Лабораторная работа № 3

Оценка микроклимата аудитории

3.1. Цель работы

Определить метеорологические условия (температуру, относительную влажность, скорость движения воздуха), а также барометрическое давление в аудитории.

3.2. Общие сведения

С точки зрения физики, человеческий организм представляет собой обычную незамкнутую термодинамическую систему. Поэтому для нормального самочувствия человека должен быть обеспечен тепловой баланс между его организмом и окружающей средой, т.е. интенсивность тепловыделения организма (от 85 Вт в состоянии покоя до 500 Вт при тяжёлой физической работе) должна быть равна интенсивности отдачи тепла во внешнюю среду. В противном случае будет иметь место переохлаждение либо, наоборот, перегрев организма, чему сам организм до определённых пределов способен препятствовать.

Свойство организма человека поддерживать постоянную температуру тела называется терморегуляцией. Различают химическую и физическую терморегуляцию.

Химическая терморегуляция заключается в изменении интенсивности усвоения пищи и обмена веществ. Она сопровождается как непосредственно повышением или понижением (в зависимости от температуры) уровня тепловыделения, так и созданием в организме запаса внутренней (химической) энергии, способной превратиться в тепло при совершении физической работы.

При физической терморегуляции изменяется интенсивность теплоотдачи во внешнюю среду. Различают ниже перечисленные механизмы физической терморегуляции:

1. Конвекция, т.е. передача тепла окружающему воздуху при непрерывном обновлении контактирующих с кожей его объёмов (как известно, нагрев воздуха сопровождается его расширением и перемещением более тёплых объёмов вверх). Следует подчеркнуть, что только конвективный тепломассоперенос обеспечивает охлаждение организма, ибо воздух является хорошим теплоизолятором. Интенсивность процесса зависит, главным образом, от температуры воздуха, а влиять на неё можно путём изменения скорости обновления контактирующих с телом объёмов воздуха: замедлить с помощью толстого шерстяного свитера или ускорить путём принудительного обдува. Последний пример показывает, что на интенсивность отдачи тепла влияет и скорость движения воздуха.

2. Тепловое (инфракрасное) излучение. Этот механизм охлаждения организма эффективен, когда температура тела заметно выше температуры окружающих предметов. Если последняя, наоборот, выше температуры тела, то получаемое организмом за счет излучения окружающих предметов количество теплоты окажется больше отдаваемого путём теплового излучения самого человеческого тела.

Организм способен управлять интенсивностью отдачи тепла по первым двум механизмам за счёт расширения или сужения подкожных кровеносных сосудов.

3. Затрачивание тепла на испарение влаги (пота). При температуре воздуха и окружающих предметов выше температуры тела этот механизм остается единственным. Следует подчеркнуть, что охлаждение происходит не в результате выделения пота, а только при его испарении. Поэтому эффект возрастает при интенсификации испарения за счёт уменьшения относительной влажности, роста скорости воздуха, а также температуры. В горных районах на интенсивность испарения может влиять и понижение барометрического давления. Только благодаря испарительному механизму охлаждения, человек способен выживать при температурах выше 42 °С (температура сворачивания белка в клетках коры головного мозга).

При температуре среды около 20 °С теплоотдача составляет: путём конвекции — 31 %, излучения — 43,7 %, испарения — 21,7 %. Остальное тепло расходуется на нагревание вдыхаемого воздуха, пищи, питья (приём горячей пищи и напитков приводит, наоборот, к уменьшению расхода тепла). В состоянии покоя человек отдаёт в среднем 2400 — 2700 кДж в сутки.

Следует отметить, что на интенсивность расхода тепла организмом может напрямую (за счёт теплопередачи) влиять и температура (а также теплопроводность) объектов, находящихся в непосредственном контакте с телом. Например, длительное нахождение на холодном и влажном полу (особенно в пропускающей влагу обуви) может привести к переохлаждению организма.

Под микроклиматом понимается климат в помещении. Он определяется температурой, влажностью, подвижностью воздуха и атмосферным давлением. Микроклимат влияет на организм человека, поэтому он изучается и нормируется.

К параметрам микроклимата (метеоусловиям) относятся те параметры внешней среды, которые влияют на тепловой баланс организма. Микроклимат помещения характеризуется температурой воздуха, относительной влажностью и скоростью движения воздуха

При определенном сочетании этих параметров наступает комфортное состояние человека, а значения этих параметров называют оптимальными или комфортными.

Таблица 3.1

Нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений

Оптимальные микроклиматические условия – это такое сочетание параметров микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивает ощущение теплового комфорта и создает предпосылки для высокой работоспособности.

Допустимые микроклиматические условия – это такое сочетание параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать напряжение реакций терморегуляции и которые не выходят за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает нарушений в состоянии здоровья, не наблюдаются дискомфортные теплоощущения, ухудшающие самочувствие, и понижение работоспособности.

Климатические условия помещений оказывают большое влияние на самочувствие и работоспособность человека, на производительность его труда и безопасность работы.

Параметры микроклимата непосредственное влияют на тепловое самочувствие человека и его работоспособность. Например, понижение температуры и повышение скорости воздуха способствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма. При повышении температуры воздуха возникают обратные явления.

На основе этих документов в рабочей зоне производственных помещений должны поддерживаться оптимальные значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха с учетом избытков явного тепла, тяжести выполняемой работы и сезона года.

В табл. 3.1 приведены оптимальные и допустимые значения параметров микроклимата.

3.3. Приборы и оборудование

Для измерения температуры воздуха применяются ртутные и спиртовые термометры с ценой деления не более 0,2 °С, можно также использовать термопары, термометры сопротивления, термографы, обеспечивающие непрерывную запись температуры на ленте.

Температуру воздушной среды можно измерить также с помощью психрометров и термоанемометров. Если в помещении имеются тепловые излучения, то используется парный термометр.

Относительная влажность воздуха определяется с помощью психрометра Ассмана (рис. П.3). Психрометр Ассмана позволяет определять относительную влажность воздуха при её значениях, приближающихся к 100 %. Прибор состоит из двух ртутных термометров: сухого и влажного. Термометры помещены в трубки защиты с воздушным зазором между ними. Резервуар влажного термометра дополнительно обёрнут батистом и размещён во внутренней трубке. В корпусе установлены заводной механизм и вентилятор. Пружина заводного механизма заводится ключом. Время действия механизма после завода 8-10 минут. Прибор работает следующим образом. Вращением вентилятора в прибор всасывается воздух, который проходит между резервуарами термометров и трубками защиты в воздуховодную трубку к вентилятору и выбрасывается последним наружу через прорези в корпусе. Сухой термометр будет показывать истинную температуру воздуха, а показания влажного термометра будут меньше за счет испарения воды с поверхности батиста, облегающего резервуар. При этом за счет усиления испарения вследствие обдувания влажного термометра достаточно стабильным потоком воздуха повышается чувствительность прибора.

Для измерения скорости движения воздуха применяются крыльчатые, чашечные и термоэлектрические анемометры. Крыльчатые анемометры применяются для измерения скорости ветра от 0,2 до 5 м/с ; чашечные - от 1 до 30 м/с (рис. П.3).

3.4. Порядок проведения работы

Определить температуру и относительную влажность воздуха в помещении с помощью аспирационного психрометра.

Подготовка прибора к работе заключается в следующем: с помощью пипетки смочить водой обертку влажного термометра, при этом прибор необходимо вертикально держать головкой вверх, чтобы вода не попала в гильзы и головку прибора. Затем прибор подвешивается в том месте, где необходимо сделать замер. Отсчет показаний температуры необходимо проводить через 2-3 мин во время полного хода вентилятора. По показаниям сухого и мокрого термометров при помощи номограммы (рис. П.4) определяют относительную влажность воздуха.

Влажность воздуха можно определить по формулам

для абсолютной влажности:

e=E_вл-а(t_сух-t_вл)H , Па; (3.1)

для относительной влажности:

u=(e/E_сух)100% , %, (3.2)

где E_сух и E_вл – упругость насыщенного пара, Па, при температуре t_сух и t_вл (табл. 3.2);

t_сух и t_вл –температура по показаниям сухого и влажного термометров;

а -психрометрический коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха (0,00067 для психрометра Ассмана);

Н - барометрическое давление, Па.

Таблица 3.2

Упругость насыщенных паров, Па, при различных температурах

Именно относительная (а не абсолютная) влажность воздуха определяет скорость испарения. Поэтому она и взята в качестве параметра микроклимата. Повышенная влажность (> 85 %) затрудняет испарение пота, а слишком низкая (< 20 %) вызывает пересыхание слизистых оболочек (глаза, дыхательные пути).