CC BY
96
УДК 631.22
Ю.Г. Горшков, Н.А.Старикова
ВОЗДУШНО-ТЕПЛОВАЯ ЗАВЕСА ДЛЯ ДВЕРЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
В статье рассмотрены изменения параметров микроклимата в производственных помещениях сельскохозяйственного назначения в холодный период года. Предложена конструкция активной воздушно-тепловой завесы для дверей, позволяющая оптимизировать условия труда персонала в течение всей рабочей смены.
Ключевые слова: микроклимат, температура, влажность, движение воздуха, воздушная завеса.
Yu.G. Gorshkov, N.A. Starikova AIR-THERMAL VEIL FOR DOORS IN THE INDUSTRIAL PREMISES OF AGRICULTURAL PURPOSE
Microclimate parameter changes in the industrial premises of agricultural purpose during the cold year period are considered in the article. The design for an active air-thermal veil for the doors, allowing to optimize working conditions for the personnel during all labor shift is offered.
Key words: microclimate, temperature, humidity, air motion, air veil.
Конструкцией производственных зданий предусматривается наличие воротных и/или дверных проемов. Большинство производственных помещений сельскохозяйственного назначения оснащены воротами для технологических нужд. Для прохода обслуживающего персонала помещения оборудуются дверью. Дверью (калиткой) целесообразно оборудовать и ворота. Это связано с тем, что технологическая потребность открывания воротных проемов возникает гораздо реже, нежели необходимость открывания дверей. Кроме того, в холодный период года через открытые проемы (воротные, дверные) в помещения проникают воздушные массы, способные существенно изменить микроклиматические условия труда на рабочем месте: снизить температуру, повысить влажность, создать усиленное движение воздуха и др.
При использовании воротного проема для прохода персонала в помещение проникает большее количество холодного воздуха, чем при использовании дверного проема. Использование калитки для этих целей сокращает потери тепла, но при многократном открывании ее в течение рабочей смены в помещении все же снижается температура, накапливается избыточная влажность, появляются сквозняки. Например, при численности работников одного помещения в 25 человек количество открываний дверей может достигать 90 и более раз в день. Так, оптимальными для работ II категории сложности (в ремонтных мастерских, пунктах технического обслуживания) считаются температура 17-19 0С, относительная влажность 60-40%; допустимыми - температура в пределах 15-22 0С, влажность 15-75% [1]. В холодное время года в отапливаемом здании снижение температуры ниже 15 0С, увеличение влажности более 60% может быть обусловлено влиянием холодных атмосферных масс, попадающих в помещение через дверной проем.
Отклонение температуры воздуха на 3-4 0С от допустимой вызывает утомление работающих, приводит к снижению производительности труда, которое может достигать при низких температурах 13% [2, 3]. При недостатке или избытке влажности в пределах 10% производительность труда может снизиться на 525 % в зависимости от индивидуальных особенностей организма [3].
Большинство исследований микроклиматических условий на рабочем месте не связано непосредственно с изучением влияния открытых дверных и воротных проемов на параметры воздушной среды производственного помещения. Предпринятая попытка изучить закономерности изменения микроклимата производственных помещений в холодный период и оптимизировать условия труда операторов учитывает воз-
действие использования воротных и дверных проемов на состояние воздушной среды во время технологического процесса (период рабочей смены).
В ходе проведенных исследований в производственных помещениях (гаражи, ремонтные мастерские, пункты технического обслуживания автотракторной техники) сельскохозяйственных предприятий Челябинской области установлена закономерность изменения параметров микроклимата в течение 8-часовой рабочей смены.
Измерения проводились согласно СанПиН 2.2.4.548-96 (Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений: Санитарные правила и нормы) и Руководству по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда Р 2.2.2006-5. Методикой проведения экспериментов предусматривалось исследование параметров воздушной среды в помещениях, оборудованных активной воздушно-тепловой завесой (АВТЗ) на дверном проеме, и в помещениях без АВТЗ.
До начала рабочей смены средняя температура в помещении составляла около 18 0С, влажность около 56 %. В период утреннего прихода персонала на объект (интенсивное использование двери и активное проникновение холодного воздуха в помещение) в течение 20...25 мин температура снижалась до 15 0С (на 12-14 %), а влажность повышалась до 68% (на 20-22%); движение воздуха на расстоянии 3 м от проема при открытых дверях усиливалось порывами до 2.4 м/с (сквозняк). В последующие часы температура снижалась при частом открывании двери для технологических и бытовых нужд менее интенсивно, так как помещение отапливается. Во время обеденного перерыва вновь происходило снижение температуры и повышение влажности, что связано с движением персонала через дверной проем. Затем диапазон колебания температур оставался в пределах нижней границы допустимых величин, но на протяжении всей смены температура воздуха в помещении уже не достигала оптимального значения (рис. 1). Изменения значений относительной влажности также были наиболее существенными в период активного использования дверей: влажность повышалась в начале смены, обеденного перерыва и в конце рабочего дня (рис. 2). Повышенная скорость воздуха при открывании дверей создавала некомфортные условия труда на рабочих местах, расположенных в зоне сквозняков (СанПиН 2.2.4.548-96 предусматривает допустимое значение скорости движения воздуха 0,2 м/с).
1,°С
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
*• ■ ™ ■ ч. \ --- --- - \
\ ч \ \ ч \
V ■У’
\*' '<?' V" '*?"
время, час
Рис. 1. Изменения температуры в производственном помещении во времени:
1 - температура в помещении, оборудованном АВТЗ для дверей; 2 - температура в помещении без АВТЗ; - оптимальный диапазон температуры по СанПиН 2.2.4.548-96
относительная влажность. %
л н с
55 - >
/С - — — — —
0 —'
0 0 и 1 О Г) 1 1 н 1 э н и н 3 ? 4 н м н 1 м н -1 -2 о с Н о г 1 г п * С н о г } и ) г Ъ Н т н г Э 1 о н О н г э 1 О н Н г Э 1 н О Н г )еПА5 э 1 О н 1, ча
Рис. 2. Изменения относительной влажности в производственном помещении во времени:
1 - относительная влажность в помещении без АВТЗ; 2 - относительная влажность в помещении, оборудованном АВТЗ для дверей; Щ - оптимальный диапазон относительной влажности
по СанПиН 2.2.4.548-96
В связи с этим возникает необходимость минимизировать поступление атмосферного воздуха в помещение в холодный период года путем устройства активной воздушно-тепловой завесы для дверей, которая способна предотвратить изменения параметров микроклимата за пределы нормируемых величин в помещении в течение всей рабочей смены.
Измерения показали, что параметры микроклимата при работе АВТЗ изменяются следующим образом. В период утреннего интенсивного использования двери изменение температуры составляет не более 6% (до 17 0С), влажности 7% (до 58 %). В дальнейшем в течение смены значения температуры и влажности остаются в пределах допустимых или оптимальных величин (см. рис. 1, 2).
Активная воздушно-тепловая завеса (рис. 3) включает в себя: электрокалорифер 6, который располагается вблизи петлевой стороны двери на полотне ворот 7 или на стене (если калитка устроена вне ворот), два нагнетательных воздуховода 5, герметично и подвижно соединенных с патрубками в основаниях цилиндрического воздухораздаточного короба (воздухораспределителя). На продольной половине образующей поверхности воздухораздаточного короба в шахматном порядке выполнены округлые или щелевые воздуховыпускные отверстия. Воздухораздаточный короб 2 помещается в цилиндрический кожух 3 с окном по всей длине боковой поверхности. Между коробом и кожухом устанавливается небольшой зазор для обеспечения вращения подвижного короба внутри фиксированного кожуха. Для этого кожух крепится стационарно в над- и поддверном пространстве возле петлевой стороны двери. Вращение короба обеспечивают нижний и верхний подшипники 4, установленные в зоне патрубков. Верхнее основание цилиндра короба и дверное полотно подвижно соединяются с помощью штанги 8. При открывании двери штанга обеспечивает вращательное движение цилиндрического воздухораздаточного короба внутри кожуха, поворачивая его вокруг своей оси и обеспечивая выход воздуха из выпускных отверстий. В зависимости от степени открывания двери изменяется количество воздуховыпускных отверстий в окне кожуха, создавая в дверном проеме воздушно-тепловую завесу регулируемой мощности, обеспечивая защиту от неблагоприятного влияния атмосферных воздушных масс на микроклимат помещения в холодный период года.
Рис. 3. Принципиальная схема конструкции активной воздушно-тепловой завесы для дверного проема производственного помещения:1 - полотно двери (калитки); 2 - воздухораздаточный короб;
3 - кожух с продольным окном; 4 - подшипники с муфтой; 5 - нагнетательный воздуховод;
6 - электрокалорифер; 7 - фрагмент полотна ворот или стены помещения; 8 - соединительная штанга
Устройство работает следующим образом. Теплый воздух, нагнетаемый вентилятором электрокалорифера, по двум воздуховодам поступает снизу и сверху в цилиндрический воздухораспределитель (воздухораздаточный короб) и через его пазы (отверстия) в виде воздушных струй, создающих воздушную завесу на пути атмосферного потока, не позволяет внешнему воздуху проникать в помещение. Использование двух воздуховодов для подачи воздуха в воздухораспределитель позволяет создавать по всей его длине равномерный воздушный поток избыточного давления (поднапор), которое препятствует проникновению наружного воздуха в помещение.
Это давление может быть выражено равенством
где Рн - нормальное воздушное давление в помещении;
ДРН - частичное избыточное давление, создаваемое воздушным потоком из воздухораспределителя.
Струя воздушной завесы, выходящая из паза (отверстия) воздухораспределителя, не прямолинейна, а имеет искривленную форму за счет воздействия на нее струи внешнего воздушного (ветрового) потока. Поэтому для расчета оси струи завесы целесообразно использовать метод геометрического наложения потоков [4].
В данном случае принимается допущение, что на струю завесы воздействует горизонтальный внешний ветровой поток (рис. 4). При этом зависимость вертикальной составляющей средней скорости в струе завесы от расстояния до ее начала остается такой же, как и при отсутствии указанного потока, а ее горизонтальная составляющая алгебраически суммируется со скоростью ветра:
(1)
ёу
. (к
= УБша —
О А
= + соБа,,.
(2)
Л
Рис. 4. Схема искривленной струи завесы: V - скорость струи внешнего ветрового потока; а - угол наклона струи завесы; V - скорость струи завесы; а 0 - начальное значение угла наклона струи завесы; v0 - начальное значение скорости струи завесы
Если разделить в значениях (2) второе равенство на первое, то получим уравнение оси воздушной завесы, т.е.:
сіх V,
сіу увіпас
+ с^а0.
(3)
Из равенства (3) находим скорость струи внешнего ветрового потока:
У; = У8Іпа0
ах
¿у
(4)
Для эффективной работы предлагаемого устройства необходимо, чтобы скорость струи завесы пре-
V
вышала скорость горизонтального внешнего ветрового потока V > V , а их отношение--------------> 1.
^П
Из выражения (4) следует, что данная величина отношения скоростей должна составлять
V
V
81П а,
о
йх
¿у
Ща0
(5)
Тогда скорость струи воздушной завесы, необходимая для обеспечения работы устройства, может быть определена следующей зависимостью:
V
V =
8та
о
¿X
¿У
(6)
Полученное выражение показывает, что необходимая скорость струи воздушной завесы (в зависимости от скорости внешнего ветрового потока) может быть достигнута путем изменения начального угла ее
1
наклона (а0). Практически это может быть осуществлено регулировкой угла поворота воздухораспредели-
теля.
При этом за скорость (V) на оси струи воздушной завесы принимается средняя по расходу скорость в струе, которая изменяется по следующему закону [4]:
V
У,
1,7.
0
І
n2„6 oSina о
У
(7)
где 80 - начальная полуширина струи воздушной завесы;
п2и - коэффициент, учитывающий неравномерность начального поля скорости.
Проинтегрировав уравнение (2) с учетом зависимости (7), получим формулы для расчета оси струи воздушной завесы
X у
0,39
1,5
1
8П
v.
(8)
и ее дальнобойности
Н = 50 •
6,5n7 •
? 2и
i \ Z0
VVW
cos a0 -sma0
(9)
где за дальнобойность струи (Н) принимается ордината (у) точки пересечения оси данной струи с плоскостью проема.
В процессе работы персонал ремонтных мастерских сталкивается с воздействием неблагоприятного влияния различных факторов производственной среды, в том числе ухудшения микроклиматических условий в результате попадания атмосферных воздушных масс через открываемые двери [5]. Устройство активной воздушно-тепловой завесы с регулируемым потоком воздуха на дверях способствует сохранению безопасных микроклиматических параметров в течение всей рабочей смены и сокращению числа простудных заболеваний у работников, а также повышению производительности их труда до 10-13 % [3].
Литература
1. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений: Санитарные правила и
нормы. - М.: Информ.-изд. центр Минздрава России, 1997.
2. Шкрабак В.С., Луковников А.В., Тургиев А.К. Безопасность жизнедеятельности в сельскохозяйствен-
ном производстве. - М.: КолосС, 2004.
3. Добрин В.И. Охрана труда в автогаражах колхозов и совхозов. - М.: Россельхозиздат, 1983.
4. Круглова Е.С. Разработка ресурсосберегающей воздушно-тепловой завесы для поддержания норми-
руемых параметров микроклимата в производственных помещениях АПК: дис. ... канд. техн. наук. -Челябинск, 2006.
5. Безопасность жизнедеятельности (безопасность труда в сельскохозяйственном производстве): учеб. пособие / Ю.Г. Горшков [и др.]. - Челябинск, 2008.
2
