2. Разработка технических средств улучшения условий труда

2.1. Нормализация параметров воздуха рабочей зоны

Последовательность расчетов:

1. Рассчитать кратность воздухообмена, при которой достигаются оптимальные (допустимые) значения параметров микроклимата.

2. Выбрать из рассчитанных наибольшее значение кратности и уточнить на основе выбранного значения новые параметры на наличие вредных веществ и микроклимата (температура, влажность).

3. В случае необходимости определить (подкорректировать) значения параметров микроклимата за счет дополнительных источников нагрева или осушения (увлажнения) воздуха.

2.2. Расчет кратности воздухообмена

А. Расчет кратности воздухообмена при наличии в воздухе рабочей зоны вредных веществ (ВВ), концентрация которых превышает ПДК.

Новое значение кратности воздухообмена для устранения превышения ПДК вредных веществ рассчитывается по формуле (1/ч),:

К₂ = [(C_y' – C_п) / (C_y'' – C_п)] ∙ K₁

где: С_у'— фактическое значение концентрации (мг/м³) вредных веществ воздухе при кратности воздухообмена К₁ в таблице № 1 Приложения № 1 позиция «Микроклимат» столбец 11 (по варианту № 5 значение К₁ = 0,6; фактическое значение концентрации ВВ – 30 мг / м³;

С_у''≤ С_ПДК – требуемое  значение концентрации вредных веществ. С_ПДК – предельно допустимая концентрация вредного вещества (мг/м³) – определяется по таблице 4 «Основные характеристики вредных веществ»; (по варианту № 5— спирт бутиловый  она составляет 10 мг/м³. Принимаем С_у''= С_ПДК =10 мг/м³)

С_П – концентрация вредных веществ в поступающем воздухе, она должна быть С_П ≤ 0,3 С_ПДК. (С_П = 0,3 ∙ 10 мг/м³ = 3 мг/м³ ).

Рассчитываем К₂: [(30-0,3 ∙ 10) / (10-0,3 ∙ 10)] х 0,6 = 2,3

К_{2 при наличии вредных веществ} = 2,3 (1/ч)

Б. Расчет кратности воздухообмена при наличии в воздухе рабочей зоны избытка (недостатка) тепла, новое значение кратности воздухообмена, обеспечивающее требуемое качество воздуха при имеющейся мощности источников тепла, определяется по формуле (1/ч):

К₂ = [ρ' ∙ (t_y' – t_п) / ρ'' ∙ (t_y'' – t_п)] ∙ K₁

где: t_y'— фактическое значение температуры воздуха при исходной кратности воздухообмена К₁ (в нашем варианте К₁ = 0,6; температура в помещении по исходным данным = 20⁰С);

t_y'' — требуемое значение температуры по таблице 11 (в нашем варианте диапазон оптимальных температур составляет 21 – 23⁰С, принимаем t_y^'' = 22⁰С);

t_п - температура поступающего в помещение воздуха (смотрим температуру на улице по таблице № 1 Приложение 1 столбец 27) для нашего варианта t_п– 15⁰С.

ρ', ρ''— плотность воздуха при соответствующей температуре (смотрим по таблице № 12 «Зависимость плотности воздуха от температуры при давлении 101,3 кПа) – для нашего варианта № 5 плотности составляют, соответственно, 1,03 (для +20⁰С ) и 1,04 (при +15⁰С).  

Рассчитываем К₂ = [1,03 (20-15) / 1,04  (23-15)] х 0,6 = 5,15/8,32 х 0,6 = 0,37

Округляем К_{2 при избытке (недостатке) тепла}  = 0,4 (1/ч)

В. Расчет кратности воздухообмена при наличии в воздухе рабочей зоны избытка влаги, новое значение кратности воздухообмена, обеспечивающее требуемое качество воздуха (1/ч) определяется по формуле

К₂ = [(d_y' – d_п) / (d_y'' – d_п)] ∙ K₁

где: d_y' — фактическое значение абсолютной влажности воздуха при исходной (заданной) кратности воздухообмена (для нашего варианта № 5 К_{заданное} = 0,6);

d_y'' — требуемое значение абсолютной влажности воздуха;

d_п – абсолютная влажность поступающего в помещение воздуха.

Значение абсолютной влажности вычисляется следующим соотношением:

d = M ∙ d_мах / 100, (г/м³),

где: М – относительная влажность воздуха, %;

d_мах = максимальная влажность воздуха при данной температуре (г/м³).

Находим соответствующие значения абсолютной влажности:

— d_мах по таблице № 13 «Зависимость плотности насыщенного водяного пара в воздухе от температуры (максимальная влажность воздуха)» для температур внутри и снаружи помещения:

(в нашем варианте d_{мах внутри помещении}=17,3(при + 20⁰С); d_{мах снаружи} = 12,8 (при +15⁰С; d_{мах для допустимой температуры в помещении} = 20,6 (при +22⁰С)).

— значения М (относительная влажность воздуха) заданы в исходных данных (смотрим табл. 1 Прил.1, столбцы 10 и 28, соответственно):

(в нашем варианте М_{внутри помещения} = 60% (показатели микроклимата помещения); М_{снаружи помещения} = 80%. (показатели метеоусловий); М _{оптимальная по таблице 11} = 50%).

Рассчитываем значения абсолютной влажности воздуха при соответствующих значениях температур и относительной влажности:

— фактическая абсолютная влажность d_у' при данной кратности воздухообмена равна

d_у' = 60 ∙ 17,3_{при +20С} / 100 = 10,38 г/м³;

— требуемая абсолютная влажность d_у'' (при оптимальной температуре - в нашем случае, 23⁰С) равна:

d_у'' = 50 ∙ 20,6_{при +23С} / 100 = 10,3 г/м³;

— абсолютная влажность d_п поступающего в помещение воздуха (в нашем варианте воздух поступает при температуре +15⁰С) равна:

d_п = 80 ∙ 12,8_{при +15С} / 100 = 10,24 г/м³.

Рассчитываем коэффициент воздухообмена:

К₂ = (10,38-10,24) / 10,3-10,24) х 0,6 = (0,14/0,06) / 0,6 = 1,39

Принимаем К_{2 при избытке влаги} = 1,4 (1/ч)

Из всех рассчитанных значений К₂ принимаем наибольшее К₂ = 2,3 (при наличии в помещении вредных веществ).

Если мы увеличим кратность воздухообмена, то температура воздуха в помещении будет снижаться и максимальная влажность d_мах будет уменьшаться, поэтому необходимо определить новое значение температуры при новой кратности воздухообмена. Новое значение температуры определяем по формуле:

t_y'' = K₁ / К₂ ∙ (t_y' – t_п) + t_п

t_y''  = 0,6 / 2,3 (20-15)+15 = 16,3⁰С.

Полученное значение температуры (16,3⁰С) оказалось ниже допустимого значения (t_доп = 22⁰С по варианту № 5). В этом случае необходимо рассчитать мощность дополнительных источников тепла N (кВт), использование которых поможет максимально приблизить значение температуры в помещении к оптимальной (оптимизировать температуру в помещении).

Мощность дополнительных источников тепла N рассчитывается по формуле:

N = К₂ ∙ V ∙ C ∙ ρ ∙ (t_тр - t_у'') / 3600,

где: V - объем помещения V = L x S x h (рассчитываем по параметрам размеров помещения, которые смотрим в исходных данных в таблице 1 Прил.1, столбцы 6-8); V_{по варианту 5} = 20 x 18 x 4 = 1440 м³;

С = 1,01 – удельная теплоемкость воздуха, (кДж/кг град);

ρ = плотность воздуха в зависимости от температуры (по таблице № 12 «Зависимость плотности воздуха от температуры при давлении 101,3 кПа» (для варианта № 5 при t_доп = 22⁰С плотность воздуха принимаем равной 1,02).

t_тр = оптимально требуемая температура воздуха (t_опт = 22⁰С для варианта № 5).

t_у'' = новое значение температуры при новом значении кратности воздухообмена К₂.

Тогда N = 2,3 ∙ 1440 ∙ 1,01 ∙ 1,02 ∙ (22-16,3)/ 3600 = 6,35 кВт

ВЫВОД: При новом значении кратности воздухообмена (2,3) необходимо установить дополнительный источник тепла мощностью 6,35 кВт, при этом параметры микроклимата будут нормализованы.