точкой для выработки стратегии создания комфортных условий для плодотворной работы людей на предприятии.
Факторы, влияющие на значение параметров
Формирование микроклимата происходит под действием нескольких факторов, определяющих и значения его параметров. В течение дня их показатели могут меняться, а на отдельных участках и вовсе различаться в одно и то же время. В список основных факторов, определяющих параметры микроклимата, входят следующие:
- климатический пояс и время года;
- размеры цехов, помещений, отделов;
- условия и характеристики воздухообмена;
- техническое обеспечение производственного процесса;
- количество сотрудников.
Параметры микроклимата
При анализе условий формирования микроклимата в рабочем процессе параметры могут рассматриваться как по отдельности, так и в совокупности. К показателям, характеризующим производственную среду, относят скорость перемещения, значения влажности и температуру воздуха. Помимо этого, также учитывается возможное термооблучение. как правило, определяется характеристиками поверхностей. В частности, берется во внимание состояние конструкций и оборудования (агрегаты, приборы, экраны). Температурные параметры микроклимата учитываются только при условии наличия средств, обеспечивающих тепловыделение. Это же относится и к облучению теплом. Показатели влажности основываются на коэффициентах пара, который содержится в воздушной среде. При этом влажность может рассчитываться как максимальная, относительная и абсолютная.
Влияние микроклимата на организм
Параметры производственного микроклимата напрямую воздействуют на состояние человека. К примеру, снижение показателя температуры и увеличение скорости движения воздушных потоков усиливает конвективный теплообмен и теплоотдачу. Это происходит в процессе испарения пота и может способствовать переохлаждению организма. И напротив, производственный микроклимат может спровоцировать обратные процессы, если температура воздуха повышается. Влажность также играет немалую роль в воздействии производственной среды на тело человека. С этим показателем связаны переносимость организмом температуры и его тепловые ощущения. Если относительная влажность повышается, то испарение пота происходит медленнее и возникает риск перегрева организма.
Неблагоприятные воздействия на тепловые ощущения в большей степени оказывает повышенная влажность в условиях, когда температура превышает 30°С. Весь объем тепла, выделяемого на фоне испарения пота, будет уходить в окружающую среду, которую формирует рабочий микроклимат в данном помещении. Высокие показатели влажности исключают возможность испарения пота - его капли стекают по кожному покрову. В итоге запускается процесс проливного течения пота, что изнуряюще действует на человека и препятствует оптимальной теплоотдаче.
Санитарно-гигиенические требования
Нормы, регулирующие характеристики микроклимата, закреплены в санитарно-гигиенических актах для производственных объектов. В регламенте приводятся гигиенические требования к микроклимату, предусматривающие оптимальные и допустимые значения температуры, скорости движения и влажности воздушной среды. Кроме этого, существуют требования к тепловому облучению для производственных помещений с учетом трудовых нагрузок и времени года.
Выполнение установленных нормативов не всегда возможно на предприятиях, где противоречат технологические требования. В таких случаях соблюдение правил надзорных служб не позволяет достичь экономической целесообразности в работе предприятия. Однако это не значит, что руководители не предпринимают соответствующих мер по созданию благоприятных рабочих условий. В качестве альтернативы практикуется введение мер по защите работающих средствами специальной безопасности.
Оптимальные показатели
Благоприятные микроклиматические условия на производственных объектах в большинстве случаев рассчитываются из показателей рабочего. Оптимальные требования к микроклимату направлены на обеспечение общего и локального ощущения тепловой комфортности в течение восьмичасовой смены. При этом важно, чтобы поддерживалось минимальное напряжение в процессе терморегуляции.
Одним из главных критериев в расчете оптимальных показателей микроклимата является отсутствие факторов, вызывающих отклонения в состоянии здоровья. Кроме этого, производственный микроклимат должен создавать предпосылки для повышения работоспособности людей. Требования распространяются на операторские рабочие места, где функции сотрудника могут быть связаны не только с выполнением технических задач. Это и участки, в работе на которых предусматривается также нервно-эмоциональное напряжение, к примеру, пульты и посты управления, комплексы с вычислительной техникой и кабинеты, откуда оператор управляет технологическими процессами.
Допустимые условия микроклимата
Для формирования условий с допустимыми параметрами используются менее жесткие требования. Так как производственный микроклимат - это совокупность показателей по разным факторам в рабочей среде, крайние показатели нередко становятся единственно возможными. В таких случаях и применяются нормативы с допустимыми значениями. При их соблюдении исключается риск серьезных отклонений в здоровье сотрудников, но влияние на конкретные и общие ощущения в виде дискомфорта, появления плохого самочувствия и снижения работоспособности все-таки возможны. Например, допустимые значения температуры воздушной среды в зависимости от характера рабочего процесса могут составлять от 3 до 5°C, что иногда вызывает дискомфорт, если не предусмотрены специальные средства индивидуальной защиты.
Средства измерения параметров микроклимата
Чтобы определить показатели условий микроклимата, необходимо использовать соответствующие измерительные приборы. Традиционным устройством для контроля температурного режима является термометр, но могут применяться и термографы, с помощью которых фиксируются показатели в определенном промежутке времени. Более широкий перечень устройств используется для определения влажности, на которую также распространяются требования к микроклимату помещений в виде конкретных величин. Это могут быть стационарные и аспирационные а также барометры - анероиды, применяемые и в измерении атмосферного давления.
Профилактика неблагоприятного влияния
Как уже отмечалось, придерживаться требований к микроклимату не всегда возможно, и отклонение от допустимых показателей требует проведения профилактических мероприятий, направленных на устранение вредного влияния. Реализуются они разными средствами, в том числе за счет использования систем воздушного кондиционирования, применения индивидуальных защитных средств от влияния низких и высоких температур и т. д. Поскольку микроклимат - это состояние среды, которая может быть локальной на объекте, нередко практикуется дифференциация помещений на предприятиях в зависимости от характеристик воздуха. Это позволяет обустраивать специальные комнаты отдыха, в которых рабочие нормализуют состояние своего организма.
3. Понятие микроклимата, его параметры.
Микроклимат производственных помещений - это микроклиматические условия производственной среды (температура, влажность, давление, скорость движения воздуха, тепловое излучение) помещений, которые оказывают влияние на тепловую стабильность организма человека в процессе труда.
Исследования показали, что человек может жить при атмосферном давлении 560-950 мм ртутного столба. Атмосферное давление на уровне моря 760 мм ртутного столба. При данном давлении человек испытывает комфортность. Как повышение, так и понижение атмосферного давления на большинство людей оказывает негативное влияние. С понижением давления ниже 700 мм ртутного столба наступает кислородное голодание, что сказывается на работе головного мозга и центральной нервной системы.
3.1 Общие требования к параметрам микроклимата
Параметры микроклимата в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 и СанПиН 2.2.4. 548-96 должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей производственной средой и поддержание оптимального или до пустимого теплового состояния организма.
Параметрами, характеризующими микроклимат в производственных помещениях, являются:
Температура воздуха, t˚C
Температура поверхностей (стен, потолка, пола, ограждений оборудования и т.п.), tп ˚C
Относительная влажность воздуха, W %
Скорость движения воздуха, V м/с
Интенсивность теплового облучения, P Вт/м 2
Абсолютная влажность А – это количество водяных паров, содержащихся в 1 м3. воздуха. Максимальная влажность F max – количество водяных паров (в кг), которое полностью насыщает 1 м3 воздуха при данной температуре (упругость водяных паров).
Относительная влажность – это отношение абсолютной влажности к максимальной влажности, выраженной в процентах:
Когда воздух полностью насыщен водяными парами, то есть A=Fmax (во время тумана), относительная влажность воздуха φ =100%.
На организм человека и условия его работы оказывает влияние также средняя температура всех поверхностей, ограничивающих помещение, она имеет важное гигиеническое значение.
Другим важным параметром является скорость движения воздуха. При повышенной температуре скорость воздуха способствует охлаждению, а при низких температурах переохлаждению, поэтому она должна быть ограниченной, в зависимости от температурной среды.
Санитарно - гигиенические, метеорологические и микроклиматические условия не только влияют на состояние организма, но и определяют организацию труда, то есть, продолжительность и периодичность отдыха работника и обогрева помещения.
Таким образом, санитарно-гигиенические параметры воздуха рабочей зоны могут быть физически опасными и вредными производственными факторами, оказывающими существенное влияние на технико-экономические показатели производства.
3.2 Терморегуляция организма
Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях, оказывающих большое влияние на тепловое самочувствие человека. Метеорологические условия, или микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, местного климата, сезона года, условий отопления (в холодный период года) и вентиляции в помещениях.
Трудовая деятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Её количество зависит от степени физического напряжения в определённых климатических условиях и составляет от 85 Вт (в состоянии покоя) до 500 Вт (при тяжёлой работе). Для того, чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву, либо к переохлаждению организма и, как следствие, к потере работоспособности, быстрой утомляемости, потере сознания, к несчастным случаям и профзаболеваниям.
Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделения человека Qтч полностью воспринимаются окружающей средой Qтс, т.е. когда имеет место тепловом баланс Qтч = Qтс, то в этом случае температура внутренних органов остаётся постоянной 36, 5 ˚C.
Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде (Qтч>Qтс), происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко . Теплоизоляция человека (например, в тёплой и плотной одежде), находящегося в состоянии покоя (сидя или лёжа) от окружающей среды, приведёт к повышению его температуры уже через 1 час на 1,2˚C. А то же самое при выполнении работы средней тяжести, вызовет повышение температуры на 5 ˚C, т.е. приблизится к критической (+43˚C) температуре.
В
случае, когда окружающая среда воспринимает
больше теплоты, чем её вырабатывает
человек (Qтч
Терморегуляция организма - физиологический процесс поддержания температуры тела в границах от 36,6 до 37,2°С. Основной путь поддержания равновесия - теплоотдача.
Теплоотдача идёт следующими путями:
1 . Излучение тепла (Q изл) телом человека по отношению к окружающим поверхностям, имеющим меньшую температуру. Это основной путь отдачи тепла в производственных условиях. Излучением отдают тепло все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля - 273°С. Человек отдаёт тепло, когда температура окружающих его предметов ниже температуры наружных слоёв одежды (27 - 28°С) или открытой кожи.
2. Проведение (Q п) - отдача тепла предметам, непосредственно соприкасающемся с телом человека.
3. Конвекция (Q к) - передача тепла через воздушную среду. Человек нагревает вокруг себя слой воздуха толщиной 4 - 8 мм путём проведения тепла. Нагрев более отдалённых слоёв идёт за счёт естественного и принудительного замещения прилегающих к телу более тёплых слоёв воздуха более холодными. При подвижном воздухе теплоотдача увеличивается в несколько раз.
4. Испарение воды с поверхности кожи и слизистой оболочки верхних дыхательных путей (Q ис.)- основной путь отдачи тепла при повышенной температуре воздуха, особенно, когда затрудняется или прекращается отдача излучением или конвекцией. В обычных условиях испарение идет в результате неощутимого потоотделения на большей части поверхности тела в результате диффузии воды без активного участия потовых желёз. В целом организм теряет 0,6 л воды в сутки. При выполнении физической работы в условиях повышенной температуры воздуха идёт повышенное потоотделение, при котором количество теряемой жидкости 10 - 12 л за смену. Если пот не успел испариться, он покрывает кожу влажным слоем, что не способствует отдаче тепла, и создаются условия для перегрева организма. В этом случае идёт потеря воды и солей. Это приводит к обезвоживанию организма, потере минеральных солей и водо-растворимых витаминов (С, В1, В2). Такие потери влаги приводят к сгущению крови, нарушению солевого обмена.
При тяжёлой работе в условиях повышенной температуры воздуха теряется 30 - 40 г соли NaCl (всего в организме 140 г NaCl). Дальнейшая потеря солей вызывает мышечные спазмы, судороги.
5. Тепловое (инфракрасное) излучение. В условиях производства может присутствовать тепловое (инфракрасное) излучение - невидимое электромагнитное излучение. Источник - любое нагретое тело.
В зависимости от длины волны оно делится на коротковолновое, средневолновое, длинноволновое. Проходя через воздух эти лучи его не нагревают, но, поглотившись твёрдым телом, лучистая энергия переходит в тепловую.
Особенности действия лучистого тепла зависят от длины волны инфракрасного излучения. Длинные волны (1,4 - 10 мкм) поглощаются слоем кожи, вызывая калящий эффект. Короткие волны проникают глубоко внутрь организма, нагревая внутренние органы, мозг, кровь. Длительное воздействие повышенной температуры в сочетании с большой влажностью может привести к перегреванию организма. При этом у человека возникает головная боль, тошнота, сердцебиение, общая слабость, рвота, потоотделение, частое дыхание, тахикардия. При работе на воздухе, в результате облучения головы инфракрасными лучами коротковолнового диапазона, происходит тяжелое поражение мозговой ткани вплоть до выраженного менингита и энцефалита. В тяжелых случаях наблюдаются судороги, бред, потеря сознания. При этом температура тела остается нормальной или повышается незначительно.
Нормальный теплообмен (т.е. тепловой комфорт) образуется тогда, когда
Q тч=Q к + Q т + Q изл + Q исп + Q в = Q тс
При значительном превышении теплопродукции организма человека (Qтч»Qтс) возникает перегрев (гипертермия), угрожающая жизни и здоровью человека; при значительном уменьшении теплопродукции организма по сравнению с поглотительными возможностями среды, возникает переохлаждение (гипотермия), опасное для здоровья и жизни человека.
В условиях теплового гомеостаза баланс тепла в организме гомойотермов описывается выражением:
ΔQ = M - E ± C ± R ± K ± W = 0
где ΔQ - изменения теплосодержания; М - продукция тепла, а остальные члены уравнения - отдача тепла организмом во внешнюю среду различными путями. В условиях температурного комфорта ΔQ = 0.
Здесь сразу же необходимо оговорить то существенное современное понимание гомеостаза, в соответствии с которым любой его вид, в том числе и тепловой гомеостаз, выражается не в жесткой фиксации тех или иных показателей на определенном уровне, а скорее в их колебании вокруг среднего значения. Это принципиальное соображение, по крайней мере для человека, подтверждается еще и фактически - феноменом крайней нестабильности теплового обмена тела человека.
О. Бартон и А. Эдхолм (1957) указывают, что даже при кратковременных исследованиях в специальных климатических камерах со строгим контролем метеорологических условий и состояния исследуемых термостабильное состояние не достигается на протяжении нескольких часов. Выражение 1 есть полное уравнение теплового баланса, но эволюционно - биологическое значение его составляющих далеко не одинаково. Так, продукция тепла в организме (М) генетически не обусловлена тепловым обменом, а является следствием коренных процессов, характеризующих жизнедеятельность. Живой организм характеризуется непрерывным обменом веществ и энергии, который происходит в соответствии с известным уравнением термодинамики:
|
ΔН = ΔZ + TΔS |
где ΔН - изменение энтальпии - меры общего запаса химически превращаемой энергии; ΔZ - изменение термодинамического потенциала или свободной энергии - части энтальпии системы, которая может быть с пользой использована для совершения работы; ΔS - изменения энтропии (термодинамической) для данных условий - меры неопределенности системы, зависящей от действия межмолекулярных сил и теплового движения и измеряемой величиной рассеяния потенциальной энергии химических веществ в виде тепла; Т - °К (градусы Кельвина).
Источником теплопродукции (М), таким образом, служат процессы обмена веществ и энергии, непрерывно совершающиеся в организме. В ходе расщепления энергетических материалов энергия, кумулируемая в макроэргических соединениях, может рассеиваться в виде тепла ("первичная теплота"), либо превращаться в те или иные виды работы, в конечном счете также переходящие в тепловую энергию. Однако основное тепло организм получает в результате осуществления тех или иных видов работы (70% теплопродукции), в то время как теплорассеяние составляет лишь 30%.
Таблица 3. 1. Потребление кислорода различными органами взрослого человека массой 63 кг (Bord Р., 1961)
|
Потребление кислорода различными органами взрослого человека массой 63 кг (Bord Р., 1961) |
|||||
|
Орган |
Масса, кг |
Артериовенозная разница по кислороду, см 3 /л |
Потребление кислорода |
||
|
абсолютное, см 3 /мин |
относительное |
||||
|
см 3 /(мин·100 г) |
% от общего |
||||
|
Скелетные мышцы | |||||
|
Другие части тела | |||||
|
Тело в целом | |||||
Для проблемы регуляции теплового обмена существенный интерес представляют источники продукции тепла в покое и при мышечной работе. Образование тепла неразрывно связано с энергетическим обменом. В условиях нормальной жизнедятельности в покое о величине теплопродукции можно судить по интенсивности окислительных процессов (потреблению кислорода). Соответствующие данные приведены в табл. 3.1
В покое наиболее высокий вклад в теплопродукцию (58,8%) обеспечивается печенью, мозгом и скелетными мышцами. При этом в первых двух органах высоки и относительные показатели энергетического обмена (артериовенозная разница по кислороду и его относительное потребление органом); в то же время интенсивность обмена в покоящихся мышцах невелика и валовое значение их теплопродукции определяется просто значительной массой мышечпой ткани.
Структура энергозатрат в тканях (Иванов К. П., 1972) показывает, что из 1600 ккал/сут (в условиях основного обмена) около 900 ккал улавливается в форме макроэргических связей АТФ, 215 ккал идет на поддержание неравновесных ионных концентраций по обе стороны клеточных мембран, 415 ккал обеспечивает процессы обновления белков, липидов и полисахаридов, и лишь 270 ккал затрачивается на сокращение сердечной мышцы и дыхательных мышц. Вместе с тем все эти процессы характеризуются низкими величинами КПД, например синтез белка имеет КПД 10-13%, транспорт ионов - 20%, синтез АТФ - 50% и т. д. Таким образом, происходит накопление "первичного" и "вторичного" тепла.
При совершении мышечной работы энергетический обмен в мышцах резко возрастает, о чем можно судить и по такому косвенному показателю, как величина минутного объема крови, протекающей через мышцы в покое и при их сокращении: в первом случае она равна 840 мл/мин, а во втором - 12 500 мл/мин, что указывает на повышение потребления кислорода мышцами по крайней мере в 5 раз. Таким образом, увеличение теплопродукции при мышечной работе обусловлено повышенным образованием тепла в первую очередь в ткани скелетных мышц. Однако следует учитывать еще и адекватное возрастание энергетических процессов (и теплопродукции) в органах, обеспечивающих мышечную работу - в головном и спинном мозге, сердце, дыхательных мышцах, в печени и других органах.
В условиях термического комфорта важнейшее значение в термогенезе имеют произвольные мышечные движения, потому что именно к ним, как гениально заметил И. М. Сеченов (1863), сводится "все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности". Измерения энерготрат при "обыденных" двигательных актах человека показывают их различную (иногда и значительную) термогенетическую стоимость (Кандрор И. С., 1968).
В зависимости от поведения человека даже на протяжении нескольких часов сдвиги теплопродукции могут носить характер быстрых и значительных пиков.
Параметры микроклимата регламентируются с учётом тяжести физического труда и времени года.
Изменение параметров микроклимата вызывает изменение соотношения величин теплопродукции Q. Так, при нормальных условиях во время лёгкой физической работы доля Qк+ Qтсоставляет около 30 % всей теплоотдачи, Qизл около 45 %, Qисп=20 % и Qв=5 %.
Чем выше температура окружающих предметов, тем меньше теплоотдача излучением. При повышении температуры окружающего воздуха до температуры тела человека и выше, эффективность теплоотдачи теплопроводностью Qт, конвекциейQ ки излучением Qизл уменьшается и решающее значение приобретает отвод тепла путём испарения влаги (пота) с поверхности тела Qисп. Но интенсивность испарения влаги с поверхности тела человека зависит от относительной влажности Wи скорости движения окружающего воздухаV.
При Wболее 75 % процесс испарения влаги резко замедляется, а при W=100 % прекращается полностью. Вместе с этим замедляется, а затем и прекращается теплоотдача Qисп. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова. Возникает так называемое «проливное» потоотделение, изнуряющее организм и не создаёт необходимую теплоотдачу. Происходит обезвоживание организма, которое влечёт за собой нарушение остроты зрения и умственной деятельности. Потеря влаги на 15-20% приводит к смертельному исходу.
Недостаточная влажность (<20%) также оказывает неблагоприятное воздействие на организм, вследствие интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания, растрескивания и кровотечения.
Увеличение скорости воздуха υ всегда приводит к увеличению теплоотдачи в окружающую среду.
При лёгкой работе разрешается более высокая температура и меньшая скорость движения воздуха.
В тёплый период года (при температуре вне помещения +10°С и выше) температура в производственном помещении должна быть не более +28°С при лёгкой работе и не более +26°С при тяжёлой работе. Если вне помещения температура более +25°С, то в помещении допускается повышение температуры до +33°С.
Согласно ДСН 3.3.6 042-99 «Санитарные нормы микроклимата производственных помещений», по степени влияния на тепловое состояние организма человека, микроклиматические условия подразделяются на оптимальные и допустимые. Для рабочей зоны производственных помещений устанавливаются оптимальные и допустимые микроклиматические условия с учетом тяжести выполняемой работы и периода года (табл.3.2).
Оптимальные микроклиматические условия - это такие условия микроклимата, которые при длительном и систематическом влиянии на человека обеспечивают сохранение теплового состояния организма без активной работы терморегуляции. Они сохраняют обеспечение самочувствие теплового комфорта и создание высокого уровня производительности труда (табл. 3.2.).
Допустимые микроклиматические условия, которые при длительном и систематическом влиянии на человека могут вызвать изменения теплового состояния организма, но нормализуются и сопровождаются напряженной работой механизмов терморегуляции в границах физиологической адаптации (табл. 3.2.). При этом не возникает нарушений или ухудшения состояния здоровья, но наблюдается дискомфортное тепловосприятие, ухудшение самочувствия и снижение работоспособности.
Условия микроклимата, выходящие за допустимые границы называются критическими и ведут, как правило, к серьезным нарушениям в состоянии организма человека.
Оптимальные условия микроклимата создаются для постоянных рабочих мест.
Таблица 3. 2
Оптимальные величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений.
|
Период года |
Температура воздуха, 0 С |
Относительная влажность, % |
Скорость движения, м/с |
|
|
Холодный период года |
Легкая I-а | |||
|
Легкая I-б | ||||
|
Средней тяжести II-а | ||||
|
Средней тяжести II-б | ||||
|
Тяжелая III | ||||
|
Теплый период года |
Легкая I-а | |||
|
Легкая I-б | ||||
|
Средней тяжести II-а | ||||
|
Средней тяжести II-б | ||||
|
Тяжелая III |
Допустимые значения микроклиматических условий устанавливаются в случае, когда на рабочем месте не удается обеспечить оптимальные условия микроклимата согласно технологическим требованиям производства или экономической целесообразности.
Перепад температуры воздуха по высоте рабочей зоны при обеспечении допустимых условий микроклимата не должна быть более 3-х градусов для всех категорий работ, а по горизонтали не должен выходить за пределы допустимых температур категорий работ.
Внешняя среда, окружающая человека на производстве, влияет на организм человека, на его физиологические функции, психику, производительность труда.
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
Федеральное государственное образовательное учреждение
АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
г. Барнаул 2007
Зыга и оценка параметров микроклимата производственных помещений. Методические указания к лабораторной работе. - Барна7- -38 с. с прилож.
В методических указаниях приведены основные гигиенические требования к микроклимату производственных помещений и методика определения оценки соответствия параметров микроклимата гигиеническим требованиям.
Методические указания предназначены для проведения лабораторных занятий по данной теме со студентами инженерных и технологических специальностей.
© Алтайский государственный аграрный университет, 2007
ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ
МИКРОКЛИМАТА
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Цель работы: изучить методику определения и оценки параметров микроклимата производственных помещений и рабочих зон.
1. Ознакомиться с основными требованиями к параметрам микроклимата производственных помещений.
2. Изучить методику определения параметров микроклимата.
Определить значение температуры, относительной и скорости движения воздуха согласно заданию. Оформить протоколы отчета. Полученные результаты сравнить с нормами (протокол № 4 отчета) и оценить параметры микроклимата. Изучить методику комплексной оценки параметров микроклимата и по номограмме (рис. приложения) определив эквивалентно-эффективную температуру, сделать вывод о комфортности микроклимата.
Оборудование
Гигрометр психрометрический ВИТ-1, психрометр аспирационный, актинометр Носкова, барограф, термограф, гигрограф, гигрометр волосяной, для определения скорости движения воздуха - лабораторная установка, включающая анемометры (крыльчатый АСО-3 и чашечный МС-13) и цифровой переносной анемометр АП-1.
Рисунки приборов и экспериментальной установки приведены в приложении.
1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МИКРОКЛИМАТУ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Метеорологические условия - это физическое состояние воздушной среды, определяемое действующим на организм человека сочетанием температуры, влажности, скорости движения воздуха, атмосферного давления.
Терморегуляция - способность организма поддерживать постоянной температуру тела человека в определенных границах (36,1-37,2°С). Она обеспечивается изменением двух составляющих: теплообмена (теплопередачи) и теплоотдачи. Из них основное значение имеет регуляция теплоотдачи, так как этот путь регуляции теплового равновесия организма человека более изменчив и управляем.
Микроклимат производственных помещений - это климат в ограниченном пространстве (внутри помещений), который кроме основных параметров метеоусловий (температуры, скорости движения воздуха, относительной влажности) для отдельных производств дополнительно и интенсивностью теплового излучения от нагретого оборудования.
Факторы, влияющие на микроклимат, можно разделить на две группы: нерегулируемые (комплекс климатообразующих факторов данной местности) и регулируемые (особенности и качество строительства зданий и сооружений, интенсивность теплового излучения от нагревательных приборов, кратность воздухообмена, количество людей и животных в помещении и др.). При выполнении работ на открытой местности или площадках метеорологические условия определяются климатическим поясом и сезоном года.
Указанные параметры могут изменяться в широких пределах и имеют ряд особенностей: значительную выраженность отдельных факторов, определенное их сочетание во многих случаях, большую изменчивость в связи с особенностями технологических процессов и оборудования и т. п.
Высокая температура воздуха способствует быстрой утомляемости работающего, может привести к перегреву организма, тепловому удару или профзаболеванию, а низкая температура воздуха - вызвать местное или общее охлаждение организма, стать причиной простудного заболевания либо обморожения.
Влажность воздуха оказывает значительное влияние на терморегуляцию организма человека. Высокая относительная влажность при высокой температуре воздуха способствует перегреванию организма, при низкой температуре она усиливает теплоотдачу с поверхности кожи, что ведет к переохлаждению организма. Низкая влажность вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей работника.
Подвижность воздуха эффективно способствует теплоотдаче организма человека и положительно проявляется при высоких температурах, но отрицательно - при низких.
Поэтому благоприятный (комфортный) микроклимат на производстве и рабочих местах является важным условием высокопроизводительного труда, профилактики заболеваний и травматизма. Терморегуляция зависит не только от внешних условий, но и от влияния на теплоотдачу (энергозатраты) организма тяжести работы.
Все работы в зависимости от интенсивности общих энергозатрат организма человека по СанПиН 2.2.4.548 - 96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» подразделяются на легкие (Iа и Iб), средней тяжести (IIа и IIб) и тяжелые (III).
Iа - работы с интенсивностью энергозатрат до 139 Вт (до 120 ккал/ч.), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением;
Iб - работы с интенсивностью энергозатрат 141- 174 Вт (121 - 150 ккал/ч.), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением;
IIа - работы с интенсивностью энергозатрат 175 - 232 Вт (150 - 200 ккал/ч.), связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения;
IIб - работы с интенсивностью энергозатрат более 232-290 Вт (201 - 250 ккал/ч.), связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением;
III - работы с интенсивностью энергозатрат более 290 Вт (более 250 ккал/ч.), связанные с постоянными передвижениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий.
Следовательно, нормы параметров микроклимата производственных помещений зависят от степени тяжести выполняемой работы (уровня энергозатрат), периода года и подразделяются на оптимальные и допустимые.
Оптимальные - такие сочетания параметров, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма, напряжение реакций терморегуляции, не выходящих за пределы физиологических приспособительных возможностей.
Нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха установлены для рабочей зоны - пространства высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на котором находится место постоянного или временного пребывания работающего (табл. 1). Постоянным считается место, на котором работающий проводит более50% (или более 2 ч непрерывно). Если работа осуществляется в различных пунктах рабочей зоны, постоянным рабочим местом является вся рабочая зона.
Если по технологическим требованиям, технически и экономически обоснованным причинам оптимальные параметры микроклимата не могут быть обеспечены, то устанавливают пределы их допустимых значений.
2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА
2.1. Определение температуры воздуха
Температура воздуха - степень его нагретости, выраженная в градусах Цельсия (Со).
Температура в большинстве измеряется ртутным или спиртовыми термометрами, подвешенными на 8-10 мин в проверяемой зоне. В помещениях с высоким уровнем теплового излучения температуру следует определять с помощью парного термометра, состоящего из двух ртутных термометров, резервуар одного из которых зачернен, а другого - посеребрен.
Для непрерывной записи значений температуры воздуха на бумажную диаграмму применяют термографы М-16 АС суточный (рис. 1 приложения А) или М-16 АН-недельный. Измерительно-регистрирующая часть их представляет собой биметаллическую пластину 1, соединенную рычагом со стрелкой 2, на конце которой закреплено перо. Барабан 3 с бумажной лентой приводится в движение часовым механизмом, который заводится ключом. Продолжительность одного оборота барабана составляет 26 ч для термографа М-16 АС и 176 ч - для М-16 АН.
Принцип действия прибора основан на свойстве биметаллической пластинки (датчика температуры) изменять радиус изгиба с изменением температуры воздуха. Деформация пластины преобразуется с помощью передаточного механизма в перемещение стрелки с пером по бумажной диаграмме, закрепленной зажимом на барабане часового механизма.
Бланк диаграммы разделен по вертикали на горизонтальные линии с ценой деления 1 секунда, а по горизонтали - вертикальными дугообразными линиями с ценой деления, соответствующей 15 мин времени оборота барабана для суточных, 2-м часам - для недельных термографов.
Определение температуры воздуха можно совместить с определением относительной влажности, используя показания сухого термометра гигрометра психометрического типа ВИТ-1 (рис. 2 приложения А).
2.2. Определение влажности воздуха
В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество влаги в виде водяных паров. Когда количество их в воздухе при определенной температуре достигает максимального значения, воздух называется насыщенным.
Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность воздуха. Абсолютная влажность выражается упругостью водяных паров в граммах, приходящихся в 1 м3 воздуха. Максимальная влажность - упругость водяных паров в граммах при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре или количество водяных паров в граммах, необходимое для полного насыщения 1 м3 или 1 кг воздуха при данной температуре (табл. 2).
Таблица 2
Максимальное содержание паров в воздухе при полном насыщении в зависимости от температуры
Примечание: Содержание водяного пара в воздухе определено при нормальном атмосферном давлении.
Относительная влажность - отношение абсолютной влажности к максимальной влажности воздуха при данной температуре, выраженная в процентах. При оценке воздушной среды этот показатель является основным критерием.
При определении влажности используют гигрометры типа ВИТ-1, гигрометры волосяного типа М-19 или аспирационный психрометр (рис. 2, 3, 4 приложения А).
Гигрометр психометрический типа ВИТ-1 состоит из двух одинаковых ртутных или спиртовых термометров, закрепленных на пластмассовом основании (корпусе). Сухой термометр 1 показывает температуру воздуха в зоне измерения. Резервуар влажного термометра 2 обернут гигроскопической тканью, конец которой опущен в стеклянный питатель 3 с дистиллированной водой. По ткани к резервуару этого термометра поступает влага. Определив показания термометров и разность температур, по психометрической таблице (табл. 1 приложения Б) нанесенной на корпус психрометра, находят относительную влажность воздуха.
Относительную влажность можно определить непосредственно по циферблату гигрометра волосяного типа М-19 (рис. 3 приложения А), принцип работы которого основан на способности человеческого волоса изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха. Обезжиренный в эфире (спирте) человеческий волос 1, через блок соединены с легкой стрелкой (указателем) 2. При уменьшении относительной влажности приемная часть (волос) укорачивается, а при увеличении - удлиняется. Стрелка-указатель в соответствии с этими изменениями перемещается вдоль шкалы 3, на которой нанесены деления от 0 до 100, указывающие процент относительной влажности.
Гигрометр может определять влажность при отрицательных температурах. Погрешность в работе гигрометра 5-10%.
Психрометр аспирационный (рис. 4 приложения А) устроен аналогично. Отличие его заключается в том, что оба термометра 1 заключены в светлые металлические трубки, через которые с помощью просасывается исследуемый воздух. Привод вентилятора у аспирационного психрометра МВ-4М механический, пружину которого перед началом измерений заводят с помощью ключа 3, а у психрометра М-34 - электрический. Аспирация обеспечивает постоянную смену воздуха вокруг термометров, что позволяет определить влажность значительной массы воздуха, а не только той его части, которая находится в непосредственной близости прибора как у психрометрических гигрометров. Всасываемый воздух выбрасывается наружу через прорези в аспирационной головке 2.
Сухой термометр будет показывать температуру воздуха, а показания смоченного термометра будут меньше из-за охлаждения, вызванного испарением воды с поверхности батиста, облегающего резервуар термометра. Принцип определения относительной влажности аспирационным психрометром аналогичен гигрометру ВИТ-1 (табл. 2 приложения Б).
Для непрерывной записи значений влажности воздуха на бумажную ленту применяют гигрографы М-21А (рис. 5 приложения А). Также как и термографы, они бывают суточные (С) и недельные (Н). Принцип действия гигрографа основан на свойстве женского волоса 1 изменять свою длину с изменением влажности воздуха. Изменение длины пучка волос преобразуется с помощью передаточного механизма в перемещение стрелки 2 с пером по бумажной диаграмме, закрепленной на барабане 3. При увеличении относительной влажности воздуха пучок волос удлиняется и стрелка с пером перемещается вверх, а при уменьшении опускается вниз.
На относительную влажность влияет величина барометрического давления, определяемая барометром или барографом (рис. 6 а, б приложения А).
Барометр-анероид предназначен для измерения давления воздуха. Его приемное устройство (анероидная коробка) выполнена в виде плоской металлической цилиндрической коробки с крышкой и дном. В коробке создано сильное разряжение, но она не сплющивается под действием внешнего давления, т. к. крышка оттягивается пружиной. При изменениях давления упругие деформации крышки через систему рычагов передаются стрелке-указателю, которая перемещается вдоль шкалы, отградуированной в единицах давления. Стрелка барометра указывает на циферблате величину давления в мм. рт. ст. или в Паскалях.
Барограф, как гигрограф и термограф, (рис. 6 б приложения А) представляет собой самопишущий прибор. для непрерывной регистрации колебаний атмосферного давления воздуха. Заводной ключ часового механизма располагается на оси барабана под крышкой корпуса. Движение крышек анероидных коробочек передается с помощью системы рычагов стрелке с пером, обеспечивающей непрерывную регистрацию на диаграммной ленте величину атмосферного давления. Диаграммная лента прибора разделена по вертикали горизонтальными параллельными линями с ценой деления, соответствующей 1мбар атмосферного давления, а по горизонтали - вертикальными дугообразными линиями с ценой деления, соответствующе 15 мин времени оборота барабана для суточных, 2-м часам - для недельных.
1 бар = 7,5 · 10 мм. рт. ст.; 1 миллибар (мбар) = 0,7501 мм. рт. ст.
2.3 Определение скорости движения воздуха
Для измерения скорости воздушного потока применяют анемометры различных конструкций (крыльчатые и чашечные).
Анемометр чашечный МС-13 (рис. 7 а приложения А) предназначен для измерения скорости воздуха от 1 до 20 м/с. Анемометр ручной крыльчатый АСО-3 (рис. 7 б приложения А) для измерения скорости воздуха в пределах 0,3-0,5 м/с.
Чашечный анемометр в верхней части имеет четыре полых полушария (чашечки) 4. которые под влиянием потока воздуха вращаются вокруг вертикальной оси. Нижний конец оси при помощи зубчатой передачи соединен со стрелками, расположенными на циферблате 2. Передвигаясь по шкале, они указывают число делений. Большая стрелка показывает единицы и десятки, маленькие (в зависимости от их количества) - сотни, тысячи делений.
Сбоку корпуса 1 циферблата имеется колечко (арретир) 3, с помощью которого включается и выключается счетчик оборотов стрелок. Перед началом измерения при выключенном счетчике записывают показания стрелок. Прибор устанавливают перпендикулярно воздушному потоку и дают чашечкам некоторое время вращаться вхолостую. Затем одновременно включают счетчик анемометра и секундомер на одну минуту, после чего записывают конечные показания прибора (стрелок циферблата). Разность между конечным и начальным показаниями счетчиков делят на время измерения (60 с) и определяют число делений в секунду.
Аналогично скорость движения воздуха определяется крыльчатым анемометром, у которого ветроприемником служит крыльчатка 4, насаженная на ось с подшипниковыми втулками.
Для перевода скорости оборота счетного механизма (дел/с) в м/с к паспорту анемометров АСО-3 и МС-13 прилагаются тарировочные графики (рис. 8, 9 приложения А).
При необходимости постоянного контроля скорости воздушного потока используется анемометр цифровой переносной АП-1 с диапазоном измерения скорости движения воздуха 0,3-5,0 м/с и 1-20 м/с.
Анемометр АП-1 включает в себя:
Первичные измерительные преобразователи АП1-1 и АП1-2, преобразующие энергию воздушного потока во вращение ветроприемника, вырабатывающего электрические импульсы с частотой, пропорциональной скорости воздушного потока;
Цифровой измерительный прибор, регистрирующий импульсы и выдающий цифровую информацию о скорости воздушного потока.
Принципы работы анемометра АП-1 можно изучить с помощью лабораторной установки, схема которой приведена на рисунке 10 приложения А.
Цифровой измерительный прибор 2 выполнен в отдельном корпусе, в котором размещены плата преобразователя с индикаторами, батареи питания, разъём для подключения первичных преобразователей АП1-1 или АП1-2 и выпрямительного . На передней панели измерительного прибора 2 имеется окно 3 со светофильтром для цифровых индикаторов. Задняя крышка корпуса выполнена в виде съёмной кассеты для замены элементов питания. Питание анемометра осуществляется от восьми батарей аккумуляторного типа Д-0,26 с напряжением 9,6 В.
Интенсивность теплового излучения определяют актинометром (рис. 11 приложения А), на задней стенке которого расположены белые и зачерненные пластины, соединенные с термопарами. Принцип действия прибора основан на возбуждении электродвижущей силы термопарами вследствие того, что черные пластинки под воздействием лучистой энергии нагреваются до более высокой температуры, чем белые. Электродвижущая сила регистрируется гальванометром, шкала которого отградуирована в кал/см2 · мин.
Перед измерением интенсивности теплового излучения стрелку гальванометра нужно установить на нуль. После этого, открыв заднюю крышку, прибор установить перед источником теплового излучения так, чтобы лучи падали перпендикулярно к приемнику лучистой энергии.
Через 3-4 сек записывают показатели стрелки и убирают прибор, закрыв приемник крышкой. Допустимая величина лучистой энергии на рабочем месте - 0,5 кал/см 2 мин.
3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
3.1 Определение условий измерения параметров
Определить температуру воздуха по показанию сухого термометра психрометра ВИТ-1 и давление по барометру в Паскалях. Полученные данные (вид помещения, категорию работы по энергозатратам) занести в протокол №1 отчета.
3.2 Определение скорости движения воздуха
Скорость движения воздуха определить с помощью анемометров лабораторной установки (рис. 10 приложения А). Последовательность выполнения:
- выключателем 4 включить блок питания; создать воздушный поток, включив вентилятор 5 выключателем 6; занести в протокол №2 отчета показания стрелок анемометров в положении счетчика «выкл.», при вращении чашечек или крыльчатки вхолостую; установить регулятор оборотов вентилятора 7 в положение 1 для измерения крыльчатым анемометром, в положение II - для чашечного; одновременно включить секундомер и счетчик крыльчатого анемометра, во втором случае - чашечного на одну минуту; занести в протокол отчета; найти разность делений в минуту и, разделив ее на 60 с, определить дел/с; по тарировочному графику (рис. 8 и 9 приложения А) определить скорость движения в м/с и занести в протокол №2 отчета; одновременно со снятием показаний стрелок циферблата анемометра снять показания сухого и влажного термометров гигрометра ВИТ-1 занести в протокол №3 и определить значение относительной влажности при действии воздушного потока по таблице №1 приложения Б.
3.3 Определение относительной влажности
3.3.1 Определение относительной влажности по приборам
На основе изучения методики определения денного параметра микроклимата выполнить следующее практическое задание:
- снять показания сухого и влажного термометров гигрометра ВИТ-1 с воздушным потоком и без него и занести в протокол №3 отчета; по таблице, расположенной на панели прибора или таблице 1 приложения Б, определить значение относительной влажности и занести в протокол № 3 отчета;
Снять показания сухого и влажного термометров аспирационного психрометра и определить относительную влажность по психрометрической таблице 2 приложения Б. Данные занести в протокол №3 отчета.
3.3.2 Определение расчетного значения относительной влажности.
Относительная влажность φ определяется по формуле:
где qф - абсолютная влажность, г/кг;
fс - максимальное содержание водяных паров при температуре сухого термометра, г/кг (табл. 2).
Абсолютная влажность определяется по формуле:
qф = fв – а · (tc - tв) · Р,
где fв - максимальное содержание водяных паров при температуре влажного термометра, г/кг (табл. 2);
tc, tв - показания «сухого» и «влажного» термометров психрометра, Со;
Р - барометрическое давление, мм. рт. ст.;
а - психрометрический коэффициент (табл. 3);
Таблица 3
Значение психрометрического коэффициента (а)
Скорость воздуха, м/с | ||||||
Психрометрический коэффициент |
Последовательность расчета:
- рассчитать абсолютную влажность, для чего значение атмосферного давления, определенное по барометру в Па, перевести в мм. рт. ст. (1мм. рт. ст. = 133,322 Па); рассчитать относительную влажность по формуле, результат занести в протокол №3 отчета.
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА И ИХ ОЦЕНКА
4.1. Форма отчета
Результаты определения параметров микроклимата занести в протоколы отчета.
Протокол №1
Условия измерения параметров микроклимата
Протокол №3
Относительная влажность воздуха
4.2. Оценка параметров микроклимата
4.2.1. Оценка результатов замеров
Для оценки соответствия параметров микроклимата заполнить протокол №4 отчета, сопоставить фактические значения с оптимальными и сделать выводы.
Протокол №4
Сравнение фактических параметров метеорологических
условий с нормами
4.2.2. Комплексная оценка параметров микроклимата
Для оценки влияния всех параметров микроклимата на организм человека комплексно существуют разные способы. Чаще всего используют метод, основанный на определении эквивалентно-эффективной температуры с помощью номограммы (приложение В) и сравнении соответствующих условий работы с зоной комфорта.
Эквивалентно-эффективной температурой (ЭЭТ) называется комплекс метеорологических условий, вызывающий одинаковый эффект и обусловленный тремя факторами: температурой, влажностью и скоростью движения воздуха.
Приведенная номограмма составлена для людей, одетых в одежду для комнатных условий, занятых сидячей или легкой мускульной работой при отоплении помещения конвекционным способом. На номограмме обозначены зоны комфорта (зона хорошего самочувствия) и линия комфорта.
Зона комфорта расположена между 17,2° и 21,2° при различных комбинациях температуры, влажности и скорости движения воздуха. В этих пределах (по всей очерченной площади) не менее чем 50% всех испытуемых людей чувствуют себя хорошо (комфортно). На номограмме градусы эффективной температуры нанесены на кривой, соответствующей скорости движения воздуха, равной нулю.
Эффективной температурой (ЭТ) называется комплекс метеорологических условий, вызывающий одинаковый эффект и обусловленный двумя факторами: температурой и влажностью воздуха.
Линия комфорта проходит внутри зоны комфорта в пределах 18,1°-18,9°, пересекая кривые скоростей движения воздуха и характеризуя собой приятное самочувствие не менее 95% из всех испытуемых лиц.
Эффективная и эквивалентно-эффективная температура вообще не являются реальной температурой, которую можно бы было наблюдать по какому-либо прибору. Обе эти величины являются функциями основных метеорологических факторов (температуры, влажности и скорости движения воздуха), а термины ЭТ и ЭЭТ введены лишь для выражения одинаково восприимчивого ощущения тепла или холода при различных комбинациях значений метеорологических факторов.
Для определения ЭЭТ на номограмме отмечают показания сухого и влажного термометров и соединяют их прямой линией. Точка пересечения ее с кривой, соответствующей скорости воздуха, показывает значение ЭЭТ, и ее положение относительно зоны комфорта. Если значение находится в пределах зоны комфорта, то весь исследуемый комплекс метеорологических условий обеспечивает нормальный тепловой обмен. Если значение находится вне зоны комфорта, то по номограмме определяют пути создания комфортных условий. Это достигается изменением одного или нескольких параметров.
Определив ЭЭТ по данным действительных условий протокола №4, сделать выводы о комфортности условий работы по микроклимату.
Контрольные вопросы
Какие факторы влияют на микроклимат? Какие параметры определяют метеоусловия рабочей зоны? Что называется абсолютной влажностью воздуха? Что называется относительной влажностью воздуха?
5. Какие приборы используют для измерения скорости движения воздуха?
6. Сущность терморегуляции и теплообмена.
7. От каких показателей зависит выбор норм параметров микроклимата?
Что учитывают при определении категории работы по тяжести? Принцип работы гигрометра ВИТ-1? Что понимается под эквивалентно-эффективной температурой? Зона и линия комфорта. Сущность этих понятий. Какова последовательность определения скорости движения воздуха? Каким прибором определяется тепловая лучистая энергия? Что измеряют термографом и барографом? Принцип их работы.
15. Перечислить приборы для измерения относительной влажности.
16. Какой документ определяет гигиенические нормы микроклимата?
Список использованной литературы
ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. Беляков по охране труда.- 2 изд., перераб. и доп.-М.: Колос,.-2002 С. 6-24 Каспаров труда и промышленная санитария.- М.: Медицина,.- 1977.- С. 106-128 Р 2.2.2006-05. Гигиена труда. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Рис. 10. Лабораторная установка для определения скорости движения воздуха с помощью анемометра АП-1
1 - анемометры; 2 - цифровой измерительный прибор; 3 - окно для цифровых индикаторов; 4 - выключатель блока питания; 5 - вентилятор; 6 - выключатель вентилятора; 7 - регулятор оборотов вентилятора
Рис. 11. Актинометр
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
