Приборы для измерения скорости движения воздуха
Измерение скорости движения воздуха может производиться в разных местах рабочего помещения в зависимости от целей исследования.
Для измерения скорости движения воздуха используют анемометры различных конструкций. Выбор типа анемометра определяется величиной измеряемой скорости движения воздуха.
Замер скорости движения воздуха проводят различными видами анемометров: крыльчатыми (скорость потока от 0,3 до 0,5 м/с), чашечными и индукционными (скорость в пределах 1–30 м/с), термоанемометрами и кататермометрами (скорость не больше 0,5 м/с). Термоанемометры позволяют измерять незначительные колебания потоков воздуха и температуры по объему помещения. Анемометры представлены на рисунке 2.4.
Для измерения интенсивности теплового излучения используют актинометры и радиометры.
Чашечный анемометр воспринимает движение воздуха четырьмя полыми алюминиевыми полушариями, крыльчатый – колесом с пластинками, вращающимися под давлением потока воздуха. Это движение системой зубчатых колёс передаётся стрелкам, движущимся по градуированным циферблатам, по которым производится отсчёт. Измерение скорости движения воздуха производится следующим образом. Записав исходное положение стрелок на циферблатах (стрелки на нуль не ставятся), на маленьких циферблатах учитывают только целые деления, помещают прибор в поток воздуха. На приборе расположен: слева циферблат, показывающий сотни делений, справа – тысячи делений; полный оборот стрелки большого циферблата даёт 100 делений. Анемометр необходимо поместить в поток воздуха таким образом, чтобы ось вращения колеса была для крыльчатого анемометра параллельна, а для чашечного – перпендикулярна направлению потока воздуха. После преодоления чашечками или крылышками анемометра инерции прибора и приобретении ими максимальной скорости, поворотом рычажка, находящегося на боковой стороне прибора, включают стрелки, одновременно включая секундомер для отсчёта времени замера. Через 1 мин, не отводя прибор с места исследования, отключают стрелки прибора, одновременно отмечая время проведения замера (в секундах).
Пересчёт полученного числа оборотов в 1 с на скорость воздушного потока в м/с производится с помощью графиков, представленных на рисунках 2.5а и 2.5б, где по вертикальной оси отложено число оборотов 1 с, а по горизонтали – скорость воздушного потока в м/с.
Рис. 2.5. Графики определения скорости движения воздуха по анемометру:
а – чашечному; б – крыльчатому
Анемометры обладают большой инерцией и начинают работать при движении воздуха со скоростью около 0,5 м/с; давление, создаваемое потоком воздуха меньшей скорости, не в состоянии преодолеть сопротивление оси колеса с крылышками или чашек, поэтому для измерения малых скоростей движения воздуха в помещениях используются кататермометры и термоанемометры. Для определения суммарной охлаждающей способности воздушной среды, для замера малых скоростей движения воздуха (до 2 м/с) пользуются прибором, называемым кататермометром.
Шаровой кататермометр, показанный на рисунке 2.6, представляет собой спиртовой термометр с двумя резервуарами – шаровым внизу и цилиндрическим вверху со шкалой деления от 31 до 41 °С.
Количество теплоты, теряемой кататермометром, при его охлаждении от 38 до 35 °С постоянно при всех условиях среды, а продолжительность охлаждения различна и зависит от взаимного действия всех метеорологических факторов.
Количество теплоты в милликалориях, теряемой с 1 см 2 резервуара кататермометра, называется его фактором F, величина которого указывается на приборе.
Разделив фактор на время (в секундах), в течение которого произошло охлаждение кататермометра от температуры 38 до 36 °С, получаем охлаждающую силу воздуха:
Скорость движения воздуха определяется по формулам, выбираемым в зависимости от величины f/Δt. Величина Δt – это разность между средней температурой кататермометра (36,5 °С) и температурой окружающего воздуха.
Если
, то
(2.3)
Если
, то
(2.4)
Определение суммарной охлаждающей силы воздушной среды с помощью кататермометра производится следующим образом. Прибор погружают в воду, нагретую до 60–70 °С (но не более 80 °С во избежание закипания спирта в приборе и разрыва резервуара), держат его в воде до заполнения спиртом на 1/3 или 1/4 объёма верхнего расширения капилляра. Затем кататермометр вынимается из воды, тщательно вытирается и подвешивается в точке замера. Прибор охлаждается окружающим воздухом. При достижении столбиком спирта 38 °С включают секундомер и замеряют время охлаждения прибора (Т, с) на 3° (от 38 °С до 35 °С). Далее производятся расчёты.
Скорость движения воздуха менее 1 м/с также измеряется термоанемометрами. В основу работы термоанемометра положен принцип охлаждения датчика, находящегося в воздушном потоке и нагреваемого электрическим током.
Датчик представляет собой полупроводниковое микросопротивление. Питание прибора осуществляется либо от сети напряжением 220 В, либо от малогабаритных батареек напряжением 1,5 В.
Термоанемометром измеряют скорости движения воздуха от 0,03 до 5 м/с при температуре от 1 до 60 °С. С помощью термоанемометра можно измерить и температуру воздуха помещения, для чего производят соответствующее переключение прибора.
Изучение барометрического давления при исследовании метеорологических условий позволяет, с одной стороны, полнее учесть зависимость температуры и относительной влажности воздуха от барометрического давления (при повышении давления температура повышается), а с другой стороны, существенно влияние этого показателя на характерные эндотермические (испарение влаги) и экзотермические (конденсация пара) процессы, оказывающие большое влияние на метеорологический комфорт.
Барометр-анероид (рис. 2.7), предназначен для измерений атмосферного давления в пределах от 600–800 мм рт. ст.
1 – корпус; 2 – анероид; 3 – стекло; 4 – шкала;
5 – металлическая пластина; 6 – стрелка; 7 – ось
Главная часть барометра-анероида – лёгкая, упругая, полая внутри металлическая коробка (анероид) 2 с гофрированной (волнистой) поверхностью. Воздух из коробочки откачан. Её стенки растягивает пружинящая металлическая пластина 5. К ней при помощи специального механизма прикреплена стрелка 6, которая насажена на ось 7. Конец стрелки передвигается по шкале 4, размеченной в мм рт. ст. Все детали барометра помещены внутрь корпуса 1, закрытого спереди стеклом 3.
Значение давления определяется как алгебраическая сумма отсчёта по шкале и поправок, которые указаны в паспорте прибора.
Интенсивность теплового излучения измеряют актинометрами различных конструкций, действие которых основано на поглощении лучистой энергии и превращении её втепловую, количество которой регистрируется различными способами.
Обеспечение требуемых нормами метеорологических условий и чистоты воздуха в рабочей и обслуживаемой зонах помещений устраивается системами вентиляции, кондиционированием воздуха и отоплением.
Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязнённого воздуха и подачу на место удалённого свежего чистого воздуха.
Промышленную вентиляцию применяют для технических и санитарно-гигиенических целей. Для технических целей её используют в различных технологических процессах, в санитарно-гигиенических целях вентиляцию применяют для создания нормальных условий труда путём правильного воздухообмена в производственных помещениях. Воздухообмен осуществляется путём удаления из помещения воздуха, не отвечающего требованиям санитарных норм, и подачи чистого свежего воздуха. В этом процессе количество удаляемого и подаваемого воздуха должно быть равно.
По способу перемещения воздуха различают два основных вида вентиляции: естественную и механическую.
Выбор системы вентиляции зависит от особенностей производственного процесса, типа здания, характера выделяющихся вредностей и необходимой кратности воздухообмена.
Вентиляцию называют естественной, если воздухообмен осуществляется путём использования естественного движения воздуха в результате теплового или ветрового напора. Тепловой напор создаётся в результате наличия разности температур или разности удельных весов внутреннего и наружного воздуха, а ветровой – движением наружного воздуха.
Естественную вентиляцию называют аэрацией, когда естественный воздухообмен организован, т.е. осуществляется путём регулирования притока и вытяжки, за счёт открытия форточек, стенных клапанов, фонарей.
На практике имеет место и неорганизованный способ естественной вентиляции (инфильтрация), т.е. когда воздухообмен осуществляется за счёт случайных отверстий и щелей в оконных и дверных проёмах, в стенах и перекрытиях зданий и возможен в помещениях, где необходим не более, чем однократный обмен воздуха в час.
При механической вентиляции воздухообмен достигается за счёт разности давлений, создаваемой вентилятором, который приводится в движение электромотором. Механическая вентиляция применяется в случаях, когда тепловыделения в цехе недостаточны для систематического использования аэрации, а также, если количество или токсичность выделяющихся в помещение вредных веществ требует поддержания постоянного воздухообмена независимо от внешних метеорологических условий.
При механической вентиляции воздух почти всегда подвергается предварительной обработке. В зимнее время приточный воздух подогревается, а в летнее – охлаждается. В необходимых случаях воздух увлажняется или осушается. Если удаляемый (подаваемый) механической вентиляцией воздух запылён или содержит в большом количестве вредные газы и пары, он подвергается очистке.
Вентиляционные системы по их назначению подразделяются на вентиляцию приточную, вытяжную и приточно-вытяжную, а также рабочую и аварийную.
В зависимости от места применения различают вентиляцию: общеобменную, предназначенную для обмена воздуха всего помещения, и местную, обеспечивающую приток или вытяжку воздуха непосредственно на рабочем месте, т.е. у мест выделения вредностей.
В тех помещениях, где возможно внезапное поступление токсических или взрывоопасных веществ, устраивается аварийная вытяжная вентиляция, включение которой производится автоматически от показаний газоанализаторов, настроенных на допустимую по санитарным и противопожарным требованиям концентрацию газов или паров.
Независимо от наличия искусственной вентиляции во всех помещениях необходимо предусматривать также устройство проёмов в ограждениях (форточки, фрамуги) для проветривания.
Механическая вентиляция может быть устроена таким образом, что в вентилируемом помещении поддерживаются постоянные, заранее заданные условия температуры, влажности, чистоты воздуха независимо от наружных условий и колебаний режима технологического процесса. Такая вентиляция называется кондиционированием воздуха.
Обычно кондиционированный воздух до поступления в помещение проходит тепловлажную обработку в установках, называемых кондиционерами, которые состоят из устройств нагрева воздуха – калориферов, устройств охлаждения воздуха – поверхностных или контактных воздухоохладителей, устройств осушения воздуха.
Воздух в калориферах получает тепло от оребрённых или гладких поверхностей трубок, по которым протекает теплоноситель – вода или пар.
В поверхностных воздухоохладителях воздух отдаёт тепло поверхностям трубок, по которым пропускается холодная вода или другой холодоноситель. В контактных охладителях происходит непосредственный контакт охлаждаемого воздуха с водой, обычно воздух проходит через дождевое пространство камеры орошения, в которой форсунками разбрызгивается охлаждённая вода. Осушение воздуха производится влагопоглощающими веществами: твёрдыми (силикатель), жидкими (растворы хлористого лития, хлористого кальция).
Количественно любой способ воздухообмена можно охарактеризовать кратностью воздухообмена, т.е. величиной, показывающей, сколько раз в единицу времени (в минуту, час) происходит полная смена всего объёма воздуха в помещении.
Требования безопасности, предъявляемые к системе вентиляции, изложены в ССБТ ГОСТ 12.4.021–75:
— вентиляторы вытяжных систем, обслуживающих помещения с производствами категорий А, Б должны быть выполнены из материалов, не вызывающих искрообразования;
— взрывоопасность и пожароопасность производственных помещений не должна увеличиваться применением вентиляционных систем;
— вентиляционные системы, обслуживающие помещения с производствами категорий А, Б, где возможно появление статического электричества, должны обеспечивать электростатическую безопасность и иметь заземление.
В помещениях с постоянным или длительным (более 24 часов) пребыванием людей следует предусматривать в холодный период года поддержание требуемых температур внутреннего воздуха путём подачи тепла системами отопления.
Системы отопления зданий должны удовлетворять следующим требованиям, т.е. обеспечивать:
— равномерный нагрев воздуха помещения в течение отопительного периода;
— безопасность в отношении пожара и взрывов;
— увязку с системами вентиляции;
— уровни звуковых давлений в пределах нормы;
— наименьшее загрязнение атмосферного воздуха.
Системы отопления разделяются на местные и центральные. В местных системах отопления теплогенератор (котёл), теплопроводы (трубы) и нагревательные приборы (батареи) объединены и находятся в отапливаемом помещении. В центральных системах отопления выработка тепла происходит в каком-либо центре (в котельной), а теплоноситель к нагревательным приборам, находящимся в отапливаемом помещении, подаётся по трубопроводам.
В зависимости от вида используемого теплоносителя отопление бывает водяное, паровое и воздушное.
Системы водяного отопления подразделяются:
— по принципу подводки теплоносителя к нагревательным приборам – на двухтрубные и однотрубные;
— на системы с естественным побуждением (циркуляцией) и искусственным побуждением – с применением циркуляционного насоса;
— на системы с верхней разводкой и системы с нижней разводкой.
Водяное отопление более безопасно (по отношению к паровому), т.к. температура нагревательных приборов не превышает 80–90 °С.
Системы парового отопления подразделяются на системы с верхней разводкой и системы с нижней разводкой. В паровых системах отопления водяной пар, конденсируясь в нагревательных приборах, выделяет скрытую теплоту парообразования. Это тепло передаётся в помещение через стенки нагревательного прибора, а конденсат по конденсатопроводу стекает снова в котел для повторного использования. Недостатки парового отопления: высокая температура нагревательных приборов, которая может привести к возгоранию легковоспламеняющихся веществ и пыли, и как следствие, к ожогам обслуживающего персонала.
Системы воздушного отопления могут быть отопительными, в которых осуществляется полная рециркуляция воздуха, и отопительно-вентиляционными – используемые свежий воздух. Воздушное отопление обладает следующими преимуществами: гигиеничностью, безопасностью, быстрым повышением температуры воздуха в помещении, исключением множества местных нагревательных приборов. Воздушное отопление целесообразно применять для отопления крупных производственных помещений.
Основой аттестации рабочих мест по условиям труда является соответствие параметров воздуха данным, приведённым в таблицах 2.6, 2.7, 2.8 и 2.9, характеризующим класс условий труда по показателям микроклимата для производственных помещений и открытых территорий в различные периоды года.