Микроклимат на рабочем месте

Метеорологические условия, или микроклимат, производствен­ной среды определяются сочетанием следующих основных пара­метров; температура воздуха, °С; относительная влажность, %; скорость движения или подвижность воздуха, м/с. Кроме того, на жизнедеятельность человека оказывают влияние изменения атмос­ферного давления. Нормальное атмосферное давление составляет 0,1013 МПа, что соответствует 760 мм рт. ст.

Параметры микроклимата могут меняться в очень широких пределах. При благоприятных сочетаниях параметров микрокли­мата человек испытывает состояние теплового комфорта, при неблагоприятных — организм человека стремится сохранить по­стоянство температуры тела за счет терморегуляции. Отдача теп­лоты организмом человека во внешнюю среду может осуществ­ляться конвекцией, излучением и испарением. По мере пониже­ния температуры воздуха тепловыделение тела человека может повышаться за счет мышечной активности и усиления обмена веществ.

Отклонение параметров микроклимата производственных по­мещений от оптимального может быть причиной ряда физиоло­гических нарушений в организме человека. Например, высокая температура воздуха в сочетании с малой подвижностью вызы­вает у человека ощущение жары, а в сочетании с высокой от­носительной влажностью — способствует перегреванию организ­ма, что может привести к тепловому удару. При пониженной тем­пературе воздуха и высокой скорости его движения наступает пе­
реохлаждение организма, которое приводит к простудным забо­леваниям.

В соответствии с санитарными нормами СН 245-71 и ГОСТ 12.1005 —88 «ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гиги­енические требования» устанавливаются оптимальные и допусти­мые метеорологические условия в рабочей зоне (пространстве высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, где находятся рабочие места) производственной среды с учетом:

• времени года. Холодный и переходный периоды — со средне­суточной температурой воздуха ниже 10 °С, теплый период — выше 10 “С;
• тяжести физической работы. Все виды работы по тяжести под­разделяются на три категории: к легким физическим работам (ка­тегория I) относятся работы, не требующие систематического физического напряжения при затратах энергии человеком не бо­лее 172 Вт; к работам средней тяжести (категория Па) относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, не требующие переме­щения тяжестей, с энергозатратами от 172 до 232 Вт; к работам средней тяжести (категория 116) относятся работы, связанные с ходьбой и переноской небольших (до 10 кг) тяжестей, с энерго­затратами от 232 до 293 Вт; к тяжелым физическим работам (кате­гория III) относятся работы, связанные с систематическим фи­зическим напряжением, в частности, с переноской значительных (более 10 кг) тяжестей, с энергозатратами более 293 Вт;
• тепловой характеристики производственного помещения. Все производственные помещения подразделяются на помещения с незначительными избытками явной теплоты, не превышающими 23 Вт/м3, и значительными избытками явной теплоты — более 23 Вт/м3.

При оптимальных параметрах микроклимата обеспечиваются тепловой комфорт и высокая работоспособность человека. При допустимых значениях параметров микроклимата может наблю­даться временное понижение работоспособности человека, кото­рое быстро нормализуется, не вызывая нарушения здоровья чело­века.

Способность человеческого организма поддерживать постоян­ной температуру тела при изменении параметров микроклимата и при выполнении различной по тяжести работы называется тер­морегуляцией. Она обеспечивает установление определенного со­отношения между теплообразованием в результате изменения об­мена веществ (химическая терморегуляция) и теплоотдачей (фи­зическая терморегуляция).

Основная роль в теплообменных процессах у человека принад­лежит физиологическим механизмам регуляции теплоотдачи че­рез поверхностные ткани, которая может осуществляться конвек­цией, излучением и испарением. Для нормального протекания физиологических процессов в организме человека необходимо, чтобы выделяемая организмом теплота отводилось в окружающую среду. Соответствие между количеством этой теплоты и охлажда­ющей способностью среды характеризует ее как комфортную.
В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений — холода или перегрева.

Оптимальные значения параметров микроклимата с учетом избытков явной теплоты, тяжести выполняемой работы и време­нем года приведены в табл. 10.1.

В производственных помещениях, в которых тепловыделение превышает 23 Вт/м3, 2/3 выделяемой теплоты приходится на инфракрасную радиацию от нагретых тел. Остальное выделение теп­лоты происходит за счет конвекции.

Источником инфракрасного излучения является любое нагре­тое тело. Инфракрасное излучение характеризуется законом Кир­хгофа, согласно которому лучеиспускание обусловлено только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей сре­ды, т.е. лучеиспускательная способность любого тела пропорцио­нальна его лучепоглощающей способности. Тело,  оглощающее
все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением.

Следующим основопологающим законом является закон Сте­фана-Больцмана, согласно которому с повышением температу­ры излучающего тела интенсивность излучения Е, Вт/м2, увели­чивается пропорционально четвертой степени его абсолютной температуры:

где б — постоянная Стефана—Больцмана, равная 5,67032 • 10^-8 Вт •м^-2- К^-4; Т — абсолютная температура, К.

Кроме того, используется закон Вина, согласно которому про­изведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения с максимальной энергией есть величина постоянная:

где С — постоянная Вина (С= 2 880); лmах — длина волны, мкм.

Таким образом, длина волны максимального излучения нагре­того тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре. Зашита персонала, работающего в условиях воздействия избы­точной теплоты, достигается созданием хорошей тепловой изоля­ции горячих поверхностей котлов и теплоиспользующего обору­дования; применением различных экранов, поглощающих и от­ражающих лучистую энергию; установкой естественной и меха­нической вентиляции; применением спецодежды и средств инди­видуальной защиты; организацией труда и отдыха со сменой мик­роклимата.

Отражающие экраны чаще всего выполняются из листовой стали с асбестом, белой жести, алюминиевой фольги, т.е. тех материа­лов, которые хорошо отражают лучистую энергию. К поглоща­ющим экранам относится водяная завеса, которая поглощает 80…90% лучистой энергии.

Излучающие поверхности покрывают теплоизолирующими материалами, т.е. материалами с малой проводимостью. К таким материалам относятся асбест, слюда, стекловата, стеклоткань, пемза и др. Излучение лучистой энергии в помещении при этом значительно уменьшается.

К средствам индивидуальной защиты относятся термозащит­ная спецодежда, например одежда, выполненная из хлопчатобу­мажной ткани с огнестойкой пропиткой; спецодежда для защиты от низкой температуры; соответствующие головные уборы; обувь и рукавицы.

Не менее важным показателем состояния рабочей среды (воз­духа рабочей зоны) является влажность воздуха — содержание в нем паров воды, которое характеризуется абсолютной влажно­стью dn, т. е. массой водяного пара, содержащегося в 1 м^3 влажно­го воздуха, кг/м^-3 или г/м^-3:

где рп — парциальное давление пара при температуре Т, К; Rn — газовая постоянная, равная для пара 461 кг^-1• К^-1.

Абсолютная влажность при насыщенном состоянии (при дан­ной температуре) называется влагоемкостью dH воздуха.

Относительная влажность воздуха ф определяется отношением

где рн — парциональное давление насыщенного пара при данной температуре.

Еще одной важной характеристикой является подвижность воз­духа, т. е. скорость движения воздуха в рабочей зоне, которая воз­никает в результате разницы температур в смежных участках по­мещения, а также за счет gроникновения холодных потоков воз­духа извне при работе вентиляционных систем или в результате технологических процессов, перемещения агрегатов, машин, людей и др.

Влажность воздуха оказывает значительное влияние на термо­регуляцию организма человека. Высокая относительная влажность воздуха при высокой температуре способствует перегреванию орга­низма. При низкой температуре воздуха повышенная влажность воздуха усиливает теплоотдачу с поверхности кожи и способству­ет переохлаждению организма. Низкая влажность воздуха вызыва­ет пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей работа­ющего. Подвижность воздуха эффективно способствует теплоот­даче организма человека и положительно проявляется при высо­ких температурах, но отрицательно — при низких.

Субъективные ощущения в зависимости от изменения пара­метров микроклимата рабочей среды приведены в табл. 10.2.

Измерение параметров микроклимата на рабочих местах осу­
ществляется с помощью различных приборов. Например, для оп­
ределения температуры и влажности воздуха используют аспирационные психрометры МВ-4М, М-34, электротермометры, шаро­вые зачерненные термометры (рис. 10.1); для определения скорости движения воздуха используют анемометры (крыльчатые АСО-3, АП-1м, чашечные МС-13), термоанемометры ТАМ-1, цилиндри­ческие и шаровые кататермометры; для определения теплового из­лучения используют актинометры, радиометр «Аргус-3».

Температуру воздуха, газов и жидкостей от -36 до +37,5 °С из­меряют ртутными термометрами, а от -65 до +65 °С — спиртовыми термометрами, термографами, термоанемометрами, аспирационными психрометрами (при наличии bсточников теплового излу­чения).

При измерении температуры выше 60 °С применяют ртутные термометры с ценой деления 1 °С. Для измерений, требующих по­вышенной точности, используют термометры с ценой деления 0,1 …0,2 °С.

Влажность воздуха оценивается в абсолютных и относительных единицах. Относительную влажность воздуха измеряют психромет­рами, гигрометрами и гигрографами. Принцип определения влаж­ности психрометром основан на разности температур сухого и мокрого термометров при обтекании их резервуаров воздухом со скоростью не более 2,5 м/с.

При отрицательной температуре относительную влажность воз­духа рекомендуется измерять волосяным гигрометром (рис. 10.2).

Он состоит из металлической рамки 5, на которой с помощью винта 4, блока 1 и грузика 7 укреплен обезжиренный волос 3. На оси блока укреплена стрелка 2. Отсчет ведется по шкале 6 в процен­тах. Принцип работы волосяного гигрометра основан на изменении длины обезжиренного волоса в зависимости от влажности воздуха. Абсолютное давление воздуха (атмосферы) измеряется баро­метрами-анероидами и барографами. Барометр-анероид работает на принципе измерения меняющейся в зависимости от колеба­ний атмосферного давления высоты анероидных коробок. Через систему рычагов деформация коробок передается стрелке. Шкала должна быть отградуирована в паскалях, миллибарах или милли­метрах ртутного столба.

Подвижность воздуха измеряют анемометрами, термоанемомет­рами, воздухомерными трубками, кататермометрами и другими приборами.

Наибольшее распространение получили крыльчатый (АСО-3) и чашечный (МС-13) анемометры.

Крыльчатый анемометр АСО-3 со струнной осью (рис. 10.3) состоит из крыльчатки 3, размещенной в металлической обечай­ке 4, счетного механизма 2 и ручки 5. Крыльчатка соединена со счетным механизмом при помощи трубчатой оси на натянутой стальной струне. Давление движущегося потока воздуха приводит крыльчатку во вращение. Трубчатая ось посредством червячной передачи передает вращение через счетный механизм на стрелки
прибора. Включение счетного механизма в работу и выключение его производится арретиром 1. Анемометр АСО-3 применяют для измерения скорости воздуха от 0,2 до 5 м/с.

На рис. 10.4 представлен чашечный анемометр МС-13, кото­рый имеет предел измерения от 1 до 20 м/с. Давление воздушного потока воспринимается четырьмя полусферическими чашечками 3, закрепленными на двух взаимно-перпендикулярных стержнях, жестко соединенных с осью 2, на конце которой имеется червяч­ная передача, связанная с редуктором счетного механизма 1. Счет­ный механизм имеет три стрелки, отсчитывающие единицы, сот­ни и тысячи оборотов. Для измерения средней скорости движения воздуха анемометром применяют метод обвода по сечению, а для измерения малых скоростей движения воздуха применяют точеч­ный метод.

Измерив охлаждающее действие атмосферы сухим кататермо­метром, можно определить скорость движения воздуха по следу­ющим формулам:

при скорости меньше 1 м/с —

при скорости более 1 м/с —

где Н — охлаждающее действие атмосферы, определяемое деле­нием фактора прибора F на время охлаждения его резервуара от 38 до 35 °С (катаградусы); At= 36,5 – 1 (36,5 — средняя температура тела человека, °С; t — температура воздуха, °С).

Приборы должны быть снабжены тарировочными удостовере­ниями, в которых приведены три поправки: для шкалы; темпера­турная; добавочная, учитывающая неточности, остающиеся пос­ле внесения первых двух поправок.

В последнее время появилось большое количество различных автоматизированных средств регистрации температуры, относи­тельной влажности воздуха и давления. Вместе с тем во многих случаях используются приборы измерения и записи указанных параметров, такие как термограф, гидрограф, барограф.

В термографе датчиком температуры служит биметаллическая пластина, которая деформируется под действием температуры окружающего воздуха. Эти деформации через рычажную систему передаются на записывающее устройство. На специальной ленте регистрируется изменение температуры во времени.

Принцип действия гигрографа заключается в регистрации из­менения влажности. При этом начальная относительная влажность устанавливается с помощью регулировочного винта по психро­метру. При изменении влажности изменяется натяжение пучка обезжиренных волос, закрепленных в специальных зажимах. Че­рез рычажный механизм возникающие перемещения передаются на записывающее устройство.

Барограф (рис. 10.5) по принципу действия аналогичен баро­метру-анероиду. Изменение высоты анероидных коробок 6 через систему рычагов 5 передается перу 2. Запись изменения давления ведется на специальной ленте 1, укрепленной на барабане 3 с суточным или недельным заводом. Первоначальное давление ус­танавливается с помощью специального винта 4 по барометру-анероиду.