СПОСОБ ОЦЕНКИ КОМФОРТНОСТИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПО ПАРАМЕТРАМ МИКРОКЛИМАТА

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности.

Известно, что для исследования параметров микроклимата применяют методы с использованием термографов, психрометров и анемометров (см. Белов С.В. Учебник по безопасности жизнедеятельности. М.: Высшая школа, 2003 г.).

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является способ определения параметров микроклимата по патенту РФ №2442934, F16L 3/04, (прототип), установка реализации которого содержит измерители температуры, влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне.

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания и малое быстродействие приборов.

Технический результат - повышение эффективности, быстродействия и надежности срабатывания системы.

Это достигается тем, что способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата, заключающийся 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, отличается тем, что на основании полученных параметров - температуры воздуха в рабочей зоне, его влажности и скорости движения - рассчитывают степень комфортности по следующей формуле:

S=7,83-0,1t_B-0,0968t_O-0,0372P+0,18v(37,8-t_B),

где t_B - температура воздуха в рабочей зоне производственного помещения; t_O - температура окружающих поверхностей в рабочей зоне; v - скорость движения воздуха, м/с;

Р - парциальное давление водяных паров, рассчитываемое по формуле:

P=0,01φ×Рнас, мм рт.ст.,

где φ - относительная влажность воздуха. %; Рнас - парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии, 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.

На фиг.1 изображен общий вид стационарного психрометра типа ВИТ-2, на фиг.2 -общий вид цифрового анемометра типа ATE-1034, на фиг.3 - общий вид контактного термометра с погружаемым зондом типа ТК5.01М, на фиг.4 - зависимость скорости воздуха от показателя комфортности.

Устройство для реализации способа оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата содержит приборы по измерению температуры, влажности и скорости движения воздуха. В технике для измерения температуры воздуха, как правило, используют ртутные или спиртовые термометры, термоанемометры и аспирационные психрометры (при наличии источников теплового излучения).

Измерение относительной влажности воздуха

Относительная влажность воздуха измеряется психрометрами, например гигрометром-психрометром типа ВИТ-2.

Измерение относительной влажности воздуха основано на разнице показаний «сухого» и «увлажненного» термометров. После снятия показаний термометров по психрометрической таблице определяют относительную влажность воздуха.

Стационарный психрометр (фиг.1) состоит из двух одинаковых ртутных или спиртовых термометров с ценой деления не более 0,5°С, закрепленных на штативе. Ртутный (спиртовой) резервуар одного из термометров, называемый влажным (мокрым), обернут кусочком батиста, конец которого свернут жгутиком и опущен в сосуд с дистиллированной водой А для непрерывного поддержания ртутного (спиртового) резервуара во влажном состоянии.

Принцип действия психрометра заключается в следующем. С поверхности мокрой ткани Б происходит испарение воды, и, следовательно, влажный термометр теряет больше тепла, чем другой, так называемый сухой, и показания влажного термометра будут всегда ниже показаний сухого (t_M<t_c). Разность в показаниях сухого и мокрого термометров принято называть психрометрической разностью. Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется вода с поверхности обернутого резервуара и тем больше снижается температура влажного термометра. По разности показаний сухого и влажного термометров можно судить о степени влажности воздуха. Когда воздух при данной температуре имеет максимальную влажность (φ_max), испарения влаги не происходит, психрометрическая разность равна нулю, и оба термометра покажут одну и ту же температуру (t_c=t_M).

К самопишущим приборам для регистрации температуры и относительной влажности воздуха относятся термографы и гигрографы, которые выпускаются с суточным и недельным вращением барабана.

Измерение скорости движения воздуха

Скорость движения воздуха измеряют анемометрами и термоанемометрами.

Принцип действия анемометров обоих типов основан на том, что частота вращения крыльчатки тем больше, чем больше скорость движения воздуха. Вращение крыльчатки передается на счетный механизм. Разница в показаниях до и после измерения, деленная на время наблюдения, показывает число делений в 1 с. Специальный тарировочный паспорт, прилагаемый к каждому прибору, позволяет по вычисленной величине делений определить скорость движения воздуха.

Технические характеристики цифрового анемометра АТЕ-1034: измерение скорости воздушного потока: 0,2…25,0 м/с; разрешение: 0,01 м/с (0,2…5 м/с); 0,1 м/с (5,1…25 м/с); измерение температуры воздушного потока: диапазон: 0…50°С.

Измерение температуры t_О окружающих поверхностей в рабочей зоне производят с помощью контактного термометра с погружаемым зондом типа ТК5.01 М, производитель Техно-Ас(Россия).

Технические характеристики:

Диапазон измеряемых температур: -40…+200°С

Относительная погрешность: ±0,5%+ед.мл.разр.

Цена единиц младшего разряда: 0,1°С

Рабочие условия эксплуатации: -20…+50°С

относительная влажность, %: не более 80% при Т=35°С

атмосферное давление; кПа: 86 106

Напряжение питания 1.5×2 В

Термометр контактный цифровой типа ТК-5.01М предназначен для измерения температуры жидких, сыпучих сред путем непосредственного контакта зонда с объектом измерения. В качестве термочувствительного элемента в зонде используются преобразователи термоэлектрические (ТП) с НСХ по ГОСТ Р 8.585.

Функциональные возможности термометра ТК 5.01 М:

измерение температуры с ценой ед. младшего разряда 0.1°С

индикация пониженного напряжения питания

подсветка индикатора

быстродействие

простота использования

Способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата осуществляют следующим образом.

Обязательно соблюдают следующий порядок выполнения операций при определении параметров микроклимата:

1. Определить температуру воздуха с помощью термометра.

2. Определить относительную влажность воздуха с помощью психрометра типа ВИТ-2. Для чего необходимо: с помощью пипетки смочить водой кусочек батиста, закрепленный на резервуаре влажного термометра; через 4 мин снять показания по сухому и влажному термометрам; вычислить психрометрическую разность Δt=t_c-t_M;

по вычисленной психрометрической разности Δt с помощью психрометрической таблицы (табл.2.1) определить значение относительной влажности. Результаты измерений и расчетов занести в протокол.

3. Определить скорость движения воздуха, создаваемого осевым вентилятором (настольного типа), в рабочих точках (расположенных не менее 1 м от центра вентилятора) при помощи анемометра ATE-1034.

4. Определить температуру t_О окружающих поверхностей в рабочей зоне с помощью контактного термометра с погружаемым зондом типа ТК5.01 М.

Пример выполнения предложенного способа

1. Построить зависимость скорости движения воздуха от показателя комфортности, если показания термометров по психрометру в ткацком цехе фабрики составили: сухого t_C=-24°С, мокрого t_M=19,5°С. Категория работ - IIб, показатель комфортности S=4. Принять температуру окружающих предметов равной температуре воздуха в цехе, т.е. t₀=t_B, которая в свою очередь определяется по показаниям сухого термометра, т.е. t_B=t_C (исходные данные для расчета по своему варианту принять из табл.2.4).

2. Сделать вывод, сравнивая полученные результаты с допустимыми 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 S для верхнего диапазона допустимых значений тех параметров микроклимата, которые не соответствуют допустимым значениям.

Разность в показаниях сухого и мокрого термометров принято называть психрометрической разностью (Δt=t_c-t_M); она служит для определения влажности, φ %, по табл.2.1, прилагаемой к психрометру.

В нашем случае Δt=t_c-t_M=24-19,5=4,5°С. Следовательно, относительная влажность воздуха в цехе составит φ=65%. Итак, для расчета получены следующие данные:

t_B=24°С; φ=65%.

Теперь рассчитаем парциальное давление водяных паров по формуле

Р=0,01φ×Рнас, мм рт.ст.,

где Рнас - парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии, определяемое по показанию сухого термометра из табл.1.

Для нашего значения температуры t_B=24°С парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии Рнас=22,38.

Тогда парциальное давление водяных паров для нашего случая определится так:

Р=0,01φ×Рнас=0,01×65×22,38=14,5 мм рт.ст.

Теперь определяем требуемую скорость движения воздуха в ткацком цехе, при которой показатель хорошего самочувствия был бы равен S=4:

Теперь переходим к построению графика зависимости скорости движения воздуха от показателя комфортности для группы вариантов: I - 1,3,4,5,6; II - 7,8,9,10,11; III -2,12,13,14,15; IY - 16,17,18,19,20,21,22; Y - 23,24,25,26,27,28,29; YI - 30,31,32,33,34,35.

На фиг.4 в качестве примера приведена функциональная зависимость скорости движения воздуха от показателя комфортности и формула ее линейной аппроксимации. Вывод: 1) для рассматриваемого случая существующие параметры микроклимата в цехе (t_B=24°С; φ=65%, v=0,58 м/с) соответствуют допустимым нормативным значениям (при t_B-24°С и ниже: φ=75%, v=0,3…0,7 м/с).

В качестве примера рассмотрим случай, когда имеет место превышение рассчитанных параметров микроклимата, т.е. t_B=24°С; φ=50%, v=1,73 м/с, а допустимыми по нормам значениями являются: при t_B=24°С и ниже: φ=75%, v=0,3…0,7 м/с), т.е. рассчитаем показатель комфортности S для случая: t_B=24°С, φ=50%, v=0,7 м/с. Парциальное давление водяных паров для нашего случая определится так:

Р=0,01φ×Рнас=0,01×50×22,38=11,2 мм рт.ст.

S=7,83-0,1t_B-0,0968t_O-0,0372Р+0,18v(37,8-t_B)=7,83-0,1×24-0,0968×24-0,0372×11,2+0,18×0,7×(37,8-24)=4,4.

Показатель самочувствия может иметь следующие значения: 1 - очень жарко; 2 - слишком тепло; 3 - тепло, но приятно; 4 - чувство комфорта; 5 - прохладно, но приятно; 6 - холодно; 7 - очень холодно.

Показатель S 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 S=3; для работ средней тяжести S=4; для тяжелых физических работ S=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.

Вывод: 2) данное значение показателя S=4,4 находится между S=4 (комфорт) и S=5 (прохладно, но приятно), т.е. допустимая скорость движения воздуха v=0,7 м/с более приемлема с гигиенической точки зрения.