Исследование метеорологических условий на рабочих местах

Цель работы

Приобретение практических навыков измерения и оценки метеорологических условий в рабочей зоне.

 

Общие сведения о метеорологических условиях в рабочей зоне

Метеорологические условия на рабочих местах определяются температурой, влажностью, барометрическим давлением и скоростью движения воздуха. Совокупность этих параметров называется микроклиматом. Эти параметры, определяющие микроклимат как каждый в отдельности, так и в различных сочетаниях, оказывают влияние на функциональную деятельность человека, его самочувствие и здоровье.

Организм человека обладает свойством терморегуляции, заключающемся в способности регулировать теплообмен с окружающей средой и сохранять температуру тела на постоянном уровне 36,6…37,0°С независимо от внешних условий и тяжести выполняемых работ.

Изменение параметров микроклимата вызывает изменение соотношения величины теплоотдачи организма за счет излучения, конвекции и испарения пота.

Одна и та же температура воздуха ощущается различно в зависимости от степени его влажности, поскольку потери тепла с поверхности тела в значительной мере зависят от степени насыщения воздуха водяными парами.

Высокая температура воздуха переносится значительно легче при малой влажности. При температуре выше 25°С главным источником теплопотерь является потоотделение и испарение, которое затрудняется с повышением влажности. Поэтому большая влажность при высоких температурах воздуха способствует перегреванию организма.

При низких температурах воздух становится достаточно хорошим проводником тепла и вызывает ощущение зябкости. Влажная кожа и одежда также становятся более теплопроводящими. Следовательно, сырой воздух является менее благоприятным для организма, чем сухой. Сухой воздух при высоких температурах облегчает отдачу тепла испарением влаги с поверхности тела, а при низких – уменьшает теплопотери вследствие плохой теплопроводности кожи и одежды человека.

Однако воздух с относительной влажностью менее 40% может также вызвать ряд неприятных ощущений у человека (излишняя потеря влаги организмом).

Установлено, что оптимальной влажностью для человека является относительная влажность воздуха 40–60%.

Влияние повышенной скорости движения воздуха на тепловой обмен выражается в увеличении теплопотерь прежде всего за счет конвекции, т.к. усиливается циркуляция воздушных масс и нагретые слои воздуха вокруг тела человека интенсивно заменяются более холодными слоями воздуха окружающей среды. Наиболее благоприятной скоростью движения воздуха в летнее время считается 1–4 м/с в зависимости от температуры воздуха и состояния организма. При скорости 6–7 м/с воздух оказывает на человека раздражающее воздействие.

В жилых и конторских помещениях принято считать нормальной скорость движения воздуха 0,2–0,4 м/с; большие скорости вызывают ощущение сквозняков, меньшие – указывают на недостаточный воздухообмен.

Оптимальные и допустимые значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха устанавливаются согласно ГОСТ 12.1.005 в зависимости от тяжести выполняемой работы и сезона года (таблицы 5.1 и 5.2).

 

Таблица 5.1. Оптимальные нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений

Сезон года	Категория работ	Температура, °С	Относительная влажность, %	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный Переходный периоды года	Легкая – 1	20–23	60–40	0,2
Средняя – 2а	18–20	60–40	0,2
Средняя – 2б	17–19	60–40	0,3
Тяжелая – 3	16–18	60–40	0,3
Теплый период года	Легкая – 1	22–25	60–40	0,2
Средняя – 2а	21–23	60–40	0,3
Средняя – 2б	20–22	60–40	0,4
Тяжелая – 3	18–21	60–40	0,5

 

Таблица 5.2. Допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений в холодный и переходный периоды года

Категория работ	Температура воздуха, °С	Относительная влажность воздуха не более, %	Скорость движения воздуха, не более, м/с
Легкая – 1	19–25		0,2
Средняя –2а	17–23		0,3
Средняя – 2б	15–21		0,4
Тяжелая – 3	13–19		0,5

 

По общим энергозатратам организма (Дж/с) все выполняемые работы делятся на три категории.

 

Таблица 5.3. Категория работ по энергозатратам организма

Работа	Категория работы	Энергозатраты организма, Дж/с	Характеристика работы
Легкая физическая		до 127	Производится сидя, стоя или связанная с ходьбой, но не требующая систематического физического напряжения или поднятия и переноски тяжестей
Физическая средней тяжести	2а	172–232	Связанная с постоянной ходьбой, выполняется стоя или сидя, но не требующая перемещения тяжестей
2б	232–293	Связанная с ходьбой и переноской небольших (до 10 кг) тяжестей
Тяжелая физическая		более 293	Связанная с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянными передвижениями и переноской значительных (более 10 кг) тяжестей.

Для коллективной защиты от воздействий опасных метеорологических факторов применяют легкие укрытия над строящимися объектам в целом, или над его частью. По конструктивному исполнению легкие укрытия бывают пневматическими, каркасными и пневмокаркасными. Для индивидуальной защиты используют спецодежду и спецобувь.

Описание приборов и методики измерения параметров микроклимата

Для определения температуры могут использоваться термометры, термографы, регистрирующие на ленте изменение температуры за определенное время. Для определения влажности воздуха могут использоваться психрометры, гигрометры, гигрографы.

Различают следующие виды влажности: абсолютную, максимальную и относительную.

Абсолютная влажность – это фактическое содержание водяных паров, в данном объеме воздуха при данной температуре (мг/м³).

Максимальная влажность – это максимально возможное содержание водяных паров в данном объеме воздуха при данной температуре (мг/м³).

Относительная влажность воздуха (j) показывает отношение водяных паров, содержащихся в данном объеме воздуха к весу водяных паров, максимально насыщающих воздух при данной температуре.

 

Описание приборов

Применяются психрометры двух типов: психрометр Августа и психрометр Ассмана (рисунок 5.1):

Психрометр Ассмана

Психрометр Августа

Рисунок 5.1. Разновидности психрометров

Психрометры состоят из двух термометров – сухого и увлажненного. Увлажнение термометра осуществляется путем смачивания водой ткани, покрывающей шарик одного из термометров. Показания влажного термометра всегда меньше, так как часть тепла в нем постоянно расходуется на испарение влаги с поверхности шарика. По разности показаний сухого и влажного термометров вычисляется величина влажности – абсолютной и относительной.

Преимуществом психрометра Ассмана является большая стабильность и надежность работы его термометров, обеспечиваемая тем, что термометры психрометра заключены в латунные трубки, защищающие их от случайных воздействий. Для исключения влияния на показания термометров изменения скорости движения воздуха, в эти трубки всасывается исследуемый воздух с постоянной скоростью 2 м/с. Это осуществляется с помощью вентилятора, приводящегося в действие с помощью пружинного механизма. В помещении, где скорость перемещения воздуха незначительна, можно применять психрометр Августа.

При работе с психрометром Августа величина абсолютной влажности находится из следующей зависимости:

, (1)

где: a – абсолютная влажность, г/м³;

F_ВЛ – максимальная влажность при температуре t влажного термометра (таблица 5.4);

a – психрометрический коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха (таблица 5.5);

t, t₁ – показания сухого и влажного термометров соответственно, °С;

В – барометрическое давление, мм. рт. ст.

Относительную влажность j находят из следующей формулы:

, (2)

где: j – относительная влажность;

F_СУХ – значение максимальной влажности при температуре сухого термометра.

 

Таблица 5.4. Упругость насыщенных водяных паров при различных температурах

Температура воздуха, °С	Максимальная влажность	Температура воздуха, °С	Максимальная влажность
	9,209		18,650
	9,844		19,650
	10,518		21,068
	11,231		22,377
	11,987		23,756
	12,788		25,209
	13,634		26,739
	14,530		28,344
	15,477		30,043
	16,477		31,842
	17,735		33,695

 

Таблица 5.5. Значение величины a в зависимости от скорости движения воздуха

Скорость движения воздуха, м/с	Величина	Скорость движения воздуха, м/с	Величина
0,13	0,00130	0,80	0,00080
0,16	0,00120	2,30	0,00070
0,20	0,00110	3,00	0,00069
0,30	0,00100	4,00	0,00067
0,40	0,00080

При использовании психрометра Ассмана величина абсолютной влажности a вычисляется по формуле:

, (3)

Относительную влажность можно определить по номограмме и таблице на психрометре Августа.

Рисунок 5.2. Анемометр чашечный 1 – шкала тысяч; 2 – шкала сотен; 3 – шкала единиц.

Рисунок 5.3. Кататермометр с шаровым резервуаром

 

Гигрометры служат для непосредственного определения относительной влажности. Действие их основано на способности обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха.

Волосяной гигрометр представляет собой рамку с вертикально натянутым волоском, один конец которого укреплен на оси стрелки. Стрелка перемещается вдоль шкалы, проградуированной в % относительной влажности воздуха.

Гигрографы используются для регистрации во времени изменений величины a (%). Пучок волос натянутый на рамку прибора соединен с пером, записывающим на ленте барабана значения относительной влажности воздуха. Барабан приводится в движение часовым механизмом с постоянной скоростью вращения.

Для определения скорости движения воздуха используются анемометры (крыльчатый, чашечный), кататермометры, термоанемометры. Для измерения скорости движения воздуха более 0,5 м/с применяются анемометры крыльчатые и чашечные (рис. 5.2, 5.3).

У анемометров всех типов под действием потока воздуха приводится во вращение приемная часть, скорость вращения которой пропорциональна скорости потока.

В чашечном анемометре приемной частью служит крестовина с четырьмя полушариями, в крыльчатом – легкая крыльчатка, насаженная на трубчатую ось. Счетный механизм имеет три стрелки, его циферблат соответственно три шкалы: единицы, сотни, тысячи. Включение и выключение механизма производится арретиром. Диапазон измерения чашечного анемометра 9–20 м/с, крыльчатого – 0,5–10 м/с.

Для измерения скорости движения воздуха от 0,1 до 1,5 м/с используют кататермометры, термоанемометры. Кататермометр представляет собой спиртовой термометр с цилиндрическим или шаровым резервуаром и расширением в верхней его части. Шкала прибора проградуирована от 33^оС до 40^оС. Количество тепла, теряемое кататермометром при охлаждении с 38^оС до 35^оС, постоянно, а продолжительность охлаждения зависит от скорости движения воздуха. Для каждого прибора предварительным тарированием находят фактор F, показывающий теплоотдачу с 1 см² поверхности резервуара при его охлаждении с 38^оС до 35^оС (указывается на приборе). Определив время охлаждения t, можно определить охлаждающую силу воздуха:

, (4)

Скорость движения воздуха определяется по одной из двух формул, выбираемых в зависимости от величины f/DT, где DT – разность между средней температурой кататермометра (36,5°С) и температурой окружающего воздуха. Если f/DT <0,6, то

, м/с (5)

Если f/DT³0,6, то

, м/с (6)

Термоанемометры типа ТА–8М, АО–1М, ЭА–2М используются для определения температуры и скорости движения воздуха. В основу работы термоанемометра положен принцип охлаждения датчика, находящегося в воздушном потоке и нагреваемого электрическим током. Датчик представляет собою полупроводниковое микросопротивление.

Питание прибора осуществляется от сети 220 В либо от батареи. Измерение температуры или скорости движения воздуха производится при соответствующих переключениях прибора. Термоанемометром измеряют скорость движения воздуха от 0,03 до 5 м/с при температуре от 1°С до 60^оС.

Барометрическое давление определяют по показаниям барометра.