Лабораторная работа №1
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В
РАБОЧЕЙ ЗОНЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ.
Цель работы: ознакомиться с теоретическими основами нормирования микроклиматических факторов, освоить приборы, методики измерения и оценку микроклиматических условий в рабочей зоне помещений.
1.Теоретическая часть
Под микроклиматом производственных помещений понимается климат окружающей человека внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температуры окружающих его поверхностей.
Микроклимат на рабочих местах (РМ) - это определенные метеорологические условия, в которых протекает трудовая деятельность человека. При благоприятных сочетаниях параметров микроклимата на РМ человек испытывает состояние теплового комфорта, что служит важным условием высокой производительности труда и предупреждения заболеваний. Так как человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой для нормального течения физиологических процессов в организме человека необходимо, чтобы выделяемое организмом тепло отводилось в окружающую среду. Когда это условие соблюдается, наступают условия комфорта и у человека не ощущается беспокоящих его тепловых ощущений - холода или перегрева.
Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется: конвекцией в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью, излучением на окружающие предметы а также тепломассообменом при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами и при дыхании.
Количество тепла, отдаваемого организмом каждым из этих путей, зависит от параметров микроклимата на рабочем месте. Величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха. Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты внутри организма играет конвективная передача с потоком крови.
Из-за низкой теплопроводности сухого воздуха теплоотдача через соприкосновение человека с воздухом составляет примерно 30%. Более интенсивно идет обмен теплом при соприкосновении человека с ненагретыми поверхностями, но, как правило, поверхность соприкосновения в этом случае незначительна.
Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей. Излучение тепла происходит в окружающую среду, если её температура ниже температуры поверхности одежды (27...30 oС) и открытых частей тела (33,5 С). При высоких температурах окружающей (30…35 oС) среды теплоотдача излучением полностью прекращается, а при более высоких температурах теплообмен идет в обратном направлении - от окружающей среды к человеку.
Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит как от температуры воздуха и интенсивности работы, так и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности. Количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, обусловлено его физической нагрузкой, влажностью и температурой вдыхаемого воздуха.
Комфортные условия для организма человека обеспечиваются при соблюдении теплового баланса. Уравнение теплового баланса для организма человека за определенный период времени может быть представлено в следующем виде:
где 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.
Рассматривая механизмы воздействия на человека метеорологических факторов производственной среды (температуры, влажности, скорости движения воздуха, действия лучистой энергии нагретых деталей и агрегатов), необходимо отметить, что человеческий организм стремится поддержать относительное динамическое постоянство своих функций при различных метеорологических условиях. Это постоянство обеспечивается в первую очередь одним из наиболее важных физиологических механизмов – механизмом терморегуляции. Она осуществляется при определенном соотношении теплообразования (химическая терморегуляция) и теплоотдачи (физическая терморегуляция).
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. Нормальное функционирование организма без напряжения механизма терморегуляции происходит при температуре воздуха, не превышающей 27 оC. Для комфортных условий работы необходимо, чтобы тепловыделение организма равнялось его теплоотдаче, при этом условии температура внутренних органов человека остается постоянной (около 36,6 оС).
Первым признаком теплового дискомфорта в нагревающей среде будет увеличение испарения выше обычных 25…30 г/час (при очень высоких температурах потеря влаги может достигать 3…4 л/час), а в охлаждающей среде - появление «гусиной кожи» и озноба, усиливающих мышечный метаболизм в 9…10 раз. Нарушения теплообмена усугубляют действие промышленных ядов, вибраций и других производственных вредностей. Все это предопределяет необходимость нормирования микроклимата и профилактики перегревания или переохлаждения.
Нормы производственного микроклимата установлены ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».
В ГОСТе 12.1.005-88 приведены оптимальные и допустимые нормы температуры, влажности и скорости движения воздуха. Нормативные параметры микроклимата установлены с учетом периода года и категории тяжести работы по уровню энергозатрат. Для холодного периода года (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +10 oС) и теплого периода года (среднесуточная температура наружного воздуха +10 oС и выше) учитываются сезонные изменения энергетического обмена организма в зависимости от интенсивности выполняемого труда и вида одежды человека.
При легкой категории тяжести труда энергозатраты составляют менее 139 и 140…170 Вт (соответственно для категорий тяжести работы Iа, Iб), 175…232 и 233…290 Вт при работе средней тяжести (соответственно для категорий тяжести работы IIа, IIб) и свыше 290 Вт при тяжелой работе (категория тяжести работы III). . В ГОСТе 12.1.005-88 приведены так же допустимые нормы для непостоянных рабочих мест, на которых работающий находится менее 50% смены или 2 часов непрерывной работы.
Радиационная температура данным ГОСТом не нормируется. Однако она учитывается специальными нормами для помещений с избытком явной теплоты (23 Дж/м·с и более), и, прежде всего той, которая поступает от нагретых поверхностей оборудования, материалов и т.д.
На рабочих местах, где скорость движения воздуха не превышает 0,6 м/с, а интенсивность теплового облучения - 1200 Вт/м, для оценки комплексного действия параметров микроклимата, в целях осуществления мероприятий по защите работающих от возможного перегревания рекомендуется использовать интегральный показатель тепловой нагрузки среды (ТНС - индекс). Данный показатель применяется для гигиенической оценки условий труда (УТ) на рабочих местах в соответствии с документом «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификации условий труда. Р2.2.2006-05».
Исследование микроклимата производственных помещений включает измерение микроклиматических факторов и оценку их соответствия требованиям ГОСТ 12.1.005-88 и Р 2.2.2006-05 в случае обоснования выбора технических решений по нормализации микроклиматических условий. Измерению подлежат температура, влажность, скорость движения воздуха в рабочей зоне.
Температуру воздуха измеряют в зонах пребывания человека на двух уровнях - на высоте 20 и 150 см от пола и на расстоянии 1,5…2 м от наружных стен и отопительных приборов. Измерительный прибор должен быть защищен от лучистого тепла. Температуру воздуха измеряют ртутными, спиртовыми и электрическими термометрами. Последние менее инерционны и позволяют производить дистанционный контроль микроклиматических условий, но требуют систематической калибровки. Для определения температурных перепадов в течение смены на практике используют максимальные и минимальные ртутные термометры. Динамику температуры воздуха исследуют с помощью суточных и недельных термографов, чувствительным элементом которых является биметаллическая пластина. Число замеров температуры воздуха на конкретных рабочих местах выбирают таким образом, чтобы получить полное представление об ее изменении в течение суток при трехсменной работе, в течение 16 и 8 часов при двух- и односменной работе соответственно. При стабильных температурных условиях замеры делают через каждые 4 часа.
Влажность воздуха определяется содержанием в нём водяных паров и измеряется в абсолютных и относительных единицах. Различаются следующие виды влажности воздуха:
-абсолютная, которая выражается величиной парциального давления, создаваемого водяными парами (единица измерения - Па) или массой водяных паров в единице объема (единица измерения - г/м3);
-максимальная, т.е. наибольшее количество водяных паров, которое может содержаться в воздухе при данных температуре и давлении;
-относительная, представляющая собой отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах.
Измерение влажности воздуха проводят с помощью психрометров Августа и Ассмана, электрических гигрометров и влагомеров, суточных и недельных гигрографов, метеометров. В психрометрах имеются по два термометра с ртутными или спиртовыми резервуарами, один из которых обернут кусочком влажной гигроскопической ткани. Из-за испарения воды с влажной ткани температура влажного термометра по сравнению с температурой сухого термометра будет тем ниже, чем меньше водяных паров содержится в воздухе помещения. Психрометр Ассмана более точен, так как в нем обеспечивается равномерный и одинаковый поток воздуха у ртутных резервуаров, а сами резервуары надежно защищены от лучистого тепла. По показаниям сухого и влажного термометров с помощью расчетов находят абсолютную влажность воздуха, которую затем используют для определения относительной влажности. Для оперативного определения относительной влажности воздуха разработаны психрометрические таблицы. Недостатками психрометров является их инерционность и необходимость проведения ряда расчетов. Меньшей инерционностью и большей точностью обладают гигрометры и влагомеры. Суточные и недельные гигрографы, принцип работы которых заключается в изменениях степени натяжения конского волоса в зависимости от влагосодержания окружающего воздуха, позволяют изучать динамику влажности воздуха, обеспечивая достаточную точность измерений для инженерных расчетов.
Для измерения скорости движения воздуха применяются крыльчатые (диапазон 0,5…5 м/с) и чашечные (диапазон 1…20 м/с) анемометры, принцип действия которых состоит в определении числа оборотов крыльчатки в единицу времени с последующим нахождением по графику скорости движения воздуха в м/с. Подвижность разнонаправленных потоков воздуха при малых скоростях измеряется с помощью кататермометра (спиртового термометра со значительным размером резервуара и расширенным капилляром в верхней части). Диапазон измеряемых скоростей составляет 0,1…10,0 м/с.
Для измерения температуры, скорости и направления воздушных потоков применяют термоанемометры. Принцип их работы основан на изменении температуры и сопротивления подогреваемого терморезистора, включенного в схему дифференциального моста. Диапазоны измеряемых скорости, температуры и направления воздушного потока соответственно составляют от 0…5 м/с, 10…60 oС и 0…360 град.
При наличии в помещениях источников интенсивных тепловых излучений среднюю радиационную температуру измеряют с помощью актинометров.
Для гигиенической оценки условий труда на рабочем месте при комплексном воздействии теплового излучения и микроклимата, используется современный прибор - метеометр МЭС-200А, который измеряет ТНС – индекс тепловой нагрузки среды.
Приборы для измерения температуры воздуха не должны иметь погрешность более ± 0,5 оС, для определения влажности воздуха - более ±5% при продолжительности измерений не более 5 мин. Если в местах измерения имеются источники инфракрасного излучения, то погрешность приборов не должна превышать ±17%. Погрешность приборов для измерения подвижности воздуха не должна превышать ±0,1 м/с.