Сумський державний педагогічний університет
імені А.С. Макаренка
Кафедра фізики
Інструктивно-методичні матеріали
до лабораторних занять
з дисципліни: «Основи охорони праці»
для студентів 1 курсу
6.04.0201 Математика, 6.040203 Фізика, 6.04.0302 Інформатика
Розроблені:
Пасько О.О.
Лабораторна робота № 1
Тема: ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ МІКРОКЛІМАТУ НАВЧАЛЬНИХ ПРИМІЩЕНЬ
Мета роботи: визначити абсолютну та відносну вологість методом гігрометра та психрометра.
Література:
Гандзюк М.П. Основи охорони праці. – К.: Каравела, 2006.
Гігієна праці. Під ред.. Шевченка А.М. – К.: Інтерфакс, 2000.
Прилади та матеріали: аспіраційний та стандартний психрометри, термометр.
Критерії оцінювання:
Оцінювання знань студентів під час лабораторних занять проводиться за такими критеріями:
знання теоретичних відомостей, необхідних для виконання роботи, будови лабораторної установки, принципу її роботи, систем дій під час виконання лабораторної роботи (1-3 бали)
повнота, глибина, чіткість відповіді під час захисту роботи (1-5 балів);
оформленні звіту про роботу (1-2 бали).
Оцінка 10 балів за результатами лабораторного заняття виставляється, якщо участь студента у роботі та оформлення звіту відповідає усім зазначеним критеріям.
Оцінка від 1 до 9 балів, якщо участь студента у занятті та оформлення звіту відповідає не всім зазначеним критеріям.
Оцінка в нуль балів за кожне заняття виставляється, якщо студент не здав звіт або був відсутнім на занятті. При умові відпрацювання заняття ставиться оцінка, яка відповідає зазначеним критеріям.
Питання до контролю:
Які фактори визначають санітарно-гігієнічні умови праці?
Як мікроклімат робочої зони впливає на теплообмін організму людини?
Які параметри мікроклімату нормуються?
Що означає “надлишки тепла”?
Що означає “надлишки вологи”?
Які види вентиляції ви знаєте?
Яку ціль переслідує розрахунок повітряного обміну приміщення?
Теоетичні відомості:
Для того, щоб визначити, чи відповідає повітряне середовище даного приміщення встановленим нормам, необхідно кількісно оцінити кожний з його параметрів – температуру, абсолютну та відносну вологість повітря.
Температуру вимірюють звичайними ртутними чи спиртовими термометрами. В приміщеннях зі значними тепловими випромінюваннями використовують парний термометр, що складається з двох термометрів (зачорненого та посрібленого). Для безперервної регістрації температури застосовують самопишучі прилади — термографи. Температуру повітря вимірюють в кількох точках робочої зони, як правило на рівні 1,3—1,5 м від підлоги в різний час. На тих робочих місцях, де температура повітря біля підлоги помітно відрізняється від температури повітря верхньої зони приміщення, вона вимірюється на рівні ніг (0,2—0,3 м від підлоги).
Атмосферне повітря має в своєму складі деяку кількість водяної пари, що обумовлює вологість повітря. Кількість водяної пари в повітрі при даних умовах характеризується абсолютною та відносною вологістю.
Абсолютна вологість це кількість водяної пари, що знаходиться в одиниці об'єму повітря. Як правило її виражають в г/м3.
Із рівняння стану ідеального газу густину повітря при нормальних умовах можна представити так:
(1)
Аналогічно для густини водяної пари, далекої від насичення, при будь-яких тиску і температурі маємо:
(2)
З (1) та (2) маємо
звідки
(3)
Враховуючи
,
,
а густина повітря при нормальних умовах
,
одержимо
,
(4)
якщо P вимірювати у мм ртутного стовпа. В формулі (4) α=1/273K, t - температура в ºС.
З
(4), кількість водяної пари m у грамах в
одному
м3,
тобто абсолютна вологість, виражається:
(5)
Формула (5) дає змогу визначити абсолютну вологість повітря, якщо відома пружність (парціальний тиск) водяної пари P. З цієї формули також видно, що при малих значеннях t величина абсолютної вологості m практично пропорційна парціальному тискові водяної пари P, виміряної в мм рт. ст. Тому, на практиці найчастіше абсолютна вологість визначається не за кількістю водяної пари m в грамах, що міститься в 1 м3 повітря, а за її пружністю (парціальному тиску) P, вираженою в мм рт. ст.
Відносна вологість характеризує ступінь насичення повітря парою. Відносною вологістю r називається відношення абсолютної вологості m до кількості пари μ в 1 м3, яка насичує повітря при даній температурі t:
(6)
Беручи до уваги наведене вище, можемо записати :
,
(7)
де Pt – парціальний тиск насиченої водяної пари при температурі t. Відносну вологість звичайно виражають в процентах.
Отже, відносну вологість можна змінювати, або змінюючи чисельник виразу (6), або знаменник. Якщо температуру у кімнаті збільшувати, то μ буде також збільшуватися, отже відносна вологість зменшиться.
Вологість повітря визначається за допомогою психрометра або гігрометра (з використанням відповідних таблиць).
Самопочуття людини в значній мірі залежить від вологості повітря. Відповідно до ДСН 3.36.042-99 оптимальна вологість в приміщеннях має складати 40–60 %. Допустима величина відносної вологості зростає до 75 %. Дослідження науковців свідчать, що залежно від характеру виконуваних робіт допустимою для людського організму є відносна вологість: не більше 55 % при температурі 28оС, не більше 60 % при температурі 27оС; не більше 65 % при температурі 26оС; не більше 70 % при температурі 25оС; не більше 75 % при температурі 24оС і нижче.
Таблиця 1.
Пружність та густина насиченої водяної пари
toC |
Pt, мм. рт.ст. |
m2 г/м3 |
toC |
Pt, мм. рт.ст. |
m2 г/м3 |
toC |
Pt, мм. рт.ст. |
m2 г/м3 |
0 |
4,58 |
4,84 |
11 |
9,84 |
10,0 |
22 |
19,83 |
19,4 |
1 |
4,93 |
5,22 |
12 |
10,52 |
10,7 |
23 |
21,07 |
20,6 |
2 |
5,29 |
5,60 |
13 |
11,23 |
11,4 |
24 |
22,38 |
21,3 |
3 |
5,60 |
5,98 |
14 |
11,99 |
12,1 |
25 |
23,76 |
23,0 |
4 |
6,10 |
6,40 |
15 |
12,79 |
12,8 |
26 |
25,21 |
24,4 |
5 |
6,54 |
6,84 |
16 |
13,63 |
13,6 |
27 |
26,74 |
25,8 |
6 |
7,01 |
7,30 |
17 |
14,53 |
14,5 |
28 |
28,35 |
27,2 |
7 |
7,51 |
7,80 |
18 |
15,48 |
15,4 |
29 |
30,04 |
28,7 |
8 |
8,05 |
8,30 |
19 |
16,48 |
16,3 |
30 |
31,82 |
30,3 |
9 |
8,61 |
8,80 |
20 |
17,54 |
17,3 |
|
|
|
10 |
9,21 |
9,40 |
21 |
18,65 |
18,3 |
|
|
|
Найбільш поширеним прикладом для визначення вологості повітря є психрометр.
Якщо два однакових термометри знаходяться в однакових потоках повітря, покази цих термометрів повинні бути однаковими. Якщо ж балончик одного з термометрів буде весь час зволоженим, наприклад, обгорнутий мокрою тканиною, то покази термометрів будуть різними. Завдяки випаровуванню води з тканини так званий "мокрий" термометр буде показувати більш низку температуру, ніж сухий. Чим менша вологість оточуючого повітря, тим інтенсивнішим буде випаровування і тим нижчими будуть покази "мокрого" термометра. Різниця температур, виміряна цими термометрами, буде характеризувати вологість повітря.
З
а
законом тепловіддачі Ньютона кількість
теплоти Q1,
яка виділяється в оточуюче середовище
через поверхню системи S1
за одиницю часу виражається так:
,
(8)
де α - так званий коефіцієнт тепловіддачі системи, t - температура системи, t1 - температура оточуючого середовища. В методі психрометра (t -t1) - це максимальна різниця температур сухого і мокрого термометрів.
З другого боку, масу води, що випаровується за одиницю часу, можна представити за формулою Дальтона так:
,
де S2 - площа поверхні, з якої відбувається випаровування, Н - тиск повітря, Pн - пружність насиченої водяної пари при температурі рідини, що випаровується, тобто при температурі t1, P - пружність водяної пари, що знаходиться в повітрі, k - коефіцієнт пропорціональності, що залежить від швидкості потоку повітря.
Кількість теплоти Q2, яка йде на випаровування маси m води, очевидно виражається так:
(9)
де
λ - питома теплота пароутворення води.
При
стаціонарному режимі, тобто при незмінних
температурах t і t1,
Q1
= Q2.
Враховуючи, що S1
=
S2,
з /8/ та /9/ одержимо
звідки
,
(10)
де
стала
системи. Величина цієї сталої залежить,
в основному від швидкості потоку
повітря и знаходиться експериментально.
Будову стандартного аспіраційного психрометра показано рисунку. Він складається з двох термометрів. Балончик правого термометра огорнутий тканиною. Аспіратор психрометра має електричний вентилятор. Шлях повітряних потоків в приладі показаний стрілками. Над балонами термометрів обидва потоки з'єднуються в один.
Абсолютна вологість за допомогою стандартного психрометра визначається за формулою (10), при сталій даного прикладу А = 0,0006 град-1. Величину pн, що входить в формулу (10) знаходять по таблиці 1, а атмосферний тиск вимірюють барометром. Якщо з таблиці 1 знайти також тиск насиченої водяної пари при температурі оточуючого повітря t, то по формулі (7) можна розрахувати відносну вологість r.
За психрометричною різницею t - t1 відносну вологість можна визначити також, користуючись таблицею 2. В цій таблиці наводиться відносна вологість в залежності від температури оточуючого середовища t і різниці t - t1.
Таблиця 2.
Психометрична таблиця відносної вологості повітря, %.
-
Покази сухого термометра 0С
Різниця показів термометрів
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
100
81
63
45
28
11
2
100
84
68
51
35
20
4
100
85
70
56
42
28
14
6
100
86
73
60
47
35
23
10
8
100
87
75
63
51
40
28
18
7
10
100
88
76
65
54
44
34
24
14
4
12
100
89
78
68
57
48
38
29
20
11
14
100
90
79
70
60
51
42
33
25
17
9
16
100
90
81
71
62
54
45
37
30
22
15
18
100
91
82
73
64
56
48
41
34
26
20
20
100
91
83
74
66
59
51
44
37
30
24
22
100
92
83
76
68
61
54
47
40
34
28
24
100
92
84
77
69
62
56
49
43
37
31
26
100
92
85
78
71
64
58
50
45
40
34
28
100
93
85
78
72
65
59
53
48
42
37
30
100
93
86
79
73
67
61
55
50
44
39