Файл: Uchebnoe_posobie_OT.doc

При снижении температуры окружающего воздуха кровеносные сосуды кожи сужаются, приток крови к поверхности тела замедляется, снижается отдача тепла. Сильное охлаждение приводит к обморожению кожи. Снижение температуры тела до 35°С вызывает болезненные ощущения, при снижении ее ниже 34°С наступает потеря сознания и смерть.

Санитарными нормами и правилами (СН) установлены оптимальные микроклиматические условия производственной среды: 19 – 21°С для кабинетов компьютерной техники; 17 – 20°С для учебных классов, кабинетов, аудиторий и спортивного зала; 16 – 18°С для учебных мастерских, вестибюля, гардероба и библиотеки. Относительная влажность воздуха принята за норму 40 – 60%, в теплое время до 75%, в классах компьютерной техники 55 – 62%. Скорость движения воздуха должна находиться в пределах 0,1 – 0,5 м/с, а в теплое время года 0,5 – 1,5 м/с и 0,1 – 0,2 м/с для помещений с вычислительной техникой.

Жизнедеятельность человека может проходить в широком диапазоне давлений 73,4 – 126,7 кПа (550 – 950 мм. рт. ст.), однако наиболее комфортное самочувствие имеет место при нормальных условиях (101,3 кПа, 760 мм. рт. ст.). Изменение давления в несколько сотен Па от нормальной величины вызывает болезненные ощущения. Также для здоровья человека опасна быстрая смена давления.

1.2. Приборы и методы измерения температуры

Температура – физическая величина, количественно характеризующая степень нагретости тела. Существует довольно много температурных шкал, однако наиболее распространенными являются шкалы Цельсия и Кельвина.

Абсолютная термодинамическая шкала Кельвина Т, К – шкала, в которой за начало отсчета (0 К) принята температура абсолютного нуля – минимально возможная во Вселенной температура, при которой должно прекратиться тепловое движение атомов и молекул. Кельвин является единицей измерения температуры в системе СИ.

Термодинамическая шкала Цельсия t, ºС – шкала, в которой за начало отсчета (0ºС) принята температура плавления льда при нормальном давлении, а при 100ºС – температура кипения воды при нормальном давлении.

Связь между данными шкалами определяется

T = t + 273,15. (1.1)

Для измерения температуры окружающего воздуха применяется шкала Цельсия.

Термометр – прибор, предназначенный для измерения температуры. Существуют следующие конструктивные разновидности термометров:

- жидкостно-стеклянные – используют изменение объема жидкости при изменении ее температуры;

- механические – используют различное тепловое расширение двух разнородных твердых тел;

- барометрические – используют изменение объема газов при изменении их температуры;

- термометры сопротивления – принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления проводников и полупроводников от температуры;

- термоэлектрические – термо-ЭДС в замкнутой цепи из двух разнородных металлов зависит от разности температур спаев;

---

- пирометры – приборы бесконтактного измерения температуры через определение параметров излучения.

Из всех типов термометров для измерения температуры воздуха используются жидкостно-стеклянные. Их принцип действия основан на тепловом расширении жидкости в стеклянном баллоне.

V = V₀(1 + βT), (1.2)

где V₀ – объем жидкости при температуре 0°С; β – объемный коэффициент расширения, 1/°С; Т – температура тела, °С.

Термометр данного типа состоит из стеклянного баллона, внутри которого находится шкала и капиллярная трубка, частично заполненная рабочим веществом. Конструктивно термометры делятся на палочные (рис. 1.1, а) и со вложенной шкалой (рис. 1.1, б)

В качестве рабочего вещества используют этиловый спирт и ртуть. Термометры данного типа измеряют температуру в пределах от -100 до 400ºС, так как спирт замерзает при температуре -110ºС, а кипение ртути начинается при 350ºС.

П реимуществами жидкостно-стеклянных термометров являются достаточно высокая точность, простота, дешевизна. К недостаткам можно отнести невозможность записи результатов дистанционных измерений, тепловую инерцию и низкую прочность.

Температуру воздуха чаще всего измеряют спиртовыми термометрами, однако в помещениях с высоким уровнем теплового излучения ее следует определять с помощью парного термометра, состоящего из двух ртутных термометров, резервуар одного из которых –

зачерненный, а другой – посеребренный.

Рис. 1.1 – Жидкостно- стеклянные термометры

Действительную температуру воздуха в рабочей зоне (без учета влияния излучения) рассчитывают по формуле

t = t_з – k(t_з – t_п), (1.3)

где t_з – показания зачерненного термометра; k – константа прибора, указанная в его паспорте и t_п – показання посеребренного термометра.

1.3. Приборы и методы измерения атмосферного давления

Сила веса воздушного столба высотой 10 км, действующая на единицу земной поверхности, называется атмосферным давлением. В системе СИ за единицу давления принят Паскаль (Па)

, (1.4)

Однако, 1 Па – очень малая величина давления, поэтому при измерении атмосферного давления пользуются кратными единицами: кПа = 1000 Па и МПа = 10⁶ Па = 1000 кПа.

Кроме Паскаля для измерения атмосферного давления также используются внесистемные единицы – миллиметры ртутного (водяного) столба и бары, причем

1 бар = 101,3 кПа = 760 мм. рт. ст.,

именно такое значение имеет атмосферное давление на уровне моря.

Прибор для измерения атмосферного давления называется барометром. Наиболее распространенным типом является металлический барометр-анероид, конструкция которого показана на рис. 1.2. Основу анероида составляет цилиндрическая камера К, из которой откачан воздух. Камера герметично закрыта тонкой гофрированной (волнистой) мембраной М. Чтобы атмосферное давление не сплющило мембрану, она с помощью тяги Т соединена с пружиной П, закрепленной на корпусе прибора. К пружине шарнирно п рикреплен нижний конец стрелки С, которая может вращаться вокруг оси О. Для измерения показаний прибора служит шкала Ш. При изменении атмосферного давления мембрана прогибается внутрь или наружу и перемещает стрелку по шкале, показывая значение давления (шкалу барометра-анероида градуируют и поверяют по показаниям ртутного барометра).

---

Рис. 1.2 – Принципиальная схема барометра-анероида

А нероиды очень удобны в работе, прочны, малогабаритны, но менее точные, чем ртутные барометры. Внешний вид барометра-анероида показан на рис. 1.3.

Рис. 1.3 – Барометр-анероид

Согласно барометрической формуле

(1.5)

то есть значение атмосферного давления зависит от высоты над поверхностью Земли, потому шкалу барометра-анероида можно проградуировать в метрах согласно распределения давления по высоте. Анероид, имеющий шкалу, по которой можно определить высоту подъёма над Землей, называют альтиметром (высотомером). Их широко используют в авиации, парашютном спорте, альпинизме.

1.4. Приборы и методы измерения влажности воздуха

Атмосферный воздух всегда содержит определенное количество водяного пара, поэтому по сути является механической смесью сухого воздуха и водяного пара, соответствующей законам идеальных газов. Для характеристики степени влажности воздуха используют абсолютную и относительную влажность.

Абсолютная влажность – количество водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, измеряется в кг/м³ (г/см³).

Относительная влажность – отношение действительной плотности (давления) воздуха, к максимально возможной при данной температуре:

(1.6)

Относительная влажность воздуха выражается в процентах и является одной из главных метеорологических величин. Для определения влажности воздуха используют психрометрические и волосяные гигрометры.

Психрометр бытовой служит для измерения температуры и влажности воздуха. Он состоит из двух термометров (рис. 1.4, а), причем резервуар правого термометра завернут в ткань, смоченную водой. Левый термометр сухой и служит для измерения температуры воздуха. Отсчеты по правому и левому термометрам одновременно служат для вычисления относительной влажности воздуха.

К лочок ткани, окутывающей шарик термометра, должен быть чистым, в случае загрязнения его необходимо заменить новым. При постоянной эксплуатации заменять ткань следует раз в две недели.

Вблизи прибора не должно быть никаких предметов, имеющих температуру, отличную от температуры воздуха, которые могут повлиять на показания прибора.

Влажность определяют с помощью психрометричних таблиц и графиков (Приложения А и В), методика определения приведена в лабораторной работе 1.

Рис. 1.4 – Приборы измерения влажности: а - психрометр бытовой; б – волосяной гигрометр

Волосяной гигрометр (рис. 1.4, б) также предназначен для измерения относительной влажности воздуха. Действие прибора основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении относительной влажности окружающего воздуха. Основное назначение волосяного гигрометра – измерять влажность в морозное время, когда по психрометру влажность не определяется. Но поскольку отсчеты по гигрометру требуют поправок, получаемых через сравнение с психрометром, то наблюдения по гигрометру ведут на протяжении всего года. Если при отсчете окажется, что конец стрелки вышел за сотое деление, то надо примерно оценить, на каком делении оказалась бы стрелка, если бы шкала была продлена на 110 и записать «экстраполированный» отсчет. Температура воздуха отсчитывается по сухому термометру психрометра.

---

1.5. Приборы и методы измерения скорости воздуха

Скорость движения воздушного потока в рабочих помещениях оказывает существенное влияние на тепловое состояние организма человека и условия теплообмена с окружающей средой. Измеряют скорость движения воздуха с помощью анемометров, электрических анемометров и кататермометров.

А немометр состоит из крыльчатого или чашечного колеса, насаженного на ось счетчика (рис. 1.5). При проходе воздуха колесо вращается, а счетчик отсчитывает скорость по частоте вращения оси. Существуют анемометры с часовыми механизмами, которые позволяют автоматически регистрировать скорость воздуха. Предел измерения чашечных анемометров от 1 до 35 м/с, крыльчатых – от 0,5 до 10 м/с.

Электрический анемометр при работе использует зависимость температуры провода, нагретого постоянным током, от скорости воздуха, которым данный провод обдувается. Температуру нагретой нити воспринимает «горячий» спай термопары, «холодный» спай имеет температуру окружающего воздуха. По величине термо-ЭДС, возникающей в цепи и регистрируемой миливольтметром, определяется скорость движения воздуха.

Рис. 1.5 – Анемометр

Кататермометр – спиртовой термометр с цилиндрическим сосудом для спирта, который применяется при измерении небольших скоростей воздуха (до 0,5 м/с) при его слабой естественной циркуляции в помещении. Работа с прибором заключается в определении охлаждающего эффекта от воздуха. Сначала кататермометр нагревают до 60°С (при этом спирт заполняет верхнее расширение капилляра примерно наполовину), после чего вытирают насухо и вывешивают горизонтально. После этого измеряют время t, за которое температура спадет от 38 до 35°С и определяют величину охлаждения по формуле:

(1.7)

где F – постоянная прибора, определенная при его поверке.

Скорость движения воздуха определяют по формуле:

(1.8)

где Q – разница средней температуры кататермометра (36,5°С) и температуры воздуха в месте измерения ; В = 0,903 и k = 1,994 при υ ≤ 1 м/с; В = 0,366 и k = 0,174 при υ ≥ 1 м/с. Также скорость можно определить по специальной таблице (Приложение Д).

Самостоятельная работа № 1

РАСЧЕТ ОТОПЛЕНИЯ И ТЕПЛОВОЙ ЗАВЕСЫ РАБОЧЕГО ПОМЕЩЕНИЯ

Цель работы: освоить алгоритм расчета механической вентиляции, тепловых завес и отопления рабочих помещений.

Задача 1. Выполнить расчет отопления участка покраски автомобилей, имеющего следующие размеры: длина а = 20 м, ширина b = 18 м высота h = 4 м. Принять среднюю температуру наружного воздуха в период отопительного сезона t_нар = - 5°С.

Решение

Целью данного расчета является определение суммарной площади нагревательных приборов. Требования санитарных норм для температуры в помещениях различных типов в холодный период года приведены в Приложении Ж, по которому находим среднюю допустимую температуру внутри участка покраски

---

°С.

Определяем площадь участка покраски

м²

и объем воздуха на участке

м³.

Количество теплоты, необходимое для отопления данного помещения находим по формуле:

кДж/ч,

где q_о = 2,08 кДж/час – расход теплоты на отопление 1 м³ помещения.

Количество теплоты, необходимое для вентиляции:

кДж/ч,

где q_в = 1,5 кДж/час– расход теплоты на вентиляцию 1 м³ помещения.

Суммарные затраты на отопление и вентиляцию помещения:

кДж/ч.

Суммарная площадь нагревательных поверхностей на участке:

м²,

где К_П = 40 кДж/(м²·ч·°С) – коэффициент для стальных нагревательных конструкций; t_Т = 100°С – средняя расчетная температура теплоносителя в случае пара низкого давления.

Задача 2. Выполнить расчет тепловой завесы на участке технического обслуживания и текущего ремонта автомобилей, если ворота участка имеют следующие размеры: ширина х = 3 м; высота b = 2,3 м; толщина щели воздуховода δ = 10 см. Температура наружного воздуха t_нар = -17ºС, средняя скорость движения наружного воздуха υ = 2 м/с.

Решение

Эффективной мерой защиты производственных помещений от попадания холодного наружного воздуха при открывании ворот является организация воздушных завес. Завесы предусматриваются при температуре наружного воздуха ниже -15°С для помещений, в которых ворота открываются не менее 10 раз в течение часа.

Конструкция воздушных завес предполагает наличие нагнетательного воздухопровода с длинной и узкой щелью толщиной δ, через которую выпускается препятствующая поступлению в помещение холодного воздуха воздушная струя под углом 10 – 45°.

Объем наружного воздуха, поступающего в помещение при отсутствии тепловой завесы

м³/ч.

Из уравнения Менделеева-Клайперона определим плотность наружного воздуха при данной температуре

где μ = 29·10^-3 кг/моль – молярная масса воздуха; R = 8,31 Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная; Т – температура наружного воздуха, переведенная в систему СИ по формуле

Т = 273 + t_нар = 273 + (-17) = 256 К.

Масса внешнего воздуха, поступающего в помещение при отсутствии тепловой завесы

кг/ч.

Для определения параметров тепловой завесы найдем вспомогателный коэффициент R

;

где φ = 0,45 – коэффициент, учитывающий наклон струи и степень ее турбулентности.

Количество рециркуляционного воздуха, необходимого для работы завесы

кг/ч,

где η = 0,6 – КПД воздушной завесы.

Рекомендуемая средняя температура на участке ТО и ТР автомобилей определяется по Приложению Ж

°С = 289 К.

Плотность воздуха, выходящего из щели воздухопровода

Тогда скорость выхода воздуха из щели при данной температуре

м/с.

Количество наружного воздуха, поступающего в помещение при наличии тепловой завесы

Определяем температуру смеси из наружного воздуха и воздуха, подаваемого на завесу

°С.

Необходимый расход воздуха на завесу для поддержания необходимой температуры составляет

кг/ч.

---