Тепловыделения при разных условиях труда

При наличии избытков тепла (например, помещения телевизионных студий, вычислительных центров) количество воздуха, которое необходимо удалить из помещения:

, (5.5)

где Q_изб – избыточное тепло, ккал/ч; С_в – теплоемкость воздуха (0,24 ккал/кг·К); Δt – разность температур входящего и поступающего воздуха; γ_в = 1,206 кг/м³ – удельная масса приточного воздуха.

Избыточное тепло:

, (5.6)

где Q_об, Q_осв, Q_л – тепло, выделяемое производственным оборудованием, системой искусственного освещения и работающим персоналом соответственно; Q_p – тепло, вносимое солнечной радиацией; Q_отд – теплоотдача естественным путем.

Тепло, выделяемое производственным оборудованием:

, (5.7)

где 860 – тепловой эквивалент 1 кВт/ч; Р_об – мощность, потребляемая оборудованием, кВт; η – коэффициент перехода тепла в помещение (0,75-0,95 – в зависимости от оборудования, например для ремонтных участков цехов η = 0,75, а для участков телеграфных каналов η = 0,95).

Тепло, выделяемое осветительными установками:

, (5.8)

где Р_осв – мощность осветительных установок, кВт; α – КПД перевода электрической энергии в тепловую (например, для ламп накаливания a = 0,92-0,97); β – КПД одновременности работы аппаратуры в помещении (если работает вся аппаратура, то β = 1); cos φ = 0,7-0,8 – электротехнический коэффициент; φ – угол сдвига фаз между током и напряжением.

Тепло, выделяемое людьми:

, (5.9)

где К_л – количество рабочих; (q – q_иcп) – явное тепло, ккал/ч, где q – тепловыделение одного человека для соответствующей категории работ; q_исп – тепло, затраченное на испарение телом.

Тепло, создаваемое солнечной радиацией:

, (5.10)

где m – количество окон в помещении; F – площадь одного окна, м²; q_ост – количество тепла, вносимого за один час через остекленную поверхность площадью 1 м² (табличная величина), Ккал/ч·м².

В помещениях с большими теплоизбытками Q_отд = Q_p.

Объем воздуха, отсасываемого или нагнетаемого в производственное помещение в течение часа:

, (5.11)

где F_c – площадь сечения воздуховода вентилятора, м²; V – скорость движения воздуха в канале воздуховода, м/с, которая обычно задается в пределах 1-5 м/с в зависимости от технических возможностей создания скоростного напора в вентиляционном канале.

Местную приточную вентиляцию широко используют для создания требуемых параметров микроклимата в ограниченном объеме, в частности, непосредственно на рабочем месте. Это достигается созданием воздушных оазисов, воздушных завес и воздушных душей.

Воздушный оазис (рис. 5.2) создают в отдельных зонах рабочих помещений с высокой температурой. Для этого рабочую площадку ограниченной площади закрывают легкими передвижными перегородками высотой 2 м и в огороженное пространство подают со скоростью 0,2... 0,4 м/с более холодный воздух.

Рис. 5.2. Воздушный оазис

Воздушные завесы создают для предупреждения проникновения в помещение наружного холодного воздуха путем подачи воздуха (без подогрева или с подогревом) с большой скоростью (10... 15 м/с) через воздухораспределители с пола снизу вверх, либо от стен сбоку и под некоторым углом навстречу холодному потоку; в результате происходит смешивание потоков и на расстоянии до 20 м от входа создается повышенное давление более теплого воздуха (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Принцип действия воздушно-тепловой завесы

Воздушные души (рис. 5.4) применяют в горячих цехах на рабочих местах, находящихся под воздействием лучистого потока теплоты большой интенсивности (350 Вт/м² и более). Воздух, выходящий из душирующего патрубка, должен омывать голову и туловище человека с равномерной скоростью и иметь одинаковую температуру.

Рис. 5.4. Воздушный душ: вертикальный (а); наклонный (б)

Поток воздуха, направленный непосредственно на рабочего, позволяет увеличить отвод теплоты от его тела в окружающую среду за счет усиленного движения воздуха. Выбор скорости потока зависит от тяжести выполняемой работы, а также интенсивности облучения, но она не должна, как правило, превышать 5 м/с, так как в этом случае у рабочего возникают неприятные ощущения (шум в ушах). Эффективность воздушных душей возрастает при охлаждении направляемого на рабочее место потока воздуха или при подмешивании к нему мелко распыленной воды (водовоздушный душ). В практике нашли применение стационарные воздушные души и передвижные. Стационарные воздушные души представляют собой общий воздуховод с приточными (душирующими) насадками, которые направляют струю воздуха на рабочие места. В этом случае забор воздуха производится либо снаружи, либо с рециркуляцией (полной или частичной) воздуха помещения. Передвижные воздушные души состоят из вентилятора, двигателя и различных приспособлений (подставки, ограждения вентилятора). В них используется наружный воздух или воздух помещения.

Укрытия с отсосом характеризуются тем, что источник вредных выделений находится внутри них, в результате чего искусственно создаваемого разрежения, вредные вещества не могут попасть в воздух помещения. Большое значение такие укрытия имеют при борьбе с пылью, так как применение общеобменной вентиляции в этом случае малоэффективно. Наиболее распространены различные защитно- обеспыливающие кожухи, которыми снабжаются шлифовальные, обдирочные, полировальные, заточные, деревообрабатывающие и другие станки.

Для эффективной работы вентиляции нужно, чтобы еще на стадии проектирования были выполнены следующие технические и санитарно-гигиенические требования:

1) система вентиляции должна обеспечивать требуемый метеорологический режим, а также достаточную чистоту воздуха по СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений»;

2) соотношение между количеством подаваемого (приточного) в рабочую зону воздуха и удаляемого из нее должно быть, как правило, минимальным. В отдельных случаях допускается отклонение от этого требования;

3) размещение вентиляционных систем должно производиться таким образом, чтобы подача свежего воздуха осуществлялась в рабочую зону или в те части помещения, где количество вредных выделений минимально, а удаление – максимально;

4) система вентиляции должна быть проста по устройству, надежна в эксплуатации, электро-, пожаро- и взрывобезопасна, не должна создавать шум, превышающий допустимые уровни.

Кондиционирование. При кондиционировании воздуха обеспечивается поддержание в рабочих помещениях определенных, заданных параметров воздушной среды, т. е. температуры и относительной влажности воздуха. При этом заданные параметры поддерживаются в течение всех периодов года как зимой, так и летом. Режим работы систем кондиционирования воздуха обычно поддерживается автоматически с помощью специальной системы автоматического регулирования.

В некоторых случаях при кондиционировании воздуха требуется обеспечить также высокую чистоту притока, т.е. полное отсутствие пыли.

На рис. 5.5 приведена схема кондиционера, предназначенного для полной обработки воздуха с первой и второй регулируемой рециркуляцией. Наружный воздух забирается через жалюзийную решетку 1 и очищается от пыли в фильтре 2. Затем, проходя клапан 4, часть воздуха поступает в калориферы первого подогрева 3 или проходит, минуя калориферы, без подогрева. Далее свежий подогретый воздух смешивается с некоторым объемом рециркуляционного воздуха, возвращаемого из обслуживаемого кондиционером помещения, минуя клапан 8. Специальные клапаны 5, установленные на подаче горячей воды в калориферы, регулируют степень нагрева воздуха в них.

Рис. 5.5. Схема кондиционера с первой и второй регулируемой рециркуляцией

Смесь наружного и рециркуляционного воздуха проходит оросительную камеру 6, воздух увлажняется, и температура его понижается. После этого воздух вновь смешивается с рециркуляционным, проходит по воздуховоду 7 и, если необходимо, часть воздуха подогревается в калорифере второго подогрева 9, который регулируется клапаном 11. Объемы воздуха, проходящего через калорифер или минуя его, регулируются сдвоенным створчатым клапаном 10. Приготовленный в кондиционере воздух забирается вентилятором 12 и подается в обслуживаемое помещение. Регулирование режима подачи воды в оросительную камеру кондиционера осуществляется клапаном 13 и трехходовым смесительным краном 14.

Системы кондиционирования позволяют поддерживать в производственных помещениях такие условия, при которых можно достичь высокой производительности труда, а также создать условия для оптимального ведения технологических процессов. Это особенно важно в производствах, где даже небольшое количество пыли отрицательно влияет на качество изделий, например в производстве радиодеталей, кинескопов, изделий из полупроводников и др. Устройство систем кондиционирования является в этих случаях технически необходимым и экономически оправданным.

Отопление. В производственных зданиях, сооружениях и помещениях любого назначения с постоянным или длительным (более 2 ч) пребыванием людей, в помещениях во время проведения основных и ремонтно-вспомогательных работ, а также в помещениях, в которых поддержание температуры необходимо по технологическим условиям, следует предусматривать соответствующую систему отопления для поддержания требуемых температур внутреннего воздуха в холодный период года.

Система отопления должна компенсировать потери теплоты через ограждающие конструкции зданий и сооружений за счет снижения температуры воздуха в помещениях в результате естественного испарения влаги с открытых водных поверхностей, а также идущие на нагревание поступающих снаружи воздуха (через ворота, двери, вентиляционные отверстия и другие проемы и неплотности в ограждающих конструкциях), материалов, оборудования и транспорта.

Расчет системы отопления проводится с учетом поступлений теплоты от технологического оборудования, коммуникаций, нагретых материалов и изделий, людей, искусственного освещения и других источников. Систему отопления, вид и параметры теплоносителя, а также типы нагревательных приборов следует предусматривать с учетом тепловой инерции ограждающих конструкций и в соответствии с характером и назначением зданий и сооружений (СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха»).

В зависимости от используемого теплоносителя системы отопления бывают водяные, паровые, воздушные, газовые и электрические. Наиболее эффективны в санитарно-гигиеническом отношении системы водяного и парового отопления, где в качестве теплоносителя используются соответственно горячая вода и водяной пар при температуре теплоносителя: воды – не более 150 °С, пара – не более 130 °С.

Не допускается установка таких систем в помещениях, где хранятся или применяются карбид кальция, калий, натрий, литий и другие вещества, способные при взаимодействии с водой загораться, взрываться или разлагаться с выделением взрывоопасных концентраций, а также в помещениях, в которых возможно выделение в воздух или осаждение на поверхности строительных конструкций и оборудования веществ, способных к самовоспламенению при прикосновении с горячими поверхностями нагревательных приборов и трубопроводов (пары сероуглерода).

Поверхности нагревательных приборов во всех случаях не должны иметь температуру выше 150 °С. Нагревательные приборы должны иметь гладкую поверхность, удобную для систематической очистки. Нагретые поверхности отопительных приборов представляют опасность при наличии пыли органических веществ, например целлулоида, диэтилового эфира и других легковоспламеняющихся и разделяющихся веществ. Наиболее безопасным является воздушное отопление, при котором нагрев воздуха производится в калориферах. В таких системах в качестве теплоносителя обычно используется горячая вода или пар. Однако в отдельных случаях для подогрева воздуха допускается применение газа (в здания I и II степеней огнестойкости с производствами категорий Г и Д при условии удаления продуктов горения непосредственно наружу) и электрической энергии (электрокалориферы).

По способу подачи и распределения воздуха система воздушного отопления может быть центральной (как правило, совмещенной с приточной вентиляцией) и местной, при которой нагрев и подачу воздуха в определенное место помещения производят специальными отопительными агрегатами.

К местным системам относят такие, в которых генератор теплоты, нагревательные приборы и теплопроводы находятся непосредственно в отапливаемом помещении и конструктивно объединены в одной установке (печное, воздушное, панельное (лучистое), а также отопление местными газовыми, электрическими приборами или котлами, работающими на различных видах топлива).

При панельном (лучистом) отоплении нагревательные приборы либо совмещены с ограждающими конструкциями (находятся в междуэтажных перекрытиях, стенах, перегородках), либо расположены свободно в виде плоских панелей, плафонов, излучателей. В качестве теп­лоносителя используется вода с температурой 50-60 °С, нагретый воздух и реже пар.

К системам центрального отопления относятся такие, в которых генераторы теплоты расположены вне отапливаемых помещений, т.е. отдалены от нагревательных приборов. Теплоноситель нагревается в генераторе, находящемся в тепловом центре (ТЭЦ, котельная), перемещается по теплопроводам в обогреваемые здания и помещения и, передав теплоту через нагревательные приборы, возвращается в тепловой центр.

Важное значение для самочувствия человека имеет аэроионный состав воздуха, нормируемыми показателями которого по СанПиН 2.2.4.1294-03 «Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений» являются минимально допустимая и максимально допустимая концентрации аэроионов (ион/см³) положительной ρ⁺ и отрицательной ρ^– полярностей, а также минимально и максимально допустимые значения коэффициента униполярности У, определяемого как отношение их концентраций (ρ⁺/ρ^–). Отклонения от нормируемых значений, которые могут привести к неблагоприятным последствиям для здоровья человека, могут быть устранены применением аэроионизаторов или деионизаторов.

Аэроионизаторы воздуха (наиболее широко известна «люстра Чижевского» (рис. 5.6) предназначены для обогащения воздуха в помещениях отрицательно заряженными аэроионами и очистки его от атмосферных аэрозолей (микрочастицы различного происхождения, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии).

Рис. 5.6. Схема электроэффлювиальной люстры типа ЭЭФФ-5:

1 – обод электроэффлювиальной люстры; 2 – держатель; 3 – растяжка; 4 –планка-держатель; 5 – хомут; 6 – хомут наружный; 7 – хомут; 8 – высоковольтный изолятор; 9 – стопорный винт; 10,11 – винты; 12 – крепление к потолку.

Такой воздух по своим свойствам приближается к природному горному воздуху и оказывает профилактическое и терапевтическое воздействие на организм человека, приводит к повышению работоспособности и комфортности труда, способствует быстрому восстановлению сил в период отдыха. В них используется, предложенный Чижевским A. JI., принцип генерации отрицательных аэроионов посредством электрического коронного разряда постоянного тока с острия коронирующего электрода. В процессе разряда с острия стекают свободные электроны, которые уносятся электрическим полем в окружающее пространством и, прилипая к молекулам, создают отрицательно заряженные аэроионы. В деионизаторах происходит процесс лишения носителя своего заряда посредством присоединения аэроионов к аэрозолям или рекомбинации аэроионов различной полярности друг с другом, или осаждения аэроионов на предметах (материалах), генерирующих (способных накапливать) электрический заряд. Оргтехника, видеодисплейные терминалы, воздушные фильтры, воздуховоды, системы кондиционирования воздуха способствуют деионизации воздуха.

Защита от теплового излучения. Для защиты от теплового излучения используют различные теплоизолирующие материалы, устраивают теплозащитные экраны и специальные системы вентиляции (воздушное душирование). Перечисленные выше средства защиты носят обобщающее понятие теплозащитных средств. Теплозащитные средства должны обеспечивать тепловую облученность на рабочих местах не более 350 Вт/м² и температуру поверхности оборудования не выше 35 °С при температуре внутри источника тепла до 100 °С и не выше 45 °С – при температуре внутри источника тепла выше 100 °С.

Основным показателем, характеризующим эффективность теплоизоляционных материалов, является низкий коэффициент теплопроводности, который составляет для большинства из них 0,025-0,2 Вт/м·К.

Для теплоизоляции используют различные материалы, например, асбестовую ткань и картон, специальные бетон и кирпич, минеральную и шлаковую вату, стеклоткань, углеродный войлок и др. Так, в качестве теплоизоляционных материалов для трубопроводов пара и горячей воды, а также для трубопроводов холодоснабжения, используемых в промышленных холодильниках, могут быть использованы материалы из минеральной ваты.

Теплозащитные экраны используют для локализации источников теплового излучения, снижения облученности на рабочих местах, а также для снижения температуры поверхностей, окружающих рабочее место. Часть теплового излучения экраны отражают, а часть поглощают.

Для количественной характеристики защитного действия экрана используют следующие показатели: кратность ослабления теплового потока (m), а также эффективность действия экрана (η_э). Эти характеристики выражаются следующими зависимостями:

и (5.12)

где Е₁ и Е₂ – интенсивность теплового облучения на рабочем месте соответственно до и после установки экранов, Вт/м².

Таким образом, показатель m определяет, во сколько раз первоначальный тепловой поток на рабочем месте превышал тепловой поток на рабочем месте после установки экрана, а показатель η_э – какая часть из первоначального теплового потока доходит до рабочего места, защищенного экраном. Эффективность η_э для большинства экранов лежит в пределах 50 – 98,8 %.

Различают теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие экраны. Теплоотражающие экраны изготавливаются из алюминия или стали, а также фольги или сетки на их основе. Теплопоглощающие экраны представляют собой конструкции из огнеупорного кирпича (типа шамота), асбестового картона или стекла (прозрачные экраны). Теплоотводящие экраны – это полые конструкции, охлаждаемые изнутри водой.

Своеобразным теплоотводящим прозрачным экраном служит так называемая водяная завеса, которую устраивают у технологических отверстий промышленных печей и через которую вводят внутрь печей инструменты, обрабатываемые материалы, заготовки и др.

Средства индивидуальной защиты. В производственных условиях не всегда полностью удается устранить выделение вредных веществ и ограничить их распространение в рабочих зонах до величин, не превышающих предельно допустимых, за счет технических и объемно-планировочных решений. В этих случаях, а также при кратковременных работах в чрезвычайных случаях (например, аварийные ситуации) необходимо пользоваться СИЗ.

Защита тела человека обеспечивается применением спецодежды, спецобуви, средств защиты органов дыхания (рис. 5.7), глаз, головных уборов и рукавиц. Для защиты от тепловых воздействий используют спецодежду, изготовленную из сукна, брезента, льняных тканей, а при наличии опасности воздействия пламени и искр – из металлизированной или стеклянной ткани с огнестойкой пропиткой.

Для защиты головы от перегревов применяют шляпы с широкими полями из войлока, фетра или грубошерстного сукна; от кислот, щелочей и органических растворителей – капюшоны, наголовники, маски.

Для защиты глаз от воздействия светового излучения используют очки со светофильтрами. Светофильтр подбирают по спектральной характеристике, соответствующей спектральному диапазону потока излучения.

Рис. 5.7. Противопылевые респираторы:

а – Ф-46 с бумажным складчатым фильтром; б – Ф-45 с бумажным пластинчатым фильтром; в – РН-19; г – ШБ-1 «Лепесток»; д – ПРБ-1 с бумажным складчатым фильтром

Для работы у металлургических печей при температуре до 1800 °С в качестве светофильтров используют стекла СС4, СС11; у прокатных станов, в кузнечных цехах – стекла СС14; при газовой сварке – темные стекла ТС2; при электросварке – ТСЗ.