способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата
Классы МПК: | F24F3/14 увлажнением; осушением G05D23/19 с использованием электрических средств B61D27/00 Отопление, охлаждение, вентиляция и кондиционирование воздуха |
Автор(ы): | Кочетов Олег Савельевич (RU), Стареева Мария Олеговна (RU) |
Патентообладатель(и): | Кочетов Олег Савельевич (RU), Стареева Мария Олеговна (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-05-21 публикация патента:
20.02.2012 |
Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности. Способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата заключается в том, что сначала осуществляют замер температуры воздуха по термографу или психрометру, затем замеряют влажность воздуха по стационарному или аспирационному психрометрам и определяют скорость движения воздуха по чашечному или крыльчатому анемометрам. На основании полученных параметров - температуры воздуха в рабочей зоне, его влажности и скорости движения рассчитывают степень комфортности по расчетной формуле. После чего оценивают комфортность параметров микроклимата по следующей шкале: 1 - очень жарко; 2 - слишком тепло; 3 - тепло, но приятно; 4 - чувство комфорта; 5 - прохладно, но приятно; 6 - холодно; 7 - очень холодно. Технический результат - повышение эффективности, быстродействия и надежности срабатывания системы. 4 ил., 1 табл.
Формула изобретения
Способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата, заключающийся в том, что сначала осуществляют замер температуры воздуха по термографу или психрометру, затем замеряют влажность воздуха по стационарному или аспирационному психрометрам и определяют скорость движения воздуха по чашечному или крыльчатому анемометрам, отличающийся тем, что на основании полученных параметров - температуры воздуха в рабочей зоне, его влажности и скорости движения рассчитывают степень комфортности по следующей формуле
S=7,83-0,1t B-0,0968tO-0,0372P+0,18 (37,8-tB),
где tB - температура воздуха в рабочей зоне производственного помещения; tO - температура окружающих поверхностей в рабочей зоне; - скорость движения воздуха, м/с; Р - парциальное давление водяных паров, рассчитываемое по формуле Р=0,01 ·Pнас, мм рт.ст.,
где - относительная влажность воздуха, %; Рнас - парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии, определяемое по показанию сухого термометра, после чего оценивают комфортность параметров микроклимата по следующей шкале: 1 - очень жарко; 2 - слишком тепло; 3 - тепло, но приятно; 4 - чувство комфорта; 5 - прохладно, но приятно; 6 - холодно; 7 - очень холодно.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности.
Известно, что для исследования параметров микроклимата применяют методы с использованием термографов, психрометров и анемометров (см. Белов С.В. Учебник по безопасности жизнедеятельности. М.: Высшая школа, 2003 г.).
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является устройство для управления микроклиматом по а.с. СССР № 1735828, G05D 23/19, 1992 г. (прототип), содержащее измерители температуры, влажности и скорости движения воздуха рабочей зоны.
Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания и малое быстродействие системы отбора пробы.
Технический результат - повышение эффективности, быстродействия и надежности срабатывания системы.
Это достигается тем, что в способе оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата, заключающемся в том, что сначала осуществляют замер температуры воздуха по термографу или психрометру, затем замеряют влажность воздуха по стационарному или аспирационному психрометрам и определяют скорость движения воздуха по чашечному или крыльчатому анемометрам, отличающийся тем, что на основании полученных параметров - температуры воздуха в рабочей зоне, его влажности и скорости движения - рассчитывают степень комфортности по следующей формуле:
S=7,83-0,1t B-0,0968tO-0,0372P+0,18 (37,8-tB),
где tB - температура воздуха в рабочей зоне производственного помещения; tO - температура окружающих поверхностей в рабочей зоне; - скорость движения воздуха, м/сек;
Р - парциальное давление водяных паров, рассчитываемое по формуле:
Р=0,01 ×Рнас, мм рт.ст.,
где - относительная влажность воздуха, %; Рнас - парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии, после чего оценивают комфортность параметров микроклимата по следующей шкале:
1 - очень жарко; 2 - слишком тепло; 3 - тепло, но приятно; 4 - чувство комфорта; 5 - прохладно, но приятно; 6 - холодно; 7 - очень холодно.
На фиг.1 изображен общий вид психрометров - стационарного и аспирационного, на фиг.2 - общий вид анемометров - крыльчатого и чашечного, на фиг.3 представлен общий вид цифрового анемометра.
Устройство для реализации способа оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата содержит приборы по измерению температуры, влажности и скорости движения воздуха. В технике для измерения температуры воздуха, как правило, используют ртутные или спиртовые термометры, термоанемометры и аспирационные психрометры (при наличии источников теплового излучения).
Измерение относительной влажности воздуха. Относительная влажность воздуха обычно измеряется психрометрами. Психрометры бывают двух типов - стационарные и аспирационные.
Стационарный психрометр (фиг.1, слева) состоит из двух одинаковых ртутных или спиртовых термометров с ценой деления не более 0,5°С, закрепленных на штативе. Ртутный (спиртовой) резервуар одного из термометров, называемого влажным (мокрым), обернут кусочком батиста, конец которого свернут жгутиком и опущен в сосуд с дистиллированной водой А для непрерывного поддержания ртутного (спиртового) резервуара во влажном состоянии.
Принцип действия психрометра заключается в следующем. С пoвepxности мокрой ткани Б происходит испарение воды, и, следовательно, влажный термометр теряет больше тепла, чем другой, так называемый сухой, и показания влажного термометра будут всегда ниже показаний сухого (tм<tс). Разность в показаниях сухого и мокрого термометров принято называть психрометрической разностью. Чем меньше влажность воздуха, чем интенсивнее испаряется вода с поверхности обернутого резервуара и тем больше снижается температура влажного термометра. По разности показаний сухого и влажного термометров можно судить о степени влажности воздуха. Когда воздух при данной температуре имеет максимальную влажность ( mаx), испарения влаги не происходит, психрометрическая разность равна нулю, и оба термометра покажут одну и ту же температуру (tc=tм).
На фиг.1 (справа) изображен аспирационный психрометр Ассмана М-34. Он отличается от стационарного тем, что резервуары обоих термометров помещены в специальные металлические трубочки-гильзы В, через которые с помощью механического вентилятора Г просасывается воздух с постоянной скоростью (около 2 м/с).
Аспирационные психрометры (фиг.1, справа) более точны, чем стационарные, так как в них резервуары термометров обдуваются принудительной струей воздуха, что способствует удалению водяных паров с поверхности батиста, образующихся в процессе испарения воды. У стационарных психрометров из-за отсутствия обдува термометров водяные пары скапливаются у поверхности батиста и затрудняют дальнейшее испарение воды, что приводит к искажению показания мокрого термометра. Кроме того, наличие у аспирационных психрометров металлических гильз обеспечивает защиту резервуаров термометров от механических повреждений, а также от теплового излучения, которое может исказить показание термометров.
К самопишущим приборам для регистрации температуры и относительной влажности воздуха относятся термографы и гигрографы, которые выпускаются с суточным и недельным вращением барабана.
Измерение скорости движения воздуха. Скорость движения воздуха измеряют анемометрами и термоанемометрами.
Анемометры бывают двух типов - крыльчатые (фиг.2, слева) и чашечные (фиг.2, справа). Чашечным анемометром МС-13 измеряют скорость воздуха от 1 до 20 м/с, крыльчатым анемометром АСО-3 - скорость воздуха от 0,5 до 1 м/с.
Принцип действия анемометров обоих типов основан на том, что частота вращения крыльчатки тем больше, чем больше скорость движения воздуха. Вращение крыльчатки передается на счетный механизм. Разница в показаниях до и после измерения, деленная на время наблюдения, показывает число делений в 1 с. Специальный тарировочный паспорт, прилагаемый к каждому прибору, позволяет по вычисленной величине делений определить скорость движения воздуха.
Термоанемометр - это электрический прибор на полупроводниках. Принцип его действия основан на измерении величины сопротивления датчика при изменении температуры и скорости движения воздуха.
Термоанемометр применяется при измерении малых скоростей воздуха (от 0,03 до 5 м/с) при температуре воздуха в производственных помещениях не ниже 10°С.
Малогабаритный анемометр АПР-2 (см. фиг.3), прибор нового поколения, предназначен для определения скорости воздушного потока при метеорологических измерениях на суше и море, в шахтах и рудниках всех категорий, а также в системах промышленной вентиляции. Рекомендуется для укомплектования лабораторий по охране труда предприятий и санэпидемнадзора. Выпускаются в исполнении с уровнем защиты РО Иа по ГОСТ 22782.5- 78, что по европейским нормам EN 50014/50020 соответствует уровню самозащиты Ex ia ITI.
Техническая характеристика анемометра АПР-2:
Диапазон измерений, м/с | 0,2 20,0 |
Порог чувствительности, м/с, не более | 0,15 |
Погрешность, м/с, не более | |
( - измеряемая скорость, м/с) | ±(0,05 +0,1) |
Источник питания | 4 элемента типа A316 |
Размеры, мм | 310×70×55 |
Масса, кг | 0,6 |
Способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата осуществляют следующим образом.
Обязательно соблюдают следующий порядок выполнения операций при определении параметров микроклимата:
1. Определить температуру воздуха с помощью термометра.
2. Определить относительную влажность воздуха с помощью аспирационного психрометра Ассмана М-34. Для чего необходимо:
с помощью пипетки смочить водой кусочек батиста, закрепленный на резервуаре влажного термометра;
ключом завести газовую пружину прибора, приводящую во вращение крыльчатку вентилятора;
через 4 мин снять показания по сухому и влажному термометрам; вычислить психрометрическую разность t=tc-tм;
по вычисленной психрометрической разности f с помощью психрометрической таблицы (табл.2.1) определить значение относительной влажности. Результаты измерений и расчетов занести в протокол.
3. Определить скорость движения воздуха, создаваемого осевым вентилятором (настольного типа), в рабочих точках, указанных преподавателем (но не менее 1 м от центра вентилятора), при помощи крыльчатого анемометра АСО-3. Порядок работы с прибором следующий:
измерить расстояния L от рабочих точек (не менее 3) до оси вентилятора и включить его;
снять показания со шкалы счетного механизма анемометра;
установить анемометр в рабочей точке так, чтобы воздушный поток от вентилятора был направлен непосредственно на крыльчатку анемометра. Дать вращаться анемометру вхолостую в течение 1 мин;
включить одновременно секундомер и счетный механизм анемометра. Через 1-2 мин анемометр и секундомер выключить и записать новые показания стрелок на счетном механизме. Опыт повторить трижды. Результаты измерений занести в протокол;
по тарировочному паспорту найти значение скорости движения воздуха для каждого замера и среднее значение для каждой рабочей точки: ср=( 1+ 2+3)/3.
Дать оценку изменения скорости воздуха в зависимости от расстояния. Исследование изменения скорости в зависимости от расстояния повторить другим членам студенческой бригады, выполняющей данную работу.
Пример выполнения предложенного способа
1). Построить зависимость скорости движения воздуха от показателя комфортности, если показания термометров по психрометру в ткацком цехе фабрики составили: - сухого tC=24°С, мокрого - t M=19,5°С. Категория работ - IIб, показатель комфортности S=4. Принять температуру окружающих предметов равной температуре воздуха в цехе, т.е. tO=tB, которая в свою очередь определяется по показаниям сухого термометра, т.е. t B=tC (исходные данные для расчета по своему варианту принять из табл.2.4).
2). Сделать вывод, сравнивая полученные результаты с допустимыми нормами параметров микроклимата для теплого периода года с незначительным избытком явного тепла по ГОСТ 12.1.005-88, и в случае несоответствия полученных результатов нормативным значениям рассчитать показатель комфортности S для верхнего диапазона допустимых значений тех параметров микроклимата, которые не соответствуют допустимым значениям.
Разность в показаниях сухого и мокрого термометров принято называть психрометрической разностью ( t=tC-tM); она служит для определения влажности, %, по табл.2.1, прилагаемой к психрометру.
В нашем случае t=tC-tM=24-19,5=4,5°С. Следовательно, относительная влажность воздуха в цехе составит - =65%. Итак, для расчета получены следующие данные:
tB=24°С; =65%.
Теперь рассчитаем парциальное давление водяных паров по формуле
Р=0,01 × Рнас, мм рт.ст.,
где Рнас - парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии, определяемое по показанию сухого термометра из табл.1.
Таблица 1 | |||
Зависимость парциальных давлений водяных паров в насыщенном состоянии от температуры воздуха | |||
Температура Воздуха tB, °C | Парциальное давление водяного пара, Рнас, мм рт.ст. | Температура Воздуха tB, °С | Парциальное давление водяного пара, Рнас, мм рт.ст. |
10 | 9,209 | 21 | 18,650 |
11 | 9,844 | 22 | 19,827 |
12 | 10,518 | 23 | 21,068 |
13 | 11,231 | 24 | 22,377 |
14 | 11,987 | 25 | 23,756 |
15 | 12,788 | 26 | 25,209 |
16 | 13,634 | 27 | 26,739 |
17 | 14,530 | 28 | 28,349 |
18 | 15,477 | 29 | 30,043 |
19 | 16,477 | 30 | 31,824 |
20 | 17,533 | 31 | 33,695 |
Для нашего значения температуры tB=24°С парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии Рнас=22,38.
Тогда парциальное давление водяных паров для нашего случая определится так:
Р=0,01 × Рнас=0,01×65×22,38=14,5 мм рт.ст.
Теперь определяем требуемую скорость движения воздуха в ткацком цехе, при которой показатель хорошего самочувствия был бы равен S=4:
Теперь переходим к построению графика зависимости скорости движения воздуха от показателя комфортности для группы вариантов: I - 1, 3, 4, 5, 6; II - 7, 8, 9, 10, 11; III - 2, 12, 13, 14, 15; IY - 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22; Y - 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29; YI - 30, 31, 32, 33, 34, 35.
На фиг.4 в качестве примера приведена функциональная зависимость скорости движения воздуха от показателя комфортности и формула ее линейной аппроксимации.
ВЫВОД: 1). Для рассматриваемого случая существующие параметры микроклимата в цехе (tB =24°С; =65%, =0,58 м/сек) соответствуют допустимым нормативным значениям (при tB=24°С и ниже: =75%, =0,3 0,7 м/сек).
В качестве примера рассмотрим случай, когда имеет место превышение рассчитанных параметров микроклимата, т.е. tB=24°С; =50%, =1,73 м/сек, а допустимыми по нормам значениями являются: при tB=24°C и ниже: =75%, =0,3 0,7 м/сек), т.е. рассчитаем показатель комфортности S для случая: tB=24°С, =50%, =0,7 м/сек.
Парциальное давление водяных паров для нашего случая определится так:
Р=0,01 ×Рнас=0,01×50×22,38=11,2 мм рт.ст.
S=7,83-0,1tB-0,0968tO-0,0372P+0,18 (37,8-tB)=7,83-0,1×24-0,0968×24-0,0372×11,2+0,18×0,7×(37,8-24)=4,4
Показатель самочувствия может иметь следующие значения: 1 - очень жарко: 2 - слишком тепло; 3 - тепло, но приятно: 4 - чувство комфорта; 5 - прохладно, но приятно; 6 - холодно; 7 - очень холодно.
Показатель S может выражаться и дробным числом, что позволяет более точно оценить, какому ощущению (например, к 3 баллам - тепло или к 4 баллам - комфорт и т.д.) ближе те или иные состояния самочувствия человека. Для легких физических работ S=3; для работ средней тяжести S=4; для тяжелых физических работ S=5 баллам.
Приведенная зависимость позволяет решить в необходимых случаях и обратную задачу. Задаваясь необходимой степенью комфорта и оптимальными значениями температуры и влажности воздуха, можно вычислить необходимую скорость движения воздуха, которая для данных конкретных условен будет больше всего отвечать требованиям обеспечения комфорта.
ВЫВОД: 2). Данное значение показателя S=4,4 находится между S=4 (комфорт) и S=5 (прохладно, но приятно), т.е. допустимая скорость движения воздуха =0,7 м/сек более приемлема с гигиенической точки зрения.
Класс F24F3/14 увлажнением; осушением
Класс G05D23/19 с использованием электрических средств
Класс B61D27/00 Отопление, охлаждение, вентиляция и кондиционирование воздуха