Федеральное агентство по образованию
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт)
ВЕНТИЛЯЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Методические указания
к курсовому и дипломному проектированию
по курсу «Безопасность жизнедеятельности»
Новочеркасск 2004 г.
УДК 331.45(076.5)
ББК 65.247
Рецензенты: доцент кафедры БЖДиООС Сергеев С.И.
канд. техн. наук В.И. Гребенников
Разработчики:
Новоиков С.И., Казьмина Г.В.
П 62 Пособие предназначено для студентов ЭНФ, МТС всех специальностей дневной и заочной формы обучения и может быть использовано при курсовом и дипломном проектировании.
Обсуждено на заседании кафедры БЖДиООС протокол № 8 от 10.02.1999 г.
Ó Южно-Российский государственный
технический университет, 2004
Ó. Казьмина Г.В.. 2004
Ó. Новиков С.И. 2004
ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
НА ЧЕЛОВЕКА
В соответствии с гигиенической классификацией труда (Р.2.2.013–94) условия труда подразделяются на четыре класса: 1 – оптимальные; 2 – допустимые; 3 – вредные; 4 – опасные (экстремальные).
Оптимальные условия труда обеспечивают максимальную производительность труда и минимальную напряженность организма человека. Оптимальные нормативы установлены для параметров микроклимата и факторов трудового процесса. Для других факторов условно применяют такие нормативы, при которых уровни неблагоприятных факторов не превышают принятые в качестве безопасных для населения (в пределах фона).
Допустимые условия труда характеризуются такими уровнями факторов среды и трудового процесса, которые не превышают установленных гигиеническими нормативами для рабочих мест, они не должны оказывать неблагоприятное воздействие в ближайшем и отдаленном периоде на здоровье работающего и его потомства. Оптимальный и допустимый классы соответствуют безопасным условиям труда.
Вредные условия труда характеризуются уровнями вредных производственных факторов, превышающими гигиенические нормативы и оказывающие неблагоприятное воздействие на организм здоровье работающего и (или) его потомство.
Экстремальные условия труда характеризуются такими уровнями производственных факторов, воздействие которых в течение рабочей смены (или ее части) создает угрозу для жизни, высокий риск возникновения тяжелых форм острых профессиональных поражений.
Теплообмен человека с окружающей средой. Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях. Метеорологические условия, или микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления и вентиляции.
Нормальное тепловое самочувствие человека имеет место, когда тепловыделение Qтп человека полностью воспринимается окружающей средой Qто, т.е. когда имеет место тепловой баланс Qтп = Qто. В этом случае температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде (Qтп > Qто), происходит рост температуры внутренних органов, что характеризуется понятием жарко. Теплоизоляция человека, находящегося в состоянии покоя, от окружающей среды приведет к повышению температуры внутренних органов уже через 1 ч на 1,2°С. Теплоизоляция человека, производящего работу средней тяжести, вызовет повышение температуры уже на 5°С и вплотную приблизится к максимально допустимой.
В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек (Qтп < Qто), то происходит охлаждение организма, это характеризуется понятием холодно.
Теплота, которой человек обменивается с окружающей средой передается конвекциейQк, в результате омывания тела воздухом; теплопроводностьюQт; излучением на окружающие поверхности Qл; и в процессе тепломассообмена (Qтм = Qп + Qд) при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами Qп и при дыхании Qд:
Qтп = Qк + Qт + Qл + Qтм
Конвективный теплообмен определяется законом Ньютона:
Qк = αк · Fэ (tпов + tос),
где αк – коэффициент теплоотдачи конвекцией; при нормальных параметрах микроклимата αк = 4,06 [Вт/ (м2 °С)];
tпов – температура поверхности тела человека (для практических расчетов зимой около 27,7°С, летом около 31,5°С);
tос – температура воздуха, омывающего тело человека;
Fэ – эффективная поверхность тела человека (размер эффективной поверхности тела зависит от положения его в пространстве и составляет приблизительно 50...80 % геометрической внешней поверхности тела человека); для практических расчетов Fэ = 1,8 м2.
Передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха. Заметное влияние оказывает и относительная влажность воздуха φ, так как коэффициент теплопроводности воздуха является функцией атмосферного давления и влагосодержания воздуха.
Передачу теплоты теплопроводностью можно описать уравнением Фурье:
Qк =(λ0 / Δ0)· Fэ (tпов + tос),
где λ0 – коэффициент теплопроводности тканей одежды человека, Вт/ (м.°С);
Δ0 – толщина одежды человека м.
Т.к. теплопроводность тканей человека мала, поэтому теплотой теплопроводности можно пренебречь. Основную роль в процессе транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови.
Количество теплоты, передаваемое лучистым потоком при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей. Он может быть определен с помощью обобщенного закона Стефана — Больцмана:
Qл = спр F1 ψ1-2 [(Т1 / 100)4 – (Т2 / 100)4 ],
где спр – приведенный коэффициент излучения, Вт/ (м2 ·К4), для практических расчетов спр ≈ 4,9 Вт/ (м2·К4);
F1 – площадь поверхности, излучающей лучистый поток, м2;
ψ1-2 – коэффициент облучаемости, зависящий от расположения и размеров поверхностей F1 и F-2 и показывающий долю лучистого потока, приходящуюся на поверхность F2 от всего потока, излучаемого поверхностью F1, обычно принимают равным 1,0;
Т1 – средняя температура поверхности тела и одежды человека. К;
Т2 – средняя температура окружающих поверхностей, К.
Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду при испарении влаги, выводимой на поверхность потовыми железами,
Qп = Gп r,
где G п – масса выделяемой и испаряющейся влаги, кг/с;
r – скрытая теплота испарения выделяющейся влаги, Дж/кг.
Данные о потовыделении в зависимости от температуры воздуха и физической нагрузки человека приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Количество влаги, выделяемое с поверхности кожи и из легких человека, г/мин
Характеристика выполняемой работы(по Н.К. Витте) | Температура воздуха, оС | ||||
Покой, J = 100 Вт | 0,6 | 0,74 | 1,69 | 3,25 | 6,2 |
Легкая, J = 200Вт | 1,8 | 2,4 | 3,0 | 5,2 | 8,8 |
Средней тяжести, J = 350 Вт | 2,6 | 3.0 | 5,0 | 7,0 | 11,3 |
Тяжелая, J =490 Вт | 4,9 | 6,7 | 8,9 | 11,4 | 18,6 |
Очень тяжелая, J= 695 Вт | 6,4 | 10,4 | 11,0 | 16,0 | 21,0 |
Количество теплоты, расходуемой на нагревание вдыхаемого воздуха,
Qд = Vлв ρвд ср (tвыд + tвд),
где V лв – объем воздуха, вдыхаемого человеком в единицу времени, «легочная вентиляция», м3/с; среднее значение легочной вентиляции в состоянии покоя примерно 0,4...0,5 л/с, а при физической нагрузке в зависимости от ее напряжения может достигать 4 л/с;
ρ вд – плотность вдыхаемого влажного воздуха, кг/м3, (при t = 0°С и давлении 760 мм рт. ст. ρ вд ≈ 1,293 кг/м3 – воздух), (табл. 9 стр.40 / 12 /);
с р – удельная теплоемкость вдыхаемого воздуха, Дж/ (кг·°С),
с р = 1,006 Дж/ (кг·°С) при давлении 1 атм и t = 0°С (табл. 31 стр.71 / 12 /);
t выд – температура выдыхаемого воздуха, °С;
tв д – температура вдыхаемого воздуха, °С.
Таким образом, количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности и температуры окружающего (вдыхаемого) воздуха.Чембольше физическая нагрузка и ниже температура окружающей среды, тем больше отдается теплоты с выдыхаемым воздухом. С увеличением температуры и влажности окружающего воздуха количество теплоты, отводимой через дыхание, уменьшается.
Анализ приведенных выше уравнений позволяет сделать вывод, что тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек – среда обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки организма.
Параметры – температура окружающих предметов и интенсивность физической нагрузки организма – характеризуют конкретную производственную обстановку и отличаются большим многообразием Остальные параметры – температура, скорость, относительная влажность и атмосферное давление окружающего воздуха – получили название параметров микроклимата.
Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека. Параметрв микроклимата воздушной среды, которые обуславливают оптимальный обмен веществ в организме и при которых нет неприятных ощущений и напряженности системы терморегуляции, называются комфортными или оптимальными. Зона, в которой окружающая среда полностью отводит теплоту, выделяемую организмом, и нет напряжения системы терморегуляции, называется зоной комфорта. Условия, при которых нормальное тепловое состояние человека нарушается, называются дискомфортными. При незначительной напряженности системы терморегуляции и небольшой дискомфортности устанавливаются допустимые метеорологические условия.
Гигиеническое нормирование параметров микроклимата производственных помещений
Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005—88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны». Они едины для всех производств и всех климатических зон с некоторыми незначительными отступлениями, а также СанПиН 2.2.4.548-96 ГК СЭН “ Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений”.
В этих нормах отдельно нормируется каждый компонент микроклимата в рабочей зоне производственного помещения: температура, относительная влажность, скорость воздуха в зависимости от способности организма человека к акклиматизации в разное время года, характера одежды, интенсивности производимой работы и характера тепловыделений в рабочем помещении.
Для оценки характера одежды (теплоизоляции) и акклиматизации организма в разное время года введено понятие периода года. Различают теплый и холодный период года. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10 оС и выше, холодный – ниже +10 оС.
При учете интенсивности труда все виды работ, исходя из общих энергозатрат организма, делятся на три категории: легкие, средней тяжести и тяжелые. Характеристику производственных помещений по категории выполняемых в них работ устанавливают по категории работ, выполняемых 50 % и более работающих в соответствующем помещении.