1. Механизация и автоматизация производственных процессов, дистанционное управление ими. Это мероприятие имеет большое значение для защиты от воздействия вредных веществ, лучистого тепла, особенно при выполнении тяжелых работ. Автоматизация процессов, идущих с выделением вредных веществ, улучшают условия труда, поскольку рабочие выводятся из опасной зоны.
2. Применение технологических процессов и оборудования, исключающих образование вредных веществ или попадание их в рабочую зону. При проектировании технологических процессов и оборудования необходимо добиваться исключения или сведения до минимума выделения вредных веществв воздух производственных помещений. Этого можно добиться, например, заменой токсичных веществ нетоксичными, переходом с твердого и жидкого топлива на газообразное, электрический и высокочастотный нагрев, применение пылеподавления водой (при измельчении, шлифовке и др.), герметизация оборудования и технологических процессов, при которых образуются вредные вещества и т. д.
3. Защита от источников тепловых излучений. Лучистое тепло, кроме непосредственного воздействия на рабочих, нагревает окружающие конструкции (пол, стены, оборудование), в результате чего температура воздуха внутри помещения повышается, что ухудшает условия работы. У большинства производственных источников максимум излучаемой энергии приходится на длинноволновую часть спектра (инфракрасные лучи длиной волны более 770 нм).
Расчет теплового облучения на рабочем месте производят в соответствии с санитарными нормами. Подсчитанную величину интенсивности облучения сравнивают с допустимой по нормам. Если ЕОБЛ>300 ккал/м2. ч, то возникает необходимость в проведении мероприятий по уменьшению действия излучений на работающих.
Способы защиты от лучистого тепла следующие:
а) теплоизоляция горячих поверхностей. Теплоизоляция является эффективным мероприятием не только по уменьшению интенсивности теплового излучения от нагретых поверхностей, но и общих тепловыделений, а также для предотвращения ожогов при прикосновении к этим поверхностям. По действующим санитарным нормам температура нагретых поверхностей оборудования и ограждений на рабочих местах не должна превышать 45 0С.
Для теплоизоляции применяют самые разнообразные материалы и конструкции (специальные бетон и кирпич, минеральную и стеклянную вату, асбест, войлок и т. д.).
б ) экранирование тепловых излучений. Экраны применяют как для экранирования источников излучения, так и для защиты рабочих мест от воздействия лучистого тепла.
По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Это деление условно, т. к. любой экран обладает способностью отражать, поглощать или отводить тепло. принадлежность экрана к той или иной группе зависит от того, какое свойство отражено в нем более сильно.
В зависимости от возможности наблюдения за рабочим процессом экраны можно разделить на непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные.
В качестве материалов для экранов применяется: листовой алюминий, белая жесть, асбестовые щиты, огнеупорный кирпич, металлические сетки, армированное стекло, силикатное, кварцевое или органическое стекло, тонкие (до 2нм) металлические пленки на стекле.
Эффективность защитного средства от теплового потока h может быть охарактеризована отношением:
где Е0 – энергия теплового потока без экрана; Е1 – энергия теплового потока с экраном.
Ограничение поступления тепла в рабочую зону может быть также достигнуто устройством водяных или воздушных завес, поглощающих значительную часть тепловых излучений.
в) применение воздушного душирования. Воздушное душирование – одно из эффективных средств борьбы с лучистым теплом. Подаваемый сверху через специальное устройство подогретый (зимой) или охлажденный (летом) воздух снабжает рабочего свежим увлажненным воздухом, а регулированной скорости движения воздуха можно добиться и частичного понижения температуры воздуха у рабочего места. Скорость движения воздуха при воздушном душировании регулируется обычно в пределах 1-6 м/с.
г) применение защитной одежды. Средства индивидуальной защиты от лучистой энергии: спецодежда из брезента или сукна, для глаз – спец. очки и шлемы со светофильтрами.
д) организация рационального отдыха. При выполнении трудоемких работ правильная организация отдыха имеет большое значение для восстановления работоспособности. Для рабочих устраивают специальные места отдыха, расположенные недалеко от места работы, но в то же время достаточно удаленные от источников излучения, снабженные вентиляцией, питьевой водой и т. д.
4. Вентиляция. Задачей вентиляции является обеспечение чистоты воздуха и заданных метеорологических условий в производственных помещениях. Вентиляция достигается удалением загрязненного или нагретого воздуха из помещения и подачей в него свежего воздуха.
По способу перемещения воздуха вентиляция бывает естественной и искусственной (механической). Возможно также их сочетание (смешанная вентиляция) в различных вариантах.
Воздухообмен при естественной вентиляции происходит вследствие разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха, а также в результате действия ветра.
Естественная вентиляция производственных помещений может быть неорганизованной и организованной.
При неорганизованной вентиляции поступление и удаление воздуха происходит через неплотности наружных ограждений и через окна, форточки, специальные проемы (проветривание).
Аэрация – это организованная естественная вентиляция, которая осуществляется за счет ветрового давления; в здании устраиваются 3 ряда проемов: нижний (для лета) –1-1,5м от пола, средний (для зимы) – 4-7м от пола; вытяжка через верхний ряд. Меняя положение створок, можно регулировать воздухообмен.
Искусственная вентиляция (приточная) применяется в производственных помещениях со значительными тепловыделениями и малой концентрацией вредностей. При этом удаление теплого воздуха здесь происходит не только вследствие теплового напора и ветрового побуждения, но и благодаря подпору, создаваемому приточной вентиляцией.
Воздухообмен, необходимый для ликвидации избытков тепла, определяется в зависимости от конкретных условий каждого помещения:
5. Кондиционирование – это создание и автоматическое поддержание в помещении независимо от наружных условий постоянных или изменяющихся по определенной программе температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха, а также определенного газового состава и чистоты воздуха, наиболее благоприятных для людей или требуемые для нормального протекания технологического процесса. Система кондиционирования воздуха по принципу общего назначения подразделяется на: установки комфортного кондиционирования (устанавливаются в зданиях общественного назначения); установки технологического кондиционирования (устанавливаются для обеспечения оптимальных условий для технических предприятий).
Кондиционирование может быть полным и неполным. Установки полного кондиционирования обеспечивают постоянство температуры, влажности, скорости движения и чистоты воздуха. Установки неполного кондиционирования обеспечивают постоянство только части этих параметров или одного параметра, чаще всего температуры (установка без использования холодильника).
6. Отопление. Целью отопления помещения является поддержание в них заданной температуры воздуха в холодное время года. Система отопления должна компенсировать потери тепла QП через строительные ограждения QОГР, а также на нагрев проникающего в помещение холодного воздуха QВ, поступающих материалов и транспорта QМ.
Отопление устраивается только в тех случаях, когда потери тепла превышают тепловыделения в помещении.
В зависимости от теплоносителя системы отопления бывают водяные, паровые, воздушные и комбинированные.
Задача 1. Определить интенсивность облучения человека, находящегося на расстоянии 1,5 м от открытой дверцы кузнечной печи, имеющей размеры 0,5´0,8 м. Температура в печи 1350 0С. Толщина стенки 0,5 м. Сравнить расчетную интенсивность облучения с допустимой 35 Вт/м2.
Решение.
1. Интенсивность теплового излучения из отверстия печи, Вт/м2:
,
где С0 – степень черноты абсолютно черного тела, С0 = 5,78 кВт/м2.К4; Тп – абсолютная температура печи, К.
2. Коэффициент облученности торцевой поверхности с учетом отражения боковых поверхностей в отверстии:
где j’отв и j’’отв – определяются по табл. 4.1 в зависимости от отношений:
и 
,
где d - толщина стенки печи, м; а,в – соответственно ширина и высота отверстия, м.
3. Интенсивность теплового излучения из отверстия в помещение, Вт/м2:
,
4. Отношение расстояния до рабочего места к среднему линейному размеру отверстия:
,
где х – расстояние от печи до рабочего места, м; F – средний линейный размер отверстия, м, 
.
5. Интенсивность облучения рабочего, находящегося на расстоянии 1,5 м от дверцы, Вт/м2:
,
где jрм – коэффициент облученности рабочего места (определяется по табл.4.2).
Вывод: так как расчетная интенсивность облучения рабочего превышает допустимую, необходимо предусмотреть на рабочем месте средства защиты, например, воздушное душирование.
Варианты заданий для расчета интенсивности облучения человека приведены в таблице 4.3.
Таблица 4.1
Значения коэффициентов облученности
| Пара-метр | Значение | |||||||||
| d/а, d/в | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | 2,0 |
| j’отв, j’’отв | 0,91 | 0,83 | 0,76 | 0,71 | 0,65 | 0,61 | 0,57 | 0,55 | 0,52 | 0,5 |
Таблица 4.2
Завмсммость коэффициента облученности
от расположения рабочего места
| Пара-метр | Значение | |||||||||
| 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 2,0 | 2,8 | 3,6 |
| jрм | 0,86 | 0,6 | 0,4 | 0,26 | 0,19 | 0,12 | 0,09 | 0,055 | 0,03 | 0,018 |
Таблица 4.3
Варианты заданий для расчета интенсивности блучения
| № | х, м | а´в, м | Тп, 0С | d, м |
| 1,6 | 0,5´0,8 | 0,4 | ||
| 1,7 | 0,4´0,6 | 0,5 | ||
| 2,8 | 0,5´0,8 | 0,6 | ||
| 1,5 | 0,4´0,6 | 0,4 | ||
| 1,4 | 0,5´0,8 | 0,5 | ||
| 2,0 | 0,4´0,6 | 0,6 | ||
| 1,9 | 0,5´0,8 | 0,4 | ||
| 1,7 | 0,4´0,6 | 0,5 | ||
| 1,5 | 0,5´0,8 | 0,6 | ||
| 2,1 | 0,4´0,6 | 0,4 | ||
| 1,5 | 0,5´0,8 | 0,5 | ||
| 1,6 | 0,4´0,6 | 0,6 | ||
| 1,8 | 0,5´0,8 | 0,4 | ||
| 2,0 | 0,4´0,6 | 0,5 | ||
| 1,5 | 0,5´0,8 | 0,6 | ||
| 1,7 | 0,4´0,6 | 0,4 | ||
| 1,9 | 0,5´0,8 | 0,5 | ||
| 2,1 | 0,4´0,6 | 0,6 | ||
| 1.5 | 0,5´0,8 | 0,4 | ||
| 1,7 | 0,4´0,6 | 0,5 |
Задача 2. Требуется устроить воздушное душированиерабочего места размером 1´1 м. Выходное отверстие душирующего патрубка – цилиндрическая труба. Интенсивность теплового облучения работающих 350 Вт/м2. Необходимая скорость на рабочем месте 2 м/с. Расстояние от душирующего патрубка до площадки 2,5 м. Температура на рабочем месте 22 0С, температура наружного воздуха 25 0С, средняя дневная температура окружающей среды 28 0С.
Решение.
1. Принимаем цилиндрический патрубок с диаметром выходного сечения d0 = 400 мм.
2. Диаметр поперечного сечения струи, м:
,
где х – расстояние от душирующего патрубка до площадки, м; а - коэффициентом турбулентности струи, принимаемый: для сопла с плавным поджатием (СПП) 0,066-0,07; для цилиндрической трубы (ЦТ) 0,08; для патрубка Батурина (ПБ) 0,122.
3. Площадь сечения душирующей струи, м:
,
что более 1 м2 (площади рабочего места), т.е. удовлетворяет условию.
4. dр = 1 (т.к. А´В=1´1), а отношение dp/dx = 1/1,75 = 0,57.
5. По графику (рис.4.1) определяем коэффициенты:
b= 0,25; c =0,3.
Рис 4.1. График для определения коэффициентов b и c.
6. Начальная скорость воздуха в плоскости патрубка, м/с:
,
где Vр – необходимая скорость на рабочем месте, м/с.
7. Объем воздуха, подаваемого патрубком, м3/с:
.
8. Необходимая тепература воздуха на выходе из душирующего патрубка, 0С:
где tокр – средняя дневная температура окружающей среды, 0С; tр – температура на рабочем месте,0С.
Вывод: так как наружная температура 250С, в душирующей установке воздух необходимо предварительно охладить, например, разбрызгиванием воды форсунками в оросительной камере.
Варианты заданий для расчета воздушного душирования рабочего места приведены в таблице 4.4.
Таблица 4.4
Варианты заданий для расчета воздушного душирования
| № | Душирующий патрубок | А´В, м | х, м | Vр, м/с | tокр, 0С | tр, 0С | tн, 0С |
| СПП | 1´1 | 1,5 | 2,2 | ||||
| ЦТ | 1´1,5 | 1,3 | |||||
| ПБ | 1´1,2 | 1,6 | 2,5 | ||||
| СПП | 1´1,3 | 1,2 | 2,1 | ||||
| ЦТ | 1´1,4 | 1,4 | 2,4 | ||||
| ПБ | 1´1 | 1,5 | |||||
| СПП | 1´1,5 | 1,3 | 2,3 | ||||
| ЦТ | 1´1,2 | 1,5 | 2,4 | ||||
| ПБ | 1´1,3 | 1,3 | 2,2 | ||||
| СПП | 1´1,4 | 1,6 | |||||
| ЦТ | 1´1 | 1,2 | 2,1 | ||||
| ПБ | 1´1,5 | 1,4 | 2,4 | ||||
| СПП | 1´1,2 | 1,2 | 2.1 | ||||
| ЦТ | 1´1,3 | 1,4 | 2,5 | ||||
| ПБ | 1´1,4 | 1,3 | 2,2 | ||||
| СПП | 1´1 | 1,5 | 2,4 | ||||
| ЦТ | 1´1,5 | 1,3 | 2,3 | ||||
| ПБ | 1´1,2 | 1,6 | |||||
| СПП | 1´1,3 | 1,2 | 2,1 | ||||
| ЦТ | 1´1,4 | 1,4 | 2,2 |
Задача 3. Определить необходимый воздухообмен в сборочном цехе для холодного периода года. Общая мощность оборудования 120 кВт. Количество работающих в цехе – 40 человек. Температура приточного воздуха -13 0С, влажность 84%, влагосодержание приточного воздуха 1 г/кг, вытяжного воздуха 12,95 г/кг. Плотность приточного воздуха 1,357 кг/м3. Теплопотери за счет вентиляции и через ограждения 7 кВт. Влага и тепло, выделяемые одним человеком, соответствено равны 0,18 кг/ч и 0,116 кВт. Влагу и тепло, выделяемые оборудованием, принять равными соответственно 0,15 кг/ч и 0,2 кВт на 1 кВт мощности оборудования. Удельная теплоемкость сухого воздуха 0,237 Вт/кг.К. Температура вытяжного воздуха 18,5 0С.
Решение.
1. Выделяемое оборудованием количество влаги, кг/ч:
,
где Nоб – общая мощность оборудования, кВт; jоб – количество влаги, выделяемое оборудованием на 1 кВт мощности, кг/ч.
2. Выделяемое людими количество влаги, кг/ч:
,
где Nлюди – количество работающих в цехе людей, чел; jлюди – количество влаги, выделяемое одним человеком, кг/ч.
3. Общее количество влаги, выделяющееся в помещении, кг/ч: 
4. Необходимый воздухообмен по избыткам влаги, м3/ч:
где r – плотность приточного воздуха, кг/м3; dвыт и dприт – влагосодержание соответственно вытяжного и приточного воздуха, г/кг.
5. Выделяемое оборудованием количество тепла, кВт:
,
где qоб – количество тепла, выделяемое единицей оборудования, кВт.
6. Выделяемое людими количество тепла, кВт:
,
где qлюди – количество тепла, выделяемое одним человеком, кВт.
7. Общее количество тепла, выделяющееся в помещении с учетом потерь через ограждения, кВт:
где Q – теплопотери за счет вентиляции и через ограждения, кВт.
8. Необходимый воздухообмен по избыткам тепла, м3/ч:
где tвыт и tприт – температура вытяжного и приточного воздуха, 0С.
Вывод: для проектирования вентиляции принимаем воздухообмен по удалению избытков тепла, т.е. 2136 м3/ч.
Варианты заданий для расчета необходимого воздухообмена по удалению избытков тепла приведены в таблице 4.5.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите параметря микроклимата.
2. Как осуществляется теплообмен человека с окружающей средой?
3. Что такое оптимальные и допустимые условия труда?
4. Какие факторы учитывают при нормировании микроклимата?
5. Что такое «аэрация»?
6. Чем отличается полное кондиционирование от неполного?
7. В каких случаях применяется воздушное душирование?
8. Перечислите способы защиты от лучистого тепла.
9. Как определяется эффективность защитного средства от теплового потока?
10. Какие теплоносители применяются в системах отопления?
Таблица 4.5
Варианты заданий для расчета необходимого воздухообмена
| № | Nоб,кВт | Nлюди, чел | tвыт, 0С | tприт, 0С | dвыт, г/кг | dприт, г/кг | jлюди, кг/ч | jоб, кг/ч | qлюди, кВт | qоб, кВт | Q, кВт |
| 18,5 | -10 | 1,60 | 13,55 | 0,18 | 0,15 | 0,116 | 0,21 | ||||
| 20,5 | -5 | 1,50 | 14,65 | 0,19 | 0,25 | 0,118 | 0,33 | ||||
| 19,0 | 1,55 | 15,25 | 0,20 | 0,30 | 0,120 | 0,45 | |||||
| 21,0 | 1,40 | 14,25 | 0,18 | 0,20 | 0,110 | 0,52 | |||||
| 20,5 | -15 | 1,45 | 15,20 | 0,19 | 0,15 | 0,125 | 0,44 | ||||
| 19,5 | 1,35 | 14,55 | 0,20 | 0,25 | 0,116 | 0,32 | |||||
| 18,0 | -7 | 1,50 | 13,25 | 0,18 | 0,30 | 0,118 | 0,27 | ||||
| 20,5 | -10 | 1,55 | 15,35 | 0,19 | 0,20 | 0,120 | 0,34 | ||||
| 21,0 | -15 | 1,65 | 12,65 | 0,20 | 0,15 | 0,110 | 0,42 | ||||
| 21,5 | 1,30 | 14,20 | 0,18 | 0,25 | 0,125 | 0,51 | |||||
| 18,5 | 1,35 | 15,20 | 0,19 | 0,30 | 0,116 | 0,40 | |||||
| 20,5 | -8 | 1,25 | 13,55 | 0,20 | 0,20 | 0,118 | 0,34 | ||||
| 19,0 | 1,60 | 15,25 | 0,18 | 0,15 | 0,120 | 0,20 | |||||
| 21,0 | -12 | 1,50 | 14,25 | 0,19 | 0,25 | 0,110 | 0,36 | ||||
| 20,5 | 1,45 | 13,55 | 0,20 | 0,30 | 0,125 | 0,43 | |||||
| 19,5 | -15 | 1,30 | 15,75 | 0,18 | 0,20 | 0,116 | 0,57 | ||||
| 18,0 | -6 | 1,50 | 14,25 | 0,19 | 0,15 | 0,118 | 0,42 | ||||
| 20,5 | 1,40 | 13,75 | 0,20 | 0,25 | 0,120 | 0,30 | |||||
| 21,0 | -11 | 1,45 | 14,20 | 0,18 | 0,30 | 0,110 | 0,22 | ||||
| 21,5 | 1,35 | 13,85 | 0,19 | 0,20 | 0,125 | 0,56 |