CC BY
44
-т
SCIENCE TIME
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМФОРТНОСТИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПО ПАРАМЕТРАМ МИКРОКЛИМАТА
Кочетов Олег Савельевич, Московский государственный университет приборостроения и информатики, г. Москва
E-mail: o_kochetov@mail.ru
Аннотация. В работе рассмотрены способы оценки комфортности рабочей зоны производственных помещений для лиц, чья деятельность связана с напряженными, вредными и опасными условиями и факторами производственной среды.
Ключевые слова: производственная среда, рабочая зона, запыленность, загазованность, микроклимат, комфортность.
Задача современного руководителя состоит в том, чтобы научиться предвидеть и рассчитывать возможный ущерб от возможной аварии на производстве, несчастного случая или профессионального заболевания - только тогда ущерб может стать предотвращенным, то есть так могло быть, но так не стало из-за реализации мероприятий по его предотвращению [1-3].
Способы оценки комфортности рабочей зоны базируются как минимум на трех составляющих: оценка комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата [9-12]; по параметрам запыленности воздушной среды рабочей зоны [8]; по загазованности рабочей зоны [4].
Рассмотрим оценку комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата.
Способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата заключается в том, что сначала осуществляют замер температуры воздуха по термографу или психрометру, затем замеряют влажность воздуха по стационарному или аспирационному психрометрам, и определяют скорость движения воздуха по чашечному или крыльчатому анемометрам,
Затем на основании полученных параметров -- температуры воздуха в рабочей зоне, его влажности и скорости движения воздуха, рассчитывают степень комфортности по следующей формуле:
135
£ = 7;83 - ОМ в ~ 0,0968- 0?0372Р + 0,18г(37,8 - з (1)
где 1в - температура воздуха в рабочей зоне производственного помещения; 1:о - температура окружающих поверхностей в рабочей зоне; V - скорость движения воздуха, м/сек; Р - парциальное давление водяных паров, рассчитываемое по формуле:
Р = 0,01фхРнас, мм.рт.ст.,
где} - относительная влажность воздуха, %; Рнас - парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии, определяемое по показанию сухого термометра из следующей таблицы (см. табл. 1).
Таблица 1
Зависимость парциальных давлений водяных паров в насыщенном состоянии от температуры воздуха, Мпа
Температура Воздуха 1В ,°С Парциальное давление водяного пара, Рнас, 10-3 МПа Температура Воздуха 1В ,°С Парциальное давление водяного пара, Рнас, 10-3 МПа
10 1,224797 21 2,48045
11 1,309252 22 2,636991
12 1,398894 23 2,802044
13 1,493723 24 2,976141
14 1,594271 25 3,159548
15 1,700804 26 3,352797
16 1,813322 27 3,556287
17 1,93249 28 3,770417
18 2,058441 29 3,995719
19 2,191441 30 4,232592
20 2,331889 31 4,481435
После чего оценивают комфортность параметров микроклимата по следующей шкале:
1-очень жарко; 2-слишком тепло; 3-тепло, но приятно; 4-чувство комфорта; 5-прохладно, но приятно; 6-холодно; 7-очень холодно.
Для обеспечения комфортности по параметрам микроклимата, в частности по шкале 4-чувство комфорта по пареметрам температуры м влажности применяют конструкции установок [5-7] для защиты от интенсивного облучения.
Водовоздушная установка (рис. 1) для защиты от интенсивного облучения
136
содержит осевой вентилятор 1 с электро-двигателем 2, направляющий аппарат 3 в виде лопаток для выравнивания воздушного потока, обтекатель 4 параболической формы. Эти узлы размещены на металлической конструкции 5 с колесами 6. Обечайка 7 служит для создания направленного движения воздушного потока, а ограждающая съемная сетка 8 - для предотвращения попадания посторонних предметов. Водораспыление осуществляется, по крайней мере тремя, форсунками 12, закрепленными на обечайке 7. Подача воды осуществляется через водо-подводящие трубки 11, фильтр 9, кран 10 к форсункам 12.
Широкофакельная центробежная форсунка (рис. 2) состоит из корпуса 13 длиной Ь со впускным отверстием 16, выполненным в виде конфузора длиной Ь1, соосного с ним дроссельного отверстия 15 диаметром ё1, камеры завихрения 14, выполненной в виде цилиндрического стакана, ось которого в плоскости чертежа перпендикулярна оси впускного 16 и дроссельного 15 отверстий. При этом ось впускного 16 и дроссельного 15 отверстий в профильной плоскости расположена касательно по отношению к камере завихрения 14, т.е. имеет место тангенциальный ввод.
Рис. 1 Схема водовоздушной установки для защиты от интенсивного облучения
137
SCIENCE TIME
Рис. 2 Общий вид форсунки для распыливания жидкости
Соосно камере завихрения 14 расположен сопловый вкладыш 17 с внешним диаметром выполненный из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира. Внутри вкладыша выполнены последовательно расположенные и соосные друг другу и цилиндрической поверхности камеры завихрения 14 три калиброванных отверстия: коническое отверстие 18 с диаметром Э нижнего основания усеченного конуса, цилиндрическое отверстие 19 и фасонное отверстие 20 в виде цилиндрической части с фаской скругления на выходе. При этом диаметр ё цилиндрического отверстия 19 соплового вкладыша 17 равен диаметру верхнего основания усеченного конуса конического отверстия 18 и диаметру цилиндрической части фасонного отверстия 20.
Для работы форсунки в оптимальном режиме предусмотрены следующие соотношения ее параметров: отношение диаметра ё цилиндрического отверстия 19 соплового вкладыша 17 к диаметру ё1 дроссельного отверстия 15 корпуса 1 форсунки лежит в оптимальном интервале величин: ё / ё1 = 1,4/2,2; отношение внешнего диаметра соплового вкладыша 17 к диаметру Э нижнего основания усеченного конуса конического отверстия 18 вкладыша 17 лежит в оптимальном интервале величин: / Э = 1,2/1,8; отношение длины Ь корпуса 13 форсунки к длине Ь1 конфузора впускного отверстия 16, лежит в оптимальном интервале величин: Ь / Ь1 = 2,0/2,5;
Водовоздушная установка для защиты от интенсивного облучения работает следующим образом.
Эффект обдувания достигается за счет движения воздуха, что допустимо при сравнительно невысокой температуре его. При температуре в помещении выше 28°С и интенсивности облучения более 210 ккал/м2ч, необходимо охлаждение воздуха, которое в переносных душах обычно достигается введением в воздушную струю тем или иным способом распыленной воды. Благодаря испарению воды происходит снижение температуры обдувающего воздуха. Неиспарившиеся капельки воды, попадая на одежду работающих, испаряются и снижают ее температуру. В предлагаемой водовоздушной установке осуществлен метод «водяной защиты» обдуваю-щего воздушного факела путем создания на его периферии за-весы из мелкораспыленной воды, подаваемой форсунками 12. Эта завеса препятствует подмешиванию к обдувающему воздуху го-рячего окружающего воздуха и экранирует находящегося в этом воздушном факеле рабочего от интенсивного лучистого потока. Широкофакельная центробежная форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом.
Жидкость подается по впускному отверстию 16, выполненному в виде конфузора длиной Ь1, затем проходит через соосное с ним дроссельное отверстие 15 диаметром ё1, и поступает по тангенциальному вводу в камеру завихрения 14, выполненную в виде цилиндрического стакана. Вращающийся поток жидкости из камеры завихрения 14 проходит через калиброванное коническое отверстие 18 соплового вкладыша 17, цилиндрическое отверстие 19 и фасонное отверстие 20 вкладыша 17, в результате чего образуется факел распыленной жидкости, корневой угол которого определяется величиной радиуса фаски скругления на выходе фасонного отверстия 20.
Предложенная конструкция широкофакельной форсунки с диаметром выходного отверстия 9 мм, при рабочих давлениях жидкости 150... 250 кПа обеспечива-ет угол раскрытия водяного факела до 140° и сохраняет устойчивость факела при давлении жидкости перед форсунками от 40 кПа и выше, при этом производительность форсунки зависит от давления жидкости на входе впускного отверстия 16.
Пример выполнения предложенного способа
1. Построить зависимость скорости движения воздуха от показателя комфортности, если показания термометров по психрометру в ткацком цехе фабрики составили: - сухого 1:с = 24 °С, мокрого - 1:м = 19,5 °С. Категория работ - 11б, показатель комфортности Б = 4. Принять температуру окружающих предметов равной темпе-ратуре воздуха в цехе, т.е. 1:0 = 1:в, которая в свою очередь определяется по показаниям сухого термометра, т.е. 1в = 1:с, (пример №1).
2. Сделать вывод, сравнивая полученные результаты с допустимыми
139
нормами параметров микроклимата для теплого периода года с незначительным избытком явного тепла по ГОСТ 12.1.005-88, и, в случае несоответствия полученных результатов нормативным значениям, рассчитать показатель комфортности Б для верхнего диапазона допустимых значений тех параметров микроклимата, которые не соответствуют допустимым значениям.
Разность в показаниях сухого и мокрого термометров принято называть психрометрической разностью (А1 = 1с - 1м); она служит для определения влажности, ф %, по таблице, прилагаемой к психрометру
В нашем случае А1 = 1с - 1м = 24 - 19,5 = 4,5 °С. Следовательно, относительная влажность воздуха в цехе составит - ф = 65 %. Итак, для расчета получены следующие данные: 1в = 24 °С; ф = 65 %.
Теперь рассчитаем парциальное давление водяных паров по формуле
Р = 0,01фхРнас, Мпа
Для нашего значения температуры 1в = 24 °С парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии Рнас = 2,98*10" Мпа.
Тогда парциальное давление водяных паров для нашего случая определится так:
Р = 0,01ф*Рнас = 0,01*65х2,98х10-3 = 1,93х10-3 Мпа
Теперь определяем требуемую скорость движения воздуха в ткацком цехе, при которой показатель хорошего самочувствия был бы равен Б = 4:
Для рассматриваемого примера № 1 существующие параметры микроклимата в цехе (1в = 24 °С; ф = 65 % , V = 0,58 м/сек) соответствуют допустимым нормативным значениям (при 1в = 24 °С и ниже: ф = 75 % , V = 0,3...0,7 м/сек).
В качестве примера № 2 рассмотрим случай, когда имеет место превышение рассчитанных параметров микроклимата, т.е. 1в = 24 °С; ф = 50 % , V = 1,73 м/сек, а допустимыми по нормам значениями являются: при 1в = 24 °С и ниже: ф = 75 % , V = 0,3. 0,7 м/сек), т.е. рассчитаем показатель комфортности Б для случая: 1в = 24 °С, ф = 50 % , V = 0,7 м/сек.
^ + 0,1?в + 0,0968?. + 0,0372Р - 7,83
V =-'—в ' 0 ' ' -
0,18(37,8 - гв )
37? VI 93 У10~3 - 7 83
= 0,58 м / с
4 + 0,1 X 24 + 0,0968 х 24 + 0,0372 х 1,93 х 10~3 - 7,83
0,18(37,8 - 24)
Теперь переходим к исследованию зависимости скорости движения воздуха от показателя комфортности. На рис. 3 в качестве примера приведена функциональная зависимость скорости движения воздуха от показателя комфортности и формула ее линейной аппроксимации.
Рис.3 Линейная аппроксимация закона изменения показателя
комфортности
Парциальное давление водяных паров для примера № 2 определится так: Р = 0,01фхРнас = 0,01х 50х 2,98х 10-3 = 1,49х 10-3 Мпа
Показатель Б может выражаться и дробным числом, что позволяет более точно оценить, какому ощущению (например, к 3 баллам - тепло или к 4 баллам - комфорт и т.д.) ближе те или иные состояния самочувствия человека. Для легких физических работ Б=3; для работ средней тяжести Б=4; для тяжелых физических работ Б=5 баллам.
Приведенная зависимость позволяет решать в необходимых случаях и обратную задачу. Задаваясь необходимой степенью комфорта и оптимальными значениями температуры и влажности воздуха, можно вычислить необходимую скорость движения воздуха, которая для данных конкретных условий будет больше всего отвечать требованиям обеспечения комфорта.
2). Данное значение показателя для примера № 2 Б = 4,4 находится между Б = 4 (комфорт) и Б = 5 (прохладно, но приятно), т.е. допустимая скорость движения воздуха V = 0,7 м/сек более приемлема с гигиенической точки зрения (см. рис. 3).
141
-т
2. Рассмотрим оценку комфортности рабочей зоны по параметрам ее запыленности.
Способ оценки запыленности рабочей зоны [5] заключается в принудительном осаждении аэродисперсных примесей на фильтр из определенного объема воздуха, для этого сначала подготавливают и настраивают аппаратуру для определения массы чистого фильтра, затем взвешивают чистый фильтр на весах (аналитических или электронных), после чего настраивают установку для принудительного осаждения пылевого аэрозоля в рабочей зоне производственного помещения, затем производят отбор пробы воздуха с улавливанием пылевых частиц на фильтр, взвешивают фильтр с уловленными частицами пыли, и вычисляют концентрацию пылевого аэрозоля в миллиграммах на кубический метр по формуле:
С = (т2 - т1)/ Уо, (2)
где т2 - масса запыленного фильтра, мг; т1 - масса чистого фильтра, мг. Уо - объем воздуха (м ), прошедший через фильтр, который предварительно необходимо привести к нормальным условиям (т.е. к объему, который он занимал бы при температуре 0о С и нормальном атмосферном давлении, равном 101,325 МПа) по формуле:
= —273— £> (3)
0 273 + Т Бя 1000
где 273 - абсолютная температура, К; Т - температура воздуха (газа), °С; Вф -фактическое барометрическое давление в момент отбора пробы, МПа; Вн-нормальное атмосферное давление, равное 101,325 МПа; п - скорость отбора про-бы, л/мин; 1 - время отбора пробы, мин; 1000 - коэффициент перевода литров в кубические метры (1 м = 1000 л), и оценивают запыленность воздуха рабочей зоны, сравнивая полученную концентрацию с допустимой величиной:
142
Таблица 2
Запыленность воздуха рабочей зоны
Вещество ПДК, мг/м3 Класс опасности
Пыль растительного и животного происхождения с примесью 8Ю2
более 10% (лубяная, хлопковая, хлопчатобумажная, льняная, шерстяная, пуховая и др.) 2 4
от 2 до 10% 4 4
менее 2% (мучная, хлопчатобумажная, древесная и др.) 6 4
3. Рассмотрим оценку комфортности рабочей зоны по параметрам ее загазованности.
Способ оценки загазованности рабочей зоны [6] заключается в определения концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны с помощью универсального газоанализатора [7], содержащего индикаторную стеклянную трубку, в которую засыпается соответствующий индикаторный порошок, изменяющий свой цвет на определенную длину трубки, причем длина окрашенного слоя порошка пропорциональна количеству вредного вещества в воздухе, протянутого через индикаторную трубку; затем оценивают загазованность воздуха рабочей зоны, сравнивая полученную концентрацию с допустимой величиной.
Таким образом, осуществляя комплексную оценку комфортности рабочей зоны по трем показателям: оценка комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата; по параметрам запыленности воздушной среды рабочей зоны; по загазованности рабочей зоны, можно выработать стратегию применения средств защиты (как индивидуальных - СИЗ, так и коллективных - СКЗ) с учетом наиболее весомых вредных факторов, имеющих место при обследовании конкретного рабочего места, например внедряя систему кондиционирования воздуха (СКЗ) в целом по цеху - с использованием на отдельных запыленных или загазованных участках средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД).
143
Литература:
1.Гетия С.И., Кочетов О.С., Стареева М.О. Социально-экономическая оценка мероприятий по охране труда. М.: МГУПИ, «Вестник МГУПИ», серия «Социально-экономические науки», № 39, 2012. С.131-140.
2.Гетия С.И., Скребенкова Л.Н., Кочетов О.С. Расчет оптимальных параметров микроклимата рабочей зоны. М.: МГУПИ, «Вестник МГУПИ», серия «Машиностроение», № 45, 2013. С. 84-92.
3. Кочетов О.С., Гетия И.Г. Выбор оптимальных параметров микроклимата рабочей зоны// В мире научных исследований: материалы У1 Международной научно-практической конференции (5 июля 2014 г., г.Краснодар)/отв.ред.Т.А. Петрова. - Краснодар,2014.-106с., С. 17-21.
4. Кочетов О.С. Газоанализатор // Патент РФ на изобретение № 2420732. Опубликовано 10.06.2011. Бюллетень изобретений № 16.
5. Кочетов О.С. Установка охлаждения воздуха с испарением рециркулирующей воды // Патент РФ на изобретение № 2452902. Опубликовано 10.06.2012. Бюллетень изобретений № 16.
6. Кочетов О.С. Водовоздушная установка для защиты от интенсивного облучения // Патент РФ на изобретение № 2449222. Опубликовано 27.04.2012. Бюллетень изобретений № 12.
7. Кочетов О.С. Водовоздушная установка для защиты от интенсивного облучения // Патент РФ на изобретение № 2481531. Опубликовано 10.05.2013. Бюллетень изобретений № 13.
8. Кочетов О.С. Способ оценки запыленности воздуха рабочей зоны // Патент РФ на изобретение № 2422802. Опубликовано 10.06.2011. Бюллетень изобретений № 18.
9. Кочетов О.С. Способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата // Патент РФ на изобретение № 2442934. Опубликовано 20.02.2012. Бюллетень изобретений № 15.
10. Кочетов О.С. Способ многокритериальной оценки комфортности рабочей зоны производственных помещений // Патент РФ на изобретение № 2472134. Опубликовано 10.01.2013. Бюллетень изобретений № 01.
11. Кочетов О.С. Способ многокритериальной оценки комфортности рабочей зоны производственных помещений // Патент РФ на изобретение № 2511022. Опубликовано 10.04.2013. Бюллетень изобретений № 10.
12. Кочетов О.С. Способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата // Патент РФ на изобретение № 2509322. Опубликовано 10.03.2014. Бюллетень изобретений № 7.
144
