Указания к решению задачи

1. Теплообмен между организмом человека и окружающей средой в части отдачи избыточного тепла (Q_ос) описывается уравнением:

                                         Q_ос =Q_к+Q_т+Q_и+ Q_п+Q_д ,

где Q_к – отдача тепла конвекцией;

Q_т - отдача тепла теплопроводностью;

Q_и – перенос тепла за счёт излучения на окружающие поверхности;

            Q_п - теплота, отдаваемая человеком в окружающую среду при испарении пота;

Q_д - расход тепла на нагрев вдыхаемого воздуха.

2. Конвективный теплообмен определяется законом Ньютона:

                                          Q_к = α_к ּ F_э(t_пов – t_ос),                                              

где  α_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, равный при нормальных параметрах микроклимата 4,06 Вт/(м² ×^оС);

F_э –эффективная поверхность тела человека, равная 1,8 м², что составляет 50-80% от геометрической внешней поверхности тела человека;

 t_пов – температура поверхности тела человека (для практических расчетов зимой +27,7^оС, летом +31,5^оС);

t_ос- температура воздуха, омывающего тело человека (принимается равным Т_рз ).

3.       Передачу теплоты теплопроводностью можно определить из уравнения:

Q_т = α_т ּ F_э (t_пов-t_ос),

где  α_т – коэффициент теплопроводности, зависит от свойств и толщины тканей одежды. Для практических расчетов α_т можно принимать равным: для летней одежды - 20, для осенней - 10, для зимней - 2 Вт/(м²×^оС).

              4. Количество тепла, отдаваемого организмом в окружающую среду за счет излучения, в диапазоне температур окружающих человека предметов 10-40^оС можно определить с помощью обобщенного закона Стефана-Больцмана:

Q_и= с_пр  F_э {(t_пов /100 )⁴- (T_ст /100)⁴ },

 где с_пр – приведенный коэффициент излучения, Вт/(м²×К⁴), равный для исходных условий задачи - 4,9.

5.   Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду при испарении пота, рассчитывают по формуле:

Q_п= G_п ּ ρ,

где G_п – масса выделяемой и испаряющейся влаги, кг/с;

       ρ – скрытая теплота испарения выделяющейся влаги, равная 2,5×10⁶ Дж/кг.

Количество влаги, выделяющейся с поверхности кожи и из легких человека в г/мин, зависит как от категории тяжести работ, так и от температуры воздуха:

Категория тяжести работ	Температура воздуха рабочей зоны, о С
	16	18	28	35	45
Легкая	1,8	2,4	3,0	5,2	8,8
Средняя	2,6	3,0	5,0	7,0	11,3
Тяжелая	4,9	6,7	8,9	11,4	18,6

6. Для определения категории тяжести работы данного вида необходимо найти интенсивность общих энерготрат организма (Q_оэ) по формуле:

Q_оэ = Q_у ×F_э,

где Q_у – удельные энерготраты, Вт/м² , рассчитывают по формуле:

Q_у=4ּ(ЧСС-255).      

По найденному значению Q_оэ  определить категорию работ по тяжести согласно Приложению 1 [3]                                                              

7. Количество теплоты, расходуемой на нагревание вдыхаемого воздуха, рассчитывается по формуле:

Q_д = Vּ r_вдс_р( t_выд- t_вд),

где   V- объем легочной вентиляции, м³ /с. Этот объем зависит от категории тяжести работ  и составляет за рабочую смену (8час) в м³:  4 - для легких работ, 7 - для работ средней тяжести, 10 - для  тяжелых работ;

r _вд – плотность вдыхаемого воздуха, кг/м³; 

с_р - теплоемкость воздуха, Дж / (кгּград.); 1006.1 Дж/(кг ^oC)

t_выд, t_вд - температуры выдыхаемого и вдыхаемого воздуха,⁰С, (соответственно, 36,5 и Т_рз ).

8. Найденные значения слагаемых правой части уравнения теплообмена перевести в проценты и сравнить с их оптимальным соотношением, при котором достигаются комфортные тепловые ощущения. Экспериментально установлено, что оптимальный теплообмен и, следовательно, максимальная производительность труда имеют место, если составляющие процесса теплоотдачи находятся в следующих пределах: Q _к+ Q_т ~ 30%, Q_и ~ 45%, Q_п ~20% и Q_д ~5%.

Обращается внимание, что при увеличении доли потерь тепла при испарении пота более 30% в общей структуре теплового баланса, микроклимат носит нагревающий характер.

9. По [3] определить оптимальные и допустимые значения показателей микроклимата   применительно к условиям труда оператора ЭВМ. Сделать выводы.

Задача 2.

       В результате столкновения на сортировочной станции двух цистерн с жидким хлором произошел разлив аварийно химически опасного вещества (АХОВ) массой Q₀.

Рассчитать глубину зоны заражения хлором при следующих исходных данных

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Масса разлитого хлора Q0, т	20	30	40	50	60	55	45	35	25	15
Скорость ветра, м/с	2	6	4	2	3	4	5	12	3	4
Температура воздуха, 0 С	- 20	-10	0	10	20	30	20	10	0	-10
Степень вертикальной устойчивости воздуха (СВУВ)	Инв.	Из.	Кон.	Инв.	Из.	Кон.	Инв.	Из.	Кон.	Инв.
Время от начала ава­рии tн, ч	1,0	2,0	0,5	1,3	2,2	1,5	2,3	0,7	1,2	3,0
В таблице обозначено: «Инв.» – инверсия, «Из.» – изотермия, «Кон.» – конвекция.