ЛЕКЦИЯ 2 ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

2.1 Основные параметры микроклимата в производственных помещениях.

В процессе труда в производственном помещении человек находится под влиянием определенных метеорологических условий или микроклимата - климата внутренней среды этих помещений.

К основным нормируемым показателям микроклимата воздуха рабочей зоны относятся температура (t, c0), скорость движения воздуха (ν, м/с), относительная влажность (j,%). Существенное влияние на параметры микроклимата и состояние человеческого организма оказывает также интенсивность теплового излучения (I, Вт/м2) различных нагретых поверхностей.

Рабочая зона – пространство высотой 2м над уровнем пола или площадки, на которой расположено рабочее место.

Относительная влажность воздуха представляет собой отношение абсолютной влажности к максимальной:

, (2.1)

где абс - абсолютная влажность, упругость водяных паров в момент

исследования (г/м3);

мах - упругость или масса водяных паров, которые могут

насытить 1м3 воздуха при данной температуре, г/м3.

2.2. Теплообмен человека с окружающей средой

Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения в определенных климатических условиях и составляет от 85 Вт (в состоянии покоя) до 500 Вт (при тяжелой работе). Для того чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма, и как следствие потере трудоспособности, потере сознания и тепловой смерти.

Нормальная температура внутренних органов человека 36,6 С°. Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет +43 С°, минимальная +25 С°.

Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение человека Qт. п. (Qобщ) полностью воспринимается окружающей средой Qт. о., т. е. когда имеет место тепловой баланс Qт. п. = Qт. о. В этом случае температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде (Qт. п. > Qт. о.), происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек (Qт. п. < Qт. о.), то происходит охлаждение организма. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием холодно.

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется конвекцией Qк в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью Qт., излучением на окружающие поверхности Qл и в процессе теплообмена (Qт. м. = Qп + Qд) при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами Qп и при дыхании Qд:

Qт. п. = Qк + Qл + Qт. м. (2.2)

Представленное уравнение носит название уравнения теплового баланса.

Вклад перечисленных выше путей передачи тепла непостоянен и зависит от параметров микроклимата, а также от температуры окружающих человека поверхностей. Если температура этих поверхностей ниже температуры человеческого тела, то теплообмен излучением идет от организма человека к холодным поверхностям. В противном случае теплообмен осуществляется в обратном направлении – от нагретых поверхностей к человеку. Теплоотдача конвекцией зависит от температуры воздуха в помещении и скорости его движения на рабочем месте, а отдача теплоты путем испарения – от относительной влажности и скорости движения воздуха.

2.3. Гигиеническое нормирование параметров микроклимата производственных помещений

В ГОСТе 12.1.005-88 ²Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования² представлены оптимальные и допустимые параметры микроклимата в производственном помещении в зависимости от категории тяжести работ, периода года, количества избыточного тепла в помещении.

В соответствии с этим ГОСТом различают холодный, теплый и переходный периоды года.

По интенсивности тепловыделений производственные помещения делят на группы в зависимости от удельных избытков явной теплоты.

Явная теплота – это теплота, поступающая в производственное помещение от оборудования, отопительных приборов, солнечного нагрева, людей и других источников.

Избытки явной теплоты – разность между суммарными поступлениями явной теплоты и суммарными теплопотерями в помещении.

Незначительные избытки явной теплоты – это избытки теплоты, не превышающие или равные 23 Вт на 1 м3 внутреннего объема помещения.

Помещения со значительными избытками явной теплоты характеризуются избытками явной теплоты более 23 Вт/м3.

2.4 Способы нормализации микроклимата

Для поддержания нормальных параметров микроклимата в рабочей зоне применяют следующие основные мероприятия:

- механизацию и автоматизацию технологических процессов;

- защиту от источников теплового излучения;

- устройство систем вентиляции, кондиционирования воздуха и отопления.

Рассмотрим более подробно перечисленные мероприятия. Механизация и автоматизация производственного процесса позволяют либо резко снизить трудовую нагрузку на работающих (массу поднимаемого и перемещаемого вручную груза, расстояние перемещения груза и др.), либо вовсе убрать человека из производственной среды, переложив его трудовые функции на автоматизированные машины и оборудование.

Для защиты от теплового излучения используют различные теплоизолирующие материалы, устраивают теплозащитные экраны и специальные системы вентиляции (воздушное душирование). Перечисленные выше средства защиты носят обобщающее название теплозащитных средств.

Теплозащитные средства должны обеспечивать тепловую облученность на рабочих местах не более 350 Вт/м2 и температуру поверхности оборудования не выше 35° С при температуре внутри источника тепла до 100° С и не выше 45° С – при температуре внутри источника тепла выше 100° С.

Теплозащитные экраны – используют для локализации источников теплового излучения, снижения облученности на рабочих местах, а также снижения температуры поверхностей, окружающих рабочее место. Ослабление его поглотительной и отражательной способностью.

Воздушное душирование – представляет подачу воздуха в виде воздушной струи, направленной на рабочее место применяют как для защиты от теплового облучения, так и для производственных процессов с выделением вредных газов и паров (при невозможности устройства местных укрытий).

Охлаждающий эффект воздушного душирования зависит от разности температур тела работающего и потока воздуха, а также от скорости обтекания воздухом охлаждаемого тела. Для обеспечения на рабочем месте заданных температур ось воздушного потока направляют на грудь человека горизонтально или под углом 45°, а для обеспечения допустимых концентраций вредных веществ ее направляют в зону дыхания горизонтально или сверху под углом 45°.

Воздушные завесы – предназначены для защиты от прорыва холодного воздуха в помещение через проемы здания. Воздушная завеса представляет собой воздушную струю, направленную под углом навстречу холодному потоку воздуха.

Воздушные оазисы – предназначены для улучшения метеорологических условий труда (чаще отдыха на ограниченной площади). Для этого разработаны схемы кабин с легкими передвижными перегородками, которые затапливаются воздухом с соответствующими параметрами.

Эффективным средством обеспечения надлежащей чистоты и допустимых параметров микроклимата воздуха рабочей зоны является промышленная вентиляция.

Вентиляцией – называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу на его место свежего.

По способу перемещения воздуха различают системы естественной и механической вентиляции. Система вентиляции, перемещение воздушных масс в которой осуществляется благодаря возникающей разности давлений снаружи и внутри здания, называется естественной вентиляцией.

Неорганизованная естественная вентиляция – инфильтрация, осуществляется сменой воздуха в помещениях через неплотности в ограждениях и элементах строительных конструкций.

Аэрацией – называется организованная естественная общеобменная вентиляция помещений в результате поступления и удаления воздуха через открывающиеся фрамуги окон и фонарей. Воздухообмен в помещении регулируют различной степенью открывания фрамуг (в зависимости от температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра). Аэрация нашла широкое применение в промышленных зданиях, характеризующихся технологическими процессами с большими тепловыделениями (прокатных, литейных). Поступление наружного воздуха в цех в холодный период года организуют так, чтобы холодный воздух попадал в помещение через проемы, расположенные не ниже 4,5 м от пола, в теплый период года приток наружного воздуха ориентируют через нижний ярус оконных проемов (h = 1,5 – 2 м).

Основным достоинством аэрации является возможность осуществлять большие воздухообмены без затрат механической энергии. К недостаткам следует отнести то, что она не эффективна в теплый период года.

Вентиляция, с помощью которой воздух подается в производственные помещения или удаляется из них по системам вентиляционных каналов с использованием для этого специальных механических побудителей, называется механической вентиляцией.

Механическая вентиляция по сравнению с естественной имеет ряд преимуществ:

- большой радиус действия вследствие значительного давления, создаваемого вентилятором;

- независимость от внешних условий;

- возможность организовывать оптимальное воздухораспределение;

- улавливать вредные выделения непосредственно в местах их образования;

- возможность очищать загрязненный воздух перед выбросом его в атмосферу.

К недостаткам механической вентиляции следует отнести значительную стоимость сооружения, необходимость проведения мероприятий по борьбе с шумом.

Системы механической вентиляции подразделяются на общеобменные, местные, смешанные, аварийные и системы кондиционирования.

Общеобменная вентиляция - предназначена для ассимиляции избыточной теплоты, влаги и вредных веществ во всем объеме рабочей зоны помещений. Она применяется в том случае, если вредные выделения поступают непосредственно в воздух помещения, рабочие места не фиксированы, а располагаются по всему помещению.

По способу подачи и удаления воздуха различают четыре схемы общеобменной вентиляции: приточная, вытяжная, приточно-вытяжная и системы с рециркуляцией. По приточной системе воздух подается в помещение после подготовки его в приточной камере. В помещении при этом создается избыточное давление, за счет которого воздух уходит наружу через окна, двери или в другие помещения. Приточную систему применяют для вентиляции помещений, в которые не желательно попадание загрязненного воздуха из соседних помещений или холодного воздуха извне.

Вытяжная система – предназначена для удаления воздуха из помещения. При этом в нем создается пониженное давление и воздух соседних помещений или наружный воздух поступает в данное помещение. Вытяжную систему целесообразно применять в том случае, если вредные выделения данного помещения не должны распространяться на соседние, например, для вредных цехов, химических и биологических лабораторий.

Приточно – вытяжная вентиляция – наиболее распространенная система, при которой воздух подается в помещение приточной системой, а удаляется вытяжной; системы работают одновременно.

В отдельных случаях для сокращения эксплуатационных расходов на нагревание воздуха применяют системы вентиляции с частичной рециркуляцией. В них к поступающему снаружи воздуху подмешивают воздух, отсасываемый из помещения вытяжной системой. Свежая порция воздуха в таких системах обычно составляет 10 – 20% общего количества подаваемого воздуха. Систему вентиляции с рециркуляцией разрешается использовать только для тех помещений, в которых отсутствуют выделения вредных веществ или выделяющиеся вещества относятся к четвертому классу опасности и концентрация их в воздухе, подаваемом в помещение, не превышает 30% ПДК. Применение рециркуляции не допускается и в том случае, если в воздухе помещений содержатся болезнетворные бактерии или имеются резко выраженные неприятные запахи.

Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции производят исходя из условий производства и наличия избыточной теплоты , влаги и вредных веществ. Для качественной оценки эффективности воздухообмена применяют понятие кратности воздухообмена kв – отношение объема воздуха, поступающего в помещение в единицу времени L (м3/ч), к объему вентилируемого помещения Vn (м3).

При нормальном микроклимате и отсутствии вредных выделений количество воздуха при общеобменной вентиляции принимают в зависимости от объема помещения, приходящегося на одного работающего. В производственных помещениях с объемом воздуха на каждого работающего Vi < 20 м3 расход воздуха не менее 30 м3/ч. В помещении с Vi = 20 ¸ 40 м3 Li ³ 20 м3/ч. В помещениях с Vi > 40 м3 и при наличии естественной вентиляции (герметичные кабины) расход воздуха на одного работающего должен составлять не менее 60 м3/ч.

Необходимый воздухообмен для всего производственного помещения в целом

L = n Li (2.3)

где n – число работающих в данном помещении.

Количество приточного воздуха, требуемого для удаления избытков явной теплоты из помещения (Qизб, кДж/ч) определяется выражением:

(2.4)

где Lпр – требуемое количество приточного воздуха для удаления

теплоизбытков, м3/ч;

С – удельная теплоемкость воздуха, ровная 1,005 кДж/кг С°;

rпр – плотность приточного воздуха, С°;

tуд - температура удаляемого воздуха, С°;

tпр – температура приточного воздуха, С°.

Для эффективного удаления избытков явной теплоты температура приточного воздуха должна быть на 5 - 8°С ниже температуры воздуха в рабочей зоне.

Количество приточного воздуха, необходимого для удаления влаги, выделившейся в помещении, рассчитывают по формуле:

(2.5)

где Gвп – масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч;

dвыт – содержание влаги в удаляемом из помещения воздуха, г/кг;

dприт – содержание влаги в наружном воздухе, г/кг;

rпр – плотность приточного воздуха, кг/м3.

Расчет воздухообмена при наличии в помещении вредных веществ:

(2.6)

где Gвв – масса вредных веществ, выделяющихся в помещение, г/ч;

ПДКвв – предельно-допустимая концентрация вредных веществ в воздухе помещения, мг/м3 (согласно ГОСТ 12.1.005-88);

Спр – концентрация вредного вещества в приточном воздухе.

С помощью местной вентиляции необходимые метеорологические параметры создаются на отдельных рабочих местах. Например, улавливание вредных веществ непосредственно у источника возникновения, вентиляция кабин наблюдения и т. д.

Наиболее широкое распространение находит местная вытяжная локализующая вентиляция. Основной метод борьбы с вредными выделениями заключается в устройстве и организации отсосов и укрытий.

Конструкции местных отсосов могут быть полностью закрытыми, полуоткрытыми или открытыми. Наиболее эффективны закрытые отсосы. К ним относятся кожухи, камеры, герметично или плотно укрывающие технологическое оборудование. Если такие укрытия устроить невозможно, то применяют отсосы с частичным укрытием или открытые: вытяжные зонты, отсасывающие панели, вытяжные шкафы и др.

Один из самых простых видов местных отсосов – вытяжной зонт. Он служит для улавливания вредных веществ, имеющих меньшую плотность, чем окружающий воздух. Эффективность работы вытяжного зонта зависит от размеров, высоты подвеса и угла его раскрытия. Чем больше размеры и чем ниже установлен зонт над местом выделения веществ, тем он эффективнее. Наиболее равномерное всасывание обеспечивается при угле раскрытия зонта менее 60°.

Смешанная система вентиляции является сочетанием элементов местной и общеобменной вентиляции.

Аварийная вентиляция предусматривается в тех производственных помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух большого количества вредных или взрывоопасных веществ. Производительность аварийной вентиляции определяют в соответствии с требованиями нормативных документов. Если такие документы отсутствуют, то производительность аварийной вентиляции принимается такой, чтобы они вместе с основной вентиляцией обеспечивала в помещении не менее восьми воздухообменов за 1ч. Система аварийной вентиляции должна включаться автоматически при достижении ПДК вредных выделений или остановке одной из систем общеобменной или местной вентиляции.

Для создания оптимальных метеорологических условий в производственных помещениях применяют наиболее совершенный вид промышленной вентиляции – кондиционирование воздуха. Кондиционированием воздуха называется его автоматическая обработка с целью поддержания в производственных помещениях заранее заданных метеорологических условий независимо от изменения наружных условий и режимов внутри помещения. При кондиционировании автоматически регулируется температура воздуха, его относительная влажность и скорость подачи в помещение в зависимости от времени года, наружных метеорологических условий и характера технологического процесса в помещении.