Понятие о микроклимате и назначение отопительных устройств

Микроклимат производственных помещений – это метеорологические условия внутренней среды этих помещений, которые определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения.

ГОСТ и СанПиН устанавливают оптимальные и допустимые параметры микроклимата в зависимости от характеристики производственных помещений, периода года, категории тяжести работы и условий рабочего места.

Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений устанавливает СанПиН, по которому показателями, характеризующими микроклимат в производственных помещениях, являются температура, относительная влажность и скорость движения воздуха, интенсивность теплового облучения и температура поверхностей технологического оборудования и ограждающих конструкций. Нормативные документы вводят понятия оптимальных и допустимых параметров микроклимата.

Оптимальные микроклиматические условия - сочетания количественных показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального теплового состояния организма без напряжения механизмов терморегуляции. Они обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности.

Допустимые микроклиматические условия- сочетания количественных показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать переходящие и быстро нормализующиеся изменения теплового состояния организма, сопровождающиеся напряжением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут наблюдаться дискомфортные тепловые ощущения, ухудшение самочувствия и снижение работоспособности.

Параметры микроклимата устанавливаются на два периода года - холодный и теплый.

Холодный - период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха, равной +10 °С и ниже.

Теплый - период года со среднесуточной температурой наружного воздуха выше +10 °С.

Среднесуточная температура наружного воздуха представляет собой среднюю величину температуры наружного воздуха, измеренную в определенные часы суток через одинаковые интервалы времени. Она принимается по данным метеорологической службы.

Физическая тяжесть работы определяется энергетическими затратами в процессе трудовой деятельности, в соответствии с ГОСТ 12.1.005, а также СанПиН 9-80-98. Физические работы подразделяются на легкие, средней тяжести и тяжелые.

Легкие физические работы подразделяются на две категории:

- Iа - энергозатраты составляют до 139 Вт;

-Iб - энергозатраты составляют 140-174 Вт.

K категории Iа относятся работы, проводимые сидя и сопровождающиеся, незначительным физическим усилием.

К категории Iб относятся работы, проводимые сидя, стоя или связанные c ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим усилием.

Физические работы средней тяжести подразделяютсяна две категории:

-IIа - энергозатраты составляют 176-232 Bт;

- IIб - энергозатраты доставляют 233-200 Вт.

К категории IIа относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенных физических усилий.

К категорий IIб относятся работы, связанные с ходьбой, перемещением и переносом тяжестей до 10 кг и требующие умеренного физического усилия.

Тяжелые физические работы (категория III) характеризуются расходом энергии более 290 Вт. К этой категории относятся работы, связанные с постоянным передвижением, перемещением и перенесением значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий.

Характеристика производственных помещений по категориям выполняемых в, них работ в зависимости от затрат энергии определяется в соответствии с ведомственными нормативными документами, согласованными в установленном порядке, исходя из категории работ, выполняемых 50% работающими и более в соответствующем помещении.

Параметры микроклимата в рабочей зоне должны соответствовать оптимальным значениям. Следует иметь в виду, что оптимальные параметры микроклимата распространяются на всю рабочую зону, допустимые - устанавливаются дифференцированно постоянных и непостоянных рабочих мест.

Оптимальные параметры микроклимата необходимо соблюдать на рабочих местах производственных помещений, в которых выполняются работы операторского характера, связанные с нервно-эмоциональным напряжением (в кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники), а же в других помещениях при выполнении работ аналогичного характера (температура - 22-24 °С, относительная влажность - 60-40%, скорость движения воздуха – не более 0,1м/с).

Оптимальные температура, относительная влажность и скорость движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений табл.1

Таблица 1

Кроме того, СанПиН 9-80-98 устанавливает оптимальную температуру поверхностей, которая в зависимости от категории тяжести работ, определена для холодного периода года от 15 до 25 °С, а теплого - от 18 до 25 °С.

Перечень других производственных помещений, в которых должны соблюдаться оптимальные нормы микроклимата, определяется отраслевыми документами, согласованными с органами государственного санитарного надзора.

Допустимые параметры микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям производства, техническим или экономическим причинам не обеспечиваются оптимальные нормы.

Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений устанавливает СанПиН 9-80-98

Рабочая зона - пространство, ограниченное по высоте 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного (временного) пребывания работающих (ГОСТ 12.1.005).

Существенное значение для нормирования параметров, микроклимата в производственных помещениях имеет наличие явной теплоты, которая представляет теплоту, поступающую от оборудования, отопительных приборов, нагретых материалов, людей и других источников теплоты и воздействующую на температуру воздуха в этом помещении.

Избытками явной теплоты называют превышение для данных эксплуатационных условий и микроклимата помещений количества явной теплоты, поступающей в помещение (здание, сооружение); над количеством явной-теплоты, выводимой или уходящей из помещения (здания, сооружения).

Согласно ГОСТ 12.1.005, производственные помещения по избыткам явной теплоты условно подразделяются на две группы:

♦ помещения с незначительными избытками явной теплоты (≤ 23 Дж/м3с);

♦ помещения со значительными избытками явной теплоты (> 23 Дж/м3с), которые относят к категории «горячих цехов».

В «горячих цехах» на долю инфракрасного излучения может приходиться до 2/3 выделяемой теплоты и только - 1/3 - на долю конвекционной. В этих цехах нормируется также интенсивность теплового излучения.

В соответствии с ГОСТ 12.1.005 и СанПиН 19-80-98 интенсивность теплового облучения от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных, приборов, инсоляции на постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать 35 Вт/м² при облучении 50% поверхности тела и более; 70 Вт/м² - при величине облучаемой поверхности от 25 до 50% и 100 Вт/м² - при облучении не более 25% поверхности тела.

Интенсивность теплового облучения работников от открытых источников (нагретый металл, стекло, пламя и др.) не должна превышать 140 Вт/м², при этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела и обязательным является использование средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз.

При наличии теплового облучения температура воздуха на постоянных рабочих местах не должна превышать верхних границ оптимальных значений для теплого периода года, а на непостоянных рабочих местах - верхних границ допустимых значений для постоянных рабочих мест.

С целью защиты работающих от ожогов температура наружных поверхностей технологического оборудования и ограждающих его устройств не должна превышать 45°С.

Если в производственных помещениях невозможно обеспечить допустимые нормативные величины показателей микроклимата из-за технологических требований, технической недостижимости или экономически нецелесообразно, то необходимо обеспечить защиту работающих от возможного перегревания и охлаждения организма.

Для этого можно использовать системы местного кондиционирования воздуха, воздушное душирование рабочих мест, помещения для отдыха обогревания с оптимальными параметрами микроклимата, спецодежду и другие средства индивидуальной защиты, регламентацию труда и отдыха и т.п.

Для защиты работающих от возможного перегревай или охлаждения при температуре воздуха на рабочих местах выше или ниже допустимых величин время пребывания на рабочих местах (непрерывно или суммарно за рабочую смену) должно быть ограничено значениями, установленными СанПиН 9-80-98.

Из всех элементов здания наружные ограждающие конструкции имеют наибольшие потенциальные возможности для экономии энергии. Для того чтобы спроектировать эффективное в теплозащитном отношении наружное ограждение здания, необходимо хорошо представлять себе механизм теплопередачи.

Распространение тепла в здании происходит следующими споособами: лучеиспусканием, конвекцией, теплопроводностью в испарением (либо конденсацией).

Лучеиспускание — это процесс, при котором тепло передается от более горячего тела к более холодному, когда оба тела разделены воздушной прослойкой или между ними существует вакуум.

Конвекция — это процесс, при котором тепло передается из одной части пространства в другую благодаря движению молекул.

Теплопроводность — процесс, при котором происходит перенос тепла в сплошной материальной среде от более нагретых к более холодным молекулам, когда эти молекулы находятся в непосредственном контакте между собой.

Испарение (или конденсация) имеет место при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое (превращение жидкости в газ или наоборот), сопровождающемся поглощением или выделением тепла.

Организм человека постоянно выделяет в окружающую среду тепло, количество которого зависит от возраста и выполняемой работы, (например, взрослый человек в состоянии покоя или умственного труда выделяет 80-87 Вт, а при тяжелой физической работе 230 – 280 Вт.).

Теплоотдача происходит тремя способами: конвекцией, испарением и лучеиспусканием. У человека, находящегося в спокойном состоянии, выделяется тепло в следующих долях: Конвекцией 35-40%, путем испарения 10-15%, лучеиспусканием 45-50%.

Для определения микроклимата, влияющего на самочувствие необходимо знать температуру и скорость движения воздуха, которые влияют на теплоотдачу конвекцией, относительную влажность, влияющую на теплоотдачу его испарением и температуру окружающих поверхностей, влияющую на теплоотдачу организма лучеиспусканием.

Особое внимание уделяют обеспечению нормального теплового режима в помещениях, имеющих избыточное остекление. Расход энергии в зданиях сильнее всего зависит от типа остекления; это объясняется теплопередачей через поверхность стекол, притоком инсоляционного тепла и инфильтрацией наружного воздуха. Теплопередача через стекло происходит гораздо интевсивнее, чем через самую непрозрачную перегородку.

Во многих современных общественных зданиях площадь остекления чересчур велика по сравнению с той, которая требуется для нормального естественного освещения, естественной вентиляции или просто обзора.

Большая площадь остекления может создать известные неудобства для людей, вынужденных подолгу находиться перед окнами: мешают перегрев помещений, попадание прямых солнечных лучей в глаза, слепящие блики на поверхности рассматриваемых предметов. Ликвидировав излишнюю площадь остекления и уменьшив размеры окон, можно снизить расход энергии на теплопотери через стены подвального помещения и пол, находящийся ниже уровня земли.

У большинства подвальных помещений площадь соприкоснования с наружным воздухом не настолько велика, чтобы это вызывало теплопотерю за счет конвекции. Поэтому потери тепла через пол обычно невелики, а температура в подпольном помещении лишь незначительно колеблется в течение года. Грунт является хорошим приемником тепла и может поглотить большое его количество, практически не меняя при этом своей температуры. Как правило, при проектировании помещений, расположенных ниже уровня земли, значение теплопотерь через полы принимается равным 0,5 ккал/ч, а через стены подвальвого помещения — 1 ккал/ч.

Для обеспечения комфортного микроклимата в зданиях в зимнее время поддерживают температуру вместо 18⁰ – по Сан.нормам 23-24⁰. Причина этому является повышенная потеря тепла человеком в таких помещениях лучеиспус -канием, поскольку внутренние поверхности остекления имеют значительно мень -шую температуру, чем стены. Кроме того, недостатком избыточного остекления является избыточное поступление тепла в помещениях от солнечной радиации в летнее время.

Отопительные устройства предназначены для поддержанияи отапливаемых помещениях заданных температур или возмещения теплопотерь через ограждающие конструкции, возникающих вследствие разности температур в отапливаемых помещениях и наружной.

Температура внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях,указываемая в нормах, определена в зависимости от происходящегон них технологического процесса. Внутреннюю температуру чащевсего принимают в пределах 16-20°, причем решающим фактором является благоприятное самочувствие людей, работающих в данном помещении. В некоторых случаях нужный микроклимат, в том числе внутренняя температура помещении, обеспечивается действием вентиляции, если технологическое оборудование выделяет тепла больше теплопотерь помещений. При этом иногда устраивают дежурное отопление (включаемое при остановке технологического оборудования), рассчитываемое на поддержание внутренней температуры 5- 10°. Такую температуру устанавливают для сохранности оборудования и производства ремонта.

Тепловые потери отапливаемых помещений зависят от температуры наружного воздуха, которая меняется в широких пределах. Высшим пределом наружной температуры, при которой необходимо отопление, считают 8—10° С. За расчетную наружную температуру для проектирования отопления принимают среднюю в самой холодной пятидневкев данной местности по многолетним наблюдениям из 8 зим за 5-летний период. В тех редких случаях, когда наружная температура в течение длительного времени устанавливается ниже расчетной, внутренняя температура отапливаемых помещений допускается ниже заданной нормами.

Основные теплопотери помещений происходят через наружные ограждающие конструкции: стены, окна, двери, полы нижнего и перекрытия верхнего этажей. Принимая условно, что теплопередача через эти ограждения установилась на постоянном уровне (чего в действительности не бывает из-за колебаний наружной температуры), теплопотери каждого ограждения (Вт)

Основные и добавочные потери теплоты следует определять, суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции Q, Вт, с округлением до 10 Вт для помещений, по формуле:

, ( 1)

где А — расчетная площадь ограждающей конструкции, м²;

R_т — сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м² ·°С/Вт определяемое по СНБ 2.04.01 (кроме полов на грунте);

- для полов на грунте — в соответствии с СНБ 2.04.01 (пунк Ж.3), принимая R_т = R_с — для неутепленных полов и R_т = R_h — для утепленных;

t_p — расчетная температура воздуха в помещении, °С, с учетом повышения ее в зависимости от высоты для помещений высотой более 4 м;

t_ext — расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года при расчете потерь теплоты через наружные ограждающие конструкции или температура воздуха более холодного помещения — при расчете потерь теплоты через внутренние ограждающие конструкции, °C;

b — добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, определяемые в соответствии с СНБ 2.04.01 (пунк Ж.2)

n — коэффициент, принимаемый по СНБ 2.04.01 в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху.

Добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции b следует принимать в долях от основных потерь в соответствии с СНБ 2.04.01.

Потери теплоты через ограждающие конструкции производственных помещений со значительными избытками теплоты следует рассчитывать с учетом лучистого теплообмена между источниками теплоты и ограждающими конструкциями.