Лабораторная работа №1. Цель работы: ознакомиться с теоретическими основами нор­мирования микроклиматических факторов, освоить приборы

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

Микроклиматические условия производственной среды (темпе­ратура, влажность и скорость движения воздуха, тепловое излу­чение) определяют те­пловой обмен между организмом и средой и оказывают существенное влияние на самочувствие, работоспособ­ность и здоровье человека. Нарушения тепло­обмена, приводящие к охлаждению или перегреванию организма, усугубляют действие промышленных ядов, вибраций и других производственных вредно­стей. Все это предопределяет необходимость нормирования микро­климата и профилактики перегревания и переохлаждения.

Температурное постоянство внутренней среды организма (37 °С) дос­тигается за счет терморегуляции – совокупности фи­зиологических процессов, определяющих уровни теплопродукции и теплоотдачи. Теплопродукция орга­низма (Q_МЕТ), или метаболизм создается за счет биологических процессов, ве­дущих к образова­нию тепла. Различают основной метаболизм или обмен, соз­давае­мый непрерывным функционированием внутренних органов, без уча­стия сознания, и мышечный, создаваемый в процессе физической работы. Интен­сивность первого из них составляет 70…90 Вт/ч в покое и практически не меня­ется при работе. Мышечный метабо­лизм в лежачем положении в покое отсут­ствует, появляется при переходе в вертикальное положение (20…25 Вт/ч) и резко увели­чивается при тяжелой работе – до 350 Вт/ч. Теплоотдача орга­низма обеспечивается за счет излучения (Q_РАД), конвекции (пере­дачи тепла по­токами воздуха, газа или жидкости Q_КОНВ), кондук­ции (проведения тепла через соприкасающиеся с телом человека предметы - Q_КОНД) и за счет испарения влаги с поверхности кожи человека (Q_ИСП). Определенная часть тепла идет на нагревание воздуха, поступающего в легкие, воды и пищи, поступающих в же­лудочно-кишечный тракт.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

.

При нулевом тепловом балансе обеспечивается постоянство темпера­туры организма, при отрицательном идет охлаждение, по­ложительном – пере­гревание. В неподвижном воздухе с темпера­турой +18 °С и отсутствии контакта с нагретыми или холодными предметами за счет излучения отдается 45% те­пла, за счет кон­векции – 30% и за счет неощутимого испарения 25%.

Нормирование микроклимата проводят по комплексным показа­телям, учитывающим одновременное воздействие нескольких факто­ров (по Р2.2.013-94) или раздельно по каждому фактору ГОСТ 12.1.005-88. Разли­чают опти­мальные микроклиматические условия, т.е. не вызываю­щие напряжения сис­темы терморегуляции; допустимые, вызывающие ее напряжение, но не ухуд­шающие здоровья работающих, и перено­симые, которые обеспечивают выжи­вание человека и учитываются при аварийных ситуациях. 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.

В ГОСТе 12.1.005-88 ССБТ приведены оптимальные и допусти­мые нормы температуры, влажности и скорости движения воздуха. Различные нормы для каждой категории тяжести работы учитывают изменения энергети­ческого обмена организма в зависимости от интенсивности выполняемого труда, которая составляет менее 139 и 140…170 Вт при легкой работе (соответ­ственно категории Iа, Iб), 175…232 и 233…290 Вт при работе средней тяжести (соот­ветственно категории IIа, IIб) и свыше 290 Вт при тяжелой ра­боте (катего­рия III). Нормы для холодного периода года (сред­несуточная температура на­ружного воздуха ниже +10 °С) и теплого периода года (среднесуточная темпе­ратура наружного воздуха +10 °С и выше) учитывают сезонные измене­ния энергетиче­ского обмена и вид одежды человека. В ГОСТе приведены так же допустимые нормы для непостоянных рабочих мест, на которых ра­ботаю­щий находится менее 50% смены или менее 2 часов непрерыв­ной работы.

Радиационная температура в ГОСТ 12.1.005-88 не нормиру­ется. Однако она учитывается специальными нормами для помеще­ний с избытками явной теплоты (23 Дж/м­­­³× с и более), прежде всего той, которая поступает от нагретых поверхностей оборудо­вания, материалов и т.д.

Более точная оценка микроклиматических условий с учетом радиацион­ной температуры приведена в Р2.2.013-94; именно такая оценка предусмот­рена для определения класса условий труда по эмпирическому интегральному показателю WBGT-индексу, отражаю­щему сочетанное влияние температуры, влажности и скорости движе­ния воздуха и теплового излучения на теплообмен с окружающей средой. При этом учитываются те же 5 категорий тяжести ра­боты (Iа, Iб, IIа, IIб и III), и те же холодный и теплый пе­риоды года. Для оптимальных и допустимых условий летом может быть использован ГОСТ 12.1.005-88. Для холодного периода года в Р.2.2.013-94 даны нормы для тем­ператур, ниже указанных в ГОСТе. Для открытых территорий и холодных по­мещений в такой же период года даны критерии оценки с учетом одежды с со­ответствующей теплоизоляцией. Кроме того в Р.2.2.013-94 предусмотрен еще один критерий оценки условий труда – величина теплового излу­чения превы­шающая 1200 Вт/м², при которой условия расценива­ются как вредные и опас­ные вне зависимости от величины WBGT-индекса.

Исследование микроклимата производственных помещений включает измерение микроклиматических факторов, оценку их со­ответствия требова­ниям ГОСТ 12.1.005-88 и Р.2.2.013-94, а так же в случаи необходимости – вы­бор обоснованных технических ре­шений по нормализации микроклиматичес­ких условий. Измерению подлежат температура, влажность и скорость движе­ния воздуха в рабочей зоне, а так же температура шарового термометра. При­боры и методы измерения тем­пературы воздуха не должны иметь погреш­ность более ± 0,5 °С и при измерении 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 и методов измерения подвижности воздуха не должна превышать ± 0,1 м/с.

Температуру воздуха измеряют в зонах пребывания человека на 2 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 жидкостными (ртутными и спиртовыми) и электрическими термометрами. Последние менее инерционны, по­зволяют проводить 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. Число замеров температу­ры воз­духа на кон­кретных рабочих местах выбирают таким образом, чтобы получить полное представление об ее изменениях в течение суток при трехсменной ра­боте, в течение 16 и 8 часов при двух- и одно­сменной работе. При стабильных температурных условиях за­меры делают через каждые 4 часа.

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.

Измерения влажности воздуха проводят с помощью психромет­ров Авгу­ста и Ассмана, электрических гигрометров и влагомеров, суточных и недель­ных гигрографов. В психрометрах имеются по два тер­мометра с ртутным или спиртовым резервуаром, один из которых обернут кусочком гигроскопичной влажной ткани. Из-за испарения воды температура мокрого 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 также психрометрические таблицы. Не­достатками психрометров являются их инерционность и необходимость про­ведения ряда расчетов. Меньшая инерционность и большая точность - у элек­трических гигрометров и влагомеров. 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.

Скорость движения воздуха измеряют крыльчатыми (диапазон 0,5...5 м/с) и чашечными (диапазон 1...20 м/с) анемометрами, принцип действия кото­рых состоит в определении числа оборотов крыльчатки в единицу времени с последующим нахождением по гра­фи­ку скорости движения воздуха с м/с. Для измерения скорости дви­жения воздуха применяют также кататермометры, действие ко­торых основано на измерении скорости охлаждения нагретого тела в зави­симости от температуры и подвижности окружающего воз­духа, при этом диапазон измеряемых скоростей составляет 0,1...10,0 м/с.

Одним из современных средств измерения температуры, ско­рости и на­правления воздушных потоков является применение тер­моанемомет­ров. Принцип работы термоанемометра основан на изме­нении сопро­тивления и температуры подогреваемого терморези­стора в зависимос­ти от подвижности воздуха. Диапазон измеряе­мой скорости, темпера­туры и направления воздуш­ного потока со­ответственно составляют от 0...5 м/с, 10...60 °C и 0...360 гра­д.

Подвижность разнонаправленных потоков воздуха и малых его скоро­стей определяется с помощью кататермометра (спиртового термометра со значительным размером резервуара, расширенным капилляром в верхней части). Кататермометр нагревается в водяной бане, до заполнения половины верхнего расширения, затем его тщательно вытирают и помещают в точку из­мерения. С помощью секундомера находят время Т охлаждения шкалы ката­термометра от верхнего до нижнего значений его шкалы (соответственно t_В и t_Н). Затем рассчитывают охлаждающую силу среды – f по формуле:

, (1)

где – константа кататермометра, мДж/см² × с ;

F – фактор при­бора (F=612); Т- время падения столбика спирта (от 44 до 33 °С)

Скорость движения воздуха рассчитывают по формуле:

, (2)

где U – скорость движения воздуха, м/с ;

Dt – разность между средней температурой кататермометра 36,5 °С и темпе­ратурой воздуха в момент исследования, °С;

А и В – коэффициенты, соответственно 0,14 и 0,49.

При наличии в помещениях источников интенсивных тепловых излуче­ний среднюю радиационную температуру измеряют с помощью цилиндриче­ских и шаровых термометров, представляющих собой за­черненные металли­ческие цилиндры или шары диаметром 15 см, в центре которых размещены резервуары ртутных термометров. Для измерения средней радиационной тем­пературы шаровым термометром его помещают в точку измерения и через 15 мин считывают по­казания.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Материально-техническое обеспечение лабораторной работы

Исследования микроклиматических условий осуществляются на лабора­торном стенде конструкции кафедры «Безопасность жизне­деятельности и эко­логия» ТГТУ. Стенд оснащен комплектом метео­рологический приборов: тер­мометром, психрометрами Августа и Ассмана, крыльчатым анемометром – АСО–3, термоанемометром типа ЭА–2М, барометром-анероидом, а также вен­тилятором, кататермо­метром и радиационным термометром.

2.2. Порядок проведения эксперимента

2.2.1. Ознакомиться с лабораторным стендом и комплектом раз­мещенных на нем приборов, изучить задание на исследование по ла­бораторной работе, ва­риант которого указывает преподава­тель. Снять показания термометров и ба­ро­метра-анероида и запи­сать их в прото­кол отчета (перед таблицей 1).

Измерение относительной влажности воздуха

2.2.2. Проверить наличие контакта гигроскопической ткани мокрого термо­метра психрометра Августа с поверхностью воды в под­питывающей ванночке (глубокое окунание ткани в воду недо­пустимо, т.к. это приведет к неправиль­ным отсчетам показаний по термомет­ру). Набрать в резиновую пипетку воду и смочить ткань правого термометра психрометра Ассмана, после чего под­клю­чить прибор к электрической сети.

2.2.3. По истечении времени (не менее 4 мин) снять пока­зания сухого и влаж­ного термометров психрометров Августа и Ассмана. Ре­зультаты измерения занести в соответствующие графы табл.1 прото­кола к лабораторной работе.

Измерение скорости движения воздуха крыльчатки

анемометром - АСО - 3

2.2.4. До начала измерения снять показания со шкал счет­ного механизма ане­мометра АСО-3 (шкалы тысяч, сотен, десятков и еди­ниц делений) и занести в табл. 2 протокола отчета.

2.2.5. Установить переносной вентилятор против анемометра АСО-3 на рас­стоянии, указанном в варианте задания, и, включив его, дать возможность крыльчатке анемометра вращаться 2 мин вхо­лостую. Затем включить аррети­ром счетный механизм анемо­метра с одновременным включением секундо­мера (наручных часов) на время, ука­занное в варианте задания, после истече­ния кото­рого выключить ар­ретиром счетный механизм анемометра, и вновь снять показания пос­ле измерения. Опыт повторить трижды и дан­ные занести в табл.2 протокола отчета.

Измерение скорости и температуры воздуха

термоанемометром ЭА-2М

2.2.6. Ознакомиться с термоанемометром ЭА-2М, который вы­пол­нен в виде портативного переносного прибора с выносным дат­чиком (два терморези­стора, защищенных цилиндрической обечай­кой) и блоком питания. Принцип действия термоанемометра осно­ван на изменении температуры и сопротив­ления подогреваемого терморезистора, включен­ного в схему дифференци­ального моста. Отсчет величины тока осу­ществляется по стрелочному при­бору.

2.2.7. Для измерения скорости воздушного потока необхо­димо, используя разъем, подключить датчик к прибору и устано­вить его в зоне измерения (см. вариант задания).

2.2.8. Включить прибор в розетку электросети и провести на­стройку прибора, в следующей последовательности:

· переключа­тель П₂ поставить в положение "А", а переключатель П_I - в поло­жение "конт­роль";

· ручкой "напряжение" установить стрелку прибора на мак­симальное деление шкалы (при этом датчик должен быть закрыт колпачком и расположен горизонтально);

· переключатель П_I - установить в положение "измерение", плавным по­воротом ручки "подогрев" вывести стрелку при­бора на максимальное деление шкалы, сдвинуть с датчика защитный колпачок и провести отсчет тока (в мА) по шкале прибора, на датчик надвинуть защитный колпачок. Результат измерения величины тока записать в протокол и по градировочной зависимости определить величину ско­рости воз­душного потока (градировочный график нахо­дится на рабочем столе).

2.2.9. Для измерения температуры воздуха, не выключая при­бор, поставить переключатель П₂ в положение "Т", а П_I в поло­жение "Кон­троль", ручку "Подог­рев" повернуть против часовой стрелки до упо­ра. Установить стрелку прибора на максимальное деление шкалы, ис­пользуя ручку "регулировка напряжения". Пере­ключатель П_I установить в положение "измерение", после чего сдвинуть защитный колпачок с датчика и провести отсчет вели­чины тока по шкале при­бора. Фак­тическое значение температуры воздуха определяется по графику тем­пературной градировочной зависимости и записывается в протокол отчета.

После проведенных измерений выключить вентилятор и термо­ане­мо­метр из электросети. Ручки настройки прибора "напряжение" и "подогрев" по­вернуть против часовой стрелки до упора, а дат­чик убрать в футляр.

Измерение скорости движения воздуха кататермометром

2.2.10. Для определения скорости движения воздуха с помо­щью кататер­мо­метра необходимо погрузить шаровую часть прибора в водяную баню с тем­пе­ратурой 60...80 °С и держать до того мо­мента, пока спирт не поднимется по ка­пилляру в верхнее расши­рение и не заполнит его примерно наполовину. По­сле этого ката­термометр тщательно вытирают и устанавливают в исследуе­мом месте. При помощи секундомера измеряют время охлаждения ката­тер­мометра с 40 °С до 33 °С. Опыт повторяют 3…5 раз, причем пер­вое измерение не при­нима­ется во внимание. Время охлаждения за­носится в табл.3 протокола дан­ной ра­боты.

Определение класса условий труда по показателям микрокли­мата и тяжести работы

2.2.11. Для оценки оптимального и нагревающего микрокли­мата в помещении по интегральному показателю WBGT-индексу не­обходимо:

а) Снять показания температуры t_СУХ и t_ВЛ по психрометру Ассмана и темпера­туру по радиационному цилиндрическому термо­метру. Результаты измерения внести табл.4 протокола ;

б) Включить имитатор теплового излучения (электрообогрева­тель) на 15 ми­н. По истечении времени результаты внести в табл.4.

Протокол отчета по лабораторной работе №1

___________________________________________________________________

^{(название лабораторной работы)}

Конечная цель ______________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Дата исследования и период года ______________________________________

I. Определение температуры, барометрического давления, абсолютной и относительной влажности воздуха в рабо­чей зоне.

T= °C P_a= мм.рт.ст.

Таблица 1

Расчеты абсолютной и относительной влажности воздуха.

II. Определение скорости воздушного потока крыльчатым анемометром типа АСО-3.

Таблица 2

III. Определение скорости воздушного потока и температуры воздуха тер­моанемометром ЭА-2М.

Скорость воздушного потока I = мА U = м/с

Температура воздуха I = мА t = °C

IV. Определение скорости воздушного потока с помощью кататермометра.

Таблица 3

V. Определение показателя WBGT-индекса.

Таблица 4

VI. Оценка микроклимата в рабочей зоне помещения.

Таблица 5

Класс условий труда по показателю WBGT-индекса для производственного помещения и его характеристика по Р2.2.013-94 (для заданных категорий тя­жести труда по варианту).

Выводы по VI разделу________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Рекомендации по нормализации микроклимата___________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Оценка по допуску_________________по зачету__________________________

Ф.И.О. студента и дата:_______________________________________________

Работу проверил преподаватель, дата:__________________________________

4. Методика обработки и анализа экспериментальных данных.

4.1. По результату измерений определить относительную влажность воздуха по номограмме (для психрометра Ассмана), а также рассчитать абсолютную влажность Р_АБ в Па по формуле:

(3)

где Р_ВЛ – максимальная влажность при температуре влажного термометра, мм.рт.ст. (по таблице упругости водяных паров); a - психрометрический коэф­фициент зависящий от скорости воздуха около прибора (определяется по графику на лабораторном столе); t_СУХ и t_ВЛ – показания сухого и влажного тер­мометров, °С; Р_а – атмосферное давление, мм.рт.ст.

4.2. Рассчитать относительную влажность воздуха j, % по формуле:

(4)

где Р_СУХ – максимальная влажность или упругость насыщенного пара при тем­пературе сухого термометра, Па (значение Р_СУХ в мм.рт.ст. умножить на 133,322).

4.3. По результатам измерений на анемометре типа АСО-3 найти разности от­счетов в показаниях анемометра за время каждого опыта в отдельности, определить среднее из трех замеров число делений за 1секунду. По гра­фику, прилагаемому к анемометру, найти скорость движения воздуха, м/с и результаты расчетов занести в протокол.

4.4. По результатам измерения табл.4 рассчитать WBGT-индекс по уравне­ниям:

(при отсутствии теплового излучения)

(при тепловом излучении)

4.5. Сравнить параметры микроклимата с нормативами ГОСТ 12.1.005-88 и Р2.2.013-94 и сделать вывод о соответствии (не соответствии). Выход значе­ний микроклиматических факторов за пределы, установленные этими факто­рами, является недопустимым. Не допускается и усреднение результатов из­мерений за смену или сутки. При несоответствии параметров микроклимата ГОСТу 12.1.005-88 и Р2.2.013-94 необходимо установить причину зарегистри­рованных нарушений и предложить техническое решение по нормализации микроклиматических факторов. При снижении температуры воздуха меняют режим работы систем вентиляции, отопления, при повышении – используют кондиционеры, воздушное душирование и т.д.