Приборы и методы измерения скорости воздуха

Скорость движения воздушного потока в рабочих помещениях оказывает существенное влияние на тепловое состояние организма человека и условия теплообмена с окружающей средой. Измеряют скорость движения воздуха с помощью анемометров, электрических анемометров и кататермометров.

Анемометр состоит из крыльчатого или чашечного колеса, насаженного на ось счетчика (рис. 1.5). При проходе воздуха колесо вращается, а счетчик отсчитывает скорость по частоте вращения оси. Существуют анемометры с часовыми механизмами, которые позволяют автоматически регистрировать скорость воздуха. Предел измерения чашечных анемометров от 1 до 35 м/с, крыльчатых – от 0,5 до 10 м/с.

Электрический анемометр при работе использует зависимость температуры провода, нагретого постоянным током, от скорости воздуха, которым данный провод обдувается. Температуру нагретой нити воспринимает «горячий» спай термопары, «холодный» спай имеет температуру окружающего воздуха. По величине термо-ЭДС, возникающей в цепи и регистрируемой миливольтметром, определяется скорость движения воздуха.

Рис. 1.5 – Анемометр

 

Кататермометр – спиртовой термометр с цилиндрическим сосудом для спирта, который применяется при измерении небольших скоростей воздуха (до 0,5 м/с) при его слабой естественной циркуляции в помещении. Работа с прибором заключается в определении охлаждающего эффекта от воздуха. Сначала кататермометр нагревают до 60°С (при этом спирт заполняет верхнее расширение капилляра примерно наполовину), после чего вытирают насухо и вывешивают горизонтально. После этого измеряют время t, за которое температура спадет от 38 до 35°С и определяют величину охлаждения по формуле:

(1.7)

где F – постоянная прибора, определенная при его поверке.

Скорость движения воздуха определяют по формуле:

(1.8)

где Q – разница средней температуры кататермометра (36,5°С) и температуры воздуха в месте измерения; В = 0,903 и k = 1,994 при υ ≤ 1 м/с; В = 0,366 и k = 0,174 при υ ≥ 1 м/с. Также скорость можно определить по специальной таблице (Приложение Д).

 

Самостоятельная работа № 1

РАСЧЕТ ОТОПЛЕНИЯ И ТЕПЛОВОЙ ЗАВЕСЫ РАБОЧЕГО ПОМЕЩЕНИЯ

Цель работы: освоить алгоритм расчета механической вентиляции, тепловых завес и отопления рабочих помещений.

Задача 1. Выполнить расчет отопления участка покраски автомобилей, имеющего следующие размеры: длина а = 20 м, ширина b = 18 м высота h = 4 м. Принять среднюю температуру наружного воздуха в период отопительного сезона t_нар = - 5°С.

Решение

Целью данного расчета является определение суммарной площади нагревательных приборов. Требования санитарных норм для температуры в помещениях различных типов в холодный период года приведены в Приложении Ж, по которому находим среднюю допустимую температуру внутри участка покраски

°С.

Определяем площадь участка покраски

м²

и объем воздуха на участке

м³.

Количество теплоты, необходимое для отопления данного помещения находим по формуле:

кДж/ч,

где q_о = 2,08 кДж/час – расход теплоты на отопление 1 м³ помещения.

Количество теплоты, необходимое для вентиляции:

кДж/ч,

где q_в = 1,5 кДж/час– расход теплоты на вентиляцию 1 м³ помещения.

Суммарные затраты на отопление и вентиляцию помещения:

кДж/ч.

Суммарная площадь нагревательных поверхностей на участке:

м²,

где К_П = 40 кДж/(м²·ч·°С) – коэффициент для стальных нагревательных конструкций; t_Т = 100°С – средняя расчетная температура теплоносителя в случае пара низкого давления.

 

Задача 2. Выполнить расчет тепловой завесы на участке технического обслуживания и текущего ремонта автомобилей, если ворота участка имеют следующие размеры: ширина х = 3 м; высота b = 2,3 м; толщина щели воздуховода δ = 10 см. Температура наружного воздуха t_нар = -17ºС, средняя скорость движения наружного воздуха υ = 2 м/с.

Решение

Эффективной мерой защиты производственных помещений от попадания холодного наружного воздуха при открывании ворот является организация воздушных завес. Завесы предусматриваются при температуре наружного воздуха ниже -15°С для помещений, в которых ворота открываются не менее 10 раз в течение часа.

Конструкция воздушных завес предполагает наличие нагнетательного воздухопровода с длинной и узкой щелью толщиной δ, через которую выпускается препятствующая поступлению в помещение холодного воздуха воздушная струя под углом 10 – 45°.

Объем наружного воздуха, поступающего в помещение при отсутствии тепловой завесы

м³/ч.

Из уравнения Менделеева-Клайперона определим плотность наружного воздуха при данной температуре

где μ = 29·10^-3 кг/моль – молярная масса воздуха; R = 8,31 Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная; Т – температура наружного воздуха, переведенная в систему СИ по формуле

Т = 273 + t_нар = 273 + (-17) = 256 К.

Масса внешнего воздуха, поступающего в помещение при отсутствии тепловой завесы

кг/ч.

Для определения параметров тепловой завесы найдем вспомогателный коэффициент R

;

где φ = 0,45 – коэффициент, учитывающий наклон струи и степень ее турбулентности.

Количество рециркуляционного воздуха, необходимого для работы завесы

кг/ч,

где η = 0,6 – КПД воздушной завесы.

Рекомендуемая средняя температура на участке ТО и ТР автомобилей определяется по Приложению Ж

°С = 289 К.

Плотность воздуха, выходящего из щели воздухопровода

Тогда скорость выхода воздуха из щели при данной температуре

м/с.

Количество наружного воздуха, поступающего в помещение при наличии тепловой завесы

Определяем температуру смеси из наружного воздуха и воздуха, подаваемого на завесу

°С.

Необходимый расход воздуха на завесу для поддержания необходимой температуры составляет

кг/ч.

Задача решена.

Задания для самостоятельной работы № 1

Выполнить расчет отопления участка ТО и ТР автомобилей, имеющего длину а, ширину b и высоту h, приняв среднюю температуру наружного воздуха в период отопительного сезона t_нар = -18°С. Для данного помещения также выполнить расчет тепловой завесы, приняв размеры ворот соответственно х и у, а толщину щели воздуховода δ. Среднюю скорость наружного воздуха принять равной υ = 4 м/с, необходимые данные для расчета взять из табл. 1.1.

Таблица 1.1

№	а, м	b, м	h, м	х, м	у,м	δ,см
			3,2	3,0	2,2
			3,5	3,0	2,2
			3,0	3,0	2,2
			4,5	3,0	2,2
				3,0	2,2
				3,0	2,2
				3,0	2,2
				3,5	2,2
				3,5	2,2
				3,5	2,2
		8,5	4,5	3,5	2,5
				3,5	2,5
			3,3	3,5	2,5
				3,5	2,5
		6,5		4,0	2,5
				4,0	2,5
			3,5	4,0	2,5
				4,0	2,5
				4,0	2,5
			3,5	4,0	2,5
			4,5	4,0	2,5
			3,5	3,0	2,0
			3,8	3,0	2,0
				3,0	2,0
				3,0	2,0
			3,5	3,0	2,0
				3,0	2,0
				3,0	2,0
				3,0	2,0
			4,5	3,0	2,0

Практическое занятие № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА РАБОЧЕЙ ЗОНЫ

Цель работы: изучение приборов и методов мониторинга параметров микроклимата на рабочих местах, отработка практических навыков измерения метеорологических характеристик рабочей зоны.

Приборы и инструменты: жидкостно-стеклянные термометры, барометр-анероид, гигрометр психрометрический, анемометр.

Теоретическая часть

Для реализации здоровых и безопасных условий труда на любом предприятии необходим контроль на рабочих местах температуры, влажности, давления и скорости движения воздуха. Определенная комбинация данных параметров может обеспечить чувство комфорта либо послужить причиной быстрой утомляемости и возникновения профессиональных заболеваний.

Метеорологические параметры рабочей зоны являются оптимальными, если они обеспечивают хорошее самочувствие работника и максимальную производительность труда. Некомфортные условия приводят к преждевременному утомлению, снижению внимания, ослаблению реакции, они могут быть причиной снижения производительности труда, производственных травм и профессиональных заболеваний.

Одним из методов определения и качественного учета тепловых условий в производственных помещениях является метод эффективных температур.

Эквивалентно-эффективная температура – температура насыщенного неподвижного воздуха, имеющего такую же охлаждающую способность, что и исследуемый воздух. Для любой экспериментально определенной комбинации температуры, влажности и скорости движения можно найти эквивалентно-эффективную температуру, определение которой производится при помощи номограммы.

Порядок выполнения работы

1. Подробно ознакомиться с теоретическим материалом раздела 1.

2. Сухим термометром гигрометра произвести 5 измерений температуры воздуха в помещении на высоте 1,3 – 1,5 м от пола в центре помещения и по углам не ближе 1 м от стен.

3. Определить среднюю температуру воздуха по формуле

(Л1)

4. С помощью барометра-анероида определить атмосферное давление в аудитории.

5. В центре помещения по психрометру определить температуру сухого t_cух и влажного t_влаж термометров, после чего найти их разность

Δ t = t_cух – t_влаж, (1.11)

6. По Приложению Б по данным t_cух и Δ t определить относительную влажность в помещении.

7. Создать вентилятором движение воздуха в аудитории, на расстоянии 3 м установить анемометр. Определить скорость движения воздуха в аудитории через 15 с после включения вентилятора, когда скорость вращения крыльчатки установится.

8. Повторить опыт 3 раза и определить среднее значение скорости.

9. С помощью номограммы (Приложение Е) определить эквивалентно-эффективную температуру воздуха рабочей зоны и ее положение относительно зоны комфорта.

10. Сделать вывод относительно параметров микроклимата в данной аудитории.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие факторы определяют микроклимат рабочей зоны?

2. На чем основан принцип действия жидкостно-стеклянных термометров?

3. Как измеряют температуру в помещениях с высоким уровнем теплового излучения?

4. Опишите конструкцию и принцип действия психрометра.

5. Как определяется относительная влажность воздуха с помощью психрометрических диаграмм?

6. Когда используется волосяной гигрометр, какова его конструкция и принцип действия?

7. Что называют атмосферным давлением и чем его измеряют?

8. Для чего необходимо знать скорость движения воздуха в рабочем помещении?

9. Опишите принцип действия крыльчатого анемометра.

10. Для чего используется кататермометр, каким образом он работает?

11. Что называется эквивалентно-эффективной температурой?