Дослідження мікроклімату у виробничих приміщеннях

Лабораторна робота №11

Дослідження мікроклімату у виробничих приміщеннях

 

Мета роботи - ознайомитись з основними параметрами мікроклімату у виробничих приміщеннях з їх оптимальними та допустимими значеннями, набути практичних навичок у користуванні нормативними документами, вивчити прилади контролю параметрів, методику проведення досліджень та виконати дослідження параметрів мікроклімату у виробничому приміщанні.

Основні теоретичні відомості

Під мікрокліматом виробничих приміщень  розуміють клімат внутрішнього середовища виробничого приміщання, який визначається поєднаними діями на організм людини, температури, вологості, швидкості руху повітря та теплових випромінювань.

Отже, основними параметрами мікроклімату є: температура, відносна вологість, швидкість переміщення повітря та інтенсивність теплового випромінювання.

Параметри мікроклімату можуть змінюватись  у широких межах і істотно  впливати на самопочуття та здоров'я працівника, продуктивність та якість його праці.

Для того, щоб фізіологічні процеси  в організмі людини відбувалися  нормально, тепло, що виділяється організмом, повинне повністю відводитися у  навколишнє середовище. Порушення теплового балансу може призвести до перегрівання або до переохолодження організму людини і, зрештою, до втрати працездатності, втрати свідомості та до теплової смерті. Величина тепловиділення організмом людини залежить від ступеня фізичного напруження за певних кліматичних умов і складає від 85 (у стані спокою) до 500 Дж/с (важка робота).

Нормальне теплове самопочуття  має місце, коли тепловиділення ( ) організму людини повністю сприймаються навколишнім середовищем ( ), тобто коли має місце тепловий баланс ( = ). У цьому випадку температура внутрішніх органів залишається постійною на рівні 36,6°С.

Організм людини здатний підтримувати квазістійку температуру тіла при  достатньо широких коливаннях параметрів навколишнього середовища. Так, тіло людини зберігає температуру близько 36,6°С при коливаннях навколишньої температури від -40°С до +40°С. При цьому температура окремих ділянок шкіри та внутрішніх органів може бути від 24°С до 37,1°С.

Найбільш інтенсивні обмінні процеси  відбуваються в печінці – її температура  – 38,0…38,5°С. Існує добовий біоритм температури шкіри: максимальна (37,0…37,1°С) о 16.00…19.00, мінімальна (36,0…36,2°С) о 2.00…4.00 за місцевим часом.

Рівняння теплового  балансу “людина – навколишнє середовище” вперше було проаналізоване в 1884 році професором Флавіцьким І.І. Теплообмін між людиною та навколишнім середовищем здійснюється конвекцією внаслідок обтікання тіла повітрям ( ), теплопровідністю через одяг ( ), випромінюванням на оточуючі поверхні ( ) та в процесі тепломасообміну ( ) при випаровуванні вологи, котра виводиться на поверхню потовими залозами ( ) і при диханні ( ):

,

Конвективний теплообмін визначається за законом Ньютона:

,

де  - температура поверхні тіла людини (взимку – 27,5°С, влітку - 31°С), - температура навколишнього середовища; - ефективна поверхня тіла людини (50…80% геометричної зовнішньої поверхні тіла людини). Для практичних розрахунків вона приймається рівною 1,8 м²; =4,06 Вт/(м²×град).

Рівняння Фур’є, котре описує теплопровідність в однорідному полі, можна записати у вигляді:

,

де  - коефіцієнт теплопровідності тканин одягу людини, Вт/град; - товщина тканин одягу людини, м.

Теплообмін випромінювання відбувається за допомогою електромагнітних хвиль  між тілами, розділеними променепрозорим середовищем. Теплова енергія, перетворюючись на поверхні гарячого тіла у променисту, передається на холодну поверхню, де знову перетворюється у теплову. Променистий потік тим більший, чим нижча температура поверхонь, котрі оточують людину і може бути визначений за допомогою узагальненого закону Стефана-Больцмана:

,

де  - середня температура поверхні тіла та одягу людини, К; - середня температура оточуючих поверхонь, К; - коефіцієнт опромінюваності, що залежить від розташування та розмірів поверхонь та і котрий вказує на частку променистого тепла, що припадає на поверхню від всього потоку, який випромінюється поверхнею ; - приведений коефіцієнт випромінювання, Вт/(м²К⁴); - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.

Кількість тепла, котре віддається людиною в навколишнє середовище при випаровуванні вологи, що виводиться на поверхню шкіри потовими залозами, визначається формулою:

,

де - - кількість вологи, що виділяється і випаровується, кг/с; - прихована теплота випаровування вологи, котра виділяється Дж/кг.

Кількість тепла, що віддається в оточуюче середовище з поверхні тіла при випаровуванні  поту, залежить не лише від температури повітря та інтенсивності роботи, що виконується людиною, але й від швидкості руху оточуючого повітря та його відносної вологості.

Кількість тепла, котре витрачається на нагрівання повітря, що вдихується, можна визначити за рівнянням:

,

де  - легенева вентиляція, м³/с; - густина вологого повітря, що вдихується кг/м³; - питома теплоємність повітря, що вдихується, Дж/(кг/град); - температура повітря, що видихається, °С; - температура повітря, що вдихується, °С.

Легенева вентиляція – це об’єм  повітря, що вдихується людиною за одиницю  часу. Вона визначається, як добуток об’єму повітря, що вдихується за один вдих, на число циклів дихання за секунду.

Кількість тепла, що виділяється людиною  з повітрям, котре видихається, залежить від її фізичного навантаження, вологості повітря, температури оточуючого повітря.

На механізм теплообміну впливають  параметри мікроклімату. Так, тепловіддача конвекцією залежить від температури  навколишнього повітря, його вологості та швидкості переміщення повітря на робочих місцях або в робочій зоні.

Теплота, яка віддається навколишньому  середовищу випаровуванням, залежить від відносної вологості та швидкості руху повітря, а якщо ж вона віддається випромінюванням - від температури навколишніх предметів та устаткування.

Якщо температура тіла людини вища за температуру навколишнього середовища, то теплота випромінювання віддається від людини навколишньому середовищу, а за більш високих температур навколишніх предметів та устаткування теплообмін випромінюванням іде в зворотному напрямку - від навколишніх предметів (устаткування) до людини.

Для того щоб фізіологічні процеси  в організмі людини проходили  нормально, температура його тіла повинна  бути постійною (незмінною). Надлишкова теплота, яка виділяється організмом людини в процесі праці, повинна відводитись у навколишнє середовище. Співвідношення між кількістю цієї теплоти та охолоджуючою здатністю навколишнього середовища зумовлює тепловий комфорт.

У разі відділення параметрів мікроклімату від комфортних в організмі людини відбуваються процеси, спрямовані на терморегуляцію. Вони відбуваються під контролем центральної нервової системи і забезпечують рівновагу між організмом людини та навколишнім середовищем.

Розрізнюють хімічну та фізичну  терморегуляцію.

Хімічна терморегуляція організму  досягається зниженням рівня  обміну речовин у разі загрози його перегріву або посиленням цього обміну .під час охолодження. Але роль хімічної терморегуляції в тепловій рівновазі організму з зовнішнім середовищем мала порівняно з фізичною. За фізичної терморегуляції віддача теплоти організмом людини в навколишнє середовище відбувається зазначеними вище теплопровідністю, конвекцією, випаровуванням та випромінюванням.

Значне відхилення параметрів мікроклімату від оптимальних або допустимих може спричинитися до ряду фізіологічних порушень в організмі людини, до різкого зниження її працездатності і навіть до професійних захворювань.

Вплив параметрів мікроклімату на самопочуття людини

Параметри мікроклімату справляють безпосередній  вплив на самопочуття людини та його працездатність. Зниження температури за всіх інших однакових умов призводить до зростання тепловіддачі шляхом конвекції та випромінювання і може зумовити переохолодження організму.

Підвищення швидкості руху повітря  погіршує самопочуття, оскільки сприяє підсиленню конвективного теплообміну  та процесу тепловіддачі при випаровуванні  поту.

При підвищенні температури повітря мають місце зворотні явища. При температурі повітря понад 30°С працездатність людини починає падати. За такої високої температури та вологості практично все тепло, що виділяється, віддається у навколишнє середовище при випаровуванні поту. При підвищенні вологості піт не випаровується, а стікає краплинами з поверхні шкіри.

Недостатня вологість призводить до інтенсивного випаровування вологи зі слизових оболонок, їх пересихання та розтріскування, забруднення хвороботворними мікробами.

Вода та солі, котрі виносяться з організму людини з потом, повинні  заміщуватися, оскільки їх втрата призводить до згущення крові та порушення діяльності серцево-судинної системи.

Зневоднення організму на 6% викликає порушення розумової діяльності, зниження гостроти зору. Зневоднення  на 15…20% призводить до смертельного наслідку.

Втрата солі позбавляє кров здатності  утримувати воду, що викликає порушення діяльності серцево-судинної системи. За високої температури повітря та при дефіциті води в організмі посилено витрачаються вуглеводи, жири, руйнуються білки.

Для відновлення водяного балансу  рекомендується вживати підсолену (0,5% NаCl) воду (4…5 л на людину за зміну), білково-вітамінний напій.

Тривалий вплив високої температури  у поєднанні зі значною вологістю  може призвести до накопичення теплоти  в організмі і до гіпертермії  – стану, при котрому температура  тіла піднімається до 38…40°С. При гіпертермії, як наслідок, тепловому ударі спостерігається головний біль, запаморочення, загальна слабкість, спотворення кольорового сприйняття, сухість у роті, нудота, блювання, потовиділення. Пульс та частота дихання прискорюється, в крові зростає вміст залишкового азоту та молочної кислоти. Спостерігається блідість, посиніння шкіри, зіниці розширені, часом виникають судоми, втрата свідомості.

За зниженої температури, значної  рухомості та вологості повітря  виникає переохолодження організму (гіпотермія). На початковому етапі впливу помірного холоду спостерігається зниження частоти дихання, збільшення об’єму вдиху. За тривалого впливу холоду дихання стає неритмічним, частота та об’єм вдиху зростають, змінюється вуглеводний обмін. З’являється м’язове тремтіння, при котрому зовнішня робота не виконується і вся енергія тремтіння перетворюється в теплову. Це дозволяє протягом деякого часу затримувати зниження температури внутрішніх органів.

Вологість повітря зумовлюється вмістом  у ній водяної пари. Відносна вологість - це відношення абсолютної вологості до максимальної :

.

Абсолютна вологість - це маса водяної  пари, яка міститься в даний  момент у повітрі.

Максимальна вологість повітря - максимально можливий вміст водяної пари в повітрі за даної температури (стан насиченості).

Підвищення вологості повітря (понад 75%) у поєднанні з низькими температурами  значно впливає на охолодження, а  в поєднанні а високими температурами сприяє перегріву організму.

Людина починає відчувати рух  повітря за швидкості 0,1 м/с. Незначне переміщання повітря за звичайних  температур сприяє доброму самопочуттю. Великі швидкості повітря, особливо за низьких температур, збільшують теплові втрати організму та сприяють сильному його охолодженню.

Теплові випромінювання від нагрітих предметів та устаткування значно впливають  на створення несприятливих мікрокліматичних умов у виробничих приміщеннях. Крім того, теплові (інфрачервоні) випромінювання також впливають на організм людини. Ефективність такого впливу залежить від густини потоку енергії інфрачервоних випромінювань, довжини хвилі, тривалості і зони (області) впливу. Останній може бути загальним і локальним.

У разі тривалого перебування людини в зоні теплового випромінювання або за систематичного впливу високих температур в організмі людини відбувається різке порушення теплового балансу, підвищується температура тіла та діяльність серцево-судинної системи органів дихання, потовиділення, відбувається втрата потрібних організмові солей, вітамінів, погіршується харчування тканин організму. У випадку порушення теплового балансу може виникнути захворювання - теплова гіпотермія.

Енергія випромінювання, як і безпосередній  контакт з нагрітими до високих  температур предметами, устаткуванням, матеріалами та виробами (кондукція) можуть викликати теплові опіки.

Небезпека теплового впливу на організм людини оцінюється густиною потоку енергії  інфрачервоних випромінювань. Повітря для інфрачервоних випромінювань теплопрозоре. Інтенсивність теплового опромінювання людини від нагрітих поверхонь технологічного устаткування, освітлювальних приладів, інсоляції на постійних і непостійних робочих місцях не повинна перевищувати 35 Вт/м² у разі опромінення 50% поверхні тіла і 70 Вт/м² - у разі опромінення від 25 до 50% та 100 Вт/м² - у випадку опромінення до 25% поверхні тіла.

Інтенсивність теплового опромінювання  працюючих від відкритих джерел (нагрітий метал, скло, “відкрите” полум'я  тощо)не повинна перевищувати 140 Вт/м², при цьому опроміненню не повинно підлягати більше 25% поверхні тіла, і обов'язковим є використання засобів захисту обличчя та очей.

За наявності теплового опромінювання  температура повітря не повинна  перевищувати наведених в табл.1 верхніх меж оптимальних значень для теплого періоду року; на непостійних робочих місцях - верхніх меж допустимих значень для постійних робочих місць.