1.2. Термометрія
Термометри, що застосовуються для вимірювання температури повітря, різноманітні за шкалою виміру, призначенням та конструк- цією.
Найбільш поширені термометри зі шкалою у градусах Цельсія, однак у деяких країнах використовуються шкали Реомюра і Фа- ренгейта. Міжнародною вважають шкалу Кельвіна. Спільним для всіх шкал є наявність двох характерних точок, одна з яких відпові- дає температурі танення льоду дистильованої води, а інша — тем- пературі кипіння води при барометричному тиску 760 мм рт.ст. На шкалі Цельсія віддаль між цими точками поділена на 100 рівних частин (0-100°С), Реомюра — на 80 частин (0~80°Р), Фаренгейта — на 180 частин (32-212°Ф), Кельвіна - на 100 частин (273-373 К).
8
У
гігієнічній
практиці здебільшого використовують
ртутні й спирто-
ві
термометри.
Звичайні реєстраційні ртутні або спиртові термометри застосову- ють для визначення температури повітря в момент спостереження. При підвищенні температури повітря ртуть (спирт) піднімається капіляром термометра вгору, а при зниженні — опускається у резер- вуар. Термометр залишають у місці вимірювання на 5 хв, щоб рідина в резервуарі набула температури навколишнього повітря.
До звичайних термометрів належать спиртові побутові зовнішній та кімнатний термометри зі шкалами в межах можливих реальних температур атмосферного повітря (від -50 до 50°С) та повітря при- міщень (0-40°С).
Ртутні термометри застосовуються для вимірювання температур у межах від -39°С до 357°С (точки замерзання та закипання ртуті), а спиртові — в межах від -114°С до 78,5°С (точки замерзання і закипання спирту).
Для визначення максимальної або мінімальної температури по- вітря за певний проміжок часу використовують спеціальні фікса- ційні термометри — максимальний і мінімальній!.
У максимальних термометрах (мал. 1), які завжди є ртутними, місце переходу резервуара в капіляр вужче за внутріш- ній діаметр капіляра. При підвищенні температури повітря ртуть розширюється і через звужене устя капіляра піднімається вгору. При зниженні температури повітря звуження капіляра заважає поверненню ртуті в резервуар і вона залишається на рівні максимальної темпера- тури, що спостерігалася упродовж усього періоду дослідження. За таким принципом, зокрема, влаштовані медичні термометри.
Існують конструкції максимальних термометрів, у яких у капі- ляр над ртуттю вміщено металеву голку, що пересувається лише під тиском стовпчика ртуті, коли той розширюється. При його знижен- ні голка фіксується на позначці найвищої температури, до якої пі- діймалася ртуть упродовж періоду спостереження.
Перед початком вимірювання температури повітря максималь- ний термометр треба струснути для повернення ртуті в резервуар або для зіткнення металевої голки з меніском ртуті. При вимірю- ванні температури максимальні термометри встановлюють гори- зонтально. Для відліку температури рекомендується трохи підня- ти верхній кінець термометра.
Мінімальний термометр (мал. 1) — спиртовий. У його капілярі, в спирті, міститься скляний штифт-покажчик з пото- вщенням на обидвох кінцях. Щоб визначити температуру, штифт-по- кажчик слід привести у зіткнення з меніском спирту, піднявши вго- ру резервуар термометра, і встановити термометр горизонтально.
При підвищенні температури повітря спирт розширюється й об- тікає покажчик, не викликаючії його переміщення. При зниженні температури повітря увігнутий меніск спирту тягне за собою покаж- чик до найнижчого значення температури за весь час спостереження. Отже, штифт-покажчик може рухатись лише у бік резервуара, тобто
в бік низьких показів температури. Відлік температури проводять за кінцем штифта-покажчика, найбільш віддаленим від резервуара.
М а к с и м а л ь н о-м і н і м а л ь н и й термометр (мал. 2). Принцип його дії грунтується на тому, що вигнуту трубку запаяно з обидвох кінців. Нижня частина трубки заповнена ртуттю, а над ртут- тю міститься спирт, причому ліве коліно трубки заповнене спиртом повністю, а в правому спирт сягає лише до" половини розширеної її частини, якою це коліно завершується. Вільний простір заповнюється парами спирту.
Мил. 1. Максимальний (а) Мал. 2. Схема макспмально-
і мінімальний (6) термометри. мінімального термометра.
В обидвох колінах термометра над ртуттю розташовані сталеві по- кажчики з волосяними пружинками, що впираються у внутрішні стінки трубки і заважають переміщенню покажчиків униз. Спирт при підвищенні температури розширюється у лівому коліні приладу, тисне на ртуть і вона переходить у праве коліно. Ртуть, у свою черг}',"перемі- шує вверх сталевий покажчик. Коли температура знижується, ртуть опускається, а покажчик завдяки волосяним пружинкам залишаєть- ся на місці, фіксуючи максимальну температуру. Зі зниженням тем- ператури у лівому коліні зменшується стовпчик спирту, а ртуть у ньому піднімається. Відповідно піднімається і покажчик. Підняттю ртуті в цьому коліні сприяє тиск парів спирту в кулястому розширенні правого коліна. З підвищенням температури покажчик залишається
10
1 І
на місці н відповідає мінімаль- ній температурі за період спо- стереження. Відлік температур здійснюють за нижніми кін- цями покажчиків, оберненими до ртуті. Перед початком кож- ного спостереження покажчи- ки за допомогою магніту по- вертають у вихідне положен- ня над ртуттю.
Електричний термо- метр (мал. 3) використову- ють для визначення темпера- тури повітря і поверхонь. Принцип його дії грунтуєть- ся на виникненні термостру- му у колі. Перетворювачами є термопари або термістори (напівпровідники).
Мал. 3.
Електротермометр:
/ —
перетворювач; 2
—
ручка
потенціометра;
3
—
ручка перемикача;
4
—
коректор.
Термограф (мал. 4) використовують для безперервної реєстра- ції коливань температури повітря упродовж робочого дня, доби, тижня у вигляді кривої — термограми на спеціальнії! паперовій стрічці.
Основною частиною приладу, його сприймальним елементом, є біме- талева пластинка, що складається з двох спаяних між собою штабок різнорідних металів з різним коефіцієнтом лінійного розширення. Бі- металева пластинка реагує на зміни температури повітря зменшенням
Мал. 4. Термограф:
а — біметалева пластинка; б — самописне перо; в — циліндр з годинниковим механізмом.
або збільшенням радіуса кривизни. При підвищенні температури по- вітря пластинка вигинається у бік металу з меншим коефіцієнтом лінійного розширення, а при зниженні температури повітря — навпа- ки, у бік металу з більшим коефіцієнтом лінійного розширення. Один кінець штабки закріплений нерухомо, а інший — за допомогою систе- ми важелів приводить у рух стрілку, яка завершується самописним пером. Перо стикається з паперовою стрічкою, закріпленою на циліндрі. Циліндр повільно обертається за допомогою годинникового механізму і перо креслить на стрічці температурну криву.
Стрічка по горизонталі розграфлена на години доби (якщо тер- мограф добовий) або дні тижня (якщо термограф тижневий), а по вертикалі — на поділки температури. Щоб уникнути похибки при відліку, стрічку точно обрізають за нижньою лінією термографічної сітки і розташовують чітко на краю нижнього карниза циліндра.
При підготовці термографа до роботи звичайним термометром вимірюють температуру повітря і за допомогою спеціального гвинта (поряд з біметалевою пластинкою) встановлюють перо, обертаючи циліндр рукою, у точку перетину лінії температури повітря і годи- ни доби. Після цього, натискаючи пальцем на перо, перевіряють до- статність заповнення його чорнилом. За допомогою спеціального ключа, вмонтованого у циліндр, заводять годинниковий механізм до упору, щоб циліндр міг зробити один повний оберт упродовж доби або тижня, і приводять циліндр у рух.
Визначення температурного режиму приміщень. Температурний режим приміщення характеризується показниками температури по- вітря у ньому на різних рівнях і в різних напрямах по вертикалі та по горизонталі (просторовий температурний режим) і змінами тем- ператури упродовж робочого дня, доби, тижня (часовий темпера- турний режим). Температурний режим досліджується в побутових, громадських, лікарняних та інших приміщеннях з метою визначити перепади температури, що залежать від якості будівництва, погодно- кліматичних умов, ефективності опалення і вентиляції приміщень то- що. Характерне для сучасних будівель збільшення площі засклення
12
ІЗ
зумовлює
підвищення температурного перепаду і
тепловіддачі орга-
нізму. Підвищення
перепаду температур у приміщеннях
спричинює
посилення циркуляторних
рухів повітря і призводить, зокрема
при
підвищенні
вертикального перепаду, до охолодження
кінцівок і реф-
лекторних змін
температури верхніх дихальних шляхів.
Просторовий температурний режим приміщення визна- чається за допомогою будь-якого реєстраційного термометра або тер- мографа в діагональній площині від зовнішнього до внутрішнього кута приміщення, по горизонталі на відстані 20 см від зовнішнього кута, в центрі приміщення і на відстані 20 см від внутрішнього кута та по вертикалі на різних рівнях від підлоги залежно від поставленої мети (на висоті 20 см від підлоги — на рівні стіп, 1,5 м від підлоги — у зоні дихання дорослої людини в положенні стоячи, в умовах лікарняної палати на висоті 80 — 90 см від підлоги — на рівні ліжка хворого, а для вивчення перепаду температур по вертикалі і можливо- сті виникнення вертикальних конвективних течій повітря — на від- стані 20 см від стелі). Дослідження можна виконувати за допомогою як одного термометра, так і одночасно декількох, які підвішують в різних точках на спеціальних штативах. Покази знімають через 5 хв, починаючи з десятих часток, а потім відлічують цілі градуси, тому що під час спостереження покази термометра можуть змінитися у межах десятих часток градуса за рахунок тепла, яке виділяє людина. Око спостерігача має бути на рівні лінії відліку. При вимірюваннях термо- метр повинен бути захищений від впливу сонячного проміння, нагрі- вальних приладів тощо.
Вертикальний перепад температур приміщення обчислюється за різницею середніх значень трьох температур біля стелі і відповідно біля підлоги, горизонтальний перепад — за різницею середніх зна- чень трьох температур у внутрішньому та зовнішньому кутах. Для визначення середньої температури повітря у приміщенні досить об- межитись вимірюванням температур у шести точках на двох рів- нях від підлоги (0,2 і 1,5 м) з подальшим обчисленням середнього арифметичного з шести одержаних значень.
Важливою характеристикою температурного режиму приміщен- ня є різниця між температурою повітря біля зовнішньої стіни і температурою цієї стіни, яку визначають за допомогою описаного ви- ще електротермометра на висоті 1,5 м від підлоги й на віддалі не менше 0,5 м від вікон і зовнішніх кутів.
Часовий температурний режим вимірюють термографа- ми, розташованими у трьох точках по діагоналі приміщення на рівні 1,5 м від підлоги. Часовий температурний режим характеризується середньодобовою (середньотижневою) температурою повітря, яка ви- значається діленням загальної суми заміряних температур на число спостережень, а також мінімальною і максимальною температурами за час спостереження.
За БНіП* П-33-75 "Опалення, вентиляція і кондиціювання по-
БНіП — Будівельні норми і правила.
вітря" оптимальна температура у житлових і громадських примі- щеннях у холодний та перехідні сезони (при температурі зовніш- нього повітря нижче 10°С) повинна становити 20-22°С, у теплий сезон (при температурі зовнішнього повітря вище 10°С) 20-25°С. У холодний та перехідні сезони допускається температура повітря 18- 22°С, а в теплий сезон вона не повинна більш ніж на 3° перевищува- ти середню розрахункову температуру зовнішнього повітря, визна- чену для цього регіону.
Норми температури повітря у приміщеннях повинні бути ди- ференційовані для різних кліматичних зон і становити 21-22°С на півдні, 18-20°С у місцевостях з помірним кліматом і 17-18°С на півночі.
Середні розрахункові температури повітря в різних приміщен- нях житлових будинків у холодну пору року наведені в табл. 1. Перепади температур по горизонталі, вертикалі та упродовж доби — не більше 2-3°С, різниця між температурою повітря і внутрішньої поверхні стін не більше 3°С.
Т а б л п ц я 1
Розрахункові температури повітря в холодну пору року в житлових будинках (БНіП 2.08.01-89)
Приміщення
Температура, °С
Житлова кімната квартири іі гуртожитку 18
Тс ж, у районах з температурою найбільш холодної
п'ятиденнії -31 °С і нижче 20
Кухня квартири іі гуртожитку 18
Ванна, душова 25
Вбиральня індивідуальна, загальна 18, 16
Суміщений санітарний вузол 25
Умивальня загальна 18
Вестибюль, загальний коридор, передпокій, сходова клітка
в житловому будинку 16
Вестибюль, загальний коридор, сходова клітка в гуртожитку 18
Приміщення для культурно-масовнх заходів, відпочинку, навчальних
і спортивних занять, адміністрації і персоналу гуртожитків 18
Палата ізолятора гуртожитків 20