Лекция 3 вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха
1. Гигиеническое нормирование параметров микроклимата производственных и непроизводственных помещений
На состояние человеческого организма большое влияние оказывают метеорологические условия (микроклимат) в производственных помещениях.
В соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 микроклимат производственных помещений определяется действующими в них на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температурой окружающих поверхностей.
Если работы выполняются на открытых площадках, то метеорологические условия определяются климатическими условиями и сезоном года.
Температура воздуха — параметр, характеризующий его тепловое состояние, т.е. кинетическую энергию молекул газов входящих в его состав. Измеряется температура в градусах по шкале Цельсия или Кельвина.
Температурный режим помещения зависит как от температуры воздуха в помещении tв так и от температуры внутренних поверхностей tп, эти два фактора и определяют конвективный и радиационный теплообмен человека и окружающей среды. Для оценки влияния температур нагретых поверхностей вводится понятие радиационной температуры.
Ориентировочно ее можно определить так:
Совместное воздействие tв и tп можно охарактеризовать температурой помещения tо. При небольшой подвижности воздуха можно принять
Под атмосферным давлением понимается величина, характеризующаяся давлением столба атмосферного воздуха на единичную поверхность. Нормальным принято считать давление, равное 1013,25 гПа или 760 мм.рт.ст. (1гПа = 100Па = 3/4 мм.рт.ст.).
Атмосферный воздух состоит из смеси сухих газов и водяных паров, т.е. мы всегда имеем дело с влажным воздухом или паровоздушной смесью. Причем водяной пар может находиться или в перегретом или насыщенном состоянии. Для характеристики содержания влаги в воздухе используют понятия абсолютной и относительной влажности.
Абсолютной влажностью воздуха называется масса водяных паров, содержащихся в 1 м 3 влажного воздуха при данной температуре. Она может быть также определена как парциальное давление водяного пара. Абсолютная влажность при насыщенном состоянии водяных паров (при данной температуре) называется влагоемкостью воздуха.
Относительной влажностью воздуха называется отношение абсолютной влажности к максимально возможной при данной температуре, выраженное в процентах.
Подвижность воздуха. Человек начинает ощущать движение воздуха при его скорости примерно 0,1 м/с. При обычных температурах, легкое движение воздуха, сдувая обволакивающий человека насыщенный водяным паром и перегретый слой воздуха, способствует хорошему самочувствию. В то же время, в условиях низких температур, большая скорость движения воздуха, вызывает увеличение теплопотерь конвекцией и испарением и ведет к сильному охлаждению организма.
Все жизненные процессы в организме человека сопровождаются образованием теплоты, количество которой меняется от 80 Дж/с (в состоянии покоя) до 700 Дж/с (при выполнении тяжелой физической работы).
Несмотря на то, что факторы, определяющие микроклимат в помещении, могут колебаться в очень широких пределах, температура тела человека остается, как правило, на постоянном уровне (36,6 о С). Свойство человеческого организма поддерживать тепловой баланс, называется терморегуляцией.
Метеорологические условия, при которых отсутствуют неприятные ощущения и напряженность системы терморегуляции называются — комфортными (оптимальными) условиями.
Метеорологические условия воспринимаются человеком как комфортные только в том случае, когда количество выработанного организмом тепла, равно общей отдаче тепла в окружающую среду, т.е. при соблюдении теплового баланса.
Теплообмен организма с окружающей средой может происходить различными путями: конвективной передачей тепла окружающему воздуху (в нормальных условиях до 5% всего отводимого тепла); лучистым теплообменом с окружающими поверхностями (40%); контактной теплопроводностью через соприкасающиеся поверхности (30%); испарением влаги с поверхности кожи (20%); за счет нагрева выдыхаемого воздуха (5%).
При понижении температуры воздуха, для уменьшения теплоотдачи организм снижает температуру кожных покровов, уменьшает влажность кожи, снижая тем самым теплоотдачу. При повышении температуры воздуха кровеносные сосуды кожи расширяются, происходит повышенный приток крови к поверхности тела, и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается. Однако при температуре воздуха 30 — 35 о С теплоотдача конвенцией и излучением становится невозможной и большая часть тепла отдается путем испарения влаги с поверхности тела.
Отдача тепла испарением влаги зависит от скорости движения воздуха и его влажности. В горячих цехах доля тепла, отдаваемого организмом за счет испарения, может достигать 95% и более, что в конечном итоге ведет к потере минеральных солей и обезвоживанию. При высокой влажности испарение затруднено что, в свою очередь может привести к перегреву организма.
При температуре воздуха более 30 о С и значительном тепловом излучении от нагретых поверхностей наступает нарушение терморегуляции организма. Это может привести к перегреву, особенно, если потеря влаги приближается к 5 л в смену. При этом наблюдается нарастающая слабость, головная боль, шум в ушах, искажение цветового восприятия (окраска всего в красный или зеленый цвет), тошнота, рвота, повышение температуры тела. Дыхание и пульс учащаются, артериальное давление вначале возрастает, затем падает. В тяжелых случаях наступает тепловой удар. Возможна судорожная болезнь, являющаяся следствием нарушения водно-солевого баланса и характеризующаяся слабостью, головной болью, резкими судорогами конечностей.
Но даже если не возникают подобные болезненные состояния, перегрев организма сильно сказывается на состоянии нервной системы и работоспособности человека. Установлено, что при 5-ти часовом пребывании в зоне с температурой воздуха 31 о С и влажностью 80 — 90%; работоспособность снижается на 62%. Значительно снижается выносливость, ухудшается координация движений.
Длительное воздействие низких температур также может вызвать различные неблагоприятные изменения в организме человека. Местное и общее охлаждение являются причиной многих заболеваний: миозитов, невритов, радикулитов и др., а также простудных заболеваний. Любая степень охлаждения характеризуется снижением частоты сердечных сокращений и развитием процессов торможения в коре головного мозга, что ведет к уменьшению работоспособности. В особо тяжелых случаях воздействие низких температур может привести к обморожениям и даже смерти.
Различные сочетания параметров микроклимата, оказывая на человека комплексное воздействие, могут вызывать одинаковые тепловые ощущения. На этом основано введение так называемых эффективной и эффективно-эквивалентной температур. Эффективная температура характеризует ощущения человека при одновременном воздействии температуры и движения воздуха. Эффективно-эквивалентная температура учитывает еще и влажность воздуха. Эффективную температуру и зону комфорта можно определять по номограмме, построенной опытным путем (Рисунок 1).
Избыточное тепло, выделение влаги, тепловые излучения, высокая подвижность воздуха ухудшают микроклимат производственных помещений, затрудняют терморегуляцию, неблагоприятно влияют на организм работающих и способствуют снижению производительности и качества труда.
Воздух, загрязненный вредными газами, парами и пылью предопределяет опасность отравления или профессиональных заболеваний, вызывает повышенную утомляемость, и, как следствие этого увеличивает опасность травматизма.
С точки зрения физиологии воздух следует рассматривать с двух позиций: как среду, вдыхаемую человеком, и как среду окружающую человека. Роль воздуха, соответственно, заключается в снабжении организма кислородом, удалении влаги при выдыхании и обеспечении теплообмена человека с окружающей средой. Воздух является также рабочим агентом, который уносит из помещения пыль, влагу, вредные выделения.
Санитарные нормы устанавливают значения оптимальных параметров микроклимата на рабочих местах..
Табл. 4. Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах (СанПиН 2.2.4.548-96)
Категория работ по уровню энергозатрат, Вт
Температура поверхностей, о С
IV. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха
1. Общие положения
Отопление, вентиляция и кондиционирование являются основными техническими средствами для обеспечения нормируемых метеорологических условий и чистоты воздуха в производственных помещениях.
Основополагающим документом, регламентирующим вопросы отопления, вентиляции и кондиционирования, являются Строительные нормы и правила.
2. Отопление
Отопление помещений необходимо как для создания нормальных условий труда, так и для сохранения самих зданий.
Отопительные системы бывают центральными и местными. В системе центрального отопления энергия вырабатывается за пределами отапливаемых помещений, местное – непосредственно в помещении.
В зависимости от вида теплоносителя системы отопления могут быть водяные, паровые, воздушные, электрические и газовые.
Отопление газовыми или электрическими приборами не допускается в помещениях повышенной электроопасности и химической опасности. В этих помещениях, как правило, следует применять воздушное отопление.
Дежурное отопление производственных помещений отапливаемых зданий предусматривается в холодный период года. В нерабочее время оно обеспечивает температуру ниже нормируемой, но не ниже 5°С.
Местное отопление применяется в неотапливаемых зданиях для поддержания температуры воздуха в отдельных помещениях, зонах, на временных рабочих местах при ремонте и наладке оборудования.
Вентиляция
Вентиляциейназывается организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу свежего чистого воздуха.
Системы вентиляции бывают естественными и принудительными (механическими).
Системы естественной вентиляции применяются в помещениях, в которых не выделяются вредные вещества, где не предъявляются требования по особой чистоте подаваемого в помещение воздуха.
Естественная вентиляция осуществляется за счет разности температур между наружным воздухом и воздухом помещений, а также разности давлений, создаваемой ветром с наветренной и подветренной сторон зданий.
Принудительная (механическая) вентиляция проектируется в случаях, когда нормируемые параметры воздуха не могут быть обеспечены естественной вентиляцией.
В зависимости от вида подачи воздуха, системы принудительной (механической) вентиляции могут быть приточными, вытяжными и приточно-вытяжными.
При приточной вентиляциивоздух с помощью вентиляционного оборудования подается в помещение. Приточный воздух следует направлять так, чтобы он не поступал через зоны с большим загрязнением в зоны с меньшим загрязнением.
Расход приточного воздуха определяется из требований:
• норм взрывопожарной безопасности.
При вытяжной вентиляции удаление воздуха из помещений осуществляется из зон наибольшего скопления вредных веществ.
При приточно-вытяжной вентиляции процессы вытяжки и притока воздуха реализуется одновременно.
4. Кондиционирование воздуха
Кондиционирование воздуха – автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, влажности, чистоты, скорости движения) с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий и условий ведения технологических процессов.
Существуют центральные и местные системы кондиционирования воздуха.
В центральных системах воздух забирается вне помещений, где производятся работы, и подается по воздуховодам. В местных системах кондиционирования воздух забирается в самом помещении.
Системы кондиционирования могут функционировать круглогодично или сезонно.
V. Освещение рабочих мест и производственных помещений
Нормы освещения зданий и сооружений, селитебных зон, площадок предприятий и мест производства работ вне зданий регламентируются Строительными нормами и правилами (далее Правила) и Санитарными правилами и нормами.
1. Определения и общие положения
В нормах и правилах применены термины:
Коэффициент естественной освещенности (КЕО) – отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражения), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода; выражается в процентах.
Естественное освещение – освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях.
Боковое естественное освещение – естественное освещение помещения через световые проемы в наружных стенах.
Верхнее естественное освещение – естественное освещение помещения через фонари, световые проемы в стенах в местах перепада высот здания.
Совмещенное освещение – освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.
Эвакуационное освещение – освещение для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении нормального освещения.
Комбинированное освещение – освещение, при котором к общему освещению добавляется местное.
Местное освещение – освещение, дополнительное к общему, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочих местах.
Нормируемые значения освещенности приводятся в точках ее минимального значения на рабочей поверхности внутри помещений для разрядных источников света, кроме оговоренных случаев.
Искусственное освещение
Искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и сигнальное. Для общего искусственного освещения помещений следует использовать, как правило, разрядные источники света. Искусственное освещение может быть двух систем – общее(когда освещается все помещение, включая рабочие поверхности, проходы, проезды и т.п. с помощью светильников) и комбинированное (когда к общему освещению добавляется местное, устанавливаемое на рабочих местах).
Аварийное освещение разделяется на:
Освещение безопасности следует предусматривать в случаях, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования и механизмов может вызвать:
• взрыв, пожар, отравление людей;
• длительное нарушение технологического процесса;
• нарушение работы таких объектов, как электрические станции, узлы радио- и телевизионных передач и связи, диспетчерские пункты, насосные установки водоснабжения, канализации и теплофикации, установки вентиляции и кондиционирования воздуха для производственных помещений, в которых недопустимо прекращение работ и т.п.;
• нарушение режима детских учреждений независимо от числа находящихся в них детей.
Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность на полу основных проходов (или на земле) и на ступенях лестниц: в помещениях – 0,5 лк, на открытых территориях – 0,2 лк.
