Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА НА САМОЧУВСТВИЕ ЧЕЛОВЕКА

ВВЕДЕНИЕ

Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека и его работоспособность. Например, понижение температуры и повышение скорости движения воздуха способствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма. Повышение скорости движения воздуха ухудшает самочувствие, так как способствует усилению конвективного теплообмена и процессу теплоотдачи при испарении пота.

При повышении температуры воздуха возникают обратные явления. Исследователями установлено, что при температуре воздуха более 30⁰С работоспособность человека начинает падать. Для человека определены максимальные температуры в зависимости от длительности их воздействия и используемых средств защиты. Существенное значение имеет равномерность температуры. Вертикальный градиент не должен выходить за пределы 5 ⁰ С.

Переносимость человеком температуры, как и его теплоощущение, в значительной мере зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев тела.

Недостаточная влажность воздуха также может оказаться неблагоприятной для человека вследствие интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания и растрескивания, а затем и загрязнение болезнетворными микроорганизмами. Поэтому при длительном пребывании людей в закрытых помещениях рекомендуется ограничиваться относительной влажностью в пределах 30…70%.

РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА

Параметры внутреннего воздуха должны удовлетворять гигиеническим и технологическим требованиям. Метеорологические условия воздушной среды в рабочей зоне производственных помещений, исходя из гигиенических требований, регламентированы ГОСТ 12.1.005-76 «Воздух рабочей зоны». За рабочую зону принимается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного или временного пребывания работающих.

Параметры воздушной среды в обслуживаемой зоне помещений жилых и общественных зданий и вспомогательных зданий промышленных предприятий регламентированы СНиП II-33-75.

Нормы устанавливают оптимальные и допустимые микроклиматические условия в помещениях в зависимости от категории выполняемой работы и избытков явного тепла для холодного, переходного и теплого периодов года.

Оптимальные микроклиматические условия - сочетание параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма без напряжения реакций терморегуляции.

Допустимые микроклиматическuе условия - сочетания параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжение реакций терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей человека.

В производственных помещениях необходимо периодически контролировать параметры микроклимата. Осуществляют это с помощью ряда контрольно-измерительных приборов (термометров, психрометров, гигрографов, анемометров).

Термометры и психрометры Августа устанавливаются в цехах на стенах или колоннах. При особо точных измерениях применяют портативный аспирационный психрометр Ассмана, шарики термометров которого находятся в потоке воздуха, движущегося с постоянной скоростью.

При контроле параметров микроклимата наряду с объективными данными замеров следует вести учет (запись) субъективных ощущений работающих: теплоощущений, ощущений движения и влажности воздуха, удобства одежды, условий труда и общую личную оценку. Анализ получаемых таким образом данных позволяет разрабатывать меры по созданию метеорологических параметров воздушной среды в производственных помещениях, обеспечивающих комфортность среды

Допустимые и оптимальные параметры микроклиматических условий для работ категории IIсогласно ГОСТ 12.1.005-76 приведены в табл. 1.

В производственных помещениях, в которых по условиям технологии требуется искусственное поддержание постоянных температуры или температуры и относительной влажности воздуха, допускается во все периоды года принимать температуру и относительную влажность воздуха в пределах оптимальных параметров (+ 2⁰С, но не более 25⁰С) для теплого и холодного периодов года по данной категории работ и характеристике производственного помещения.

Таблица 1.

В числителе приведены данные для категории работ IIа, в знаменателе - для категории работ IIб.

НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА И ОТОПЛЕНИЯ

Вентиляция предназначена для поддержания в помещении параметров воздушной среды, удовлетворяющих гигиеническим и технологическим требованиям, т. е. обеспечивающих хорошее самочувствие, работоспособность и сохранение здоровья людей, и нормальное протекание технологического процесса.

Под системой вентиляции понимают комплекс устройств, способствующих удалению из помещений вредных выделений и снабжению помещений чистым воздухом с целью поддержания в них состояния воздуха, отвечающего требованиям санитарных норм.

В помещениях различного назначения необходимо поддерживать на постоянном уровне параметры воздушной среды, благоприятные для человека и технологического процесса, независимо от изменения внешних атмосферных условий и режима выделения влаги, вредных паров, газов и др.

Процесс создания и поддержания определенных параметров воздушной среды, не зависящих от внешних параметров воздуха, называется кондиционированием. Кондиционирование является разновидностью вентиляции, высшей ступенью ее развития и отличается более полной обработкой воздуха.

Комплекс технических средств и устройств для приготовления воздуха с заданными параметрами и поддержания в помещении оптимального или заданного состояния воздушной среды (независимо от изменения внешних и внутренних факторов) называется системой кондиционирования воздуха. Система кондиционирования позволяет автоматически поддерживать заданные температуру, влажность, подвижность воздуха, его чистоту, газовый состав, содержание легких и тяжелых ионов, а в ряде случаев и определенное барометрическое давление.

Отопление предназначено для возмещения потерь тепла через строительные ограждения помещений в холодный период года и поддержания в них необходимой температуры воздуха.

ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА

Атмосферный воздух состоит из сухой части и некоторого количества водяных паров, поэтому его называют влажным воздухом. В состав сухой части воздуха входят (% по массе): азот 75,5, кислород 23,1, углекислота 0,05 и инертные газы 1,3, а также незначительное количество водорода и озона. С достаточной для технических расчетов точностью можно считать, что влажный воздух подчиняется всем законам смеси идеальных газов.

Состояние воздуха характеризуется давлением, температурой, плотностью, влажностью, влагосодержанием и энтальпией.

Влажность. Абсолютной влажностью влажного воздуха называется отношение массы водяного пара М_п (г) к объему V(м³) влажного воздуха. По закону Дальтона объем влажного воздуха равен объему водяных паров, поэтому абсолютная влажность воздуха в 1000 раз больше плотности водяных паров и может быть записана как

w_п = 1000М_п/V= 1000рг,

где w_п - абсолютная влажность воздуха, г/м³.

Если воздух насыщать водяными парами, то при определенной температуре наступит предел насыщения. Абсолютная влажность воздуха при полном насыщении называется влагоемкостью и обозначается w _нас.

Относительной влажностью воздуха называется отношение абсолютной влажности воздуха к влагоемкости при той же температуре:

φ = w_п/w_нас = Р_п/Р_нас.

Используя уравнение состояния газа (2.3), можно представить

Р_п = p_n/(R_nT) и Р_нас = р_нас/(R_пТ) .

Тогда

φ = Р_п/ Р_{нас ,} (2.7)

Р_нас = f(t) . (2.8)

Следовательно, относительную влажность воздуха можно рассматривать как отношение парциальных давлений водяных и насыщенных паров при той же температуре.

Влагосодержанием называется масса водяного пара во влажном воздухе, приходящаяся на единицу массы сухой его части:

d= 1000М_п/ Мв,

где d- влагосодержание, г/кг; м п - масса водяного пара, кг; М _в - масса сухой части воздуха, кг.

Учитывая, что объемы пара и сухой части воздуха одинаковы, можно написать

d= 1000р_п/рв, (2.9)

Подставив в формулу (2.9) значения РВ (2.4) и (2.5), получим и РП согласно формулам

d= 1000R_в р_п /(R_п р_в) .

Зная, что R_в = 287 кДж/(кг*К) и R_п = 460 кДж/(кг· К), получаем d= 623 Р_п/Р_в. Используя выражения (2.1) и (2.7), можно записать

d=623φР_нас/(Р_б - φР_нас) . (2.10)

ШВЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Рассмотрим процессы обработки в системах кондиционирования воздуха для создания требуемых параметров воздушной среды в рабочей зоне на швейной фабрике, находящейся в г. Москве на 56° с.ш. Рассматриваемый цех расположен на третьем этаже пятиэтажного здания. Его ширина 24 м, длина 48 м, высота 2 м, площадь пола 1152 м² и объем помещений этажа 4838,4 м³.

Таблица 1 Технологическое оборудование швейного цеха

Общее количество одновременно занятых рабочих Пл = 151 человек.

Наружные стены состоят из глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе и толщиной 51 см.

Световые проемы выполнены в деревянных раздельных переплетах размером 2,5х4,5 м, c сопротивлением теплопередаче 0,42 м²⁰С/Вт. Hа восток ориентированы остекленные поверхности площадью 78,75 м² и на запад - 78,75 м². Общая площадь заполнений световых проемов 157,5 м².

Характеристика технологического оборудования приведена в табл. 1.

Уравнение теплового баланса для летнего периода года

Общее количество теплопоступлений для теплого периода года

Удельная тепловая нагрузка в швейном цехе составит

Влаговыделения от людей составляет 102 г/ч, или 0,102 кг/ч

Влаговыделения от оборудования ВТО - прессов и утюгов

где W_пр.1 - количество влаги, выделяемой одним прессом (поз. 11,15,16.,

табл. 1), равняется 1,4 кг/ч, и поз. 12,14 - 0,2 кг/ч;

_уп.1 - количество влаги, выделяемой одним утюгом, - 0,5 кг/ч;

и - количество прессов и утюгов.

Общее влаговыделение оборудованием составит

Суммарные влаговыделения в швейном цехе будет

Процесс обработки воздуха в тепловое время года для швейного цеха.

Связующий эффект составит:

- по теплу

- по влаге -

Необходимый воздухообмен определяется по двум вредным выделениям:

По теплу,

По влаге,

Таблица 2 Параметры воздуха для тёплого периода года

К расчёту принимаем большую величину и определяем объёмное количество воздуха

Кратность воздухообмена по теплу

Так как кратность воздухообмена велика (17,9 ¹/ч), то перед подачей в цех воздух необходимо охлаждать путем адиабатического увлажнения в оросительной камере кондиционера - процесс НК; точку K получим на пересечении адиабаты 𝒊_н - cоnst и относительной влажности φ _к = 90%. C параметрами точки K приточный воздух поступает в цех, где поглощает тепло и влагу цеха - процесс КЦ₁.

Массовое количество воздуха

по теплукг/ч

по влаге

Объемное количество воздуха

м³/ч

Кратность воздухообмена в швейном цехе

¹ /ч,

что отвечает требованиям, предъявляемым к швейным цехам.

Таким образом, принимаем в теплое время года подачу воздуха в цех с предварительным охлаждением в оросительной камере.

Уравнение теплового баланса для холодного периода года

Составим уравнение теплового баланса для холодного периода года. Тепловыделения в холодное время года

= 36941 + 15100 + 46080 = 98121 Bт

Суммарные тепловые потери в швейном цехе определяем c учетом удельной тепловой характеристики здания. B типовых многоэтажных зданиях швейных обувных предприятии удельная тепловая характеристика для цехов, расположенных на последнем этаже, колеблется от 0,24 до 0,35 Вт/м^{з 0}С и для цехов, находящихся между первым и последним этажом, - от 0,14 до 0,2 Вт/м^з °С.

Для швейного цеха на третьем этаже пятиэтажного здания примем q_п.х = 0,17 Вт/м^з °C.

Производственный цех в холодный период характеризуется избыточным количеством тепла

Для холодного времени года принимаем следующие параметры:

- По наружному воздухуt_н=26°Сi_н= -25,3 кДж/кг;

- По внутреннему воздуху t_в = 22°Сφ_в = 60%;

- Теплоизбытки = 58543,3 Вт

- Влаговыделения W = 36,4 кг/ч

Угловой масштаб вентиляционного процесса в цехе:

3,6 : W = 58543,3 3,6 : 36,4 = 5790 кДж/кг

Производительность вентиляционной системы принимаем как для теплого периода года

L^x = L^m= 50555,5 м^з/ч

Вентиляция осуществляется наружным, предварительно обработанным воздухом (процесс происходит без рециркуляции).

Определим влагосодержание воздуха, выходящего из кондиционера и поступающего в цех. Для этого из уравнения

находим связующий эффект по влаге:

0,6 г/кг;

Точку K, характеризующую состояние воздуха, выходящего из кондиционера и поступающего в цех, находим на пересечении влагосодержания этой точки d_к= d_ц -∆d_ц и процесса изменения состояния воздуха в цехе, проведенного из точки Ц параллельно лучу углового масштаба, K - Ц II ОЕ_х.

=9,8-0,6=9,2 г/кг

Сравнивая теплосодержание и влагосодержание точек H и K, замечаем необходимость подогрева и увлажнения наружного воздуха для достижения им параметров точки K. Положение конечной точки подогрева наружного воздуха определяется пересечением линии процесса нагрева H-П при d_н = d_п - cоnst и изоэнтальпического увлажнения П-К при 𝒊_к =𝒊_п - cоnst.

Расход тепла на подогрев

0,278 = 60666,6 68,3 0,278 = 1151190,1 Вт

где - = 43-(-25,3) =68,3 кДж/ч

Полученную производительность системы вентиляции по теплому времени года L^m, м^з/ч для выбора кондиционера следует увеличить на 10% c учетом расширения производства или возможного наращивания установленной мощности технологического оборудования:

L_конд = L^m + 0,1 L^m = 50555,5 + 0,1 50555,5 = 55611 м^з/ч

где L_конд - производительность, по которой будет выбиратьcя кондиционер, м^з/ч. По полученной производительности 55611 м^з/ч подбираем кондиционер. Принимаем кондиционер КЦКП-63 (табл. 3.)

Таблица 3.

ЛИТЕРАТУРА

1.В.Н. Талиева, «Вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха на текстильных предприятиях», Москва, 1985 год.

2.П.Н. Умняков, «Основы расчёта и прогнозирования теплового комфорта и экологической безопасности на предприятиях текстильной и лёгкой промышленности», Москва, 2003 год.

3.В.А.Кравец, «Безопасность жизнедеятельности в лёгкой промышленности», Москва, 2006 год.