Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

Задача 1.

Путём раскрытия уравнения теплового баланса, оценить тепловые ощущения оператора ЭВМ, если температура воздуха в рабочей зоне равна Т_рз , а температура окружающих поверхностей (стен) – Т_ст .

Другие показатели микроклимата (влажность воздуха, скорость его движения, атмосферное давление) соответствуют норме.

Тяжесть труда оператора определить по среднесменной частоте сердечных сокращений (ЧСС). Другие условия задачи приведены в таблице исходных данных. Недостающие данные определить самостоятельно.

Исходные данные	Варианты
Температура воздуха в рабочей зоне равна Трз
Температура окружающих поверхностей (стен) Тст .
ЧСС
Период года	Л
В таблице обозначено: Л – тёплый период года; З – холодный период года.

Решение.

1.Теплообмен между организмом человека и окружающей средой в части отдачи избыточного тепла (Q_ос) описывается уравнением:

Q_ос =Q_к+Q_т+Q_и+ Q_п+Q_д ,

где Q_к – отдача тепла конвекцией;

Q_т - отдача тепла теплопроводностью;

Q_и – перенос тепла за счёт излучения на окружающие поверхности;

Q_п - теплота, отдаваемая человеком в окружающую среду при испарении пота;

Q_д - расход тепла на нагрев вдыхаемого воздуха.

 

2. Конвективный теплообмен определяется законом Ньютона:

Q_к = α_к ּ F_э(t_пов – t_ос),

где α_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, равный при нормальных параметрах микроклимата 4,06 Вт/(м² ×^оС);

F_э –эффективная поверхность тела человека, равная 1,8 м², что составляет 50-80% от геометрической внешней поверхности тела человека;

t_пов – температура поверхности тела человека (для практических расчетов зимой +27,7^оС, летом +31,5^оС);

t_ос- температура воздуха, омывающего тело человека (принимается равным Т_рз ).

Q_к = 4,06 ּ 1,8(31,5 – 28) = 25,58 Вт

3. Передачу теплоты теплопроводностью можно определить из уравнения:

Q_т = α_т ּ F_э (t_пов-t_ос),

где α_т – коэффициент теплопроводности, зависит от свойств и толщины тканей одежды. Для практических расчетов α_т можно принимать равным: для летней одежды - 20, для осенней - 10, для зимней - 2 Вт/(м²×^оС).

Q_т = 20 ּ 1,8 (31,5-28) = 126 Вт.

4.Количество тепла, отдаваемого организмом в окружающую среду за счет излучения, в диапазоне температур окружающих человека предметов 10-40^оС можно определить с помощью обобщенного закона Стефана-Больцмана:

Q_и= с_пр F_э {(t_пов /100 )⁴- (T_ст /100)⁴ },

где с_пр – приведенный коэффициент излучения, Вт/(м²×К⁴), равный для исходных условий задачи - 4,9.

Q_и= 4,9 ּ 1,8 {(31,5 /100 )⁴- (20 /100)⁴ } = 108,2 Вт.

5.Для определения категории тяжести работы данного вида необходимо найти интенсивность общих энерготрат организма (Q_оэ) по формуле:

Q_оэ = Q_у ×F_э,

где Q_у – удельные энерготраты, Вт/м² , рассчитывают по формуле:

Q_у=4ּ(ЧСС-255).

Q_у=4ּ(80-255) = 580 Вт/м²

Q_оэ = 580 ×1,8 = 1044 Вт

По найденному значению Q_оэ определяем категорию работ по тяжести согласно Приложению 1 СанПиН 2.2.4.548-96. Категория работ равна III- тяжелая.

6. Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду при испарении пота, рассчитывают по формуле:

Q_п= G_п ּ ρ,

где G_п – масса выделяемой и испаряющейся влаги, кг/с;

ρ – скрытая теплота испарения выделяющейся влаги, равная 2,5×10⁶ Дж/кг.

Количество влаги, выделяющейся с поверхности кожи и из легких человека в г/мин, зависит как от категории тяжести работ, так и от температуры воздуха:

Категория тяжести работ	Температура воздуха рабочей зоны, о С
Легкая	1,8	2,4	3,0	5,2	8,8
Средняя	2,6	3,0	5,0	7,0	11,3
Тяжелая	4,9	6,7	8,9	11,4	18,6

Q_п= 8,9/1000 ּ 60ּ 2,5×10⁶ = 1335 Вт

7. Количество теплоты, расходуемой на нагревание вдыхаемого воздуха, рассчитывается по формуле:

Q_д = Vּ r_вдс_р( t_выд- t_вд),

где V- объем легочной вентиляции, м³ /с. Этот объем зависит от категории тяжести работ и составляет за рабочую смену (8час) в м³: 4 - для легких работ, 7 - для работ средней тяжести, 10 - для тяжелых работ;

r _вд – плотность вдыхаемого воздуха, кг/м³;

с_р - теплоемкость воздуха, Дж / (кгּград.); 1006.1 Дж/(кг ^oC)

t_выд, t_вд - температуры выдыхаемого и вдыхаемого воздуха,⁰С, (соответственно, 36,5 и Т_рз ).

Q_д = 10ּ 1,4 ּ 1006,1 ּ (36,5- 28) = 120 Вт

8. Найденные значения слагаемых правой части уравнения теплообмена перевести в проценты и сравнить с их оптимальным соотношением, при котором достигаются комфортные тепловые ощущения.

Q_ос =25,58+126+108,2+ 1335+120 = 1715 Вт

Q _к+ Q_т = (25,58+126)/1715 = 8,8 %

Q_и = 108,2/1715 = 6,3 %

Q_п = 1335/1715 = 78 %

Q_д = 120/1715 = 7 %

Экспериментально установлено, что оптимальный теплообмен и, следовательно, максимальная производительность труда имеют место, если составляющие процесса теплоотдачи находятся в следующих пределах: Q _к+ Q_т ~ 30%, Q_и ~ 45%, Q_п ~20% и Q_д ~5%.

При увеличении доли потерь тепла при испарении пота более 30% в общей структуре теплового баланса, микроклимат носит нагревающий характер.

9. Определяем по СанПиН 2.2.4.548-96 оптимальные и допустимые значения показателей микроклимата применительно к условиям труда оператора ЭВМ.

Таблица 1

Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

Период года	Категория работ по уровню энергозатрат, Вт	Температура воздуха, °С	Температура поверхностей, °С	Относительная влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
Теплый	III (более 290)	18 - 20	17 - 21	60 - 40	0,3

 

Таблица 2

Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

Период года	Категория работ по уровню энергозатрат, Вт	Температура воздуха, °С	Температура поверхностей, °С	Относительная влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
диапазон ниже оптимальных величин	диапазон выше оптимальных величин	для диапазона температур воздуха ниже оптимальных величин, не более	для диапазона температур воздуха выше оптимальных величин, не более**
Теплый	III (более 290)	15,0 - 17,9	20,1 - 26,0	14,0 - 27,0	15 - 75*	0,2	0,5

 

Из условия задачи видим, что температура поверхностей находится в пределах оптимальных и допустимых значений, а температура рабочей зоны превышает и оптимальные и допустимые значения. Из расчетов видим, что оператор находится в условиях дополнительного выделения тепла (нагрева), поэтому необходимо принять мероприятия по приведению показателей микроклимата к допустимым нормам.

 

Задача 3.

Рассчитать заземляющее устройство в виде группового искусственного заземлителя для электроустановки, питание которой осуществляется от трехфазной сети с изолированной нейтралью, по следующим исходным данным.

Исходные данные	Варианты
План размещения вертикальных электродов	В ряд
Удельное сопротивление грунта, полученное при измерении, изм., Ом· см	1,2 ·104
Состояние грунта во время производства замеров	Влажный
Тип заземляющего вертикального электрода	Угловая сталь в=50x50 мм
Длина вертикального электрода, см
Диаметр вертикального электрода, см	0,95в
Глубина расположения верхнего конца электрода, см
Наибольшее допустимое сопротивление группового заземлителя, Rз ,Ом
Ширина соединительной стальной полосы, см

Решение.

1. Вычисляем сопротивление растеканию тока одиночного заземлителя R_в, Ом. для заглублённого в землю уголка по формуле:

,

где ρ - расчетное удельное сопротивление грунта, Омּсм, равное:

= Ψ ּ _{изм. ,}

Ψ- повышающий коэффициент, учитывающий увеличение удельного сопротивления грунта в течение года за счёт высыхания и (или) промерзания, определяемый из следующей таблицы.

Заземлители	Глубина заложения, м	Ψ1	Ψ2	Ψ 3
Поверхностные	0,5 0,8	6,5 3,0	5,0 2,0	4,5 1,6
Углубленные трубы, уголки, стержни	Верхний конец на глубине около 0,8 м от поверхности земли	2,0	1,5	1,4
Примечание: Ψ1- применяется, если при производстве замеров грунт влажный; Ψ2- средней влажности; Ψ3 - сухой.

= 2 ּ 1,2×10⁴ = 2,4×10⁴ Ом· см_.

Ом

2. Методом последовательных приближений определяем число вертикальных электродов по формуле:

n = R_в / η_в∙ R_з ,

где R_в – сопротивление одиночного вертикального электрода, Ом;

R_з – допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом;

η_в – коэффициент использования вертикальных заземлителей, при помощи которого учитывают явление взаимного экранирования электрических полей параллельно соединенных одиночных электродов.

Отношение расстояния между отдельными электродами к их длине, а/l примем равным 2. Коэффициент использования вертикальных электродов η_в рвен 0,77.

n = 48 / 0,77×9 = 7. Примем значениеn = 6.

3. Вычисляем сопротивление растеканию горизонтальной соединительной полосы - R_г по формуле:

При этом длину полосы принимают равной:

L_г = 1,05ּa (n-1) – для заземлителей, расположенных в ряд.

L_г = 1,05ּa (n-1) = 1,05×560×(6-1) = 2940 см

Ом

4. Результирующее сопротивление растеканию тока группового заземлителя R_гр, Ом, определяют по формуле:

где значение коэффициента η_Г = 0,48.

Ом

5. Сравнивают вычисленное значение R_гр с допустимой величиной R_з. Величина результирующего сопротивления ненамного меньше величины допустимого сопротивления R_гр < R_з, поэтому расчет можно считать оконченным.

 

Вопросы: 4,16,18

 

Вопрос №4.