Параметры микроклимата и приборы для их измерения

 

Микроклимат (или метеорологические условия в производственных помещениях) представляет собой комплекс физических факторов, оказывающих влияние на теплообмен человека с окружающей средой, его тепловое состояние и определяющих самочувствие, работоспособность, здоровье и производительность труда. На формирование производственного микроклимата существенное влияние оказывают технологический процесс, климат местности, сезон года, условия вентиляции и отопления.

Нормы производственного микроклимата установлены в ГОСТ 12.1.005-88. «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» [1] и СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» [2]. Показателями, характеризующими микроклимат в производственных помещениях, являются:

 относительная влажность воздуха, %;

 температура воздуха, ºС;

 скорость движения воздуха, м/с;

 температура поверхностей (учитывается температура поверхностей ограждающих конструкций (стены, потолок, пол), устройств (экраны и т.п.), а также технологического оборудования или ограждающих его устройств), ºС;

 интенсивность теплового облучения, Вт/м2.

Влажность воздуха определяется содержанием в нем водяных паров и измеряется в абсолютных и относительных единицах. Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность.

Абсолютная влажность (А) – количество водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха при данной температуре и давлении, выраженное в Па (мм рт.ст.) или г/м3.

Максимальная влажность (F) – максимально возможное содержание водяных паров в воздухе при данной температуре (состояние насыщения) и давлении. Чем выше температура, тем больше требуется водяных паров для полного насыщения. Измеряется в Па (мм рт.ст.) или г/м3.

В производственных условиях для характеристики влажности воздуха пользуются определением относительной влажности, поскольку она показывает степень насыщения воздуха парами влаги. Относительная влажность (R) - это отношение абсолютной влажности к максимальной при данной температуре и давлении, выраженное в процентах:

,  (1.2)

где: R – относительная влажность, %,

А – абсолютная влажность, Па,

F – максимальная влажность, Па.

Измерение влажности воздуха в производственных помещениях обычно сочетают с определением его температуры и определяют с помощью психрометров (рисунок 1). Принцип действия психрометра основан на зависимости интенсивности испарения влаги в окружающую среду от влажности воздуха. Скорость испарения тем больше, чем суше воздух, и, наоборот, тем меньше, чем больше количество водяного пара он содержит. Процесс испарения влаги с поверхности сопровождается понижением ее температуры, так как молекулы воды, оторвавшиеся от поверхности, имеют более высокую энергию (температуру), чем средняя. Тело, с поверхности которого происходит испарение, имеет температуру, известную под названием "температура мокрого термометра". Она всегда меньше температуры сухого, за исключением случая, когда влажность составляет 100 %. Промышленностью выпускаются различные типы психрометров:

 

1) статический (психрометр Августа) -- простейший психрометр, состоящий из двух одинаковых термометров – сухого и влажного. Резервуар влажного термометра обернут гигроскопичной тканью, конец которой опущен в стаканчик с дистиллированной водой. Поскольку на испарение влаги расходуется тепло, этот термометр показывает более низкую температуру, чем сухой. Чем ниже влажность, тем меньше показания температуры влажного термометра, поскольку с уменьшением влаги в воздухе возрастает испарение воды с увлажненной ткани и поверхность ртутного резервуара охлаждается в большей степени. Сухой термометр показывает температуру воздуха. Относительная влажность определяется на основании показаний сухого и смоченного термометров с помощью специальных психометрических таблиц (Приложение 1). С помощью статического психрометра проводят "грубые" измерения относительной влажности, т.к. на показания термометра влияет скорость движения воздуха, которая может быть различна и неодинаково влиять на показания термометров. Кроме того, термометры не защищены от влияния тепловой радиации;

 

2) аспирационный динамический (психрометр Ассмана) -- сухой и влажный термометр, заключенные в общую оправу, а их резервуары -- в двойные никелированные трубки для защиты от теплового излучения. Через экраны при помощи вмонтированного в головку прибора вентилятора протягивается воздух с постоянной скоростью 2 м/с. Через 1 - 5 мин после пуска вентилятора снимают показания прибора. Аспирационный динамический психрометр используется при исследовании метеорологических условий на рабочих местах и не имеет таких недостатков, как у статического;

3) электронный автоматический предназначен для измерения, записи и регулирования относительной влажности воздуха или газов в пределах 20 – 100 % и применяется в промышленности и в лабораториях при исследовательских или экспериментальных работах. Для прямого определения относительной влажности пользуются гигрометрами (рис. 1). Для непрерывной регистрации показателей относительной влажности - гигрографами (суточными или недельными).

Рисунок 1 -- Приборы для измерения влажности воздуха

а - гигрометр; б – стационарный психрометр; в – аспирационный психрометр.

 

Для измерения температуры воздуха используют термометры (ртутные, спиртовые), термографы, сухие термометры психрометров, термоанемометры и др.

При измерениях температуры выше 0 ºС следует пользоваться ртутными термометрами, ниже 0 ºС – спиртовыми, т.к. ртуть при нагревании расширяется равномерно, а спирт – неравномерно. При температуре ниже минус 39 ºС ртуть замерзает; спирт же не замерзает даже при температурах ниже минус 100 ºС.

Для изучения динамики температуры, когда возникает необходимость определить пределы колебаний температуры, используют самопишущие термографы (суточные или недельные), регистрирующие непрерывное изменение температуры за определенное время.

Часто измерение температуры воздуха в производственных помещениях сочетают с определением его влажности и производят по сухому термометру аспирационного психрометра. При наличии источников инфракрасного излучения измерение температуры воздуха также проводят по сухому термометру аспирационного психрометра, так как резервуары термометров надежно защищены от влияния теплового облучения двойными полированными и никелированными экранами. При использовании других приборов (ртутные термометры, термографы и т.д.) для измерения температуры воздуха на рабочем месте при наличии источника излучения необходимо поставить экран перед прибором на пути излучения.

С помощью термоанемометров помимо измерения температуры определяют скорость движения воздуха (пределы измерения скорости 0,1 – 2 м/с). Термоанемометр – батарейный прибор на полупроводниках. Принцип действия основан на изменении сопротивления в датчике прибора, которое происходит при изменении температуры и скорости движения воздуха.

Для измерения скорости движения воздуха используют анемометры (крыльчатые и чашечные, механические и электронные), кататермометры, термоанемометры (рис. 2).

При замерах скоростей от 0,3 до 5 м/с и однонаправленном движении воздуха применяют крыльчатый анемометр, который состоит из колесика с легкими алюминиевыми крыльями, которые расположены под углом к плоскости оси колеса в виде крыльчатки. Ось крыльчатки соединена со счетчиком числа оборотов. Под воздействием потока воздуха крыльчатка вращается вокруг оси. Перед началом измерения записывают исходное положение стрелок на циферблате прибора, затем вводят анемометр ветроприемником навстречу потоку воздуха так, чтобы ось крыльчатки была расположена вдоль направления потока воздуха; после того как установится постоянная скорость вращения колеса (через 10 – 15 с), включают одновременно счетчик числа оборотов анемометра и секундомер. Через 60 – 100 с останавливают стрелки и секундомер и записывают второе показание стрелки на циферблате. Разница между показаниями прибора до и после замера, отнесенная к числу секунд, в течение которых производился замер, показывает число делений шкалы анемометра в секунду, соответствующее измеряемой скорости. Зная цену деления, по прилагаемому к каждому анемометру градуировочному графику определяют скорость движения воздуха, м/с.

Рисунок 2 -- Приборы для измерения скорости движения воздуха

а - крыльчатыйанемометр; б - чашечный анемометр; в - кататермометр;

1 - вертушка; 2 - шкала показаний.

Чашечный анемометр (для замера скоростей 1 – 20 м/с) состоит из крестовины с четырьмя полыми полушариями, способными вращаться вокруг вертикальной оси. Ниже крестовины с полушариями расположен счетчик числа оборотов. Методика замера та же, но ось вращения крестовины помещается перпендикулярно к потоку воздуха.

Для оценки малых скоростей воздуха, особенно когда определение точного направления движения воздуха затруднено, применяют термоанемометры и кататермометры (с нижним шаровым резервуаром и с нижним цилиндрическим резервуаром). Кататермометр представляет собой спиртовой термометр, капилляр которого сверху расширен.

Перед измерением прибор нагревают, погружая его в воду (65 -- 75 °С) так, чтобы спирт до половины заполнил верхнее уширение капилляра, вытирают досуха и вешают на штативе. По секундомеру отмечают время охлаждения прибора (), в течение которого спирт опустится с отметки 38 до 35 °С. При понижении температуры с 38 до 35 °С прибор теряет постоянное количество теплоты. Для каждого прибора предварительным тарированием находят фактор, выражающий теплоотдачу поверхности нижнего резервуара при охлаждении кататермометра (величина обозначена на приборе). Путем деления величины фактора прибора на продолжительность охлаждения находят охлаждающую силу воздуха, т.е. количество тепла, теряемое кататермометром при данных воздушных условиях в единицу времени.

, (1.3)

где: H – охлаждающая сила воздуха, Вт/м2,

F – фактор прибора, Дж/м2,

τ – продолжительность охлаждения, с.

Скорость движения воздуха определяется по формуле:

, (1.4)

где: V -- скорость движения воздуха, м/c;

Q -- разница между средней температурой кататермометра (36,5 °С) и температурой воздуха;

A, B и k -- эмпирические коэффициенты: А=0,29,

B=0,903, k=1,994 при V≤1 м/с;

B=0,366, k=0,174 при V>1 м/с.

 

Температура поверхностей и интенсивность теплового облучения учитываются только при наличии соответствующих источников тепловыделений. Интенсивность теплового излучения измеряют актинометрами, действие которых основано на поглощении лучистой энергии и превращении ее в тепловую, количество которой регистрируется. Температура поверхностей измеряется контактными приборами (типа электротермометров) или дистанционными (пирометры).

Для интегральной оценки микроклимата используется индекс тепловой нагрузки среды (ТНС-индекс), характеризующий сочетанное действие на организм человека параметров микроклимата (температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения). ТНС-индекс является одночисловым показателем, выраженным в °С, рассчитанным на основе величин (tвл) и температуры внутри зачерненного шара (tш) по уравнению:

(1.5)

где: ТНС – индекс тепловой нагрузки среды, °С;

tвл -- температура смоченного термометра аспирационного психрометра, °С;

tш -- температура внутри зачерненного шара, °С.

Шаровой термометр представляет собой тонкостенную сферу, изготовленную из материала с высокой теплопроводностью и низкой теплоемкостью. Внешняя поверхность сферы покрыта специальным покрытием со степенью черноты не менее 0,95. В верхней части сферы имеется отверстие, в котором расположена полая пробка из неметаллического материала, служащая для установки ртутного или проволочного термометра. Перед началом измерения прибор устанавливают на заданном расстоянии от источника излучения. Вставляют в полую пробку термометр и по истечении 15 мин производят измерение температуры (tш). Промежуток времени в 15 мин необходим для стабилизации температуры внутри сферы.

ТНС-индекс рекомендуется использовать для следующих условий на рабочих местах: при скорости движения воздуха менее 0,6 м/с и интенсивности теплового облучения менее 1200 Вт/м2.

Значения ТНС-индекса не должны выходить за пределы величин, рекомендуемых СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений»

В настоящее время выпускаются приборы, которые позволяют определить одновременно все параметры микроклимата (температуру, скорость движения воздуха, давление, относительную влажность) например, прибор метеометр.

Измеренные температуру, влажность, скорость движения воздуха сравнивают с оптимальными и допустимыми величинами, приведенными в соответствующей нормативной документации

Задание 1. Заполнить таблицу4.1.

Таблица 4.1.Показатели, характеризирующие микроклимат

№ п/п	Показатели, характеризующие микроклимат	Характеристика показателя	Единица измерения	Прибор, используемый для измерения

Задание 2. Заполнить таблицу

Таблица 4.2. Экспериментальные и нормативные значения параметров микроклимата

По Августу

Показатели микроклимата