Практическое занятие № 1 «Исследование метеорологических условий в производственных помещениях» 1.Цель и задачи занятиЯ Цель: Научиться определять состояние метеорологических условий в производственных помещениях и соответствие их санитарным нормам Задачи:  

• Изучить влияние метеорологических условий на организм человека и усвоить методику их определения.
• Определить параметры микроклимата на рабочем месте производственного помещения, лаборатории и т.д., сравнить их с данными СП 2.2.1.1312-03 «Гигиенические требования к проектированию вновь строящихся и реконструируемых промышленных предприятий» и ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», сделать вывод и дать рекомендацию.
• Изучить методику расчета производительности вентиляции, необходимой для воздухообмена в производственных помещениях.

  2.Обоснование исследования Параметры микроклимата в рабочих помещениях согласно ныне действующим СП 2.2.1.1312-03: Гигиенические требования к проектированию вновь строящихся и реконструируемых промышленных предприятий и ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» при различных работах должны соответствовать определённым нормам. Однако в зависимости от ряда факторов (времени года, типа здания, рода производства, вида используемого оборудования и др.) фактические метеорологические условия могут значительно отличаться от требуемых. Это обстоятельство вызывает необходимость периодического исследования метеорологических условий в рабочих помещениях с целью их приведения к нормативным значениям, что достигается использованием комплекса специальных приборов. Данные методические указания помогут специалистам сельскохозяйственного производства в их практической работе при решении различных задач по охране труда.

3.Общие положения и понятия

Метеорологические условия – это физическое состояние воздушной среды, которое определяется действующим на организм человека сочетанием температуры, влажности, скорости движения воздуха, атмосферного давления и излучений нагретыми поверхностями (лучистого тепла) [24]. Оптимальными микроклиматическими условиями являются такие сочетания количественных показателей 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 [25]. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2м над уровнем пола или площадки, на которых находятся рабочие места. Постоянным рабочим местом считается место, на котором работающий находится большую часть (более 50% или более 2 ч непрерывно) своего рабочего времени. Если при этом обслуживание производства осуществляется в различных пунктах рабочей зоны, то постоянным рабочим местом считается вся рабочая зона [24]. Микроклимат в производственных помещениях зависит от колебаний внешних условий, времени дня и года, хода производственных процессов, условий воздухообмена и др. факторов. Возможность организма приспосабливаться к метеоусловиям велика, но не безгранична. Высокая температура на рабочем месте в сочетании с высокой влажностью или, наоборот, при чрезмерной сухости воздуха, способствует перегреванию организма и вызывает нарушение терморегуляции (нормального течения физических процессов) между организмом человека и внешней средой. При этом у человека могут возникать болезненные явления: головокружение, тошнота, потеря сознания. При низких температурах повышенная влажность вызывает переохлаждение организма, что способствует возникновению ревматизма, гриппа и болезней верхних дыхательных путей. Высокие скорости движения воздуха на рабочих местах (сквозняки) также приводят к простудным заболеваниям. Величины оптимальных и допустимых значений температур, влажности и скорости воздуха в рабочей зоне производственных помещений определяются СП 2.2.1.1312-03: Гигиенические требования к проектированию вновь строящихся и реконструируемых промышленных предприятий и по ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» [7] (см. приложения).  

4. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА

4.1 .Температура окружающей среды

Одним из показателей метеорологических условий является температура воздуха. Измеряют ее ртутными или спиртовыми термометрами, подвешиваемыми на 8-10 мин. в проверяемой зоне. Для изучения динамики температуры воздуха могут быть использованы самопишущие термографы (суточные или недельные) типа М-16. Приемной частью термографов является изогнутая биметаллическая пластина, связанная при помощи рычага и стрелки с пером. Запись температуры производится на ленте, опоясывающей барабан, который приводится в движение часовым механизмом с суточным или недельным заводом. Производственное оборудование может выделять до 60% тепла путем излучения. Лучистая энергия, попадая на человека, воздействует на незащищенные части тела (таблица №1). При интенсивности облучения свыше 0,7 кДж/м²с происходит резкое нарушение теплового баланса в организме – перегрев. Измерить температуру в помещении с тепловым излучением, например, в зоне нагревательной печи (литейный цех, кузнечный цех и т.д.) обычным ртутным термометром нельзя. Таблица №1. Влияние лучистой тепловой энергии на человека.

Напряжение  лучистой энергии, кал/см2мин.	0,4…0,8	0,8…1,5	1,5…2,5	2,5…3
Переносимо при непрерывном воздействии	Долго	3…5 мин.	40…50 сек	20…30 сек

Количество лучистой тепловой энергии измеряют прибором – актинометром. Приемником теплового излучения актинометра Носкова служат блестящие и зачерненные алюминиевые пластины, уложенные в шахматном порядке. К пластинам присоединена батарея из термопар. Электродвижущая сила, возникающая под воздействием лучистой тепловой энергии, передается на гальванометр, шкала которого отградуирована в кал/см²мин.

4.2. Давление воздуха окружающей среды

Для определения атмосферного давления могут быть использованы ртутные барометры, барометры-анероиды разных моделей и барографы. Ртутные барометры наиболее точны, но они чувствительны к тепловому воздействию и поэтому не должны подвергаться тепловому (инфракрасному) облучению, а также контактировать с предметами, температура которых отличается от температуры окружающей среды [11]. Ввиду изложенного, чаще применяются барометры-анероиды. Простейший из них имеет металлическую анероидную коробку, деформирующуюся с изменением атмосферного давления. Её деформация с помощью передаточного механизма приводит в движение стрелку, перемещающуюся на неподвижном циферблате со шкалой, градуированной в мм рт. ст. и Па. Принцип работы барографа также основан на свойстве анероидных коробок деформироваться с изменением атмосферного давления. Суммарная деформация их через передаточную систему передаётся стрелке о пером, записывающим изменения атмосферного давления на диаграммной ленте, укреплённой на барабане. Вращение барабана осуществляется часовым механизмом с суточным или недельным заводом.

4.3. Влажность воздуха

Влажность воздуха измеряется в абсолютных или относительных величинах. Абсолютная влажность представляет собой фактическое содержание паров воды в граммах в одном кубическом метре воздуха. При одной и той же абсолютной влажности воздух в зависимости от температуры может быть сух или влажен. Поэтому для оценки степени сухости или влажности применяется понятие «относительная влажность». Относительная влажность  выражается в процентах и определяется отношением абсолютной влажности воздуха к влажности при максимальном его насыщении при той же температуре, т.е.,(1) где: q_ф ‑ фактическое содержание паров воды в воздухе при данной температуре, г/кг; q_Т ‑ максимально возможное содержание паров воды в воздухе при температуре сухого термометра г/кг (находится по таблице, данной в прилож.2) [25]. Следует отметить, значения максимального содержания паров воды в воздухе в зависимости от температуры, не отраженные в таблице приложения необходимо рассчитать, используя метод интерполяции. Для этого необходимо определить крайние значения температур, представленных в таблице, между которыми находится фактическая температура окружающей среды на момент эксперимента. Рассчитать разность фактического значения температуры и нижней границы температуры определенной из таблицы. Взять отношения разностей содержания водяного пара при полном насыщении при максимальной и минимальной границ температур и разности границ температур. Это значение перемножают с величиной разности фактического значения и нижней границы температур. Результат расчетов прибавляют к содержанию водяных паров нижней (табличной) границы температур. ПРИМЕР: Определить методом интерполяции содержание водяного пара при полном насыщении, при температуре t=16,4 ⁰С.

Температура воздуха, 0С	Содержание водяного пара при полном насыщении, г/кг
15	10,5
20	14,4

1. Рассчитаем разность фактического значения температуры и нижней границы температуры, определенной из таблицы:

16,4-15=1,4 ⁰С

2. Определить содержание водяного пара при одном градусе температуры
3. Определить содержание водяного пара при 1,4 ⁰С:
4. Определить содержание водяного пара при 16,4 ⁰С:

т.е.: Для определения относительной влажности применяет гигрометры, гигрографы и психрометры. Наиболее распространены стационарные психрометры Августа и аспирационные психрометры Ассмана. Психрометры обоих типов включают два одинаковых термометра. Резервуар одного из них покрыт тканью, смоченной водой (марлей или батистом). Принцип действия психрометра основан на зависимости интенсивности испарения влаги в воздух окружающей среды. Чем суше воздух окружающей среды, тем больше интенсивность испарения. Процесс испарения влаги требует затраты определённого количества тепла. Поэтому температура резервуара термометра, обёрнутого мокрой тканью, будет тем ниже, чем интенсивнее испарение, т.е. чем суше окружающий воздух. Показания «сухого» и «влажного» термометра соответственно принято называть «температурой сухого» и «температурой влажного» термометров. Стационарный психрометр Августа не даёт точных результатов, так как на показания его термометров влияет скорость воздуха, которая в окружающей среде может быть различной. Кроме того, термометры в психрометре Августа не защищены от влияния солнечной радиации. Динамический аспирационный психрометр Ассмана отличается большей степенью точности. Резервуары обоих его термометров для защиты от тепловой радиации помещены в металлические трубки, а воздух обдувает их с постоянной скоростью (2 м/с), что достигается установкой аспирационного вентилятора, который приводится в действие заводным механизмом или электромотором. Опыты по определению относительной влажности воздуха повторяются не менее трех раз, при этом психрометр подвешивается на специальном кронштейне, установленном на исследуемом рабочем месте или укреплённом на стене около него. Отсчет показаний «сухого» и «влажного» термометров проводится на пятой минуте после пуска вентилятора. С целью исключения грубой ошибки при определении относительной влажности воздуха необходимо помнить, что при снятии показаний с термометров аспирационного психрометра его не следует удерживать руками за металлические трубки, так как тепло рук человека при этом может привести к значительным погрешностям в измерениях. Определение относительной влажности по показаниям термометров психрометра может осуществляться с помощью психрометрической таблицы (прилож.3). Относительная влажность воздуха может быть найдена и расчётным путём. Для этого необходимо сначала расчётом найти абсолютную влажность q_ф по формуле:(2) где: f ‑ максимальное содержание  водяных паров при температуре влажного термометра, г/кг (определяется по таблице, прилож.2); t_с ; t_в ‑ показания сухого и влажного термометров, ⁰С; 0,5 ‑ постоянный психрометрический коэффициент; В ‑ барометрическое давление[1], Па (определяется барометром-анероидом). После определения расчетного значения q_ф по формуле (2) и его подстановки в зависимость (1) находим относительную влажность воздуха . Для прямого определения относительной влажности применяют гигрометры и гигрографы. Принцип работы этих приборов основан на способности обезжиренного человеческого волоса удлиняться во влажном воздухе и укорачиваться в сухом.

4.4. Скорость движения воздуха

Скорость перемещения воздуха измеряют различными приборами:

1. при температуре не выше 29⁰С и малых скоростях — кататермометром (рис.1);
2. при скоростях 0,3…0,5 м/с — крыльчатым анемометром типа АСО-3;
3. при больших скоростях от 1 до 20 м/с чашечным анемометром типа МС-13;
4. для измерения усредненного значения скорости ветра в наземных условиях – от 2,0 до 30 м/с применяют ручной индукционный анемометр АРИ-49.

Кататермометр представляет собой спиртовой термометр с цилиндрическим или шаровым резервуаром больше обычного размера и капилляром, расширяющимся в верхней части. Принцип измерения скорости движения воздуха кататермометром основан на зависимости охлаждения спирта в резервуаре от скорости смывания его воздухом. Перед измерениями кататермометр погружают в воду с температурой 65-75⁰С и выдерживают его в ней до тех пор, пока спирт не заполнит половину верхнего резервуара. Вытерев кататермометр досуха, его подвешивают на штативе так, чтобы он не качался,  следят за спадом спиртового столбика в интервале от 38 до 35⁰С, замеряя это время по секундомеру. Понижение температуры кататермометра происходит за счет отдачи тепла. Интенсивность охлаждения кататермометра зависит от температуры и скорости движения воздуха в помещении. Для определения последней сначала находят охлаждающую силу воздуха H (Вт/м²) по зависимости: 10, где:        Ф ‑ показатель, определяющий величину теплоотдачи нижним резервуаром кататермометра при его охлаждении на 1⁰С (является константой данного прибора), Дж/см^{2 0}С), (указан на тыльной стороне капеляра кататермометра); t₁-t₂ ‑ начальная и конечная температуры (по показаниям кататермометра), ⁰С; ‑ время охлаждения, с. Скорость движения воздуха находят по таблице (прилож. 4). Крыльчатый анемометр состоит из ветроприемника, представляющего собой легкую алюминиевую или пластмассовую крыльчатку, насажанную на трубчатую ось, конец которой имеет червяк, приводящий через передаточный механизм во вращение стрелки циферблата. Циферблат анемометра имеет для регистрации делений три шкалы (единицы и десятки — на одной, сотни — на второй и тысячи — на третьей). Аналогичным образом устроен и чашечный анемометр. Перед измерением наблюдатель выключает с помощью арретира  передаточный механизм и записывает начальные показания всех стрелок на циферблате (К₁). При измерениях скоростей движения воздуха прибор вносится в поток таким образом, чтобы ось крыльчатого анемометра располагалась параллельно направлению движению воздуха, ось же чашечного анемометра должна быть перпендикулярна к направлению движения потока. После установки анемометра в воздушном потоке, через 5-10 секунд, когда крыльчатка начнет вращаться с установившейся скоростью, одновременно с секундомером включается и счетный механизм анемометра. По истечении 30 — 100 с [30] секундомер и анемометр одновременно выключаются и записываются показания всех стрелок после опыта (К₂). Далее определяется разность между начальными и конечными показаниями. Разделив эту разность на время опыта t (с), находят число делений n, приходящихся на одну секунду, т.е. где:        n в дел/с. Каждое измерение (отсчёт) производится три раза, а скорость движения воздуха принимается равной средней из скоростей, полученных при замерах. Искомая скорость движения воздуха находится по графику зависимости числа делений шкалы в секунду от средней скорости воздушного потока (рис.2). Скорость движения воздуха в воздуховодах вентиляционных систем удобнее и достовернее измерять при помощи пневмометрических трубок в комплекте с манометрами или микроманометрами по специальной методике.

5. Расчет производительности вентиляторов

Назначение вентиляции – поддерживать в производственных помещениях воздушную среду, отвечающую санитарно-гигиеническим нормам. Нормальные санитарно-гигиенические условия в помещении можно поддерживать удалением из  него загрязненного или высоко-нагретого воздуха и заменой его чистым из наружной атмосферы. Механическая вентиляция может быть общеобменной  и местной. Общеобменной вентиляцией называют такую вентиляцию, при которой обменивается весь воздух в помещении. Местная вентиляция предназначена для удаления вредного воздуха непосредственно с места его образования. При общеобменной вентиляции отношение объема засасываемого или удаляемого вентилятором воздуха в течение 1 часа к объему помещения называется кратностью воздухообмена. Зная установленную для данного производства кратность воздухообмена (табл. №2), можно рассчитать необходимую производительность вентилятора. Расчет ведут по формуле: м³/ч, где:  L – часовая производительность вентилятора, м³/ч; k – кратность воздухообмена, 1/ч.; V – Объем помещения, м³. Таблица  №2. Значения кратности воздухообмена k для различных производственных помещений.

Производственные помещения	Кратность воздухообмена, 1/ч
Административно-конторские помещения	1,5
Залы заседаний	3
Курительные комнаты	10
Моторно-ремонтное отделение	2-3
Сварочное отделение	4-6
Кузница	4-6
Столярные мастерские	2

Пример: Определить необходимую производительность вентиляторов в медицинском отделении ремонтной мастерской А.О. Площадь помещения ‑ 42м², высота – 4,5м. Кратность воздухообмена k=4. Производительность вентилятора: м³/ч, В сельскохозяйственных предприятиях рекомендуется устраивать местную отсосную вентиляцию для установок, при работе которых выделяется значительное количество вредных газов, паров или пыли. Расчет количества воздуха, отсасываемого вентилятором,  ведут по формуле: м³/ч, где:  S – площадь широкой части вытяжного зонта в плане, м²; V – скорость движения отсасываемого воздуха в широкой части зонта, м/сек. Пример: Определить количество воздуха, отсасываемого с верстака медника вытяжным зонтом. Размеры зонта в плане 1,5х0,8=1,2 м². Скорость движения отсасываемого воздуха V=0,8 м/сек. Количество отсасываемого воздуха находим по формуле: м³/ч.

6. УСЛОВИЯ КОМФОРТНОСТИ

В качестве единиц измерения комфортных условий введены так называемые эффективные температуры и эффективно-эквивалентные температуры. Эффективной температурой (ЭТ) называется комплекс метеорологических условий, вызывающий одинаковый эффект и обусловленный двумя факторами: температурой и влажностью воздуха [1]. ЭТ не является реальной температурой. Этот термин введён только для выражения одинакового воспринимаемого ощущения тепла или холода при различных комбинациях температур по сухому и мокрому (влажному) термометрам (т.е. температуры и влажности) при практически неподвижном воздухе. В единственном случае, когда влажность =100% и воздух неподвижен, ЭТ измеряется термометром. Нанесённая на диаграмме (рис. 3) шкала ЭТ является экспериментальной и основана исключительно на ощущениях тепла или холода. Например, при t_c=25⁰С и t_в=15⁰С (≈30%) ЭТ оказывается близкой к 21⁰, эта же ЭТ будет иметь место при влажности =100%, т.е. когда t_c=t_в. Рис.2. График зависимости числа делений шкалы в 1 с от средней скорости воздушного потока (ветра): а — для анемометра типа АСО-3; б — для анемометра типа МС-13. Используя систему ЭТ, оказалось возможным внести в рассмотрение на организм человека переменных скоростей воздуха. Для любой комбинации температур t_c и t_в и скорости обдувающего человека воздуха может быть найдена температура насыщенного неподвижного воздуха, т.е. ЭТ (°), при которой человек будет испытывать такое же тепловое ощущение. Но так как в данном случае тепловое ощущение человека является функцией еще одного фактора — скорости воздуха, эту эффективную температуру, в отличие от ЭТ для неподвижного воздуха, принято называть эквивалентно-эффективной температурой [19]. Рис. 3. Номограмма эффективных и эквивалентно-эффективных температур Эквивалентно — эффективной температурой (ЭЭТ) называется комплекс метеорологических условий, вызывающий одинаковый эффект и обусловленный тремя факторами: температурой, влажностью и скоростью движения воздуха. Приведенная диаграмма (рис.3) составлена для людей, одетых в обычное комнатное платье, занятых сидячей или лёгкой мускульной работой при отоплении помещения конвекционным способом. На номограмме обозначены зона комфорта (зона хорошего самочувствия) и линия комфорта. Зона комфорта расположена между 17,2⁰ и 21,2⁰ при различных комбинациях температуры, влажности и скорости движения воздуха. В этих пределах (по всей очерченной площади) не менее, чем 50% всех испытуемых людей чувствуют себя хорошо (комфортабельно). Линия комфорта проходит внутри зоны комфорта в пределах от 18,1 до 18,9°С, пересекая кривые скоростей движения воздуха и характеризуя собой приятное самочувствие не менее 95% из всех испытуемых лиц. Рассмотрев номограмму, можно сделать следующие выводы:

• при высоких температурах окружающего воздуха для увеличения охлаждающего эффекта необходимо уменьшать его влажность;
• влияние скорости движения воздуха на охлаждающий эффект резко падает с повышением температуры по сухому термометру и после 36,5°С (примерно, когда ЭТ = 38°С) увеличение скорости движения воздуха приводит к противоположному (нагревающему) эффекту;
• увеличение скорости движения воздуха при низких температурах усиливает охлаждающий эффект, в то время как влияние фактора влажности падает и кривые ЭЭТ заходят за шкалу температур по сухому термометру, находясь в так называемой зоне обратного охлаждения влажным воздухом, где, в противоположность зоне, лежащей между шкалами сухого и мокрого термометров, увеличение влажности усиливает охлаждающий эффект. Это объясняется большой теплопроводимостью влажного воздуха (при той же температуре и скорости движения), которая сказывается в этой зоне сильнее, чем влияние значительно сократившегося испарения на поверхности кожи человека;
• начиная со скорости движения воздуха свыше 1,5 м/с, расстояние между кривыми постоянных скоростей резко падает, откуда следует, что добиваться большего охлаждающего эффекта за счет увеличения скорости движения воздуха свыше этого значения не имеет смысла (не экономично).

7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Для выполнения данного исследования на рабочем месте производственного помещения, лаборатории и т.д. должно быть следующее оборудование: психрометр аспирационный (Ассмана).
2. Изучив устройство применяемого оборудования, установить его в соответствующих положениях на исследуемом рабочем месте и приступить к выполнению исследования, соблюдая правила предосторожности при работе с электрическими приборами.
3. В условиях воздушной среды лаборатории экспериментально определить:

• температуру;
• атмосферное давление;
• относительную влажность (определяется добавочно и расчетным путём).

4. Составить краткий отчет по выполненному исследованию, вписав все результаты замеров, расчетов и нормативных значений параметров микроклимата в таблицу по форме представленной в таблице 3.
5. Сравнить полученные данные с рекомендуемыми по Санитарным нормам СН 245-71 и ГОСТ 12.1.005-88 и дать оценку метеорологическим условиям производственного помещения (лаборатории),т.е. сделать выводы.
6. На основании сделанных выводов предложить рекомендации по улучшению микроклимата лаборатории.

Таблица 3

Результаты исследования метеорологических условий в производственном помещении

Показатели	Численные значения показателей	Единицы измерения
Температура
а) по сухому термометру		°С
б) по влажному термометру		°С
Относительная влажность
а) экспериментальная		%
б) расчетная		%
Атмосферное давление		Па
Необходимая  производительность вентилятора для общеобменной вентиляции лаборатории		м3/ч

8. Контрольные вопросы:

1.Что называется относительной влажностью? 2.Какие факторы влияют на метеорологические условия рабочих помещений? 3.Что называется эффективной температурой? 4.Что называется эквивалентно-эффективной температурой? 5.Что называется рабочей зоной? 6.Какие параметры влияют на терморегуляцию организма человека? 7.Может ли постоянным рабочим местом считаться вся рабочая зона? 8.Какими приборами измеряется скорость перемещения воздуха? 9.Назовите прибор для измерения тепловой лучистой энергии? 10.Укажите приборы для определения относительной влажности? 11.Укажите формулу для определения абсолютной влажности воздуха? 12.Укажите формулу для определения часовой производительности вентилятора? 13.Укажите приборы для прямого определения относительной влажности воздуха? 14.Укажите приборы для косвенного определения относительной влажности воздуха? 15.Что понимается под метеорологическими условиями?