Лабораторная работа № 12 исследование метеорологических условий на производстве

Цель работы: ознакомиться с приборами и методикой измерения микроклимата производственных помещений; научиться определять оптимальные параметры воздушной среды и проводить сравнитель- ный анализ полученных данных с нормативными требованиями.

Приборы  и  оборудование:  термометры,  анемометры,  психро-

метры, кататермометр, гигрометр.

1. Общие положения

К метеорологическим факторам (микроклимату) относятся тем- пература воздуха, его относительная влажность, скорость движения, а также тепловое излучение от нагретых поверхностей оборудования, обрабатываемых материалов, изделий.

Метеорологические факторы, как каждый в отдельности, так и в различных сочетаниях, оказывают существенное влияние на функ- циональную деятельность организма человека, его самочувствие и здоровье. Для производственных условий в большинстве случаев характерно суммарное воздействие метеорологических факторов, которые влияют на физиологическую функцию организма, его тер- морегуляцию. В результате обменных процессов в организме чело- века непрерывно выделяется тепло, количество которого зависит от характера выполняемой работы. В состоянии покоя из организ- ма  человека  выделяется  в  сутки  примерно  5800–7100 кДж,  при легкой работе – 9600–11 700 кДж, при работе средней тяжести –

13 800–15 900 кДж, при тяжелой работе – свыше 15 900 кДж тепла.

Температура  человеческого  тела  должна  оставаться  постоянной

(36–37°С),  поэтому при изменении внешних условий в организме

происходит процесс терморегуляции путем усиления или ослаб-

ления интенсивности окислительных процессов (химическая тер- морегуляция), а также путем отдачи тепла в окружающую среду излучением, конвекцией и испарением пота с поверхности кожи (физическая терморегуляция).

Под конвекцией понимается непосредственная отдача тепла с поверхности человеческого тела прилегающим к нему менее нагретым слоям воздуха. Интенсивность теплоотдачи конвекцией пропорцио- нальна площади обтекаемой воздухом поверхности тела, разности температуры тела и окружающей среды, скорости движения воздуха. В состоянии покоя в комфортных метеорологических условиях она составляет 14–33\% общей теплоотдачи (в среднем 23\%).

Отдача тепла излучением происходит в направлении поверхно- стей с более низкой, чем у человеческого тела, температурой. Количе- ство передаваемой этим путем тепловой энергии определяется зако- ном, по которому удельная мощность излучения с повышением тем- пературы излучающего тела увеличивается пропорционально 4-й сте- пени его абсолютной температуры, причем теплоотдача излучением не зависит от скорости движения воздуха. Передача тепла инфракрас- ным излучением составляет в состоянии покоя в комфортных метео- рологических условиях 44–59\% общей теплоотдачи (в среднем 52\%).

Большое место в теплообмене между работающими и окружаю- щей средой занимает отдача тепла испарением влаги с поверхности тела человека. Она определяется величиной, которая носит название физиологического дефицита влажности.

Физиологический дефицит влажности – это разность между максимально возможной влажностью воздуха при температуре тела человека и абсолютной влажностью окружающего воздуха. Чем выше физиологический дефицит влажности (а фактически, чем ниже влаж- ность окружающего воздуха), тем выше теплоотдача. На долю испа- рения в состоянии покоя в комфортных метеорологических условиях приходится 22–29\% всей теплоотдачи человека (в среднем 25\%).

В нормальных метеорологических условиях соблюдается тепло- вой баланс между приходом и расходом тепла. При неблагоприятном сочетании параметров метеорологических условий человеческий ор- ганизм отвечает на всякое воздействие, нарушающее тепловой баланс, физиологическими приспособительными реакциями, направленными на компенсацию неблагоприятных внешних воздействий, т. е. вклю- чением механизма терморегуляции.

Терморегуляция организма является одним из наиболее важных физиологических механизмов, с помощью которых (до известных пределов) поддерживается относительное динамическое постоянство функций организма при различных метеорологических условиях и разной тяжести выполняемой работы.

Основной принцип нормирования метеорологических условий на производстве сводится к обеспечению таких значений параметров микроклимата, при которых поддерживалось бы устойчивое тепловое состояние организма в течение длительного времени без образования патологических изменений в нем.

Регламентируемые величины параметров производственного микроклимата установлены СанПиН 9-80 РБ 98 «Гигиенические тре-

бования к микроклимату производственных помещений». Указанные нормы включают оптимальные и допустимые величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зо-

не с учетом тяжести выполняемой человеком работы, избытков явного тепла в помещении и сезонов года.

Оптимальные микроклиматические условия обеспечивают об-

щее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегу- ляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают пред- посылки для высокого уровня работоспособности и являются пред- почтительными на рабочих местах.

Оптимальные величины показателей микроклимата необходимо соблюдать  на  рабочих  местах  производственных  помещений,  где

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 че-

ловека на период 8-часовой рабочей смены. Они не вызывают повре- ждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфор-

та, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувст-

вия и понижению работоспособности.

Допустимые  величины  показателей  микроклимата  устанавлива-

ются в случаях, когда по технологическим требованиям, технически и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оп- тимальные величины.

Согласно действующим санитарным нормам, параметры микро- климата должны устанавливаться с учетом категорий работ на основе интенсивности энерготрат организма:

• категория I – легкие физические работы – виды деятельности

с энерготратами до 150 ккал/ч (174 Вт). К категории Iа относятся ра-

боты, выполняемые в основном сидя и сопровождаемые незначитель-

ным  физическим  напряжением  (энерготраты  до  120 ккал/ч,  или  до

139 Вт). К категории Iб – работы, выполняемые сидя, стоя или свя- занные с ходьбой и сопровождаемые некоторым физическим напря- жением (энерготраты 121–150 ккал/ч, или 140–174 Вт);

• категория II – физические работы средней тяжести – это

работы, охватывающие виды деятельности, при которых расход энер-

гии составляет 151–250 ккал/ч (175–290 Вт). К категории IIа относят- ся работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и тре- бующие определенного физического напряжения (энерготраты 151–

200 ккал/ч, или 175–232 Вт). К категории IIб относятся работы, свя- занные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением (энерготра- ты 201–250 ккал/ч, или 232–290 Вт);

• категория III – тяжелые физические работы – это работы,

связанные  с  постоянными  передвижениями,  перемещением  и  пере-

ноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий (энерготраты более 250 ккал/ч, или более 290 Вт).

Характеристику производственных помещений по категории вы- полняемых работ в зависимости от затраты энергии устанавливают исходя из категории работ, выполняемых 50\% и более работающих в соответствующем помещении.

СанПиН 9-80 РБ 98 учитываются сезоны года: теплый (среднесу- точная температура наружного воздуха +10°С и выше) и холодный (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +10°С).

Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах долж- ны соответствовать величинам, приведенным в табл. 12.1, примени- тельно к выполнению работ различных категорий в холодный и теп- лый периоды года.

Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 12.2 применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.

В производственных помещениях, в которых допустимые норма- тивные величины показателей микроклимата невозможно установить из-за технологических требований к производственному процессу или экономически обоснованной нецелесообразности, условия микрокли- мата следует рассматривать как вредные и опасные.

Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

Таблица 12.1

В целях профилактики неблагоприятного воздействия микрокли- мата должны быть использованы защитные мероприятия (например, системы местного кондиционирования воздуха, воздушное душиро- вание, компенсация неблагоприятного воздействия одного параметра микроклимата изменением другого, спецодежда и другие средства ин- дивидуальной защиты, помещения для отдыха и обогревания, регла- ментация времени работы, в частности перерывы в работе, сокраще- ние рабочего дня, увеличение продолжительности отпуска, уменьше- ние стажа работы и др.).

В настоящей работе определяются абсолютные показатели мик-

роклимата в производственном помещении.

2. Экспериментальная часть

2.1. Приборы для определения метеорологических параметров и методы измерений

2.1.1. Измерение температуры воздуха

Наиболее распространенными приборами для измерения темпера-

туры воздуха являются обычные ртутные и спиртовые термометры.

Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

Таблица 12.2

* При температуре воздуха на рабочих местах 25°С и выше максимально допустимые величины относительной влажности воздуха не должны выходить за пределы: 70\% – при температуре воздуха 25°С; 65\% – при температуре воздуха 26°С; 60\% – при температуре воздуха 27°С; 55\% – при температуре воздуха 28°С.

231

При  измерении  температуры  выше  0°С   следует  пользоваться

ртутными термометрами, так как ртуть при нагревании расширяется

равномерно, а спирт неравномерно. Для измерения низких температур необходимо  пользоваться  спиртовыми термометрами,  так  как  при

температуре ниже –39°С ртуть замерзает.

При измерении температуры в каждой точке следует произвести

два одинаковых отсчета через 5–7 мин. Термометр при этом необхо-

димо держать за верхнюю часть на максимальном удалении от себя.

Для установления наибольшей или наименьшей температуры воз- духа в тот или иной период времени пользуются максимальными или минимальными термометрами (соответственно ТМ-1 и ТМ-2).

Для регистрации температуры окружающего воздуха во времени используется самопишущий прибор – термограф (М-16с и М-16н). Продолжительность оборота одного барабана в М-16с равна 26 ч, а в приборе М-16н – 176 ч.

Для измерения истинной температуры воздуха в условиях тепло- вого излучения пользуются парным термометром, состоящим из двух ртутных термометров. Поверхность резервуара с ртутью одного из них зачернена, а другого – покрыта слоем серебра.

Электрические термометры позволяют измерять температуру на расстоянии и обладают высокой чувствительностью. По принципу дей- ствия различают термометры сопротивления и термоэлектрические.

Устройство термометров сопротивления основано на использо- вании свойств металлов изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры.

Действие термоэлектрических термометров основано на суще- ствовании контактной разности потенциалов между двумя соприка- сающимися разнородными металлами.

2.1.2. Измерение относительной влажности воздуха

В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество влаги в виде водяного пара. На самочувствие людей оказывает влия- ние относительная влажность, которая является критерием при оценке состояния воздушной среды в производственном помещении.

Относительная влажность – это отношение абсолютной влаж-

ности к максимальной, выраженное в процентах.

Абсолютная влажность – упругость водяных паров в миллимет- рах ртутного столба или масса водяных паров в граммах, приходящая- ся на 1 м3 воздуха.

Максимальная влажность – упругость или масса водяных па-

ров, которые могут насытить 1 м3 воздуха при данной температуре.

Для измерения влажности воздуха чаще всего используют пси-

хрометры.

Стационарный психрометр Августа состоит из двух одинако-

вых ртутных термометров: сухого и влажного. Резервуар влажного термометра покрыт  батистом  или  другим  достаточно  гигроско-

пичным материалом, конец которого в виде неплотного жгута опу- щен в наполненный дистиллированной водой стаканчик. По этому жгуту  к  резервуару  термометра  поступает  влага  взамен  испаряю-

щейся. Резервуар термометра не должен непосредственно контакти- ровать с водой, поэтому стаканчик следует помещать в стороне от резервуара и ниже его на 3–4 см. У резервуара необходимо обеспе-

чить свободный воздухообмен.

Сухой термометр показывает фактическую температуру окру-

жающего воздуха, влажный – более низкую температуру, вследствие испарения воды с поверхности резервуара.

Аспирационный психрометр состоит  из  двух  ртутных  термо-

метров, укрепленных в металлической оправе и заключенных в за-

щитные металлические трубки, сообщающиеся общим воздуховодом с вентилятором, который находится в головке прибора. Через трубку с равномерной скоростью под действием вентилятора просасывается исследуемый воздух, благодаря чему обеспечивается постоянство психрометрического коэффициента, а также устраняется влияние теп- лового облучения.

Перед подвеской психрометра в зоне измерения приводят в дви-

жение его вентилятор (в психрометре МВ-4М с помощью заводного механизма, а в психрометре М-34 с помощью электромотора).

Через 3–5 мин после запуска вентилятора, не выключая его, сни-

мают показания прибора. Относительную влажность воздуха можно определить расчетным путем или с помощью специальных таблиц. Для прямого определения относительной влажности применяют гиг- рометры и гигрографы.

Гигрометр  (рис.  12.1)  представляет  собой  раму,  на  которой вертикально натянут специально обработанный обезжиренный во-

лос человека, укрепленный одним концом на металлической рамке, другим – на оси стрелки. При измерении длины волоса под влияни- ем изменения относительной влажности воздуха стрелка гигрометра перемещается  вдоль  шкалы  и  указывает  процент  относительной

влажности воздуха.

Рис. 12.1. Гигрометр

Гигрометр является единственным прибором для определения влажности воздуха при отрицательных температурах. Точность показаний его очень мала, ошиб- ки измерений могут доходить до 5–10\%.

Снимать и переносить гигрометр следует очень осторожно, чтобы не обор- вать волос, не задеть чем-либо за стрелку и не сместить ее вправо, что влечет за со- бой обрыв или растягивание волоса.

Гигрограф – самопишущий прибор для регистрации во времени относитель- ной влажности воздуха. Приемной ча- стью гигрографа служит пучок волос, ук- репленный на раме прибора. Изменение длины пучка волос под влиянием изме-

нения относительной влажности воздуха приводит в движение стрел- ку с пером, заполненным чернилами. Перо пишет на специальной ленте, надетой на барабан, который приводится в движение часовым механизмом.

Перед началом определения влажности воздуха фиксируют диа- граммную ленту на барабане, заводят часовой механизм и заполняют углубление пера специальными чернилами. Затем при помощи регу- лировочного винта устанавливают перо на соответствующее деление ленты, исходя из показаний психрометра. Предварительно на диа- граммной ленте записывают номер или название помещения, дату и час начала работы прибора.

2.1.3. Измерение скорости движения воздуха

Для измерения скорости движения воздуха применяют анемомет-

ры крыльчатые и чашечные.

При замерах скоростей движения воздуха в диапазоне 0,5–10 м/с применяют крыльчатые анемометры (рис. 12.2). Приемная часть анемометра представляет собой легкую крыльчатку, посаженную на получервячную ось, внутри которой натянута стальная струна, слу- жащая осью крыльчатки. Вращение крыльчатки посредством зубчатой передачи редуктора передается на стрелки прибора. Включение и вы- ключение механизма производится арретиром. Порог чувствительно- сти прибора 0,2 м/с.

Рис. 12.2. Крыльчатый         Рис. 12.3. Чашечный анемометр                 анемометр

В чашечном анемометре (рис. 12.3) приемной частью служит крестовина с четырьмя полушариями, укрепленная на вертикальной оси и защищенная от механических повреждений проволокой. Под действием ветра полушария вращаются, что отмечается счетчиком, включаемым арретиром.

Чашечные анемометры применяют при замерах больших скоро- стей (до 15–18 м/с) и в условиях часто меняющихся направлений или турбулентных движений воздуха. Пределы измерения – 9–20 м/с, по- рог чувствительности – 0,8 м/с.

При проведении измерений записывают первоначальное показа- ние стрелки по всем шкалам. Через некоторое время (10–20 с) после начала вращения крыльчатки с постоянной скоростью одновременно включаются счетчик прибора и секундомер. По секундомеру отмеча- ется начало пуска и время измерения. Продолжительность каждого измерения для удобства расчетов устанавливается 100 или 150 с. По- сле этого счетчик и секундомер выключают и записывают их конеч- ные показания. Измерения повторяют 3–4 раза, так как точность из- мерения зависит от точности совпадения времени включения анемо- метра и секундомера.

Скорость воздушного потока в делениях шкалы анемометра Nан, определенная по отношению разности между показаниями анемомет- ра (n2 – n1) и времени измерения t, находится по формуле

a

Nан =  1

+ a2

+ ... + an

,           (12.1)

t1 + t2  + ... + tn

где а1, а2, …, аn = (n2 – n1), (n4 – n3), …, (nn – nn–1) – разность между от-

счетами; t1, t3, …, tn – продолжительность отсчета, с.

Скорость движения воздуха (м/с) определяется по калибровочным

графикам приборов.

Для замера малых скоростей движения воздуха может быть ис- пользован кататермометр спиртовой с цилиндрическим или шаро- вым резервуаром внизу, который переходит в капилляр с расширени-

ем его в верхней части (рис. 12.4). Шкала кататермометра градуирова- на от 35 до 38°С в цилиндрическом приборе и от 33 до 40°С в шаро- вом приборе; средняя точка шкалы 36,5°С.

а          б

Рис. 12.4. Кататермометр:

а – цилиндрический; б – шаровой

Действие кататермометра основано на охлаждении его резервуара в зависимости от метеорологических условий среды, в частности от скорости движения воздуха. Количество тепла, теряемое с 1 см2  по-

верхности резервуара, называется фактором кататермометра F и указывается на обратной стороне поверхности прибора.

Разделив  F на  время  t,  с,  охлаждения  кататермометра  с  38  до

35°С, получим охлаждающую силу воздуха f, Дж/(см2 · с):

f = F .  (12.2)

t

Порядок работы с кататермометром следующий. Прибор погружа-

ется в воду, нагретую до 60–70°С (но не более 80°С во избежание кипе-

ния спирта и разрыва резервуара), и держат его в воде до заполнения

спиртом 1/5–1/3 объема верхнего расширения капилляра. Затем ката-

термометр вынимают из воды, тщательно вытирают и устанавливают в исследуемом месте на максимально возможном удалении от излучаю-

щих тепло поверхностей. Прибор охлаждается окружающим воздухом. По достижении столбиком спирта отметки 38°С включают секундомер и замеряют время охлаждения прибора (t, с) на 3° (до 35°С). Далее расчет-

ным путем определяют охлаждающую силу воздуха по формуле (12.2).

Скорость        движения       воздуха           определяют    по        эмпирическим формулам:

а) для скорости движения воздуха менее 1 м/с

2

   f

− 0, 2  

v =                   

;           (12.3)

         0, 4      

      

б) для скорости движения воздуха более 1 м/с

2

   f

− 0,13  

v =                   

,           (12.4)

         0, 47    

      

где f – охлаждающая сила воздуха, Дж/(см2 · с); ∆T – разность между средней температурой кататермометра (36,5°С) и температурой окру- жающего воздуха, °С.

Выбор формулы определяется величиной f

ΔT

; если она мень-

ше 0,6, расчет ведется по формуле (12.3), если больше – по форму-

ле (12.4).

воздушной среды в производственных помещениях

Температура неподвижного воздуха при 100\%-ной относительной влажности, которая создает такие же тепловые ощущения, как и лю-

бая комбинация метеорологических параметров, называется эквива- лентно-эффективной (Tэкв). Таким образом, эквивалентно-эффек- тивная температура является приведенным показателем всех метеоро- логических параметров.

Для нахождения Tэкв по номограмме (рис. 12.5) необходимо со- единить прямой точку левой шкалы, соответствующую температуре сухого термометра, с точкой правой шкалы, соответствующей темпе- ратуре влажного термометра; точка пересечения этой прямой с кри- выми скорости движения воздуха указывает на величину Tэкв. Если данная температура лежит в пределах «зоны комфорта», это значит, что весь комплекс метеорологических факторов обеспечивает нор- мальный тепловой обмен. Если Tэкв выходит за пределы «зоны ком- форта», то по номограмме легко найти пути приведения того или ино- го параметра к оптимальным условиям.

Рис. 12.5. Номограмма эквивалентно-эффективных температур

Для определения соответствия исследованных метеорологических параметров СанПиН 9-80 РБ 98 используются табл. 12.1 и 12.2.

Если исследованные метеорологические условия не удовлетво-

ряют требованиям СанПиН 9-80 РБ 98, то в выводах по работе не- обходимо предусмотреть меры по доведению этих условий до до- пустимых уровней.

2.2. Порядок выполнения работы

1. Изучить принцип работы метеорологических приборов.

2. Включить водяную баню и, когда температура воды в ней дос-

тигнет 60–75°С, подготовить к опыту шаровой кататермометр.

3. Определить скорость движения воздуха в помещении на своем

рабочем месте. Данные измерений свести в табл. 12.3.

Значения скорости движения воздуха

Таблица 12.3

4. Определить температуру воздуха на рабочем месте в начале и конце занятий, данные записать в табл. 12.4.

5. Подготовить к работе психрометры Ассмана и Августа и снять показания обоих термометров, данные записать в табл. 12.4.

6. Произвести расчет относительной влажности воздуха в лаборато-

рии по данным обоих психрометров и сравнить с показаниями гигрометра.

7. Все полученные данные свести в табл. 12.4.

Замеры параметров микроклимата в помещении

Таблица 12.4

приступить к замеру его скорости. Замеры производить при стацио- нарном положении вентилятора от анемометра. Полученные данные занести в табл. 12.5.

Результаты замеров скорости воздушного потока

Таблица 12.5

9. Из  норм  температуры,  относительной  влажности  и  скорости движения воздуха в производственных помещениях (табл. 12.1 и 12.2) выбрать оптимальные и допустимые параметры с учетом тепловых выделений в помещении, характера работы и времени года. Данные занести в табл. 12.6.

Таблица 12.6

Оптимальные и допустимые параметры микроклимата

10. Оценить с помощью номограммы эквивалентно-эффективных температур и по нормам СанПиН 9-80 РБ 98 метеорологические усло- вия в помещении лаборатории, заполнить табл. 12.7 и сделать выводы о состоянии воздушной среды.

Таблица 12.7

Эквивалентно-эффективная температура воздушной среды

1. В чем заключается цель выполнения лабораторной работы?

2. Какие факторы определяют микроклимат и как они влияют на организм человека?

3. В каком количестве и при каких условиях работы организмом

человека выделяется тепло?

4. Пути отдачи тепла организмом в окружающую среду и их про-

центное соотношение.

5. Что такое физиологический дефицит влажности?

6. Какие нормативные документы регламентируют оптимальные и допустимые параметры микроклимата, а также какие факторы влияют на их изменение?

7. Какие приборы используются для измерения температуры, от-

носительной влажности и скорости движения воздуха?

8. Методика измерения параметров микроклимата.

9. Определение относительной и абсолютной влажности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений: СанПиН № 9-80 РБ 98. – Введ. 01.07.98. – Минск: М-во здравоохранения Респ. Беларусь, 1998. – 12 с.

2. Гармаза, А. К. Охрана труда: учеб. пособие для студентов выс- ших   учебных   заведений   по   специальностям   лесного   профиля   / А. К. Гармаза, И. Т. Ермак, Б. Р. Ладик. – Минск: БГТУ, 2010. – 366 с.