МИНПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Волгоградский государственный социально-педагогический университет»
Институт естественнонаучного образования, физической культуры
И безопасности жизнедеятельности
Кафедра теории и методики обучения физической культуре
И безопасности жизнедеятельности
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА
(МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ)
В УЧЕБНОМ ПОМЕЩЕНИИ
Методические рекомендации к выполнению лабораторно-практического занятия по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»
(для студентов направления подготовки 44.00.00 «Образование и педагогические науки»)
Волгоград
Цель работы: научить исследовать микроклимат в учебных помещениях при помощи стандартного оборудования и определять его соответствие санитарным нормам.
Общие сведения
Основные понятия и термины, нормативы для оптимальных и допустимых метеорологических условий определены в ГОСТ 12.1.005–88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».
Микроклимат производственных помещений – климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующим на организм человека сочетанием температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температуры окружающей среды. Указанные параметры нормируются для рабочей зоны производственных и учебных помещений, под которой понимается или зона высотой 1 м над уровнем пола, или площадка постоянного или временного пребывания работающих. Постоянным рабочим местом считается место, на котором работающий находится большую часть (более 50 % или более 2 часов непрерывно) своего рабочего времени. Если при этом работа осуществляется в различных точках рабочей зоны, то постоянным рабочим местом считается вся рабочая зона.
Температура воздуха – параметр, отражающий его тепловое состояние. Характеризуется кинетической энергией движения молекул газов воздуха.
Влажность воздуха – параметр, отражающий содержание в воздухе водяных паров. Абсолютная влажность выражается парциальным давлением водяных паров (Па) или в единицах массы в определенном объеме воздуха (г/м3). Максимальная влажность определяется количеством влаги при полном насыщении воздуха при данной температуре.
Относительная влажность – отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженной в процентах.
Движение воздуха в рабочей зоне может быть вызвано неравномерным нагревом воздушных масс, действием вентиляционных систем или технологического оборудования и измеряется в м/с.
Влияние параметров микроклимата на организм работающих зависит и от тяжести труда.
По степени тяжести, выполняемые физические работы подразделяются на категории:
легкие физические работы (категория 1): виды деятельности с энергозатратами до 150 ккал/ч (174 Вт).
категории 1а: относятся работы, производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением с интенсивностью энергозатрат до 120 ккал/час (до 139 Вт). К данной категории относят ряд профессий на предприятиях точного приборо- и машиностроения, на часовом, швейном производствах, в офисе, сфере управления и подобные.
категории 1б: работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и некоторым физическим напряжением с интенсивностью энергозатрат 121 – 150 ккал/ч (140 – 174 Вт). К данной категории относят ряд профессий в полиграфической промышленности, на предприятиях связи, контролеры, мастера в различных видах производства и подобные.
физические работы средней тяжести (категория 2): виды деятельности с расходом энергии 151 – 250 ккал/ч (175 – 290 Вт).
категории 2а: относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения с интенсивностью энергозатрат 151 – 200 ккал/час (175 – 232 Вт). К данной категории относят ряд профессий в механосборочных цехах машиностроительных предприятий, в прядильно-ткацком производстве и подобные.
категория 2б: работы, связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и умеренным физическим напряжением с интенсивностью энергозатрат 201 – 250 ккал/час (233 – 290 Вт). К данной категории относят ряд профессий в механизированных литейных, прокатных, кузнечных, термических, сварочных цехах машиностроительных и металлургических предприятий и подобные.
тяжелые физические работы (категория 3): работы, связанные с постоянным передвижением, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий с интенсивностью энергозатрат более 250 ккал/час (более 290 Вт). К данной категории относят ряд профессий в кузнечных цехах с ручной ковкой, литейных цехах с ручной набивкой и заливкой опок машиностроительных и металлургических предприятий и подобные.
Микроклимат оказывает существенное влияние на общее состояние и работоспособность человека. Человек постоянно находится в состоянии теплового воздействия с окружающей средой. Нормальное протекание физиологических процессов в организме возможно лишь тогда, когда выделяемое организмом тепло непрерывно отводится в окружающую среду за счет конвекции, излучения, потоотделения, нагрева выдыхаемого воздуха, теплопередачи. Оптимальные климатические условия характеризуются тепловым балансом организма, при котором его теплопередача равна теплообразованию, благодаря чему температура тела сохраняется в нормальных пределах. Теплорегуляцией и терморегуляцией называют свойство организма приспосабливаться к окружающим условиям, сохраняя свою температуру в пределах, необходимых для нормальной жизнедеятельности.
Главную роль в физической терморегуляции играет теплообмен излучением и конвекцией, за счет которых организм отдает около 80 % избыточной теплоты. Излучение теплоты организмом происходит при условии, что температура поверхностей, окружающих человека, ниже температуры поверхности одежды и открытых частей тела. Если же температура окружающих поверхностей высокая (30–35°С), то теплоотдача за счет излучения и конвекции прекращается, а при более высокой температуре окружающих поверхностей идет обратный процесс нагрева организма человека. При влажности 99 – 100% выключается механизм потоотделения.
В естественных условиях параметры микроклимата могут меняться в следующих пределах: температура от -89,2 до + 60°С; относительная влажность от 10 до 100 %; скорость движения воздуха от 0 до 100 м/с.
Высокая температура в учебном помещении, на рабочем месте способствует изменениям в сердечно-сосудистой системе (учащается пульс), что оказывает отрицательное влияние на центральную нервную систему и проявляется в ослаблении внимания, замедлении реакции, ухудшении координации движений, быстрой утомляемости работающих. Постоянно повторяющееся тепловое воздействие приводит к ослаблению иммунитета организма, развитию профессиональных заболеваний: нарушению водно-солевого баланса, профессиональной катаракте.
При сильной степени перегрева может наступить тепловой удар (повышение температуры тела, покраснение кожи, учащенное дыхание, в тяжелых случаях – появление судорог и потеря сознания).
Низкая температура воздуха может вызвать местное или общее охлаждение организма, стать причиной простудного заболевания или обморожения. К низким относятся температуры ниже -6°С, а к пониженным (субнормальным) от +10°С до -6°С.
Отрицательное воздействие на человеческий организм оказывают сквозняки, они вызывают понижение температуры, переохлаждение организма, что снижает работоспособность, ослабляет защитные действия организма и способствует повышению восприимчивости к инфекционным и простудным заболеваниям.
Пониженная влажность (менее 18 %) вызывает ощущение сухости слизистых оболочек верхних дыхательных путей и также ухудшает самочувствие и работоспособность.
Таким образом, для обеспечения хорошего самочувствия необходимо определенное сочетание параметров микроклимата.
Согласно ГОСТ 12.1.005–88, устанавливается комплекс оптимальных и допустимых метеорологических условий для рабочей зоны помещений, при выборе которых необходимо учитывать: время года – холодный переходный период с температурой воздуха ниже -10°С и теплый период с температурой 4–10°С и выше; категорию работ в зависимости от тяжести выполнения работы (приложение 1).
Оптимальные метеорологические условия – это сочетания параметров микроклимата, которые при длительном систематическом воздействии на человека сохраняют нормальное функциональное и тепловое состояние организма без напряжения реакций терморегуляции, вызывают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокой работоспособности.
Допустимыеметеорологические условия – сочетания параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжение реакций терморегуляции, не выходящие за пределы его физиологических возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, однако могут наблюдаться дискомфортные ощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности.
Резкие отклонения параметров микроклимата на рабочих местах от оптимальных и допустимых величин приводят к нарушениям терморегуляции организма, вызывают чрезмерное утомление, простудные заболевания, затрудняют сердечную деятельность.
При работе на постоянном рабочем месте должны быть обеспечены оптимальные величины температуры воздуха, относительной влажности и скорости воздуха. Для производственных помещений больших размеров можно использовать допустимые нормы параметров микроклимата, но при этом должны быть соблюдены гигиенические требования в отношении режимов труда и отдыха, а также использованы профилактические средства, направленные против перегрева и охлаждения организма.
При характеристике помещений по категории выполняемых работ необходимо ориентироваться на те из них, в выполнении которых принимают участие более 50% работающих.
Допустимые нормы параметров микроклимата предусматривают несколько большие колебания температур воздуха вне постоянных рабочих мест в холодный и переходный период года.
В соответствии с Санитарно-эпидемиологическими требованиями к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях (№ 2.4.2.2821-10) в помещениях образовательных организаций относительная влажность должна быть 40 – 60 %, в теплое время года возможно ее повышение до 75 %; температура воздуха в классах, кабинетах, лабораториях 16 – 20°С, в мастерских по обработке металла и дерева 16 – 18°С, в гимнастических залах, вестибюлях, коридорах 14 – 16°С. Допустимые скорости движения воздуха в теплое время должны быть не более 0,6 м/с и в холодное и переходное время года – не более 0,5 м/с.
Для поддержания нормального воздушно-теплового режима в образовательных организациях в каждом помещении открывающаяся площадь фрамуг и форточек должна составлять не менее 2 % площади пола. Учебное помещение проветривается во время перемен, а рекреационные – во время уроков. В теплые дни занятия проводятся при открытых форточках. Продолжительность сквозного проветривания нормируется и устанавливается в зависимости от наружной температуры.
Тепловые ощущения человека обусловливаются одновременным действием температуры, влажности, скорости движения воздуха и температуры окружающих поверхностей. Для количественной оценки тепловых ощущений человека в зависимости от условий окружающей среды пользуются методом, основанным на определении эквивалентно-эффективной температуры (ЭЭТ) с помощью номограммы и сравнении ее с зоной комфорта для соответствующей категории работ.
ЭЭТ при неподвижном воздухе и 100%–й относительной влажности создает те же тепловые ощущения, что и комплекс метеорологических условий с заданными значениями температуры, влажности и скорости движения воздуха.
Для обеспечения нормативных требований к метеорологическим условиям в помещениях применяют устройства систем вентиляции, кондиционирования, отопления; средства защиты от тепловых излучений (тепловые экраны, сигнализация, знаки безопасности и т. п.); средства защиты от высоких и низких температур окружающей среды, оборудования (теплоизоляция, ограждения, устройства для обогрева или охлаждения).
Приборы и оборудование
Для измерения параметров микроклимата применяют различные приборы. Температуру воздуха измеряют обычно ртутными или спиртовыми термометрами. При тепловых излучениях от оборудования показания обычных термометров не отражают истинной температуры воздуха в помещении, в этих случаях пользуются парным термометром, один резервуар которого с ртутью зачернен, а другой покрыт слоем серебра. Первый поглощает тепловое излучение, второй отражает его. Истинную температуру находят, умножая разность показаний термометров на константу прибора. Для непрерывной регистрации температуры применяют самопишущие приборы – термографы.
Крыльчатый анемометр АСО-3 (рис.1)служит для измерения скорости движения воздуха в интервале от 0,3 до 5 м/с. Он регистрирует число оборотов крыльчатки за определенный промежуток времени.
Рис. 1. Крыльчатый анемометр АСО-3
| Чашечные анемометры (рис.2) имеют пределы измерения скорости от 1 до 10 м/с. Для определения малых скоростей воздуха (менее 1 м/с), что чаще всего требуется на производстве, используют термоанемометры и кататермометры. | 
Рис. 2. Чашечный анемометр
|
| Термоанемометр ТКА–ПКМ 52 (рис. 3) предназначен для измерения температуры воздуха и скорости движения воздуха. Термоанемометр ТКА–ПКМ 52 может измерять температуру потока воздуха, скорость и объемный расход, как в самом канале воздуховода, так и на входе или выходе из него. С помощью термоанемометра ТКА–ПКМ 52 можно проводить измерения, как в отдельных точках, так и выполнять серии измерений по всей длине канала. Если ввести величину площади поверхности, то прибор автоматически рассчитает объем потока воздуха в м3/ч. | 
Рис. 3.Термоанемометр ТКА–ПКМ 52
|
Конструктивно термоанемометр ТКА–ПКМ 52 выполнен в виде двух функциональных блоков: блока обработки сигналов и измерительной головки, соединённых между собой кабелем связи. На лицевой стороне корпуса прибора расположены: ЖК–дисплей, органы управления и три функциональные кнопки. На обратной стороне корпуса расположена крышка батарейного отсека. Используется для санитарно – технических проверок в помещениях различного профиля для определения скорости воздушных потоков в помещении или на открытом пространстве, а также температурного режима воздуха посредством ультразвуковых волн. Работа от батареек позволяет использовать термоанемометр ТКА–ПКМ 52 достаточно долгое время, а возможность подключения к компьютеру позволяет с успехом и оперативно передавать результаты в базу данных.
| Кататометр(тепловой анемометр) (рис.4) применяется для измерения скорости движения воздуха от 0,05 до 2 м/с; представляет собой спиртовой термометр с большим шаровым (шаровой кататометр) или цилиндрическим (цилиндрический кататометр) резервуаром и капилляром, расширяющимся в верхней части. Действие прибора основано на зависимости скорости охлаждения спирта от скорости движения воздуха. СЕМ анемометр с телескопическим зондом, осуществляющим также измерение температуры 0,1 – 25,0 ±5 %; 0,01 м/с, 0 – 50ºС ±1ºС | 
рис. 4. Кататометр с шаровым резервуаром
|
Особенности теплового анемометра:
· термоанемометр для измерения очень низких скоростей воздушного потока тонкий зонд, идеально подходит для узких вентиляционных каналов сочетание обогреваемой струны и термосенсора позволяют проводить быстрые измерения; удержание мин/макс/средних значений;
· двойной жидкокристаллический дисплей одновременно отображает скорость и температуру воздуха;
· индикация разряда батареи и автовыключение.
| Барометр–анероид(рис. 5)служит для измерения величины атмосферного давления; это действие основано на упругой деформации мембранной анероидной коробки под влиянием изменяющегося атмосферного давления и преобразовании деформации в угловые перемещения стрелки прибора. | 
Рис. 5. Барометр–анероид
|
Относительную влажность воздуха определяют при помощи гигрометров, гигрографов и психрометров различных конструкций.
| Гигрометр М–19(рис. 6)предназначен для прямого определения относительной влажности воздуха. Действие, этого прибора основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса, удлиняться при повышении влажности воздуха и укорачиваться – при понижении. Шкала прибора проградуирована в процентах относительной влажности. | 
Рис. 6. Гигрометр М–19
|
| Психрометры(рис. 7)состоят из двух термометров: сухого и влажного. Сухой термометр показывает температуру воздуха. У влажного термометра ртутный резервуар покрыт влажной тканью. Показания влажного термометра зависят от влажности воздуха: чем меньше влажность, тем ниже температура, поскольку с уменьшением влаги в воздухе возрастает испарение воды с увлажненной ткани, и поверхность ртутного резервуара охлаждается в большей мере. | 
Рис. 7. Психрометр
|
Простые психрометры не имеют вентиляторов, и их показания зависят от скорости движения воздуха и воздействия лучистого тепла. Относительную влажность определяют по показаниям сухого и влажного термометров с использованием таблиц и графиков.
Аспирационные психрометры (психрометр Ассмана, рис. 8) имеют вентиляторы электрические или механические с часовым механизмом, чтобы исключить влияние подвижности воздуха на показания влажного термометра. Они создают постоянную скорость в трубках, в которых находятся резервуары термометров.
Рис. 8. Аспирационный психрометр (психрометр Ассмана)
Трубки эти играют также защитную роль, предохраняя термометры от механических повреждений и отражая излучения, которые могут исказить показания прибора. Относительную влажность определяют по психрометрической таблице.
Для автоматической записи влажности воздуха на ленту используют гигрографы.
Актинометр – прибор для измерения интенсивности тепловых излучений (рис. 9).Наибольшее распространение получили актинометры, устройство которых основано на принципе термоэлектрического эффекта, возникающего в замкнутой электрической цепи (термоэлемента), состоящей из различных проводников. Если места их контактов имеют различную температуру, то в цепи возникает ток, сила которого пропорциональна разности температур. Шкала актинометра градуирована в калориях на 1 см/мин. Техника измерения такова: откинув крышку, прибор подносят к источнику излучения той стороны, где располагаются термоэлементы, и по шкале определяют интенсивность теплового излучения.
Рис. 9. Актинометр ПЕЛЕНГ СФ-12
Актинометр ПЕЛЕНГ СФ–12 применяют для измерений энергетической освещенности, создаваемой солнечным излучением (прямой солнечной радиации) в спектральном диапазоне длин волн 0,3 – 10 мкм. Может быть установлен на метеорологической (наблюдательной) площадке и эксплуатироваться в непрерывном или периодическом режимах измерений. Для измерений энергетической освещенности, создаваемой другими источниками непрерывного оптического излучения, например, имитаторами солнечного излучения, солнечными или аналогичными камерами, диапазон излучения которых соответствует диапазону измерений актинометра.
Порядок выполнения работы
3.1. Измерить параметры микроклимата в учебном помещении. Определить их соответствие оптимальным нормам. Измерения проводить на высоте 1,5 м от уровня пола (на уровне груди). Для измерений использовать приборы, указанные преподавателем.
3.1.1. Измерить температуру воздуха, атмосферное давление.
3.1.2. Определить относительную влажность воздуха. При использовании простого психрометра необходимо предварительно проверить наличие в сосуде дистиллированной воды. Резервуар влажного термометра не должен касаться стенок сосуда и воды. Относительную влажность определить по психрометрической таблице и графику (приложение 2, 3).
При использовании аспирационного психрометра необходимо предварительно с помощью пипетки намочить гигроскопическую ткань одного из термометров, психрометр следует держать вертикально во избежание попадания воды в гильзы и головку прибора. Включить вентилятор психрометра и примерно через 4 мин, когда стабилизируются показания термометров, записать их в протокол. По психрометрической таблице (приложение 5) определить относительную влажность воздуха.
3.1.3. Измерить скорость движения воздуха.
При использовании крыльчатых или чашечных анемометров необходимо предварительно записать суммарное показание трех шкал счетчика (центральная стрелка показывает единицы и десятки, стрелки мелких циферблатов - сотые и тысячные деления). Затем арретиром отключить счетчик от крыльчатки, сориентировать прибор в воздушном потоке так, чтобы ось крыльчатки была параллельна ему. После того как крыльчатка наберет обороты (примерно через 10 – 45 сек.), включить одновременно счетчик анемометра и секундомер, через 50 – 100 сек. остановить счетчик и секундомер. Записать конечные показания прибора. Разность между конечными и начальными отсчетами разделить на время измерения и определить число единиц шкалы, приходящееся на одну секунду. Затем по градуировочному графику прибора определить скорость движения воздуха. Для этого на вертикальной оси отложить число единиц шкалы в секунду, а на горизонтальной оси получить значение скорости в м/с (приложение 4).
При использовании шарового кататометра необходимо опустить его в подогретую до 60 – 70°С воду. После того как спирт заполнит 1/3 верхнего резервуара, кататометр вытереть насухо и подвесить на место измерения. Определить время охлаждения от 38 до 35°С. Замерить термометром в начале и конце опыта температуру воздуха (tt и t2), затем вычислить вспомогательную величину Q по формуле:
Q= 
, 
(1)
Определить теплоотдачу кататометра Н по формуле
Н=F/ 
, (2)
где: F – фактор кататометра, мкал/см2, показывающий потери тепла с каждого см2 поверхности резервуара при охлаждении его с 38 до 35°С;
– время охлаждения кататометра с 38 до 35°С, сек.
Фактор наносится заводом-изготовителем на кататометр.
Определить соотношение H/Q и по соответствующей таблице (приложение 6) определить скорость движения воздуха.
3.1.4. Результаты вычислений и измерений занести в протокол испытаний.
Форма 1
Период года ___________________________
Вид работы по тяжести __________________________
| Параметр | Прибор | Обозначение единицы измерения | Значение параметра | |
| измеренное | оптимальное | |||
| Температура воздуха Атмосферное давление Относительная влажность Скорость движения воздуха Эквивалентно-эффективная температура | Использующиеся приборы задаются преподавателем | T, °С P, Па мм рт. ст. r, % V, м/с tэ, °С |
Занести в протокол оптимального значения параметров микроклимата для времени года и вида работ по заданию преподавателя в соответствии с ГОСТ 12.1005–88 (приложение 1). Сделать заключение о соответствии измерительных параметров микроклимата оптимальным нормам.
3.2. Определить комплексное воздействие параметров микроклимата на организм человека методом, основанным на определении эквивалентно-эффективной температуры (ЭЭТ).
3.2.1. Определить ЭЭТ по номограмме (рис. 10), для чего отметить показания сухого и влажного термометров и соединить их прямой линией. Точка пересечения ее с кривой, соответствующей скорости воздуха, показывает величину ЭЭТ и ее положение относительно зоны комфорта. Если значение ЭЭТ находится в пределах зоны комфорта, то весь исследуемый комплекс метеорологических условий обеспечивает нормальный тепловой обмен. Если значение ЭЭТ находится вне пределов зоны комфорта, то по номограмме определяются пути создания комфортных условий. Это достигается изменением одного или нескольких параметров микроклимата.
Рисунок 10 – Номограмма эквивалентно-эффективных температур
Пределы изменения ЭЭТ, соответствующие зоне комфорта, равны:
- для легкой работы - 17,2 – 21,7 °С;
- для работы средней тяжести - 16,2 – 20,7 °С;
- для тяжелого труда - 14,7 – 19,2 °С.
Приведенная номограмма не учитывает воздействия лучистого тепла.
Пример пользования номограммой.
Пусть требуется определить по величине ЭЭТ комплексное воздействие на человека, выполняющего легкую работу в помещении, следующих измеренных параметров микроклимата: температуры воздуха по сухому термометру 20 °С, по влажному 18 °С, при скорости движения воздуха 2 м/с. Отложив показания сухого и влажного термометров на соответствующих шкалах, соединяем их прямой линией. Точка пересечения этой линии с V=2 м/с соответствует ЭЭТ 15,5 °С. Эта ЭЭТ, например, для легких работ, находится ниже зоны комфорта. Следовательно, исследуемое сочетание параметров не дает оптимальных тепловых ощущений. Для приведения параметров к зоне комфорта следует снизить в рабочей зоне скорость движения воздуха до 1 м/с и менее, или повысить температуру до 22 °С по показаниям сухого термометра при неизменных показаниях влажного термометра (т.е. уменьшить относительную влажность воздуха).
Содержание отчета
В отчете о проделанной работе необходимо указать название и цель работы; описать параметры, входящие в понятия «метеорологические условия», привести их оптимальные нормы в учебных помещениях: перечислить приборы, применяемые для определения параметров микроклимата; заполнить таблицу протокола испытаний и сделать заключение о соответствии измеренных параметров микроклимата оптимальным нормам; указать пути создания комфортных условий в учебном помещении, если полученное сочетание параметров микроклимата их не обеспечивает для заданного вида работ.