Основные параметры микроклимата в производственных помещениях

В процессе труда в производственном помещении человек находится в состоянии теплового взаимодействия с окружающей средой, которое зависит от определенных метеорологических условий, или микроклимата — климата внутренней среды этих помещений. Воздух рабочей зоны — это воздушная среда в пространстве высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, где находятся рабочие места.

Основную долю в процессе отвода тепла от организма человека (порядка 90% общего количества тепла) вносят излучение, конвекция и испарение.

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.

 

К основным нормируемым показателям микроклимата воздуха рабочей зоны относятся:

— температура (t, ⁰С),

— относительная влажность (φ, %),

— скорость движения воздуха (V, м/с).

 

Существенное влияние на параметры микроклимата и состояние человеческого организма оказывает также интенсивность теплового излучения (I, Вт/м²) различных нагретых поверхностей, температура которых превышает температуру в производственном помещении.

Относительная влажность воздуха представляет собой отношение фактического количества паров воды в воздухе при данной температуре D (г/м³) к количеству водяного пара, насыщающего воздух при этой температуре, D_o (г/м³): φ = D/D_o ^. 100%.

 

Если в производственном помещении находятся различные источники тепла, температура которых превышает температуру человеческого тела, то тепло от них самопроизвольно переходит к менее нагретому телу, т. е. к человеку.

Тепло, поступающее в производственное помещение от различных источников, влияет на температуру воздуха в нем. В производственных помещениях с большим тепловыделением приблизительно 2/3 тепла поступает за счет излучения, а практически все остальное количество приходится на долю конвекции.

Источником теплового излучения в производственных условиях является расплавленный или нагретый металл, открытое пламя, нагретые поверхности оборудования.

 

В отечественных нормативных документах введены понятия оптимальных и допустимых параметров микроклимата.

Оптимальными микроклиматическими условиями являются такие сочетания количественных параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма без напряжения механизмов терморегуляции. Они обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.

Допустимыми условиями являются такие сочетания количественных параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать напряжение реакций терморегуляции, и которые не выходят за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает нарушений в состоянии здоровья, но наблюдаются дискомфортные теплоощущения, ухудшающие самочувствие и понижающие работоспособность.

В ГОСТе 12. 1.005-88 «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования» представлены оптимальные и допустимые параметры микроклимата в производственном помещении в зависимости от тяжести выполняемых работ, количества избыточного тепла в помещении и сезона (времени года).

В соответствии с этим ГОСТом различают холодный и переходный периоды года (со среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +10°С), а также теплый период года (с температурой +10°С и выше).

Физическая тяжесть работы определяется энергетическими затратами в процессе трудовой деятельности и подразделяется на следующие категории: легкие, средней тяжести и тяжелые физические работы.

Легкие физические работы (категория I) подразделяются на две подкатегории: I а, при которой энергозатраты составляют до 139 Вт, работы, проводимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим усилием; I 6, при которой энергозатраты составляют 140—174 Вт, работы, проводимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим усилием.

Физические работы средней тяжести (категория II) подразделяются также на две подкатегории: II а, при которой энергозатраты составляют 175—232 Вт, работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенных физических усилий; II 6, при которой энергозатраты составляют 233—290 Вт, работы, связанные с ходьбой, перемещением и перенесением тяжестей массой до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим усилием.

Тяжелые физические работы (категория III) характеризуются расходом энергии более 290 Вт. К этой категории относятся работы, связанные с постоянными передвижениями, перемещением и перенесением значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий.

 

Параметры микроклимата в производственных помещениях контролируются различными контрольно-измерительными приборами.

Для измерения температуры воздуха в производственных помещениях применяют ртутные (для измерения температуры выше 0°С) и спиртовые (для измерения температуры ниже 0°С) термометры.

Если требуется постоянная регистрация изменения температуры во времени, используют приборы, называемые термографами. Например, отечественный прибор — термограф типа М-16 — регистрирует изменение температуры за определенный период (сутки или неделю). Существуют и другие устройства для измерения температуры воздуха, например, термопары.

Для измерения относительной влажности воздуха используются приборы, называемые психрометрами и гигрометрами, а для регистрации изменения этого параметра во времени служит гигрограф.

Простейший психрометр — это устройство, состоящее из сухого и влажного термометров. У влажного термометра резервуар обернут гигроскопической тканью, конец которой опущен в стаканчик с дистиллированной водой. Сухой термометр показывает температуру воздуха в производственном помещении, а влажный — более низкую температуру, так как испаряющаяся с поверхности влажной ткани вода отнимает тепло у резервуара термометра.

Существуют специальные переводные психрометрические таблицы, позволяющие по температурам сухого и влажного термометров определять относительную влажность воздуха в помещении.

Более сложным по конструкции, но и более точным является так называемый аспирационный психрометр, который также состоит из сухого и влажного термометров, помещенных в металлические трубки и обдуваемых воздухом со скоростью 3—4 м/с, в результате чего повышается стабильность показаний термометров и практически устраняется влияние теплового излучения. Определение относительной влажности осуществляется также с использованием психрометрических таблиц.

Аспирационные психрометры, например МВ-4М или М-34, могут быть использованы для одновременного измерения в помещении температуры воздуха и относительной влажности.

Другим устройством для определения относительной влажности служит гигрометр, действие которого основано на свойстве некоторых органических веществ (органических мембран, человеческого волоса) удлиняться во влажном воздухе и укорачиваться в сухом. Измеряя деформацию чувствительного элемента (мембраны или волоса), можно судить о величине относительной влажности в производственном помещении. Гигрографы записывают изменения величины относительной влажности как функцию времени.

Скорость движения воздуха в производственном помещении измеряется приборами — анемометрами.

Работа крыльчатого анемометра основана на изменении скорости вращения специального колеса, оснащенного алюминиевыми крыльями, расположенными под углом 45° к плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса. Ось колеса соединена со счетчиком оборотов. При изменении скорости воздушного потока изменяется и скорость вращения колеса, т. е. увеличивается (уменьшается) число оборотов за определенный промежуток времени. По этой информации можно определить скорость воздушного потока. Крыльчатые анемометры рекомендуется применять для измерения скорости воздушного потока в интервале 0,4 —10 м/с, при скоростях 1—35 м/с применяются чашечные анемометры, в которых крылья заменены чашечками. Примером крыльчатого анемометра служит прибор АСО-3 тип Б, чашечного — тип МС-13.

Существуют и другие приборы для измерения скорости движения воздуха: шаровые или цилиндрические кататермометры и термоанемометры.

Интенсивность теплового излучения в отечественной практике измеряют актинометрами, действие которых основано на поглощении теплового излучения и регистрации выделившейся тепловой энергии.

Простейший тепловой приемник — термопара. Она представляет собой электрический контур из двух проволок, изготовленных из различных материалов (как металлов, так и полупроводников), например медь—константан, серебро—палладий, серебро—висмут, висмут—сурьма, вольфрам—рений и др.

Две проволоки из различных материалов сваривают или спаивают между собой. Тепловое излучение нагревает один из спаев двух проволок, в то время как другой спай служит для сравнения и поддерживается при постоянной температуре (Т_о). Под воздействием разности температур возникает термо-ЭДС, которая измеряется чувствительным прибором, отградуированным в градусах соответственной шкалы.

При отклонении параметров микроклимата от величин, создающих комфортные условия, большое значение имеет правильный выбор спецодежды. При работе в помещениях с пониженной температурой воздуха необходимо использовать утепленную спецодежду. Для персонала, занятого в горячих цехах, используют спецодежду, изготовленную из материалов с низкой теплопроводностью.

 

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.

 

Кроме того, важное значение имеет правильная организация труда и отдыха работников, выполняющих трудоемкие работы или работы в горячих цехах.

Для этих категорий работников устраивают специальные места отдыха в помещениях с нормальной температурой, оснащенных системой вентиляции и снабжения питьевой водой.

Механизация и автоматизация производственного процесса позволяют либо резко снизить трудовую нагрузку на работающих (массу поднимаемого и перемещаемого вручную груза, расстояние перемещения груза, уменьшить переходы, обусловленные технологическим процессом, и др.), либо вовсе убрать человека из производственной среды, переложив его трудовые функции на автоматизированные машины и оборудование. Однако автоматизация технологических процессов требует значительных экономических затрат, что затрудняет внедрение указанных мероприятий в производственную практику.

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

Основным показателем, характеризующим эффективность теплоизоляционных материалов, является низкий коэффициент теплопроводности, который составляет для большинства из них 0,025-0,2 Вт/м^.К.

Коэффициент теплопроводности или теплопроводность (λ) показывает, какое количество тепла проходит за счет теплопроводности в единицу времени через единичную площадь стенки при разности температур между поверхностями стенки один градус. В системе СИ размерность λ Вт/м.К.

Для теплоизоляции используют различные материалы, например, асбестовую ткань и картон, специальные бетон и кирпич, минеральную и шлаковую вату, стеклоткань, углеродный войлок и др.

Так, в качестве теплоизоляционных материалов для трубопроводов пара и горячей воды, а также для трубопроводов холодоснабжения, используемых в промышленных холодильниках, могут быть использованы материалы из минеральной ваты.

Теплозащитные экраны используют для локализации источников теплового излучения, снижения облученности на рабочих местах, а также для снижения температуры поверхностей, окружающих рабочее место. Часть теплового излучения экраны отражают, а часть поглощают.

Для количественной характеристики защитного действия экрана используют следующие показатели: кратность ослабления теплового потока (m), а также эффективность действия экрана (η_э).

Эти характеристики выражаются следующими зависимостями:

 

m = Е₁ / Е₂ и η_э = (Е₁ — Е₂). 100%/ Е₁

 

где Е₁ и Е₂ — интенсивность теплового облучения на рабочем месте соответственно до и после установки экранов, Вт/м²,

Показатель m определяет, во сколько раз первоначальный тепловой поток на рабочем месте превышал тепловой поток на рабочем месте после установки экрана, а показатель η_э — какая часть из первоначального теплового потока доходит до рабочего места, защищенного экраном. Эффективность η_э для большинства экранов лежит в пределах 50—98,8%.

Различают теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие экраны.

Теплоотражающие экраны изготавливаются из алюминия или стали, а также фольги или сетки на их основе. Теплопоглощающие экраны представляют собой конструкции из огнеупорного кирпича (типа шамота), асбестового картона или стекла (прозрачные экраны). Теплоотводящие экраны — это полые конструкции, охлаждаемые изнутри водой.

Своеобразным теплоотводящим прозрачным экраном служит так называемая водяная завеса, которую устраивают у технологических отверстий промышленных печей и через которую вводят внутрь печей инструменты, обрабатываемые материалы, заготовки и др.