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 II
согласно
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.
Вид
параметров
|
Температура
воздуха, 0С
|
Относительная
влажность воздуха, %
|
Холодный
и переходный периоды года
|
Оптимальные
допустимые
|
18-20
17-19
17-23
15-21
|
60-40
75
|
Теплый
период года
|
Оптимальные
Допустимые
в помещениях
с
избытками явного тепла до 23 Вт/м3
С
избыткамиявного тепла более 23 Вт/м3
|
21-23
20-22
Не
более чем на 30С выше средней температуры наружного воздуха в 13 ч
самого жаркого месяца, но не более 280С
Не
более чем на 5 0С выше средней температуры наружного воздуха в 13
ч самого жаркого месяца, но не более 28 0С
|
60-40
При
28 0С не более 55; при 27 0С - не более 60;
при
26 ос - не более 65; при 25 0С - не более 70; при 24 0С
и ниже - не более 75
|
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 Мп
(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
wп = 1000Мп/V
=
1000рг,
где wп - 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 = wп/wнас = Рп/Рнас.
Используя уравнение состояния газа (2.3), можно
представить
Рп = pn/(RnT)
и
Рнас = рнас/(RпТ)
.
Тогда
φ = Рп/ Рнас , (2.7)
Рнас = 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
=
1000Мп/ 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
Подставив в формулу (2.9) значения РВ (2.4) и (2.5),
получим и РП согласно формулам
d
=
1000Rв
рп /(Rп
рв) .
Зная, что Rв
= 287 кДж/(кг*К) и Rп
= 460 кДж/(кг· К), получаем d
=
623 Рп/Рв. Используя выражения (2.1) и (2.7),
можно записать
d=623φРнас/(Рб
- φРнас) . (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
№
п/н
|
Наименование
оборудования
|
Марка
или серия
|
Количество,
установленное
|
N,
кВт
|
1.
|
Универсальное
|
212-115105/Е
112 «Дюркопп»
|
56
|
0,27
|
2.
|
Универсальное
|
МО-816-ДФ4/ТОО1
«Джуки»
|
14
|
0,27
|
3.
|
Универсальное
|
570-2
ПО «Подольскшвеймаш»
|
6
|
0,27
|
4.
|
Специальное
|
397-М
ПО «Подольскшвеймаш»
|
2
|
0,27
|
5.
|
Специальное
|
ЛН-115
2 SN-413/ МО 16 «Джуки»
|
4
|
0,27
|
6.
|
Специальное
|
2001
«Некки»
|
4
|
0,27
|
7.
|
Специальное
|
IAN
1405 «Некки»
|
8
|
0,27
|
8.
|
Специальное
|
IAN
1611 «Некки»
|
8
|
0,27
|
9.
|
Специальное
|
IAN
1441 «Некки»
|
12
|
0,27
|
10.
|
Специальное
|
51-А
ПО «Подольскшвеймаш»
|
1
|
0,27
|
11.
|
Выветривание
и приутюживание (пресс для клапана кармана)
|
ПВ-1
«Легмаш»
|
6
|
1,6
|
12.
|
ПМ-1
«Легмаш»
|
6
|
1,0
|
13.
|
утюг
|
УТП-1,
5Э «Легмаш»
|
10
|
1,0
|
14.
|
фальшпресс
|
7-96
МОМЗ ЦНИИШП
|
3
|
1,0
|
Отделочная
секция
|
|
15.
|
пресс
|
КССУ
«Паннония»
|
2
|
1,6
|
16.
|
пресс
|
КДФВ
«Паннония»
|
2
|
1,6
|
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 Wпр.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
Наименование точек
|
t,°С
|
φ,%
|
𝒊,
кДж/кг
|
d, г/кг
|
Н
|
22,3
|
62
|
49,4
|
10,6
|
Ц
|
27
|
50
|
55
|
10,95
|
Ц1
|
27
|
59,7
|
12,8
|
К
|
18,6
|
90
|
49,4
|
12,2
|
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 𝒊н
- 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/мз 0С
и для цехов, находящихся между первым и последним этажом, - от 0,14 до 0,2 Вт/мз
°С.
Для швейного цеха на третьем этаже пятиэтажного
здания примем qп.х = 0,17 Вт/мз °C.
Производственный цех в холодный период
характеризуется избыточным количеством тепла
Для холодного времени года принимаем следующие
параметры:
- По наружному воздухуtн=26°Сiн=
-25,3 кДж/кг;
- По внутреннему воздуху tв = 22°Сφв
= 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
Lx = Lm= 50555,5 мз/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 dк= dц -∆dц и
процесса изменения состояния воздуха в цехе, проведенного из точки Ц
параллельно лучу углового масштаба, K - Ц II
ОЕх.
=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 dн =
dп - cоnst и изоэнтальпического увлажнения П-К при 𝒊к
=𝒊п
- 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 Lm, мз/ч для выбора кондиционера
следует увеличить на 10% c учетом расширения производства или возможного
наращивания установленной мощности технологического оборудования:
Lконд = Lm + 0,1 Lm =
50555,5 + 0,1 50555,5 = 55611 мз/ч
где Lконд - производительность, по
которой будет выбиратьcя кондиционер, мз/ч. По полученной
производительности 55611 мз/ч подбираем кондиционер. Принимаем
кондиционер КЦКП-63 (табл. 3.)
Таблица 3.
Тип
кондиционера
|
Вентиляционная
установка, кПа
|
Полн.
давление
|
Норм.
производит. тыс. м3/ч
|
n,
мин-1
|
Электродвигатель
|
тип
|
Мощн.
|
КЦКП-63
|
ЦЧ-75
N 16
|
1,6
|
63
|
595
|
4А250S6
|
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.