CC BY
14
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
Д-р техн. наук В. П. Кирпичников
канд. техн. наук А. М. Давыдов
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ НЕДОПУСТИМЫХ ТЕМПЕРАТУР В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ КУХОННЫХ ЭЛЕКТРОПЛИТ
В статье представлены результаты математической обработки исследований температурных полей рабочих зон электроплит предприятий общественного питания.
Ключевые слова и словосочетания: температурные поля рабочей зоны, тепловое воздействие на человека.
В настоящее время на предприятиях общественного питания, в пищевой и мясоперерабатывающей промышленности в основном используются электрические плиты. Значительную часть рабочего времени работники горячего цеха проводят в непосредственной близости от кухонной плиты, находясь в ее рабочей зоне. При этом они подвергаются интенсивному тепловому воздействию от воздушных потоков, поднимающихся вверх от разогретых поверхностей конфорок, а также от воздушных потоков, возникающих в момент открытия дверцы жарочного шкафа, размещенного в нижней части плиты. Кроме того, на них дополнительно воздействуют лучистые потоки инфракрасной энергии от разогретых конфорок. Влияние тепловыделений на организм человека в условиях горячих цехов приводит к серьезным заболеваниям.
Оптимальная рабочая зона определяется по средним антропометрическим параметрам человека (средний рост человека и средняя длина его рук). Согласно ГОСТу 12.2.033-78 «Рабочее место при выполнении работы стоя», высота рабочей зоны около кухонных плит должна составлять 1800 мм, а глубина - 600...800 мм. Температура в рабочей зоне, интенсивность теплового облучения и продолжительность пребывания человека в зоне повышенных температур регламентируются нормативными документами, согласно которым температура в рабочей зоне не должна превышать 28°С, а продолжительность пребывания на рабочих местах при повышенных температурах ограничена от 1 до 8 минут в зависимости от температуры воздуха в рабочей зоне1.
На предприятиях общественного питания находится в эксплуатации большое количество различных типов электроплит отечественного и зарубежного производства. По конструктивному исполнению плиты делятся на несекционные и секционные модулированные; по типу используемых конфорок -тэновые, инфракрасные, чугунные круглой, квадратной и прямоугольной формы; кроме того, они могут быть с жарочным шкафом и без него.
В качестве объекта исследования нами были выбраны плиты для тепловой кулинарной обработки в наплитной посуде как имеющие наиболее высо-
1 См.: Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений : санитарные правила и нормы. СанПиН 2.2.4.548-96. - М. : Информационно-издательский центр Минздрава России, 2001.
кую температуру на рабочей поверхности следующих типов: плита электрическая с прямоугольными конфорками, образующими сплошной настил, с жа-рочным шкафом ПЭСМ-4Ш; плита электрическая с прямоугольными конфорками, образующими сплошной настил, без жарочного шкафа ПЭ-0,48Н; плита электрическая тэновая ПЭТ-17; плита электрическая с квадратными, отдельно стоящими конфорками зарубежного производства ELECTROLUX ZBTOE2 и плита электрическая со стеклокерамическими инфракрасными конфорками зарубежного производства ELECTROLUX ZIRTE1.
Измерения температуры в рабочей зоне проводились при разогреве плиты на максимальной мощности до установившейся температуры в плоскости, перпендикулярной фронтальной поверхности аппарата и проходящей по его оси симметрии, что соответствует наихудшим условиям труда в рабочей зоне аппарата. По результатам экспериментальных исследований, полученных с помощью самопишущего потенциометра типа КСП, составлены температурные сетки недопустимых температур в рабочей зоне по каждому из рассматриваемых нами аппаратов. При этом в помещении на уровне 800 мм от пола температура и влажность поддерживались в заданных пределах: температура - 23...26°С, влажность - 38...42%.
С целью математической обработки полученных результатов представим на графике границы зоны недопустимых температур (28°С) в координатах h, l и t по каждому из аппаратов. При этом h - высота рабочей зоны, мм; l -расстояние от аппарата, мм; t - температура воздуха в помещении, °С.
С помощью компьютерной программы Microsoft Office Excel полученные результаты могут быть аппроксимированы различными уравнениями, описывающими положение границы зоны недопустимых температур при различной температуре окружающей среды (на уровне 800 мм от пола). В ходе математической обработки экспериментальных данных было получено три уравнения различного типа с различной степенью сходимости. Аппроксимация велась по экспоненциальной, линейной и полиномиальной зависимостям. Это обусловлено тем, что четкая граница зоны недопустимых температур не может быть проведена, так как она занимает определенную область, где температура в различных точках одинаковая. Соответственно, различные уравнения для границы зоны предельно недопустимых температур дают ее описание с различной точностью охвата всех точек. При этом для каждого типа плит максимальная установившаяся температура на конфорках есть величина постоянная.
Аппроксимация экспериментальных данных границы зоны недопустимых температур плиты ПЭСМ-4Ш при выключенном жарочном шкафе, представленных на рис. 1, а, получена в виде экспоненциальной, линейной и полиноминальной зависимостей:
При этом сходимость результатов составляет 81,7; 76,62 и 76,98% соответственно. В данном случае аппроксимирующая экспоненциальная зависимость (1) дает более точный результат.
h = 610,7e +142,67(24 -1), h = 0,5368/ + 592,55 +153,11(24-1),
h = 0,00022 + 0,3836? + 611,67 +185,44(24 -1).
0,0006/
(1) (2) (3)
Аппроксимация экспериментальных данных для плиты ПЭСМ-4Ш при включенном жарочном шкафе, представленных на рис. 1, б, получена в виде экспоненциальной, линейной и полиноминальной зависимостей:
к = 430,88е0'0012 +142,67(24- г),
к = 0,789/ + 423,28 +153,11(24 - г),
,2
(4)
(5)
к = -0,0007/2 +1,3963/ + 347,49 +185,44(24 - г). (6)
При этом сходимость результатов составляет 77,9; 83,26 и 86,1% соответственно. В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость (6) дает более точный результат.
400 в
-----экспоненциальная зависимость
- линейная зависимость
-------полиноминальная зависимость
♦ экспериментальное значение
Рис. 1. Граница зоны недопустимых температур плиты ПЭСМ-4Ш при выключенном жарочном шкафе (а), при включенном закрытом жарочном шкафе (б), при включенном открытом жарочном шкафе (в)
б
Аппроксимация экспериментальных данных для плиты ПЭСМ-4Ш при включенном жарочном шкафе с открытой дверцей, представленных на рис. 1, в, получена в виде следующих зависимостей:
к = 61,155е0'003в + 55,07(24 - г), (7)
к = 1,9781/ - 555,42+90,44(24- г), (8)
к = -0,0005/2 + 2,5491/ - 722,39 +15,95(24 - г). (9)
При включенном жарочном шкафе с открытой дверцей картина поля у плиты резко меняется. Граница зоны недопустимых температур смещается далеко от плиты вниз и превращается практически в широкую зону. Поэтому сходимость результатов в данном случае становится относительно низкой и составляет по экспоненциальной, линейной и полиноминальной зависимостям 49,83; 43,51 и 43,57% соответственно.
Аппроксимация экспериментальных данных границы зоны недопустимых температур для плиты ELECTROLUX 2ВТОЕ2 при выключенном жа-рочном шкафе, представленных на рис. 2, а, получена в виде следующих зависимостей:
И = 890,49е°'ооов +102,2(24 - г), (10)
И = 0,7151/ + 875,23 +116,3(24 - г), (11)
И = -0,0002/2 + 0,8386/ + 861,08 + 91,5(24- г). (12)
При этом сходимость результатов составляет 93,59; 94,59 и 94,82% соответственно. В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость (12) дает более точный результат.
400 в
б
экспоненциальная зависимость линейная зависимость полиноминальная зависимость экспериментальное значение
Рис. 2. Граница зоны недопустимых температур плиты ELECTROLUX ZBTOE2 при выключенном жарочном шкафе (а), при включенном закрытом жарочном шкафе (б), при включенном открытом жарочном шкафе (в)
♦
Аппроксимация экспериментальных данных границы зоны недопустимых температур для плиты ELECTROLUX ZBTOE2 при включенном жарочном шкафе, представленных на рис. 2, б, получена в виде следующих зависимостей:
И = 583,99е0'0011 +102,2(24- г), (13)
И = 1,0704/ + 529,9 +116,3(24-г), (14)
И = -0,0005/2 + 0,6485/ + 582,72 + 91,5(24 - г). (15)
При этом сходимость результатов составляет 95,29; 94,7 и 96,05% соответственно. В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость (15) дает более точный результат.
Аппроксимация экспериментальных данных границы зоны недопустимых температур для плиты ELECTROLUX ZBTOE2 при включенном жароч-ном шкафе с открытой дверцей, представленных на рис. 2, в, получена в виде
следующих зависимостей:
h = 36,603e0'00311 + 37,57(24 -1), (16)
h = 0,9/ - 270+ 52,5(24 -1), (17)
h = 0,0028/2 - 2,5152? + 712,73 + 25,37(24-1). (18)
При включенном жарочном шкафе с открытой дверцей картина поля у плиты резко меняется. Граница недопустимых температур смещается от плиты и превращается в широкую зону. Поэтому сходимость результатов в данном случае относительно снижается и составляет по экспоненциальной, линейной и полиноминальной зависимостям 80,14; 60,82 и 70,14% соответственно. В этом случае аппроксимирующая экспоненциальная зависимость (16) дает более точный результат.
Аппроксимация экспериментальных данных границы зоны недопустимых температур для плиты ПЭТ-0,17, представленных на рис. 3, а, получена в
виде следующих зависимостей:
h = 833,17e0'0009? +149,25(24 -1), (19)
h = 1,0805? + 794,75 +169,31(24 -1), (20)
h = 0,0003?2 + 0,8386? + 822,19 +169,97(24 -1). (21)
При этом сходимость результатов составляет 96,54; 95,77 и 96,15% соответственно. В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость (19) дает более точный результат.
Аппроксимация экспериментальных данных границы зоны недопустимых температур для плиты ПЭ-0,48Н, представленных на рис. 3, б, получена в
виде следующих зависимостей:
h = 721,86e °'0004/ +110,37(24 -1), (22)
h = 0,3699? + 713,37 +118,66(24 -1), (23)
h = 0,0003?2 + 0,0967? + 744,68 +121,91(24 -1). (24)
При этом сходимость результатов составляет 93,18; 92,76 и 96,96% соответственно. В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость (24) дает более точный результат.
Аппроксимация экспериментальных данных границы зоны недопустимых температур для плиты ELECTROLUX ZIRTE1 со стеклокерамическими инфракрасными конфорками, представленных на рис. 3, в, получена в виде
следующих зависимостей:
h = 532,01e0'0012? +147,9(24 -1), (25)
h = 1,0623? + 501,15 +162,4(24 -1), (26)
h = -0,0005?2 +1,5357? + 440,42 +173,4(24 -1). (27)
При этом сходимость результатов составляет 80,05; 87,74 и 88,75% соответственно. В этом случае следует использовать аппроксимирующую полиноминальную зависимость (27) которая дает более точный результат.
экспоненциальная зависимость линейная зависимость полиноминальная зависимость
800 600 400 200
в
♦ экспериментальное значение
Рис. 3. Границы зоны недопустимых температур плит без жарочного шкафа: ПЭТ-17 (а), ПЭ-0,48Н (б), ЕЬЕСТКОШХ гЖТШ (в)
б
В результате экспериментальных исследований установлены пространственные границы зоны недопустимых температур для основных типов кухонных электроплит, используемых в предприятиях общественного питания. Математическая обработка полученных результатов позволяет определять границы зоны недопустимых температур для электроплит кондуктивного нагрева аналогичного типа. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при составлении технических паспортов на электроплиты, организации рабочих мест и технологических процессов, а также при разработке нормативной документации на условия труда.
Список литературы
1. Кирпичников В. П., Давыдов А. М. Температурные поля рабочей зоны электроплит предприятий общественного питания // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. - 2009. - № 11.
2. Медико-биологические аспекты действия на организм высокой внешней температуры : сборник научных трудов / ред. Н. Б. Козлов. - Смоленск : СГМИ, 1989.
