Шаровой термометр как прибор для определения метеорологических условий производственных, бытовых и школьных помещений

Дальнейшей задачей является разработка способов воздушного» душирования рабочих мест подручных литейщика непосредственно на канаве.

При всех перечисленных способах душирования наиболее целесообразным является забор воздуха снаружи здания из незагрязненной зоны. Для уменьшения нагрева воздуха внутри воздуховодов необходимо покрывать их теплоизолирующим материалом.

Значительное повышение эффективности вышеуказанных души-рующих вентиляционных агрегатов достигается при охлаждении подаваемого воздуха в жаркое время года.

Н. И. ЛОНДОН

Шаровой термометр как прибор для определения метеорологических условий производственных, бытовых и школьных помещений

Из метеорологической лаборатории отдела промышленной гигиены Московского института охраны трзгда (зав. лабораторией Н. И. Лондон, зав. отделом

3. И. Израэльсон)

В течение последних двух десятилетий ряд советских и зарубежных исследователей микроклимата жилых и производственных помещений сосредоточивает свое внимание на роли в теплообмене окружающих человека твердых предметов, с которыми он не соприкасается, на роли в теплообмене радиации и прежде всего на вопросе об эквиваленте по теплоощущению и прочим физиологическим показателям между конвекцией и радиацией. При этом возникли новые понятия: радиационно-эффективная температура (СССР), эквивалентная температура (Англия), результирующая температура (Франция).

По определению французского исследователя Missenard, одинаковую сухую результирующую температуру будут иметь помещения с разными комбинациями отличных между собой температур стен и воздуха, оказывающих на человека такой же тепловой эффект, как помещение определенной температуры, в котором температура воздуха и стены совпадает. Например, помещение с температурой воздуха 25° и стен 20° будет иметь результирующую температуру 22 или 23°, если будет установлено, что теплоощущение людей в этом помещении совпадает с теплоощущением людей в помещении, в котором воздух и стены имеют одинаковую температуру в 22 или 23°.

Естественно стремление измерять суммарно разные метеорологические комплексы в одних и тех же единицах эквивалентной, результирующей или радиационно-эффективной температуры. Установление физически и физиологически обоснованной меры суммарного теплового воздействия радиации и конвекции является весьма важной предпосылкой для правильного нормирования ряда типовых случаев метеорологических условий, встречающихся в производстве, а также для оценки конвекционного и панельного отопления жилищ, школьных помещений и коммунальных общественных зданий.

Шаровой термометр был впервые предложен в 1887 г. метеорологом Aitken, применявшим термометры, резервуар которых находился в центре зачерненного металлического шара диаметром в 15 или

40 см. Айкеп нашел, что этот прибор лучше реагирует на солнце и ветер, чем зачерненный вакуумный термометр, и предложил на основе показаний двух приборов метод расчета, который дает возможность измерять климатические условия в соответствии с их влиянием на теплоощущение человека. Однако этот прибор до гигиенистов не дошел, а метеорологами был скоро забыт.

Для обоснования гигиенического значения шарового термометра Верной опубликовал в 1932 г. результаты своих исследований в аудитории с двояким отоплением: комбинированным воздушным и панельным. При включении воздушного отопления термометр показывал комфортную температуру, между тем как самочувствие подвергавшихся испытаниям людей этого не подтверждало, шаровой же термометр стоял на более низкой цифре, так как отражал не только степень нагрева воздуха, но и стен, которые даже через несколько часов после включения воздушного отопления были холоднее воздуха. Таким образом, шаровой термометр регистрировал метеорологические условия в большем соответствии с теплоощущением человека, чем обыкновенный термометр.

В помещении, в котором люди чувствовали себя комфортно, шаровой термометр показывал постоянную цифру 16,9°1 при колебаниях температуры воздуха от 9,6 до 16,5° и эффективной температуры радиации от 7,1 до 0,22°.

В 1938 г. Верной сделал попытку использовать шаровой термометр в помещениях с источниками интенсивного теплового излучения (в прокатном цехе), а затем сопоставлял теплоощущения с показаниями шарового термометра при источнике газового отопления. В первом случае была выявлена большая чувствительность шарового термометра к радиации, а во втором отмечено, что при температуре воздуха 15° можно обеспечить благоприятное теплоощущение для человека, находящегося в состоянии покоя, если шаровой термометр на уровне головы показывает 19°, а на уровне ног 24°.

Далее Верной предложил в помещениях без источников теплового излучения при учете скорости движения воздуха определять по шаровому термометру эквивалентную температуру с помощью специальной карты. Если скорость движения воздуха меньше 0,17 м/сек, можно получить эквивалентную температуру вычитанием 1,7° из показания шарового термометра. Однако в подобных случаях, нам кажется, нет особой надобности в применении шарового термометра, так как здесь его преимущества перед обыкновенным термометром незначительны.

Предложенный ШБвепагс! результирующий термометр принципиально и конструктивно не отличается от шарового. Различие заключается лишь в том, что в то время как Верной руководствовался чисто эмпирическими данными, Шввепак! при конструкции шарового (результирующего) термометра исходил из некоторых теоретических предпосылок. Шазешш! полагает, что для случаев панельного отопления прибор должен удовлетворять следующему условию: отношение влияния на его теплопотерю конвекции и радиации должно составлять 1:1; иначе говоря, в некоторых пределах температуры (при разнице между нагревом воздуха и стен меньше 10°) показания прибора остаются неизмененными и тогда, когда отношение между изменением температуры ограждений и воздуха выражается отношением 1:1. Для выполнения этого требования Шввепагс! предлагает соблюдать определенное отношение между диаметром прибора и его константой излучения.

1 Температуру, измеренную шаровым термометром, Верной назвал радиацион-но-конвекционной, а разницу между показанием шарового термометра и температурой воздуха — эффективной температурой радиации.

-• !.....яч.'¡Г-''"''

Теоретические рассуждения ^Кввепагс! были проверены в метеорологической лаборатории Института охраны труда, в .настоящей же работе мы 01раничиваемся гигиенической оценкой шарового (результирующего) термометра на основе материалов той же лаборатории.

Мы производили определение шаровым термометром эквивалентных по теплоощущению различных метеорологических комплексов, по преимуществу радиационных и конвекционных. Под последними мы условно понимаем условия окружающей среды, при которых нет разницы между температурой воздуха и ограждений (стены, потолок, пол) и отсутствуют какие-либо нагретые поверхности, облучающие человека с интенсивностью, уже влияющей на его термобаланс. Под радиационными же комплексами мы подразумеваем такие условия окружающей среды, при которых для термобаланса человека имеет существенное значение облучение.

В результате оказалось возможным судить о соответствии между показаниями шарового термометра и теплоощущением по различиям в поведении этого прибора по сравнению с обыкновенным термометром.

В процессе исследования проводились две серии опытов облучения человека и шарового термометра: а) двустороннее облучение шара и туловища человека с интенсивностью до 0,85 г/кал; б) облучение шара и всего тела человека с четырех сторон с интенсивностью 0,15—0,17 г/кал. В табл. 1 приведены показания шарового термометра при эквивалентных по теплоощущению метеорологических комплексах в обеих сериях опытов..

Таблица 1

Определение шаровым термометром эквивалентных по теплоощущению метеорологических комплексов

Комплексы по преимуществу радиационного порядка Комплексы по преимуществу конвекционного порядка

температуры воздуха и ограждений условия облучения интенсивность излучения в г/кал на 1 см* в 1 мин. показания зачерненного термометра показания шарового термометра температура воздуха и ограждений показания зачерненного термометра показания шарового термометра

16,0° 16,32° 16,8° 18,3° 19,1° 22,5° 20,0° 21,5° 22,0° 22,0° 23,0° 24,5° 26,5° ) Облучение ту-> ловища 1 с двух 1 сторон Облучение тела  с четырех сторон ( 0,55 • 0,36 \ 0,83 ) 0,64 0,71 1 0,50 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 33,3° 35,6° 32,3° 25,5° 27,0° 27,5° 27,3° 27,5° 30,0° 32,0° 31,7° 27,92° 39,7° 33,6° 40,4° 36,0° 29,0° 29,5° 31,5° 30,5° 31,2° 34,2° 34,2° 25,4°) 23,6° 31,6° 1 30,7° | 33,6° 33,6°) 28,7°) 32,2° 1 31,7° 1 31,7°} 32,1° 34,4° I 34,8°; Одинаковые с показаниями посеребренного термометра, регистрировавшего температуру иоздуха То же ] Несуществен-1 но отличаются > ог показаний | зачерненного | термометра ( 28,8° 1 31,8° | 31,5° !• 31,4° I 31,8° 1 33,8° 1 33,7°

Как видно из этой таблицы, нельзя установить достаточного соответствия между воздействием радиации и конвекции у человека и шарового термометра в случае облучения части поверхности тела.

Шаровой термометр показывает более высокую температуру в условиях радиационных комплексов, несмотря на то, что испытуемые расценивают оба ряда комплексов как одинаковые по теплоощущению.

Другие результаты были вхорий серии_опытов, т. е.

ц таблицы сле-

при равномерном облучени

2 Гигиена и здоровье, № 1

Ш>ч1«н. ЪШШы.ьк*

МРМШЦИМ»«**

I 16 Р

дует, что в этих условиях существует достаточно полное соответствие между показаниями шарового термометра и теплоощущением. Шаровой термометр в большинстве случаев показывает разницу меньше 1,0° при определении эквивалентных по теплоощущению конвекционных и радиационных метеорологических комплексов, в то время как обыкновенный термометр фиксирует разницу до 5,2°.

Нам кажется, что несоответствие между показаниями шарового термометра и теплоощущением в случае неравномерного облучения объясняется разницей условий облучения человека и шара: у человека при двустороннем облучении туловища облучается лишь часть поверхности тела, шар же, ввиду малого его диаметра, облучается весь. Поэтому температура его выше, чем можно было бы ожидать для эквивалентного по теплоощущению радиационного комплекса. Естественно, что чем интенсивнее облучение, тем больше расхождение между показанием шарового термометра при эквивалентных по теплоощущению и конвекционных комплексах.

В табл. 2 сравнивается температура обыкновенного термометра при конвекционном комплексе, эквивалентном по теплоощущению комплексу с двусторонним облучением туловища, с показанием шарового термометра, находящегося иод односторонним облучением.

Таблица 2

Показания шара при одностороннем облучении и эквиваленты при двусторон нем облучении туловища человека

Температура воздуха Интенсивное из-' лучение в г/кал на 1 см1 в мин. Показания шарового термометра Эквивалентные по теплоощущению метеорологические комплексы

по преимуществу конвекционные по преимуществу радиационные

температура воздуха показания зачерненного термометра интенсивность излучения в г/кал на 1 см' в мин. температура воздуха

22,8° 19,9° 17,3° 15,9° Одно- сторон- 1 0,72 нее облу-1 о,81 ЧеНИе (О,57 34,2° 32,4° 32,9° 26,0° 33,6° 33,6° 32,0° 25,4° Одинаковые с показаниями посеребренного термометра, регистрировавшего показания температуры воздуха Двустороннее облу-  чение 0,49 0,70 0,80 0,53 23,3° 21,0° 17,9° 16,5°

Как видно из этой таблицы, шаровой термометр при конвекционном комплексе показывает почти ту же температуру, что зачерненный. Таким образом, в данном случае условия облучения совпадают, если соблюдается отношение 1 к 2 при интенсивности облучения до 1 г/кал. Эти опыты дают основание предполагать, что на основании более широко поставленных -исследований можно будет установить переводные коэфициенты для нивелирования влияния расхождения, обусловленного различием в условиях облучения. Для случаев, приведенных в табл. 1, можно получить температуру эквивалента при конвекционном комплексе, если умножить эффективную температуру радиации на 0,7 и прибавить полученную величину к температуре воздуха. Однако разработка таких переводных показателей далеко еще не превращает шаровой термометр в универсальный прибор, во всех случаях позволяющий учитывать значение излучения, особенно важного с точки зрения гигиены труда.

Необходимо также указать, что близкие теплоощущения вовсе не являются идентичными и совсем не вызывают одинакового физиологического действия: речь идет лишь о близком влиянии на термобаланс человека. Между тем можно легко представить себе одинаковый термобаланс в комнате с высокой температурой неподвижного

воздуха и на вершинах гор или на берегу моря при низкой температуре подвижного воздуха и интенсивном облучении; однако вряд ли кто станет утверждать, что физиологический эффект обоих метеорологических комплексов окажется одинаковым. Существует также определенная разница в субъективном восприятии этих комплексов, хотя бы оба они одинаково расценивались ответами «тепло» или «жарко».

Только при решении вопросов отопления и вентиляции ориентировочный эквивалент теплоощущения дает возможность в первом приближении выразить в одних и тех же единицах радиационные и конвекционные комплексы. При этом и здесь чем равномернее воздействие радиационного комплекса, тем больше оснований для установления его эквивалентности конвекционному.

Надо также учесть, что при фиксированном облучении открытых поверхностей тела (в особенности лица) нельзя исходить из показания шарового термометра как критерия комфортных условий.

Еще Рубнер и Крамер определили характер ощущения, вызываемого у человека разными количествами падающей на кожу лучистой энергии (табл. 3). Этими исследователями было также установлено, что чем выше температура воздуха, тем чувствительнее кожа к лучистой энергии.

Таблица 3

Лучистая энергия

Ощущения Низкая температура воздуха Высокая температура воздуха Повышение температуры кожи

Едва ощутимо . . 0,0420° 0,0231° _

Ясно ощутимо . . 0,0498° 0,0349° 0,4°

Жарко...... 0,0898° 0,0533° 0,9°

Невыносимо жарко 0,3738° 0,1706° 1,1°

В данном случае влияние на термобаланс соответствует влиянию на теплоощущение, поскольку существенное значение приобретает местное раздражение рецепторов кожи лица.

Верной считает, что для показаний прибора имеют значение средняя интенсивность радиации (положительной и отрицательной), падающей на всю поверхность тела человека, и степень нагревания ею. Это положение требует, однако, ряда оговорок. Здесь следует различать два случая.

1. Радиация не обусловливает резкого нагрева ограниченной поверхности тела: интенсивность ее не превышает 1,0—1,5 г/кал при 20,0—10,0°, и поток излучения в процессе работы перемещается с одной части поверхности тела на другую. В этом случае средняя интенсивность положительной и отрицательной радиации, определяющая дополнительную температуру шарового термометра по сравнению с температурой воздуха, может действительно характеризовать тепло-ощущение человека.

2. Радиация обусловливает резкий нагрев ограниченной поверхности тела (при большой интенсивности или длительности непрерывного облучения). Здесь нельзя ожидать соответствия между тепло-ощущением и показанием шарового термометра.

Следует также указать, что возможны радиационные комплексы, явно неприемлемые с гигиенической точки зрения, которые, однако, могут получить по показаниям шарового термометра одинаковую

оценку с гигиенически вполне благоприятными конвекционными или другого типа радиационными комплексами, В качестве примера можно привести случай, когда человек долго находится вблизи открытого окна, подвергаясь действию холодных токов воздуха, а с другой стороны, он интенсивно облучается. О комфорте здесь говорить не приходится, хотя шаровой термометр может дать в этом случае такие же показания, как в помещении с равномерным воздействием конвекционных или радиационных комплексов, вызывающих подлинное комфортное теплоощущение.

Не только в подобных, но и в менее резко выраженных ситуациях, показания шарового термометра никак нельзя трактовать механически, исходя лишь из термобаланса. При оценке полученных результатов надо принимать во внимание и степень неравномерности воздействия элементов метеорологического фактора, допустимой с гигиенической точки зрения.

Выводы

1. При малой интенсивности излучения, равномерном облучении всего тела человека и практически неподвижном воздухе были установлены одинаковые показания шарового термометра при эквивалентных по теплоощущению радиационных и конвекционных метеорологических комплексах. Из этого вытекает, что в указанных условиях прибор учитывает влияние радиации в соответствии с гигиеническими задачами.

2. Если облучение неравномерное и распространяется лишь на часть поверхности человеческого тела, шаровой термометр дает разные показания при эквивалентных по теплоощущению метеорологических комплексах в зависимости от того, является ли измеряемый комплекс по преимуществу радиационным или конвекционным.

3. Соответствие показания шарового термометра теплоощущению зависит от идентичности условий облучения человека и шара, т. е. от степени совпадения отношения облучаемой части ко всей поверхности у человека и прибора.

4. Шаровой термометр может найти практическое применение:

а) при учете влияния излучения относительных панелей с высокой температурой поверхности нагревательных элементов;

б) при общей оценке метеорологических условий в помещениях с панельным отоплением;

в) при учете влияния холодных и не очень высоко нагретых (несветящихся) поверхностей, под воздействием которых находится значительная часть обращенной к ним поверхности тела человека;

г) при измерении и' нормировании эксквизитных метеорологических комплексов, возникающих в процессе производства работы внутри нагретых массивов, где рабочие подвергаются облучению со всех сторон с интенсивностью около 0,5 г/кал и меньше;

д) при учете влияния холодных стен в условиях воздушного отопления в крупных зданиях с большой тепловой инерцией стен.

ЛИТЕРАТУРА

1. Vernon H. M., The measurement of radiant Heat in relation to human comfort, Journ. industr. hyg., v. XIV, March, No. 3, 1932.—2. Vernon H. M., The radiation experienced in factories and chouses, Journ. industr. hyg., v. XIX, No. 9, November, 1937.—3. Bedford T. a. Warner C. G., The globe therinometer in studies of hea-t.ng and ventilation, Journ. Hyg., 34, 458, 1934.