Методичка к ЛР № 4: Микроклиматические условияна рабочем месте
Цель работы: получить представление об основных параметрах микроклимата; изучить принципы нормирования микроклиматических условий в помещениях; исследовать и оценить параметры микроклимата на рабочем месте.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Микроклимат и его влияние на организм человека
Одним из необходимых условий комфортной жизнедеятельности человека является обеспечение нормативных условий, оказывающих существенное влияние на тепловое самочувствие человека. Таки-ми условиями являются температура, влажность и скорость движения воздуха, а также интенсивность теплового излучения от нагретых поверхностей. Совокупность этих показателей, характерных для конкретного помещения, называется микроклиматом [2]. Микроклимат оказывает существенное влияние на функциональную деятельность человека, его здоровье и является одним из важнейших факторов, определяющих состояние санитарно-гигиенических условий труда.
В процессе жизнедеятельности организм человека продуцирует тепло. Значительная часть энергии, высвобождающейся при распаде пищи, трансформируется в теплоту, но основное количество теплоты (65…70 %) вырабатывается поперечнополосатыми (скелетными) мышцами и печенью. При интенсивной мышечной работе количество выделяемой в мышцах теплоты повышается до 90 % от общей теплопродукции тела человека.
В теле человека за 1 час образуется столько тепла, сколько нуж-но, чтобы вскипятить 1 литр ледяной воды. И если бы тело было непроницаемым для тепла футляром, то уже через час температура те-ла человека, находящегося в состоянии покоя, поднялась бы примерно на 1,5 °С, а часов через 40 достигла бы 100 °С. Теплопродукция воз-растает при выполнении физической работы, причём тем больше, чем тяжелее работа. При температуре окружающего воздуха 18 °С тепло-продукция взрослого человека примерно составляет:
– в состоянии покоя 100 Дж/с (1 джоуль в секунду = 1 Вт);
– при выполнении лёгкой работы 180 Дж/с;
– при выполнении работы средней тяжести 335 Дж/с;
– при выполнении тяжёлой работы 650 Дж/с.
Тем не менее, температура внутренней среды тела человека по-стоянна и составляет примерно 37 °С, что необходимо для обеспече-ния непрерывного течения обмена веществ в организме. Терморегуля-ция обеспечивается совокупностью физиологических процессов, направленных на поддержание относительного постоянства темпера-туры внутренней среды организма в условиях изменения температуры среды и тяжести выполняемой работы с помощью теплопродукции и теплоотдачи, которые обусловлены деятельностью центральной нерв-ной системы, регулирующей обмен веществ, кровообращение, потоот-деление и деятельность скелетных мышц.
Теплопродукция (химическая терморегуляция) – это способ поддержания температуры тела на оптимальном уровне, осуществляе-мый за счёт изменения интенсивности образования тепла в организме. Она зависит от индивидуальных особенностей организма, температу-ры окружающей среды, интенсивности мышечной работы, характера питания, эмоционального состояния и др.
Теплоотдача (физическая терморегуляция) – это способ под-держания температуры тела путём отдачи тепла в окружающую среду. Эффективным органом теплоотдачи является кожа, к которой потоки тепла переносятся в основном кровью. Рассеяние тепла от тела человека в окружающую среду происходит различными путями:
теплопередача (теплопроводность) через одежду Qт;
конвекция при обдуве воздухом тела человека Qк;
тепловое излучение в окружающее пространство Qизл;
испарение влаги с поверхности кожи Qисп;
дыхание (нагрев вдыхаемого воздуха) Qд.
Теплопередача (теплопроводность) – это теплообмен между двумя телами через поверхность раздела между ними в виде распространения тепла из более нагретых тел в менее нагретые. Теп-лопередача Qт от человека через сухую одежду обычно незначительна.
Конвекция представляет собой процесс теплообмена между те-лом человека и средой, осуществляемый движущимся воздухом с бо-лее низкой температурой, чем температура кожи. Перенос тепла кон-векцией зависит от температуры окружающего воздуха и скорости его движения. В состоянии покоя при комфортных параметрах микрокли-мата теплоотдача конвекцией Qк составляет около 30 % всей отводи-мой теплоты с поверхности тела человека.
Тепловое излучение представляет собой процесс рассеяния теп-ловой энергии нагретых тел в окружающее пространство путём испус-кания инфракрасных волн длиной 5…20 мкм. Тепловое излучение тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей. Тепловые лучи непосредственно воздух практически не нагревают, но хорошо поглощаются твёрдыми телами и нагревают их. В помещении с холодными предметами большой теплоёмкости (холодные стены, каменные колонны, металлические сейфы, холодильники, холодные окна и др.) тело человека без всякого контакта или соприкосновения с этими предметами излучает в их направлении тепловые лучи. Нагрева-ясь, холодные предметы сами становятся источниками тепла и уже пу-тём конвекции нагревают воздух. Если температура кожи и окружаю-щих предметов одинакова, отдача тепла излучением становится невоз-можной. Если температура окружающих предметов превышает темпе-ратуру кожи, тело человека поглощает инфракрасные лучи и нагрева-ется. Доля теплоотдачи излучением
Qизл в общем теплопотоке с тела человека наиболее весома – около 45 %.
Испарение влаги с поверхности кожи связано у человека с по-тоотделением. В среднем за сутки при комфортных параметрах микро-климата выделяется около 500 мл пота, но при высокой температуре воздуха (30 °С и выше), особенно при выполнении тяжёлой физиче-ской работы, потоотделение может усиливаться в десятки раз и дости-гать 1 – 1,5 л/ч. При испарении пота с поверхности кожи организм те-ряет энергию в виде скрытой теплоты испарения, которая составляет 2,45 кДж/мл. Это приводит к снижению температуры тела. Испарение пота с поверхности кожи происходит только в том случае, если отно-сительная влажность окружающего воздуха φ < 100 %. С уменьшением относительной влажности воздуха и с ростом скорости его движения интенсивность испарения пота возрастает. Таким образом, количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит от температуры, скорости движения и относи-тельной влажности воздуха, а также от интенсивности работы, выпол-няемой человеком. В среднем доля отводимого с тела человека тепла за счёт испарения пота Qисп составляет 20 %.
В процессе дыхания воздух, попадая в легкие человека, нагре-вается до температуры тела и полностью насыщается водяными пара-ми. Чем больше физическая нагрузка и ниже температура окружающей среды, тем больше отдается теплоты с выдыхаемым воздухом. С уве-личением температуры и влажности окружающего (вдыхаемого) воз-духа количество теплоты, отводимой через дыхание, уменьшается. В состоянии покоя теплоотдача с выдыхаемым воздухом (Qд) состав-ляет около 5 % всей отводимой теплоты с поверхности тела человека.
В тепловом балансе организма ведущую роль играет теплоотдача (физическая терморегуляция) как наиболее управляемая и изменчивая. При низкой температуре окружающей среды (15 °С и ниже) около 90 % суточной теплоотдачи происходит за счёт теплопроводности и теплового излучения. В этих условиях видимого потоотделения не происходит. При температуре воздуха 18…22 °С теплоотдача за счёт теплопроводности и теплового излучения уменьшается, но увеличивается потеря тепла организмом путём испарения пота с поверхности кожи. При повышении температуры окружающей среды до 35 °С теплоотдача с помощью излучения и конвекции становится невозможной и температура тела поддерживается на постоянном уровне исключи-тельно с помощью испарения пота с поверхности кожи. При большой влажности воздуха, когда испарение воды затруднено, может возник-нуть перегревание тела и развиться тепловой удар.
Включение теплопродукции (химической терморегуляции) про-исходит тогда, когда физическая терморегуляция оказывается недоста-точной для поддержания постоянства температуры тела.
Нарушение теплового равновесия приводит к понижению или повышению температуры внутренней среды тела. Жизнедеятельность организма человека возможна лишь при температуре внутренних ор-ганов не ниже +25 °С и не выше +43 °С.
При повышении температуры тела на 1 °С начинает ухудшаться самочувствие, появляются вялость, раздражительность, учащаются пульс и дыхание, снижается внимательность, растёт вероятность несчастных случаев. При температуре 39 °С человек может упасть в обморок.
При снижении температуры внутренней среды тела от 37 до 34 °С вначале возникает возбуждение, связанное с появлением озноба, учащением дыхания и пульса, дрожанием мышц. При дальнейшем снижении температуры до 27 °С мышцы коченеют, возникает чувство скованности суставов, кожа приобретает синеватый оттенок, становит-ся холодной на ощупь, наблюдается замедление пульса и дыхания, возможна потеря сознания. При температуре тела ниже 27 °C человек уже не реагирует на внешние раздражители, невозможно определить пульс и дыхание.
Температура кожных покровов может изменяться в относитель-но широких пределах в зависимости от температуры окружающей сре-ды, части тела и степени защищённости одеждой. Так, температура кожи туловища и головы 32…34 °С; на пальцах ног, кончике носа, уш-ной раковине 22 °С; на открытой тыльной стороне ладоней в холодное время года до 12…14 °С.
Ведущим фактором, определяющим уровень теплового баланса, являются параметры окружающей среды помещения, составляющие его микроклимат.
Организм человека постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Величина тепловыделений ор-ганизма человека Qч зависит от степени физического напряжения в определённых микроклиматических условиях. Нормальное протекание физиологических процессов в организме возможно, когда выделяемое организмом тепло непрерывно отводится в окружающую среду, а сре-да способна его полностью воспринять:
Qч = Qт + Qк + Qизл + Qисп + Qд.
Таким образом, при соблюдении теплового баланса обеспечи-ваются комфортные условия для организма человека, соответствую-щие данному виду деятельности. В комфортных условиях у человека не возникает температурных ощущений холода или перегрева.
Экспериментально установлено, что оптимальный теплообмен и, следовательно, максимальная производительность труда имеют ме-сто, если составляющие процесса теплоотдачи находятся в следующих пределах: Qт + Qк = 30 %, Qизл = 45 %, Qисп = 20 %, Qд = 5 %.
Комфортные микроклиматические условия являются важным фактором обеспечения высокой производительности труда и профи-лактики заболеваний.
Показатели микроклимата (температура, влажность и скорость движения воздуха, а также интенсивность теплового излучения от нагретых поверхностей) оказывают непосредственное влияние на теп-ловое самочувствие человека и его работоспособность. Если тепловое равновесие нарушено, то происходит перегрев или переохлаждение организма.
Температура воздуха оказывает большое влияние на состояние организма человека. Высокая температура окружающего воздуха по-вышает утомляемость, снижает работоспособность, может привести к перегреву организма или вызвать тепловой удар. При небольшом пе-регреве возникают небольшое повышение температуры тела человека, обильное потоотделение, появляется ощущение жажды, учащаются дыхание и пульс. В более тяжёлых условиях может случиться тепло-вой удар, сопровождающийся повышением температуры внутренней среды тела до 39 °С, слабым и учащённым пульсом, потерей сознания. Характерным признаком наступления теплового удара является почти полное прекращение потоотделения. Тепловой удар может привести к смертельному исходу.
Низкая температура окружающего воздуха может вызвать мест-ное или общее переохлаждение организма человека, стать причиной простудных заболеваний или обморожения.
Влажность воздуха имеет большое значение в процессе тепло-обмена организма с внешней средой как фактор, существенным обра-зом изменяющий величину отдачи тепла. Влажность воздуха характе-ризует степень его насыщения водяными парами.
Различают следующие понятия влажности воздуха:
– абсолютная влажность (Рабс) – это количество водяного пара, со-держащегося в 1 м3 воздуха при данной температуре (г/м3);
– влажность насыщения (Рнас) определяет состояние воздуха с пре-дельным содержанием водяного пара при данной температуре (г/м3);
– относительная влажность (φ) показывает, насколько водяной пар при данной температуре далёк или близок к состоянию насыщения, и определяется отношением, выраженным в процентах:
100 PPнасабс⋅=ϕ. (1)
Относительная влажность является наиболее важной характери-стикой, так как даёт представление о степени насыщения воздуха во-дяным паром и указывает на его способность принять дополнительное количество пара при испарении пота с поверхности кожи.
Скорость движения воздуха имеет большое значение для со-здания благоприятных условий жизнедеятельности человека. Орга-низм человека начинает ощущать воздушные потоки при скорости около 0,15 м/с. При большой скорости движения воздуха увеличивает-ся интенсивность испарения влаги с поверхности тела человека. Если воздушные потоки имеют температуру до 36 °С, они оказывают осве-жающее действие на организм человека, а при температуре свыше 40 °С действуют угнетающе. Повышение скорости движения воздуха способствует усилению конвективного теплообмена и процесса тепло-отдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению или перегреву организма в зависимости от температуры воздуха.
Тепловое излучение от нагретых поверхностей играет немало-важную роль в создании неблагоприятных микроклиматических усло-вий. Наибольшую опасность возникновения лучистого тепла пред-ставляет расплавленный или нагретый до высоких температур металл. Передача тепла при этом может происходить путём конвекции, тепло-проводности и инфракрасного излучения. Под влиянием теплового об-лучения в организме происходят биохимические изменения, уменьша-ется насыщенность крови кислородом, замедляется кровоток и нару-шается деятельность сердечно-сосудистой и нервной систем. При дли-тельном воздействии инфракрасных лучей может возникнуть катарак-та глаз (помутнение хрусталика). Лучистая энергия, так же как и непо-
средственный контакт с нагретыми до высокой температуры поверх-ностями, может вызвать тепловые ожоги. Кроме того, излучение нагревает окружающие предметы, в результате чего температура воз-духа внутри помещения повышается.
Показатели микроклимата обычно действуют на организм чело-века в различных сочетаниях.
Переносимость человеком температуры, как и его тепловые ощущения, в значительной мере зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. При температуре воздуха более 30 °С работо-способность человека начинает падать. Предельная температура вды-хаемого воздуха, при которой человек в состоянии дышать в течение нескольких минут без специальных средств защиты, около 116 °С.
Чем больше влажность воздуха, тем меньше испаряется пота и тем быстрее наступает перегрев тела. Недостаточная влажность возду-ха может оказаться неблагоприятной из-за интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания и растрескивания, а за-тем и загрязнения болезнетворными микроорганизмами.
Длительное воздействие высокой температуры, особенно в со-четании с повышенной влажностью, может привести к значительному накоплению теплоты в организме и перегреванию выше допустимого уровня – гипертермии – состоянию, при котором температура внут-ренней среды тела поднимается до 38…39 °С. При гипертермии наблюдаются головная боль, головокружение, общая слабость, иска-жение цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение, учащение пульса и дыхания, временами возникают судороги и, как следствие, тепловой удар с потерей сознания.
Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочув-ствие человека оказывает высокая влажность при температуре воздуха более 30 °С, так как при этом пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова. Возникает так называемое проливное течение пота, изнуряющее организм и не обеспечивающее необходи-мую теплоотдачу. Интенсивное потовыделение при высоких темпера-турах приводит к обезвоживанию организма. Считается допустимым для человека снижение его веса на 2…3 % за счёт испарения влаги. Обезвоживание на 6 % приводит к нарушению умственной деятельно-сти, снижению остроты зрения и потере сознания, а обезвоживание на 10 % – к смерти. Вместе с потом организм теряет значительное коли-чество минеральных солей, микроэлементов и водорастворимых вита-минов (С, B1, В2). При неблагоприятных условиях потеря жидкости может достигать 8…10 л за смену. При этом потери соли NaCl дости-гают 40 г, что составляет почти 30 % её общего количества в организ-
ме человека. Потеря соли лишает кровь способности удерживать воду и приводит к нарушению деятельности сердечно-сосудистой системы. При высокой температуре воздуха и дефиците воды в организме уси-ленно расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки.
Недостаточная влажность воздуха также может оказаться не-благоприятной для человека вследствие интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания и растрескивания, а затем и загрязнения болезнетворными микроорганизмами. Поэтому при дли-тельном пребывании людей в закрытых помещениях рекомендуется ограничиваться относительной влажностью в пределах 30…70 %.
Процессы жизнедеятельности при пониженной температуре, большой подвижности и влажности воздуха могут быть причинами охлаждения и переохлаждения. Прирост обменных процессов при по-нижении температуры внутренней среды тела на 1 °С составляет около 10 %, а при интенсивном охлаждении он может возрасти в три раза по сравнению с уровнем основного обмена. Появление мышечной дрожи, при которой внешней работы не совершается и имеет место превраще-ние всей энергии в теплоту, может в течение некоторого времени за-держивать снижение температуры внутренних органов. Результатом действия низких температур являются холодовые травмы.
- Нормирование показателей микроклимата
Гигиенические требования к показателям микроклимата для рабочих мест в производственных помещениях установлены СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах» (раздел II «Микроклимат на рабочих местах») и являются обязательными для всех предприятий и организаций. При этом учитываются категории выполняемых работ, продолжительность работы и периоды года.
В зависимости от общих энерготрат организма выполняемые человеком работы подразделяются на следующие категории: лёгкие (категория I), средней тяжести (категория II) и тяжёлые (категория III).
К категории Iа относятся работы, производимые сидя с энер-готратами до 139 Вт.
К категории Iб относятся работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой с энерготратами от 140 до 174 Вт.
К категории IIа относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в по-ложении стоя или сидя с энерготратами от 175 до 232 Вт.
К категории IIб относятся работы, связанные с ходьбой, пере-мещением и переноской тяжестей до 10 кг с энерготратами 233…290 Вт.
50
К тяжёлым физическим работам (категория III) относятся все виды деятельности с энерготратами более 290 Вт. Эти работы связаны с постоянными передвижениями, перемещением и переноской значи-тельных тяжестей (свыше 10 кг) и требуют больших физических уси-лий.
СанПиН 2.2.4.3359-16 учитывают также два периода года: хо-лодный со среднесуточной температурой наружного воздуха ≤ +10 °С и тёплый со среднесуточной температурой воздуха выше +10 °С.
Нормируемыми показателями микроклимата в производ-ственных помещениях являются:
– температура воздуха;
– температура поверхностей ограждающих конструкций (стены, пол, потолок), устройств (экраны и т.п.), оборудования или его ограждения;
– относительная влажность воздуха;
– скорость движения воздуха;
– интенсивность теплового облучения.
Показатели микроклимата должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей средой и поддержание оп-тимального или допустимого теплового состояния организма.
Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового состояния человека. Они обеспе-чивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегу-ляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают пред-посылки для высокого уровня работоспособности и являются предпо-чтительными на рабочих местах.
Допустимые микроклиматические условия установлены по критериям допустимого теплового состояния человека на период 8-часовой рабочей смены. Они не вызывают повреждений или нару-шений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению об-щих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению ме-ханизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности. Они устанавливаются в случаях, когда по техно-логическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины.
Если допустимые нормативные величины показателей микро-климата невозможно установить из-за требований к производственно-му процессу или экономически обоснованной нецелесообразности, условия микроклимата следует рассматривать как вредные.
В табл. 1 приведены оптимальные (допустимые) показатели микроклимата на рабочих местах производственных помещений.
Таблица 1
Оптимальные (допустимые) величины параметров микроклимата
Период года
Категория работ
Температура воздуха, °С
Температура поверхностей, °С
Относитель-ная влажность
воздуха, %
Скорость
движения воздуха, м/с
Холод-ный
Iа
22-24 (20-25)
21-25 (19-26)
60-40 (15-75)
0,1 (0,1)
Iб
21-23 (19-24)
20-24 (18-25)
60-40 (15-75)
0,1 (0,1-0,2)
IIа
19-21 (17-23)
18-22 (16-24)
60-40 (15-75)
0,2 (0,1-0,3)
IIб
17-19 (15-22)
16-20 (14-23)
60-40 (15-75)
0,2 (0,2-0,4)
III
16-18 (13-21)
15-19 (12-22)
60-40 (15-75)
0,3 (0,2-0,4)
Тёплый
Iа
23-25 (21-28)
22-26 (20-29)
60-40 (15-75)
0,1 (0,1-0,2)
Iб
22-24 (20-28)
21-25 (19-29)
60-40 (15-75)
0,1 0,1-0,3)
IIа
20-22 (18-27)
19-23 (17-28)
60-40 (15-75)
0,2 (0,1-0,4)
IIб
19-21 (16-27)
18-22 (15-28)
60-40 (15-75)
0,2 (0,2-0,5)
III
18-20 (15-26)
17-21 (14-27)
60-40 (15-75)
0,3 (0,2-0,5)
Допустимые величины интенсивности теплового облучения по-верхности тела работающих на рабочих местах от производственных источников (материалов, изделий и прочего), нагретых до температу-ры не более 600 °C, не должны превышать:
– 35 Вт/м2 при облучении более 50 % поверхности тела;
– 70 Вт/м2 при облучении от 25 до 50 % поверхности тела;
– 100 Вт/м2 при облучении не более 25 % поверхности тела.
Допустимые величины интенсивности теплового облучения по-верхности тела работающих от источников излучения, нагретых до температуры более 600 °C (раскалённый или расплавленный металл, стекло, пламя и др.), не должны превышать 140 Вт/м2. При этом облу-чению не должно подвергаться более 25 % поверхности тела с обяза-тельным использованием средств индивидуальной защиты, в том чис-ле средств защиты лица и глаз.
При наличии теплового облучения работающих температура воздуха на рабочих местах не должна превышать, в зависимости от ка-тегории работ, следующих величин:
25 °C – при категории работ Iа; 24 °C – при категории работ Iб;
22 °C – при категории работ IIа; 21 °C – при категории работ IIб;
20 °C – при категории работ III.
В целях профилактики неблагоприятного воздействия микро-климата должны быть использованы защитные мероприятия, направ-ленные на нормализацию теплового состояния организма работающе-го (спецодежда, средства индивидуальной защиты, помещения для от-дыха с нормируемыми показателями микроклимата, регламентация времени пребывания в неблагоприятном микроклимате).
52 - Оценка сочетанного воздействия показателей микроклимата
3.1. Эффективная температура
Для оценки комплексного влияния показателей микроклимата на организм человека при отсутствии теплового излучения от нагретых поверхностей используется метод эффективных температур. Этот ме-тод позволяет судить о тепловом состоянии человека (о тепловом комфорте или дискомфорте). Для его использования введено понятие эффективной температуры (ЭТ), которая характеризует субъективное тепловое ощущение человека при одновременном (комплексном) воз-действии температуры, влажности и скорости движения воздуха.
Эффективная температура определяется температурой, ка-кую имел бы неподвижный воздух при его 100%-й относительной влажности, в котором тепловое ощущение человека оказалось бы точ-но таким же, как и в воздухе с заданным сочетанием температуры, влажности и скорости движения.
Область ЭТ в интервале от 17,2 до 21,7 °С, вызывающая у 50 % по-летнему одетых людей состояние теплового комфорта, называется зоной комфорта. Внутри зоны комфорта выделяют линию оптимально-го комфорта, соответствующую 18,9 °С эффективной температуры, при которой почти у всех исследуемых людей возникает ощущение комфорта.
На рис. 2 приведена номограмма, позволяющая в окрестности зоны комфорта определить влияние параметров микроклимата на теп-ловое ощущение человека и соответствующим образом воспользовать-ся этим.
3.2. ТНС-индекс
Для оценки сочетанного воздействия на организм человека тем-пературы, влажности, скорости движения воздуха и теплового облуче-ния используется индекс тепловой нагрузки среды (ТНС-индекс).
ТНС-индекс определяется на основе величин температуры смо-ченного термометра аспирационного психрометра (tвл) и температуры внутри зачернённого шара (tш) по формуле: ТНС = 0,7tвл + 0,3tш, °C.
Температура внутри зачернённого шара измеряется тер-мометром, помещённым в центр зачернённого полого ша-ра (рис. 1); tш отражает влияние температуры воздуха, температуры поверхностей и скорости движения воздуха. Зачернённый шар должен иметь диаметр 90 мм, мини-мально возможную толщину и коэффициент поглощения 0,95.
Рис. 1. Термометр с зачернённым шаром
53
Допустимые величины ТНС-индекса на рабочих местах не должны превышать, в зависимости от категории выполняемых работ, следующих величин:
22,2 – 26,4 °C — при категории работ Iа;
21,5 – 25,8 °C — при категории работ Iб;
20,5 – 25,1 °C — при категории работ IIа;
19,5 – 23,9 °C — при категории работ IIб;
18,0 – 21,8 °C — при категории работ III.
Рис. 2. Номограмма для определения эффективной температуры
54 - Приборы для исследования микроклимата
Термометры. Температура воздуха контролируется термомет-рами, устанавливаемыми постоянно на стенах или колоннах на высоте около I,5 м и не ближе 1 м от нагревательных приборов. Для этого ис-пользуются жидкостные (ртутные и спиртовые) термометры расши-рения. Ртутные термометры обладают большой точностью и позво-ляют измерять температуру от –35 до +350 °С. Спиртовые термометры менее точные и позволяют измерять температуру от –70 до +65 °С.
Парный термометр применяется для измерения температуры воздуха в помещениях, имеющих источники тепловых излучений. Обычные термометры в таких условиях показывают температуру по-верхности самого термометра, нагреваемого тепловыми излучениями. Парный термометр состоит из двух термометров, у одного из которых резервуар со спиртом посеребрён, а у другого зачернён. Поэтому один отражает основную часть лучистого тепла, а другой поглощает его. Истинная температура воздуха при этом определяется по формуле:
tтепл = tб – К(tч – tб), (2)
где tб – показания «блестящего» термометра; tч – показания “чёрно-го» термометра; К – градуировочный коэффициент.
Электронные термометры обладают рядом важных преиму-ществ по сравнению с жидкостными: они более чувствительны и поз-воляют производить измерения на расстоянии. Принцип их действия основан на существовании контактной разности потенциалов между двумя соприкасающимися разнородными металлами (термоэлектриче-ские термометры) или на использовании свойства металлов изменять своё электрическое сопротивление в зависимости от температуры (термометры сопротивления).
Психрометры и гигрометры применяются для определения влажности воздуха. Наиболее распространёнными при измерениях от-носительной влажности воздуха являются психрометры Августа и Ас-смана, волосяные, пленочные и электронные гигрометры.
Психрометр Августа состоит из двух одинаковых термомет-ров. Резервуар одного из них обёрнут батистом, смоченным в дистил-лированной воде. С рабочей поверхности «влажного» термометра вода испаряется тем сильнее, чем суше воздух, и тем сильнее охлаждает его. Поэтому показания «влажного» термометра всегда ниже показа-ний «сухого» (при влажности 100 % показания обоих термометров одинаковы).
Относительная влажность воздуха (%) при измерении с помо-щью психрометра Августа определяется по формуле
%100P)Pt -(t -Pс нас.атмвcв нас.⋅=αϕ, (3)
где Pнас. в – давление насыщенного пара при температуре «влажного» термометра (табл. 2), гПа; Pнас. с – давление насыщенного пара при температуре «сухого» термометра (табл. 2), гПа; Pатм – атмосферное (барометрическое) давление, гПа; tс – показания «сухого» термометра, °С; tв – показания «влажного» термометра, °С; α – психрометрический коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха (табл. 3).
Недостатком психрометра Августа является непостоянство ско-рости воздуха вокруг влажного термометра из-за сквозняков и т.п.
Психрометр Ассмана состоит из двух одинаковых термометров, помещённых в двойные трубки, через которые вентилятором прокачи-вается воздух. Это обеспечивает защиту термометров от лучистой теп-лоты и гарантирует постоянную скорость воздуха вокруг термометров. Относительная влажность воздуха определяется по формуле
. 100%P)Pt -(t100,497 -Pс нас.атмвcв нас.3-⋅⋅=ϕ (4)
Таблица 2
Давление и плотность насыщенного пара при различных температурах
t, °С
Давление насыщенно-го пара, гПа
Плотность насыщенного пapa, г/м3
t, °С
Давление насыщенно-го пара, гПа
Плотность насыщенного пapa, г/м3
11
l3,12
10,0
20
23,38
17,3
12
14,02
10,7
21
24,86
18,3
13
14,97
11.4
22
26,43
19.4
14
15,98
12,1
23
28,08
20,0
15
17,05
12,8
24
29,83
21.8
16
I8,17
13,6
25
31.67
23,0
17
19,37
14,5
26
33.60
24.4
18
20,63
15,4
27
35.64
25.8
19
21,97
16,3
28
37,79
27,2
Таблица 3
Значения психрометрического коэффициента
Скорость движения воздуха, м/с
0,13
0,16
0,20
0,40
0.80
2,3
α
0,00098
0,00090
0,00083
0,00068
0.00060
0.00053
Примечание. Для закрытых помещений при отсутствии вентиляции α = 0,00083.
Бытовые психрометры (например, типа ПБУ-1) по принципу действия аналогичны психрометру Августа. Их применяют для быст-
56
рой оценки относительной влажности по разности показаний «сухого» и «влажного» термометров с помощью психрометрической таблицы, являющейся составной частью прибора.
Гигрометры предназначены для непосредственного определе-ния относительной влажности воздуха. Чувствительным элементом гигрометров является обезжиренный в эфире или спирте человеческий волос (или специальная синтетическая плёнка), который соединён со стрелкой-указателем. При уменьшении влажности чувствительный элемент укорачивается, а при увеличении удлиняется, перемещая ко-нец указательной стрелки вдоль шкалы с делениями от 0 до 100 %. Гигрометр – единственный прибор для определения влажности при отрицательных температурах, однако точность его не превышает 5 %.
Скорость движения воздуха измеряется кататермометрами и анемометрами (крыльчатыми, чашечными и термоэлектрическими).
Кататермометр предназначен для измерения малых скоро-стей движения воздуха (от 0,04 до 2 м/с) в помещениях. Принцип ра-боты прибора основан на определении суммарно-охлаждающей силы воздушной среды. Кататермометр представляет собой спиртовой тер-мометр со шкалой от 35 до 38 °С. Количество тепла, теряемое ката-термометром при его охлаждении от 38 до 35 °С при всех условиях среды, постоянное, а продолжительность охлаждения различная и за-висит от взаимного действия всех микроклиматических факторов.
Резервуар со спиртом кататермометра нагревают в воде (60…70 °С) до температуры чуть выше 38 °С, затем вытирают насухо, подвешивают в исследуемом месте (возможно дальше от излучающих тепло приборов) и по секундомеру замеряют время охлаждения ката-термометра от 38 до 35 °С. По существу прибор измеряет охлаждаю-щую способность воздуха при температуре человеческого тела.
Скорость движения воздуха (V, м/с) определяется по эмпириче-ским формулам:
V = 6,25·(f/Δt – 0,5)2 при f/Δt < 0,6; (5)
V = 4,53·(f/Δt – 0,13)2 при f/Δt ≥ 0,6, (6)
где f = F/Tк – охлаждающая способность воздуха, кал/см2∙с; F = 472 кал/см2 – параметр кататермометра, определяющий ко-личество тепла, теряемого с 1 см2 резервуара кататермометра; Tк – время охлаждения кататермометра от 38 до 35 °С, с;
Δt – разность между средней температурой кататермометра (36,5 °С) и температурой окружающего воздуха, °С.
Крыльчатый и чашечный анемометры состоят из восприни-мающей части, вращающейся под действием воздушного потока, и счётного механизма. Крыльчатый анемометр применяется для опреде-
57
ления скоростей свободного воздушного потока от 0,3 до 5 м/с, а ча-шечный – от 1 до 20 м/с. Для определения скорости воздушного пото-ка с помощью анемометров определяют скорость вращения восприни-мающей части за определённое время по показаниям счётного меха-низма (число делений в секунду) и по специальному графику перево-дят её в линейную скорость воздуха, м/с.
Барометры – приборы для измерения атмосферного давления.
Наиболее распространённым прибором для измерения давления является барометр-анероид, принцип действия которого основан на использовании упругих деформаций мембран анероидных коробок под влиянием изменений атмосферного давления.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Измерение параметров микроклимата производится на лабора-торном стенде, оборудованном необходимыми приборами. Порядок выполнения исследований приведён на лабораторном стенде.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
Отчёт должен содержать результаты измерений и вычислений, сведённые в табл. 4, и полученные графики.
Таблица 4
Результаты измерений и расчётов
Для рабочего места
По варианту задания
№
вари-анта
tс, °С
tв , °С
φ, %
Pатм , гПА
ЭТ
tтепл , °С
V, м/с
φ, %
Pатм , гПа
ЭТ
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ - Теплообмен организма человека с окружающей средой.
- Показатели микроклимата и их влияние на человека.
- Эффективная температура и ТНС-индекс.
- Принципы нормирования параметров микроклимата.
- Оптимальные и допустимые микроклиматические условия.
- Назначение и принцип действия метеорологических приборов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК - Зайцев Ю.В. Безопасность жизнедеятельности: учеб. пособие для вузов. – Старый Оскол, ТНТ, 2015. – 276 с.
- СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требова-ния к физическим факторам на рабочих местах» (раздел II «Микро-климат на рабочих местах»).