Тема 7
Микроклиматические фпс.
Они относятся к наиболее значительным физическим факторам, влияющим на здоровье и работоспособность человека в процессе труда. Почти 50% профзаболеваний связано с параметрами неблагоприятных условий микроклимата (перегревании, переохлаждении, загазованность, запылённость). Производительность труда при этом может снизиться на 40%.
Пример: Сколько может человек не есть? Больше месяца!
Сколько может обходиться без Н2О? Около недели!
А сколько может жить без кислорода? Пять минут!
Вот какое значение имеет воздушная среда.
В металлургии преимущественно используются пирометаллургические методы (пур (греч.)-огонь) с высокими температурами до 2000°С, здесь распространены «горячие цеха». Создание оптимальных микроклиматических условий труда на металлургических производствах сопряжено с большими трудностями и имеет особое значение.
I. Характеристики.
Микроклимат – климат на рабочем месте в производственной среде.
Микроклиматическими факторами производственной среды являются:
- температура воздуха, tв, °C;
- влажность воздуха, Ув, %;
- скорость движения воздуха, υв, м/с;
- температура поверхности машины, tп.м., °C.
tп.м. необходима для оценки лучистого и конвективного теплообмена, который характеризуется конвективным тепловым потоком – qк, кВт и лучистым (радиационным) тепловым потоком – qр, кВт.
При конвекции перенос тепла осуществляется воздушными потоками и он пропорционален разнице температур:
qк = α·∆t = α·(tп.м. - tв) - закон Ньютона,
α – коэффициент теплопередачи.
При лучистом теплообмене пространственный перенос энергии осуществляется электромагнитным излучением в инфракрасной области спектра и он пропорционален абсолютной температуре в четвёртой степени:
qp = σ·T4 - закон Стефана-Больцмана,
σ – постоянная Больцмана (индекс затемнённости поверхности тела).
Тепло, поступающее в рабочие помещения от оборудования, отопительных приборов, нагретых тел и других источников тепла и воздействующее на температуру воздуха помещения – называется явным теплом.
Согласно СН 245-71 производственные помещения в зависимости от тепловыделений подразделяются на «холодные» (Qяв не превышает 23 Дж/м3·с = 82,8 кДж/м3·час) и «горячие цехи», в которых величина явных тепловыделений больше.
Тело, испускающее излучение, называется излучателем, оно характеризуется спектральными и энергетическими параметрами.
К спектральным относятся:
λ, мкм – длина волны электромагнитных колебаний;
спектр излучений в инфракрасном диапазоне λ от 0,76 до 104 мкм.
К энергетическим относятся:
F, кВт – лучистый поток,
W, кДж – энергия излучения,
Е, кВт/м2 – поверхностная плотность излучения (или облучённость).
Излучение достигающее какой-либо поверхности, называется падающим, а сама поверхность – облучаемой.
II. Источники.
Все тела металлургического производства с температурой поверхности от +50°С до +2000°С – излучатели инфракрасного (теплового) излучения, спектральный состав которых изменяется в зависимости от температуры.
При температуре тел меньше +300°С преобладает конвекция, при температуре выше +300°С преобладает радиация.
qк (конвекция) < tп.м. = +300°С < qp (радиация)
Пример: Человек является приёмником излучения, его эффективная внешняя поверхность тела составляет 1,8 м2 (50-80% от геометрической поверхности) – является облучаемой поверхностью.
Так как источников тепла может быть множество, и не целесообразно их перечислять, постараемся выявить общие закономерности в системе «ЧМ» при поступлении тепла.
Посмотрим, чем отличается радиация от конвекции?
Таблица 1.
|
Характеристики |
Конвекция |
Радиация |
|
Теплоноситель энергии |
газообразные тепловые потоки |
электромагнитные колебания |
|
Способ передачи энергии |
контактный |
дистанционный |
|
Основная функциональная зависимость |
qк = α·∆t |
qp = σ·T4 |
Контактная передача происходит следующим образом – воздух внутри помещения, соприкасаясь с горячими поверхностями излучателей, поднимается вверх, а его место занимает более тяжёлый холодный воздух, который в свою очередь нагревается и поднимается вверх. В результате возникают тепловые потоки, которые обогревают помещения не только в месте излучения тепла, но и более отдалённые участки.
Источниками электромагнитных колебаний являются нагретые тела с температурой выше 300°С. Электромагнитные излучения со скоростью света переносят лучистую энергию, которая попадая на тело, нагревает его. Это важная особенность. В этом случае человек должен иметь защиту иную, чем при контактной передаче энергии.
Различается функциональная зависимость у радиационной энергии, она значительно сильнее зависит от колебаний температуры (∆t и T4).
Инженерные расчёты достаточно сложные, их можно посмотреть в соответствующей литературе.