Исследование метеорологических условий в рабочей зоне производственных помещений

1. ЦЕЛИ РАБОТЫ.

1.1. Изучить требования ГОСТ 12.1.005-88, предъявляемые к метеорологическим условиям на рабочих местах.

1.2. Изучить методики определения показателей микроклимата и применяемые для этого приборы.

2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ.

2.1. Изучить настоящие методические указания и требования ГОСТ 12.1.005-88 к показателям микроклимата.

2.2. Ознакомиться с устройством психрометров и с методикой определения температуры и относительной влажности воздуха с их помощью. Зарисовать в тетрадь схему аспирационного психрометра (рис.3).

2.3. Изучить устройство кататермометра, крыльчатого анемометра и методики определения скорости движения воздуха с их помощью.

2.4. Изучить методику измерения интенсивности теплового излучения с помощью актинометра.

2.5. Зарисовать форму протокола измерений показателей микроклимата (табл.1).

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

3.1. Под метеорологическими условиями производственной среды (микроклиматом), понимается физическое состояние воздушной среды, характеризуемое показателями: температурой воздуха, его относительной влажностью и скоростью движения, а также интенсивностью теплового излучения. ГОСТ 12.1.005-88 регламентирует показатели микроклимата в воздухе рабочей зоны в зависимости от периода года и тяжести выполняемой работы (приложение I). Различают два периода года: холодный (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +10°С) и теплый (+ 10°С и выше).

3.2. Степень тяжести выполняемой работы определяется интенсивностью мышечных усилий человека в процессе труда. По расходу энергии все работы подразделяются на категории. Легкие физические работы (категория 1) - виды деятельности с расходом энергии не более 170 Вт: 1а - энергозатраты до 139 Вт (работы выполняются сидя с незначительным физическим напряжением); 1б - энергозатраты 140-174 Вт (работы выполняются сидя, стоя или связаны с ходьбой и некоторым физическим напряжением). Работы средней тяжести (категория 2): 2а - энергозатраты 175-232 Вт (работы связаны с постоянной ходьбой, перемещением изделий до 10 кг); 2б - энергозатраты 233-290 Вт (работы связаны с переноской тяжестей до 10 кг). Тяжелые работы (категория 3). Энергозатраты более 290 Вт (работы связаны с постоянными большими физическими усилиями, с переноской тяжестей более 10 кг).

3. Различают оптимальные и допустимые микроклиматические условия. Оптимальные условия обеспечивают ощущение теплового комфорта и способствуют высокой работоспособности. Допустимые условия могут вызвать преходящие дискомфортные тепловые ощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности, не сопровождающиеся нарушением состояния здоровья.

4. Интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов, инсоляции на рабочих местах не должна превышать 35 Вт/м² при облучении 50% поверхности тела и более, 75 Вт/м² при величине облучаемой поверхности от 25 до 50 % и 100 Вт/м² при облучения не более 25% поверхности тела.

Интенсивность теплового облучения работающих, от открытых источников (нагретый металл, открытое пламя и др.) не должна превышать 140 Вт/м². При этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела и обязательно применение средств ин­дивидуальной защиты.

3.5. Температуру, относительную влажность и скорость движения воздуха измеряют на высоте 1,0 м от пола при работах, выполняемых сидя, и на высоте 1,5 м - при работах, выполняемых стоя. Интенсивность теплового облучения определяют в направлении максимума теплового излучения от каждого из источников.

3.6. Температуру и относительную влажность воздуха измеряют аспирационными психрометрами, а при отсутствии в местах измерения источников лучистого тепла можно использовать психрометры Августа типа ПБУ-1M, суточные и недельные термографы при условии сравнения их показаний с показаниями аспирационного психрометра. Скорость движения воздуха измеряют крыльчатыми анемометрами, малые величины скорости (менее 0,3 м/с), особенно при наличии разнонаправленных потоков, измеряют шаровыми кататермометрами или электроанемометрами. Для измерения теплового излучения используют актинометры.

3.7. Оценка комплексного воздействия показателей микроклимата. Отклонение в известных пределах одного из четырех показателей микроклимата от оптимального значения может быть компенсировано соответствующим изменением других показателей. При этом человек должен ощущать тепловой комфорт. Для оценки общего влияния метеорологических факторов на организм человека чаще других употребляется метод, основанный на определении эквивалентно-эффективной температуры с помощью номограммы и сравне­нии ее с зоной комфорта для соответствующей категории работ.

Эквивалентно-эффективная температура (tээ) - это температура неподвижного воздуха (V = 0) с относительной влажностью I = 100%, которая создает такие же тепловые ощущения (такое же охлаждение тела), что и комплекс метеорологических условий с заданными значениями t, I и V, т.е. tээ = f (t, I ,V).

Р ис. 1 Номограмма эффективной и эквивалентно-эффективной температур.

Для определения tээ на номограмме (рис.1) отмечают показания сухого и влажного термометров и соединяют их прямой линией. Точка пересечения ее с кривой, соответствующей скорости воздуха, показывает величину tээ и ее положение относительно зоны комфорта. Если значение tээ, находится в пределах зоны комфорта, то весь исследуемый комплекс метеорологических показателей обеспечивает нормальный тепловой обмен. Если значение tээ находится вне пределов зоны комфорта, то по номограмме определяют пути создания комфортных условий. Это достигается измене­нием одного или нескольких параметров (t,I,V).

Зона комфорта легкой работы находится в пределах: t = +17,2 + 21,7°С; для работ средней тяжести: tээ = +16,2 + 20,7°С; для тяжелой работы: tээ = +14,7 + 19,2°С.

Такая номограмма дает лишь приближенное представление о тепловом комфорте, она не учитывает воздействие на человека лучистого тепла и роль адаптации организма.

4. ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ.

Лабораторная установка укомплектована следующими приборами: психрометром Августа ПБУ-1M, психрометром аспирационным МВ-4М, шаровым кататермометром, крыльчатым а немометром АСО-3, актинометром ЭТМ, секундомером. Рассмотрим их устройство и методики измерений.

4.1. Психрометр Августа ПБУ-1М (рис. 2).

Рис.2 Психрометр ПБУ-1М:I - сухой термометр; 2 - влажный термометр; 3 - сосуд с водой; 4 - психрометрическая таблица.

Прибор служит для измерения температуры и относительной влажности воздуха и состоит из двух спиртовых термометров: сухо­го 1 и влажного 2. Резервуар последнего обернут гигроскопической тканью, концы которой находятся в сосуде 3 с дистиллирован­ной водой. Вследствие испарения воды с поверхности влажного тер­мометра отбирается тепло, поэтому его показания, как правило, ниже, чем сухого. Чем суше воздух, тем интенсивнее испарение во­ды и тем больше разность в показаниях сухого и влажного термо­метров. Показания термометров будут равны друг другу при относи­тельной влажности воздуха 100% (состояние насыщения). По показа­ниям этих термометров находят относительную влажность воздуха, пользуясь психрометрической таблицей, имеющейся на приборе.

Психрометр ПБУ-1М дает погрешность в измерении при наличии вблизи него источников теплового излучения (прямые солнечные лу­чи, нагретые поверхности оборудования, материалов и т.п.), а также при скорости движения воздуха более нуля. Поэтому при­бор более пригоден для измерений не в производственных, а в кон­торских, жилых помещениях, музеях, библиотеках и т.п.

4.2.Психрометр аспирационный МВ-4М (рис.3).

Рис.3. Психрометр аспирационный МВ-4М: 1 – резервуар ртутного термометра; 2 – шкала ртутного термометра; 3 – корпус психрометра; 4 – ключ заводного механизма; 5 – вентилятор; 6 – груша с пипеткой.

В отличие от психрометра ПБУ-1М он дает показания, не за­висящие от скорости движения воздуха и воздействия лучистого тепла.

Психрометр состоит из двух одинаковых ртутных термометров (они точнее спиртовых термометров психрометра ПБУ-1М): сухого и влажного, закрепленных в термодержателе, включающем термо­защитные трубки (внутренние и внешние), аспирационную чашку, воздухопроводную трубку и термозащитные планки. Трубки за­щиты предназначены для предохранения резервуаров термометров от нагревания солнцем или другими источниками теплового излуче­ния.

Трубки защиты соединены аспирационной чашкой, играющей роль тройника с воздухопроводной трубкой, верхний конец которой кре­пится к аспирационной головке. Внутри головки имеется вентиля­тор 5, приводимый в движение пружинным заводом с помощью ключа 4. Термометры защищены с боков термозащитными планками от механического повреждения и теплового излучения. Резервуар правого (влажного) термометра обернут в один слой батистом, который перед работой с помощью пипетки смачивают во­дой.

Благодаря вращению вентилятора резервуары термометров обте­кают воздушные потоки со скоростью не менее 2,0 м/с. Это значи­тельно выше скорости движения воздуха в рабочей зоне, создавае­мой вентиляцией, сквозняками, движением рабочих органов механиз­мов и внутрицеховым транспортом. Поэтому их влиянием можно пре­небречь. Именно это обстоятельство наряду с имеющимися в психро­метре устройствами защиты от теплового излучения и применением более точных ртутных, а не спиртовых термометров, значительно увеличивает точность показаний прибора.

От трубок защиты воздух последовательно поступает в аспирационную чашку, воздухопроводную трубку, вентилятор и выбрасыва­ется им наружу через прорези в аспирационной головке.

Порядок работы с психрометром следующий:

- с помощью пипетки смачивают батист на резервуаре влажного термометра;

- ключом заводят почти до отказа вентилятор психрометра;

- через 4 минуты после пуска вентилятора снимают отсчет по термометрам (сначала по сухому, затем по влажному) с точностью до половины деления шкалы (цена деления - 0,2°С).

З атем определяют относительную влажность по психрометрической таблице (приложение 2).

4.3. Шаровой кататермометр (тепловой анемометр) (рис.4).

Рис. 4 Шаровой кататермометр: 1 – нижний резервуар; 2 – капиллярная трубка; 3 – верхний резервуар.

Прибор применяется для измерения скорости движения воздуха от 0,05 до 2,0 м/с. Он представляет собой спиртовой термометр с большим нижним шаровым резервуаром 1 и капилляром 2, расширяю­щимся в верхней части в резервуаре 3. Шкала кататермометра от­градуирована в пределах от 33 до 40°С. Действие прибора основа­но на зависимости скорости охлаждения спирта от скорости движе­ния воздуха.

Порядок работы с прибором следующий:

- кататермометр погружают в воду, нагретую до 65-75⁰С, или устанавливают над нагревателем и выдерживают его до тех пор, по­ка спирт не заполнит 1/3 + 1/2 часть верхнего резервуара. При этом следят, чтобы в капиллярной трубке не оставалось пузырьков воздуха;

- тщательно вытирают кататермометр досуха и подвешивают вертикально в исследуемом месте;

- фиксируют по секундомеру время охлаждения τ прибора от 38 до 35°С;

- в начале и в конце опыта психрометром измеряют темпера­туру воздуха.

Далее вычисляют теплоотдачу кататермометра Н по формуле:

H=F/τ (1)

где F- фактор кататермометра наносится заводом-изготовите­лем на приборе, F= 603 мкал/см²;

τ - время охлаждения кататермометра с 38 до 35°С, с.;

Определяют вспомогательную величину по формуле:

Q=36.5-(t₁+t₂)/2 (2)

где t₁ и t₂ - температуры воздуха в начале и в конце измере­ний, °С.

Вычисляют соотношение Н/Q и по таблице (приложение 3) опре­деляют скорость движения воздуха.

4 .4. КРЫЛЬЧАТЫЙ АНЕМОМЕТР АСО-З (рис.5) служит для измере­ния скорости движения воздуха в интервале от 0,3 до 5 м/с.

Рис.5 Анемометр АСО-3: 1 - крыльчатка; 2 - ручка; 3 - корпус; 4 - счетчик; 5 - стрелка шкалы единиц и десятков; 6 - шкала тысяч; 7 - арретир; 8 - шкала сотен.

Прибор состоит из корпуса 3, внутри которого помещена крыль­чатка 1, насаженная на ось, соединенную со счетчиком оборотов 4. Счетчик имеет три шкалы: единиц и десятков, сотен и тысяч. С по­мощью арретира можно отключать счетчик от оси вращения крыльчат­ки.

Скорость движения воздуха измеряется в следующей последова­тельности:

- прибор берут за ручку 2, отключают арретиром 7 счетчик, снимают показания

по всем трем шкалам и записывают полученное начальное значение числа оборотов К₁;

- устанавливают анемометр так, чтобы ось вращения была параллельна воздушному потоку;

- после того, как крыльчатка наберет обороты (через 10 - 15с) включают одновременно счетчик анемометра и секундомер;

- через 50 - 100 с останавливают счетчик и секундомер;

- записывают конечные показания прибора К₂;

- разность между конечным и начальным показаниями (К₂ – К₁) делят на время измерения τ и определяют число делений шкалы n, приходящихся на I с:

n=(К₂-К₁)/τ (3)

Затем по градуировочному графику прибора определяют по ве­личине n значение скорости движения воздуха в м/с. График строго индивидуален для конкретного анемометра, он имеется на лабораторном стенде.

4.5. АКТИНОМЕТР ЭТМ (рис.6) служит для измерения интенсив­ности тепловой радиации в производственных условиях в диапазоне 0-20 кал/(см².мин).

Рис.6 Актинометр: а - вид спереди; б - вид сзади; 1 - гальванометр; 2 - корректор; 3 - ручка; 4 - термоприемник; 5 - крышка.

Нормирование интенсивности теплового излучения ведется в Вт/м², а шкала прибора градуирована в кал/(см²*мин), поэтому из­меренные показания следует перевести в Вт/м², умножив их на 700.

Принцип действия прибора основан на термоэлектрическом эф­фекте - возникновении электрического тока в замкнутой цепи, со­стоящей из разнородных металлов, при наличии разности температур на концах спаев. В качестве приемников тепловой радиации в акти­нометре использована термоэлектрическая батарея - ряд термопар, соединенных между собой последовательно. При этом положительные спаи термопар присоединены к пластинам со степенью черноты, близ­кой к абсолютно черному телу, а отрицательные - к пластинам с вы­сокой отражательной способностью. При попадании на пластины теп­ловой радиации "черные" пластины интенсивно нагреваются, и в цепи термоэлектробатареи возникает электрический ток. Он измеряется гальванометром 1, вмонтированным в корпус прибора.

Измерения проводятся в следующей последовательности:

- взять актинометр за ручку 3 и при необходимости стрелку гальванометра винтом коррекции 2 установить в нулевое положение;

- термоприемник 4 направить в сторону излучающего тела и затем открыть крышку 5. Крышка во время измерений является экра­ном, защищавшим руку оператора от перегрева;

- через 2-3 с отсчитывают показания по шкале прибора, пос­ле чего крышку закрывают. Термоприемник не рекомендуется остав­лять открытым продолжительное время, так как это ведет к ошибкам в измерениях.

5.ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ.

Схема лабораторной установки (стенда) включает в себя лицевую панель с необходимыми номограммами и таблицами, электролампу для нагрева кататермометра, установ­ка которого осуществляется через отверстие. Электровентилятор служит для создания направленного движения воздуха в модели "рабочей зоны помещения". Равномерности течения воздуха способ­ствует металлическая сетка.

Через отверстия в "рабочую зону помещения" могут устанавливаться крыльчатый анемометр, кататермометр и аспирационный психрометр. В центре "рабочей зоны по­мещения" у задней стенки установлен источник теплового излуче­ния.

Путем выдвижения шторы создается прямоточное беспрепятст­венное течение воздуха от вентилятора через всю "рабочую зону по­мещения", что имитирует подвижность воздуха в производственном помещении.

На лицевой панели стенда имеются переключатели общего элект­рического питания, нагрева (от лампы) кататермометра, включения вентилятора, освещения и источника теплового излучения.

Порядок работы на установке приведен в разделе 6.

6.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

6.1.Изучить настоящие методические указания и выполнить в тетради заранее до занятий табл.1.

6.2. Ознакомиться с мерами безопасности при выполнении ра­боты и расписаться в журнале регистрации инструктажей по техни­ке безопасности.

6.3. Включать на лабораторном стенде "Общее питание".

6.4. Установить шаровой кататермометр в отверстие стенда и включить тумблер "Нагрев кататермометра". Выдержать прибор над нагретой лампочкой до тех пор, пока спирт не заполнит 1/3 - 1/2 часть верхнего резервуара. Выключить тумблер "Нагрев ката­термометра".

6.5. Включить тумблеры "Освещение" и "Вентилятор", выдвинуть штору и произ­вести измерение скорости движения воздуха с помощью кататермо­метра по методике, изложенной в п. 4.3.

6.6. Установить в отверстие крыльчатый анемометр и произ­вести измерения скорости движения воздуха по методике, изложен­ной в п. 4.4. Переключение арретира производить с помощью укреп­ленного на нем шнура, выведенного наружу стенда. Результаты изме­рений занести в протокол табл.1.

6.7. Установить в отверстие стенда психрометр МВ-4М и, не включая вентилятора, измерить температуру и относительную влаж­ность воздуха. Выключить вентилятор и освещение. Убрать из ра­бочего помещения анемометр, кататермометр и психрометр.

6.8. Установить на рабочем столе рядом с лабораторным стен­дом психрометр ПБУ-1М и измерить с его помощью температуру и от­носительную влажность воздуха. Результаты замеров по п.п. 6.7. и 6.8. занести в табл.1.

6.9. Снять прозрачный экран и включить с помощью тумблера источник теплового излучения. Через 3-5 минут произвести из­мерение интенсивности теплового излучения по методике, описанной в п. 4.5, приближая термоприемник актинометра к источнику на расстояние до 5 см так, чтобы стрелка прибора отклонилась не ме­нее чем на 2-3 деления.

6.10. Отключить источник. Установить на место экран и штору.

6.11. Оформить протокол измерений параметров микроклимата (табл.1). Сделать (письменно) выводы о соответствии значений из­меренных параметров оптимальным по ГОСТ.

6.12. Устно ответить на контрольные вопросы и сдать работу преподавателю.

Таблица 1 Протокол измерения параметров микроклимата.

Период года (холодный или теплый). Категория работ – легкая – 1а.

Наиме-нование рабочего места, катего-рия работы	Наименование параметров микроклимата	Прибор	Обозначение, единица измерения	Значение параметра
				измеренное	оптимальное по приложению 1
1	2	3	4	5	6
	1.Температура воздуха на рабочем месте	Психрометр МВ-4М	t, ºС
	2. Относитель-ная влажность воздуха на рабочем месте	Психрометр ПБУ-1М Психрометр МВ-4М	φ, % φ, %	t c = ºС t вл = ºС φ = % t c = ºС t вл = ºС φ = %	- - 40 - 60% - - 40 - 60%
	3.Скорость движения воздуха на рабочем месте.	Анемометр АСО-3 Шаровой кататермо-метр	ν, м/с ν, м/с	К1= К2 = τ = с V = м/с t1 = ºС t2 = ºС Q = τ = с F = H = H/Q = V = м/с	- - - - - - - - - -
1	2	3	4	5	6
	4.Интенсив-ность теплового излучения	Актинометр ЭТМ	кал. q, см2*мин Вт/м2		-
	5.Эквивален-тно- эффективная температура	Номограмма	t ээ, ºС

Выводы:

7. КОНТРОЛЬНЫЕ В0ПРОСЫ.

1. Что понимается под метеорологическими условиями?

2. На какие категории классифицируются выполняемые работы по интенсивности мышечных усилий?

3. Что понимается под оптимальными и допустимыми микрокли­матическими условиями?

4. Каковы нормы интенсивности теплового облучения работаю­щих?

5. Каково устройство психрометра ПБУ-1М?

6. Каковы недостатки психрометра ПБУ-1М?

7. Каков порядок работы с аспирационным психрометром МВ-4М?

8. За счет каких конструктивных особенностей аспирационного психрометра повышается точность его показаний?

9. В каких интервалах скоростей движения воздуха применяет­ся соответственно шаровой кататермометр и крыльчатый анемометр?

10. Каким образом ориентируется в воздушном потоке крыль­чатый анемометр?

11. Каков порядок измерения скорости движения воздуха крылъчатым анемометром?

12. С какой точностью следует снимать показания по аспирационному психрометру?

13. На какой высоте следует определять температуру воздуха в рабочей зоне?

14. Каков порядок измерения интенсивности теплового излуче­ния актинометром?

15. Что такое эквивалентно-эффективная температура?

16. Каким образом, используя номограмму эквивалентно-эффек­тивных температур, привести параметры микроклимата к зоне комфорта?

Лабораторная работа № 2.