СПОСОБ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КОМФОРТНОСТИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
METHOD OF MULTI-OBJECTIVE ESTIMATION OF SHOP-FLOOR WORKING ZONE COMFORT

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности.
Наиболее близким объектом по технической сущности к заявляемому является способ исследования комфортности среды производственных помещений по фактору запыленности путем определения концентрации пыли весовым методом по патенту РФ №2422802 - прототип.
Недостатком известного решения является сравнительно неполная картина комфортности рабочей зоны, из-за отсутствия информации о параметрах ее микроклимата, таких как температура, влажность и скорость движения воздуха.
Технический результат - повышение эффективности определения комфортности рабочей зоны производственных помещений.
Это достигается тем, что в способе многокритериальной оценки комфортности рабочей зоны производственных помещений, заключающийся в определении концентрации аэродисперсных примесей и параметров микроклимата объема воздуха, сначала определяют запыленность воздуха рабочей зоны как первый критерий ее комфортности, для чего подготавливают и настраивают аппаратуру для определения массы чистого фильтра, затем взвешивают чистый фильтр на весах, 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, вычисляют концентрацию пылевого аэрозоля в миллиграммах на кубический метр по формуле:
2
1
o
C=(m-m)/V,
2
1
где m - масса запыленного фильтра, мг; m - масса чистого фильтра, мг.
o
3
V - объем воздуха (м), прошедший через фильтр,
3
При этом объем воздуха (м), прошедший через фильтр, предварительно необходимо привести к нормальным условиям (т.е. к объему, который он занимал бы при температуре 0°C и нормальном атмосферном давлении, равном 101325 Па) по формуле
ф
н
3
где 273 - абсолютная температура, К; Т - температура воздуха (газа), °C; В - фактическое барометрическое давление в момент отбора пробы, Па; В - нормальное атмосферное давление, равное 101325 Па; v - скорость отбора пробы, л/мин; τ - время отбора пробы, мин; 1000 - коэффициент перевода литров в кубические метры (1 м = 1000 л), после чего оценивают запыленность воздуха рабочей зоны, сравнивая полученную концентрацию с допустимой величиной, затем приступают к оценке воздуха по параметрам микроклимата как второго критерия комфортности рабочей зоны, при этом 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, а на основании полученных параметров - температуры воздуха в рабочей зоне, его влажности и скорости движения - рассчитывают степень комфортности по следующей формуле:
B
O
B
S=7,83-0,1t-0,0968t-0,0372P+0,18v(37,8-t),
B
O
где t - температура воздуха в рабочей зоне производственного помещения; t - температура окружающих поверхностей в рабочей зоне; v - скорость движения воздуха, м/сек; P - парциальное давление водяных паров, рассчитываемое по формуле:
P=0,01φ×Pнас, мм рт.ст.,
где φ - относительная влажность воздуха, %; Pнас - 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 изображена принципиальная схема установки для отбора проб воздуха, на фиг.2 - фильтр для отбора пробы воздуха, на фиг.3 изображен общий вид психрометров - стационарного и аспирационного, на фиг.4 - общий вид анемометров - крыльчатого и чашечного, на фиг.5 представлен общий вид цифрового анемометра.
Установка для отбора проб воздуха (фиг.1) содержит прижимную гайку 1, фильтр типа АФА (фиг.2), фильтродержатель (аллонж) 3, расходомер 4, регулировочный кран 5, тройник 6, аспиратор 7.
Скорость отбора пробы устанавливают с учетом степени запыленности воздуха и технических возможностей аспиратора, но не выше 100 л/мин. При скоростях 30-100 л/мин в аллонже за фильтром устанавливают опорную сетку, предотвращающую разрыв фильтра. По окончании отбора пробы выключают аспиратор и секундомер.
Способ оценки комфортности рабочей зоны по критерию запыленности осуществляют следующим образом.
В течение всего времени отбора пробы с помощью регулировочного вентиля аспиратора поддерживают постоянную объемную скорость потока воздуха. Продолжительность отбора проб выбирают в зависимости от запыленности и скорости потока. Минимально необходимая навеска пыли на фильтре должна быть не менее 1 мг, а максимально допустимая - не более 100 мг. По окончании отбора проб все использованные (загрязненные пылью) фильтры взвешивают на тех же весах.
Вычисление концентрации аэрозоля производят следующим образом.
3
Объем воздуха (м), прошедший через фильтр, предварительно приводят к нормальным условиям (т.е. к объему, который он занимал бы при температуре 0°C и нормальном атмосферном давлении, равном 101325 Па) по формуле
ф
н
3
где 273 - абсолютная температура, К; Т - температура воздуха (газа), °C; В - фактическое барометрическое давление в момент отбора пробы, Па; В - нормальное атмосферное давление, равное 101325 Па; v - скорость отбора пробы, л/мин; τ - время отбора пробы, мин; 1000 - коэффициент перевода литров в кубические метры (1 м=1000 л).
3
Концентрацию аэрозоля (мг/м) определяют по формуле
2
1
где m - масса запыленного фильтра, мг; m - масса чистого фильтра, мг.
Затем оценивают запыленность воздуха рабочей зоны, сравнивая полученную концентрацию с допустимой величиной.
Способ оценки комфортности рабочей зоны по критерию параметров микроклимата осуществляют следующим образом.
Обязательно соблюдают следующий порядок выполнения операций при определении параметров микроклимата:
1. Определить температуру воздуха с помощью термометра (фиг.3).
c
м
2. Определить относительную влажность воздуха с помощью аспирационного психрометра Ассмана М-34 (фиг.4). Для чего необходимо с помощью пипетки смочить водой кусочек батиста, закрепленный на резервуаре влажного термометра; ключом завести газовую пружину прибора, приводящую во вращение крыльчатку вентилятора; через 4 мин снять показания по сухому и влажному термометрам; вычислить психрометрическую разность Δt=t-t; по вычисленной психрометрической разности Δt с помощью психрометрической таблицы определить значение относительной влажности. Результаты измерений и расчетов занести в протокол.
3. Определить скорость движения воздуха, создаваемого осевым вентилятором (настольного типа), в рабочих точках, указанных преподавателем (но не менее 1 м от центра вентилятора), при помощи крыльчатого анемометра (фиг.5). Порядок работы с прибором следующий: измерить расстояния L от рабочих точек (не менее 3) до оси вентилятора и включить его; снять показания со шкалы счетного механизма анемометра; установить анемометр в рабочей точке так, чтобы воздушный поток от вентилятора был направлен непосредственно на крыльчатку анемометра.
На основании полученных параметров - температуры воздуха в рабочей зоне, его влажности и скорости движения - рассчитывают степень комфортности по следующей формуле:
B
O
B
S=7,83-0,1t-0,0968t-0,0372P+0,18v(37,8-t),
B
O
где t - температура воздуха в рабочей зоне производственного помещения; t - температура окружающих поверхностей в рабочей зоне; v - скорость движения воздуха, м/сек;
P - парциальное давление водяных паров, рассчитываемое по формуле:
P=0,01φ×Pнас, мм рт.ст.,
где φ - относительная влажность воздуха, %; Pнас - парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии, определяемое по показанию сухого термометра из следующей таблицы:
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.
Пример выполнения предложенного способа
C
M
o
B
B
C
1). Построить зависимость скорости движения воздуха от показателя комфортности, если показания термометров по психрометру в ткацком цехе фабрики составили: - сухого t=24°C, мокрого - t=19,5°C. Категория работ - IIб, показатель комфортности S=4. Принять температуру окружающих предметов равной температуре воздуха в цехе, т.е. t=t, которая в свою очередь определяется по показаниям сухого термометра, т.е. t=t (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.
c
м
Разность в показаниях сухого и мокрого термометров принято называть психрометрической разностью (Δt=t-t); она служит для определения влажности, φ%, по табл.2.1, прилагаемой к психрометру.
c
м
В нашем случае Δt=t-t=24-19,5=4,5°C. Следовательно, относительная влажность воздуха в цехе составит - φ=65%. Итак, для расчета получены следующие данные:
B
t=24°C; φ=65%.
Теперь рассчитаем парциальное давление водяных паров по формуле
P=0,01φ×Pнас, мм рт.ст.,
где Pнас - парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии, определяемое по показанию сухого термометра из табл.1.
Таблица 1Зависимость парциальных давлений водяных паров в насыщенном состоянии от температуры воздуха
Температура Воздуха t<sub>В</sub>, °C
Парциальное давление водяного пара, Pнас, мм рт.ст.
Температура Воздуха t<sub>B</sub>, °C
Парциальное давление водяного пара, Pнас, мм рт.ст.
10
9,209
21
18,650
11
9,844
22
19,827
12
10,518
23
21,068
13
11,231
24
22,377
14
11,987
25
23,756
15
12,788
26
25,209
16
13,634
27
26,739
17
14,530
28
28,349
18
15,477
29
30,043
19
16,477
30
31,824
20
17,533
31
33,695
B
Для нашего значения температуры t=24°C парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии Pнас=22,38.
Тогда парциальное давление водяных паров для нашего случая определится так:
P=0,01φ×Pнас=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:
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.