СПОСОБ ОЦЕНКИ КОМФОРТНОСТИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПО ПАРАМЕТРАМ МИКРОКЛИМАТА
METHOD TO ASSESS COMFORT OF WORKING AREA BY PARAMETERS OF MICROCLIMATE

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:
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/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.
M
c
max
c
M
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<t). 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), испарения влаги не происходит, психрометрическая разность равна нулю, и оба термометра покажут одну и ту же температуру (t=t).
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.
О
Измерение температуры t 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.
c
M
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-t;
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.
О
4. Определить температуру t окружающих поверхностей в рабочей зоне с помощью контактного термометра с погружаемым зондом типа ТК5.01 М.
Пример выполнения предложенного способа
C
M
0
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 (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
M
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
M
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.
Зависимость парциальных давлений водяных паров в насыщенном состоянии от температуры воздуха
Температура воздуха t<sub>B</sub>, °С
Парциальное давление водяногопара, Рнас, мм рт.ст.
Температура воздуха t<sub>B</sub>, °С
Парциальное давление водяногопара, 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>v</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><mo stretchy="false">(</mo><mn>37,8</mn><mo>−</mo><mn>24</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,58</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow>
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.
B
B
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=24°С; φ=65%, v=0,58 м/с) соответствуют допустимым нормативным значениям (при t-24°С и ниже: φ=75%, v=0,3…0,7 м/с).
B
B
B
В качестве примера рассмотрим случай, когда имеет место превышение рассчитанных параметров микроклимата, т.е. t=24°С; φ=50%, v=1,73 м/с, а допустимыми по нормам значениями являются: при t=24°С и ниже: φ=75%, v=0,3…0,7 м/с), т.е. рассчитаем показатель комфортности S для случая: t=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.
B
O
B
S=7,83-0,1t-0,0968t-0,0372Р+0,18v(37,8-t)=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.