СПОСОБ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КОМФОРТНОСТИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
METHOD OF MULTI-CRITERIA ASSESSMENT OF COMFORT OF WORKING AREA IN PRODUCTION PREMISES

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, заключающемся 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.
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 стационарного психрометра, на фиг.4 - общий вид цифрового анемометра, на фиг.5 приведена схема установки для определения концентрации опасных веществ в воздушной среде, на фиг.6 - схема универсального переносного газоанализатора, на фиг.7 - схема шкалы для определения концентрации токсичных примесей в воздухе, например для оксида углерода.
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.
Установка для определения параметров микроклимата рабочей зоны (фиг.3 и 4) включает в себя гигрометр-психрометр 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. Измерение скорости воздушного потока основано на применении 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.
Схема установки для определения концентрации вредных веществ в воздушной среде приведена на фиг.5. В качестве имитатора воздуха производственного помещения используется стеклянный баллон 2 с парами соответствующего вредного вещества (аммиак, ацетон, др.), а в качестве устройства, регистрирующего их наличие - универсальный газоанализатор 1, который соединен резиновой трубкой 6 с индикаторной стеклянной трубкой 5. Определение концентрации вредного вещества в воздухе с использованием газоанализатора производится линейно-колористическим методом, основанным на применении индикаторных трубок. Прилагаемые к прибору индикаторные порошки (на чертеже не показано), находящиеся в стеклянных ампулах, дают возможность определять содержание в воздухе аммиака, ацетона, окиси углерода, сероводорода, этилового эфира, окислов азота, хлора, бензина, бензола, ксилола, толуола, углеводородов. Для каждой определяемой примеси воздуха следует приготовить соответствующие индикаторные трубки, заполнив их соответствующим индикаторным порошком, который удерживается в них ватными тампончиками с обеих сторон (на чертеже не показано).
Стеклянный баллон 2 снабжен резиновой трубкой 3, имеющей зажим 4. Между резиновыми трубками 3 и 6 стеклянного баллона 2 и газоанализатора 1 устанавливается индикаторная трубка 5, в которую засыпается соответствующий индикаторный порошок. При протягивании воздуха, содержащего токсические примеси, из стеклянного баллона 2 с помощью газоанализатора 1 в индикаторной трубке 5 происходит реакция между определяемым вредным веществом и реактивом индикаторного порошка, изменяющим свой цвет на определенную длину трубки. Длина окрашенного слоя порошка пропорциональна количеству вредного вещества в воздухе, протянутом через индикаторную трубку.
Универсальный газоанализатор состоит из корпуса 19 (фиг.6) воздухозаборного устройства, в котором расположен гофрированный резиновый сильфон 18 с двумя фланцами и стакан с пружиной 17. Во внутренних гофрах сильфона установлены распорные кольца 16 для придания ему жесткости и сохранения постоянного объема. На верхней плите 11 корпуса имеется неподвижная втулка 13 для направления штока 14 при сжатии сильфона. На штуцер 9 с внутренней стороны надета резиновая трубка 8, которая через нижний фланец соединяется с внутренней полостью сильфона. К свободному концу резиновой трубки 10 при анализе присоединяют стеклянную трубку, заполненную индикаторным порошком. Исследуемый воздух просасывается через индикаторную трубку после предварительного сжатия сильфона штоком. На гранях (под головкой) штока обозначены объемы просасываемого при анализе воздуха.
На цилиндрической поверхности штока сделаны четыре продольные канавки с двумя углублениями 15, предназначенными для фиксации двух положений штока стопором 12. Расстояние между углублениями на канавках подобрано таким образом, чтобы при ходе штока от одного углубления до другого сильфон забирал заданный объем исследуемого воздуха.
Длина окрашенного столбика индикаторного порошка в трубке пропорциональна содержанию измеряемого вещества в исследуемом воздухе. Ее определяют по специально проградуированным шкалам (фиг.7) для каждого из двух объемов протянутого воздуха. На каждой шкале указано, какой длине окрашенного столбика индикаторного порошка соответствует данная концентрация. Время проведения опыта зависит от объема просасываемого воздуха (хода штока). Его замеряют секундомером. Контрольное время просасывания также указано на шкалах. Для более точного определения фактической концентрации вредного газа или пара в воздухе рабочей зоны проводят не менее трех опытов, начиная с замеров меньшего объема из указанных на шкалах. Если индикаторный порошок не окрасился или длина его окрашенной части очень мала, то переходят к исследованию большего объема воздуха.
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°С и нормальном атмосферном давлении, равном 101325 Па) по формуле
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>o</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>273</mn></mrow><mrow><mn>273</mn><mo>+</mo><mi>T</mi></mrow></mfrac><mfrac><mrow><msub><mi>B</mi><mi>Ф</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>В</mi><mi>Н</mi></msub></mrow></mfrac><mfrac><mrow><mi>υ</mi><mi>τ</mi></mrow><mrow><mn>1000</mn></mrow></mfrac><mtext>                                                 </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
где 273 - абсолютная температура, К;
ф
н
3
T - температура воздуха (газа), °С; В - фактическое барометрическое давление в момент отбора пробы, Па; В - нормальное атмосферное давление, равное 101325 Па; ν - 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
<mrow><mi>C</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>m</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msub><mi>V</mi><mi>o</mi></msub><mo>,</mo><mtext>                                                       </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>2</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
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. 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 при помощи крыльчатого анемометра (фиг.4).
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-0,0372Р+0,18ν(37,8-t),
B
O
где t - температура воздуха в рабочей зоне производственного помещения; t - температура окружающих поверхностей в рабочей зоне; ν - скорость движения воздуха, м/сек; Р - парциальное давление водяных паров, рассчитываемое по формуле:
Р=0,01φ×Рнас, мм рт.ст.,
где φ - относительная влажность воздуха, %; Рнас - парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии, определяемое по показанию сухого термометра из таблицы 1:
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°С, мокрого t=19,5°С. 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.
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, %.
c
м
В нашем случае Δt=t-t=24-19,5=4,5°С. Следовательно, относительная влажность воздуха в цехе составит φ=65%. Итак для расчета получены следующие данные:
B
t=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.
Таблица 1
Зависимость парциальных давлений водяных паров в насыщенном состоянии от температуры воздуха
Температура воздуха t<sub>B</sub>, °С
Парциальное давление водяного пара, Рнас,мм рт.ст.
Температура воздуха t<sub>B</sub>, °С
Парциальное давление водяного пара, Рнас, 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°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:
<mrow><mi>ν</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>S</mi><mo>+</mo><mn>0,1</mn><msub><mi>t</mi><mi>B</mi></msub><mo>+</mo><mn>0,0968</mn><msub><mi>t</mi><mi>O</mi></msub><mo>+</mo><mn>0,0372</mn><mi>P</mi><mo>−</mo><mn>7,83</mn></mrow><mrow><mn>0,18</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>37,8</mn><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mi>B</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mo>+</mo><mn>0,1</mn><mo>×</mo><mn>24</mn><mo>+</mo><mn>0,0968</mn><mo>×</mo><mn>24</mn><mo>+</mo><mn>0,0372</mn><mo>×</mo><mn>14,5</mn><mo>−</mo><mn>7,83</mn></mrow><mrow><mn>0,18</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>378</mn><mo>−</mo><mn>24</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,58</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow>
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.
Способ определения концентрации вредных веществ в воздушной среде осуществляют следующим образом.
Приготавливают для каждой определяемой примеси воздуха соответствующие индикаторные трубки, заполняя их соответствующим индикаторным порошком, который удерживают в них ватными тампончиками с обеих сторон. Во втулку 13 газоанализатора вставляют соответствующий по расходу протягиваемого воздуха шток 14 так, чтобы фиксатор 12 скользил по канавке штока. Давлением руки сверху на шток 14 сжимают сильфон 18 до тех пор, пока стопор не войдет в верхнее углубление 15 канавки штока 14.
Затем соединяют один конец индикаторной трубки 5 с резиновой трубкой 6 газоанализатора, а другой конец - с резиновой трубкой 3 стеклянного баллона 2. Затем ослабляют зажим 4 на резиновой трубке стеклянного баллона 3, давая возможность протяжки воздуха с парами вредного вещества через индикаторную трубку 4. Придерживая одной рукой шток 14, другой рукой отводят фиксатор 12, позволяя штоку 14 подниматься под действием пружины в течение оговоренного на стандартной шкале периода времени до тех пор, пока стопор не войдет в нижнее углубление в канавке штока. При этом через индикаторную трубку пройдет в течение оговоренного времени определенный объем воздуха.
Перекрывают зажим 4 на стеклянном баллоне 2 и освобождают индикаторную трубку 5 от резиновых трубок 3 и 6. Затем прикладывают индикаторную трубку 5 к стандартной шкале 7 и по длине изменившего цвет индикаторного порошка определяют концентрацию вредного вещества в исследуемом воздухе. Затем сравнивают фактическую концентрацию вредного вещества с предельно-допустимой концентрацией (ПДК). Выбирают индикаторный порошок из всего набора сорбентов, имеющихся в наличии для определенного типа газоанализатора с учетом статистических данных того или иного вида производства. Подготавливают для каждой определяемой примеси воздуха соответствующие индикаторные трубки, заполняя их соответствующим индикаторным порошком, который удерживают в них ватными тампончиками с обеих сторон. Производят отбор пробы, для чего во втулку 6 газоанализатора вставляют соответствующий по расходу протягиваемого воздуха шток 7 так, чтобы фиксатор 5 скользил по канавке штока. Давлением руки сверху на шток 7 сжимают сильфон 11 до тех пор, пока стопор не войдет в верхнее углубление 8 канавки штока 7. Затем соединяют один конец индикаторной трубки с резиновой трубкой газоанализатора, а другой конец - с резиновой трубкой стеклянного баллона (на чертеже не показано). Затем ослабляют зажим на резиновой трубке стеклянного баллона, давая возможность протяжки воздуха с парами вредного вещества через индикаторную трубку. Придерживая одной рукой шток 7, другой рукой отводят фиксатор 5, позволяя штоку 7 подниматься под действием пружины в течение оговоренного на стандартной шкале периода времени до тех пор, пока стопор не войдет в нижнее углубление в канавке штока. При этом через индикаторную трубку пройдет в течение оговоренного времени определенный объем воздуха. Перекрывают зажим на стеклянном баллоне и освобождают индикаторную трубку от резиновых трубок.
Осуществляют анализ отобранной пробы, для этого прикладывают индикаторную трубку к стандартной шкале, имеющейся в комплекте того или иного типа газоанализатора, и по длине изменившего цвет индикаторного порошка определяют концентрацию вредного вещества в исследуемом воздухе.
Затем сравнивают фактическую концентрацию вредного вещества, полученную в результате эксперимента, с предельно-допустимой концентрацией (ПДК) и заполняют сравнительную оценочную таблицу №1.
Содержание вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест нормируют по списку Минздрава №3086-84, а для воздуха рабочей зоны производственных помещений - по ГОСТ 12.1.005-88. Затем выявляют вещества, обладающие суммацией, выполняют необходимые расчеты по формуле (1) и делают вывод о соответствии нормам каждого из указанных веществ в отдельности и при их одновременном воздействии. При совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ, обладающих суммацией действия, сумма их концентраций не должна превышать 1 (единицы) при расчете по формуле:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>C</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mi>П</mi><mi>Д</mi><msub><mi>К</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>C</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><mi>П</mi><mi>Д</mi><msub><mi>К</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mo>⋯</mo><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>C</mi><mi>n</mi></msub></mrow><mrow><mi>П</mi><mi>Д</mi><msub><mi>К</mi><mi>n</mi></msub></mrow></mfrac><mo>≤</mo><mn>1</mn><mtext>                           </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
2
n
3
где C, С, … C - фактические концентрации веществ в атмосферном воздухе, мг/м;
1
2
n
3
ПДК, ПДК, … ПДК - предельно-допустимые концентрации тех же веществ, мг/м.