Исследование микроклимата в промышленных помещениях
Несмотря на знание гигиенических и биологических особенностей воздействия инфракрасного излучения на живые ткани, в отечественной и зарубежной литературе практически отсутствуют систематизированные данные, характеризующие системы отопления и обогрева с ГИГ с точки зрения теплотехники и гигиены. Эти системы отопления должны стать предметом широкого натурного исследования, так как только при этом могут выявиться их достоинства и недостатки, определиться оптимальные параметры микроклимата, уточниться методика расчета этих систем, а также могут быть внесены соответствующие коррективы в нормативные требования.
В СССР параметры микроклимата в помещениях различного назначения, отапливаемых с помощью ГИГ, изучаются на протяжении нескольких лет (Ж. В. Мирзоян, А. К. Родин, Г. Н. Репин, В. В. Иванов и другие). На основании этих исследований можно сделать общий вывод: правильно запроектированные, учитывающие особенности лучистого теплообмена, выброса продуктов сгорания в отапливаемое помещение, допустимая интенсивность облученности людей или животных и равномерное или необходимое распределение поверхностной плотности энергии на внутренних поверхностях ограждений системы и установки отопления создают благоприятные параметры микроклимата и во многих случаях превосходят по технико-экономическим показателям конвективные системы отопления, особенно при отоплении помещений с большой кратностью воздухообмена.
Газовое инфракрасное отопление промышленных цехов в настоящее время применяется достаточно широко [64, 69]. Ниже приведены в качестве примера основные параметры и характеристики газового инфракрасного отопления шихтового пролета и гидропескоочистного отделения литейного корпуса станкостроительного завода, а также пролетов сборочного корпуса и инструментального цеха машиностроительного завода.
Шихтовый пролет площадью 1008 м2 обогревается 56 горелками ГИИ-3, установленными на высоте 10,2 м на нижнем поясе ферм перекрытия (рис. 5.5). Тепловая мощность системы отопления 416,82 кВт. Средняя плотность излучения, отнесенная к 1 м2 площади пола, составляет 247,7 Вт/м2. Площадь гидропескоочистного отделения 360 м2 (рис. 5.6). Первоначально было установлено 20 излучателей ГИИ-8, работающих на газе среднего давления доведена до 253 кВт, а удельная тепловая нагрузка составила 421 Вт/м2.
Сборочный корпус машиностроительного завода имеет три пролета общей шириной 57 м, длина двух пролетов 84, а третьего 42 м. Общая площадь отапливаемых помещений 4032 м2. Система отопления состоит из 128 горелок ГИИ-31. Тепловая мощность горелки 7443 Вт, лучистый КПД 55%- Установочная мощность системы 952,8 кВт. Средняя плотность излучения, отнесенная к 1 м2 площади пола, составляет 236,3 Вт/м2. Горелки расположены на стенах и на колоннах на высоте 3—4 м от пола, поверхность излучения их направлена под углом 60° к плоскости пола (рис. 5.8).
Инструментальный цех, площадь пола которого составляет 430 м2, имеет высоту 9,5 м. Общая тепловая мощность системы отопления 96,76 кВт. Система оборудована 13 горелками типа ГИИ-31 (рис. 5.9). Средняя плотность излучения, отнесенная к 1 м2 обогреваемой поверхности пола, равна 135 Вт/м2. Расположение горелок настенное, на высоте 3,5 м от пола (рис. 5.10).
Исследования параметров микроклимата в гидропескоочистном отделении литейного цеха позволили выявить характер распределения температур воздуха и внутренних поверхностей ограждений. Температура воздуха в рабочей зоне (Я—2 м) 7,5—19 °С (рис. 5.11). Более низкая температура воздуха в рабочей зоне по сравнению с температурой пола в цехе объясняется тем, что воздух, будучи «прозрачным» для инфракрасного излучения, нагревается в основном только за счет конвекции от пола, ограждающих конструкций и оборудования, которые поглощают инфракрасное излучение. Повышение температуры воздуха с высотой происходит за счет поглощения инфракрасного излучения пылью, которой всегда довольно много в воздухе (песок, формовочная земля). Температура воздуха в зоне расположения горелок на высоте более 8 м выше, чем в рабочей зоне, за счет уходящих продуктов сгорания газа. В зависимости от температуры наружного воздуха она колебалась от 14 до 26 °С.
При наблюдении за температурой пола, закрытого рабочей площадкой, а также предметов, защищенных от облучения, отмечается некоторое понижение температуры по сравнению с окружающим воздухом на 3 °С.
При лучистом отоплении характерная особенность кривых температуры воздуха по вертикали заключается в изгибе в сторону повышения ее у пола (рис. 5.12, а). При конвективных системах отопления также наблюдается изгиб кривых температуры воздуха у пола, но в сторону понижения температуры (рис. 5.12,6). Указанное обстоятельство свидетельствует о гигиеническом преимуществе систем лучистого отопления (теплый пол). Измерения температуры воздуха показали более равномерное распределение ее по горизонтальным зонам при использовании данной системы отопления. Колебания температуры воздуха по высоте рабочей зоны не превышали 2,3 °С, а на уровне головы человека (1,7 м) 1,2 °С (рис. 5.13). Средняя температура воздуха рабочей зоны 8—18 °С.
При газовом инфракрасном отоплении с расположением горелок выше 3 м от уровня пола конвекционные токи воздуха в рабочей зоне ослабляются. На уровне нахождения излучателей они сильнее, что обусловлено высокой температурой продуктов сгорания. Измерения температуры уходящих, разбавленных воздухом, продуктов сгорания показали, что в непосредственной близости над горелкой она составляет 80—136 °С. Скорость движения воздуха, измеренная кататермометром, в рабочей зоне (на высоте 1,5 м от пола) 0,062—0,077, а у пола 0,11—0,45 м/с. Повышение ее до 0,45 м/с наблюдалось в зоне ворот цеха, что объяснялось интенсивной инфильтрацией.
Облученность пола, измеренная в различных точках цеха, была неодинакова: при работе потолочных излучателей в центре помещения она равнялась 181, у наружной стены 86—59 Вт/м2; при работе всех излучателей облученность у наружной стены 244— 256, а в центре 198 Вт/м2.
Анализ воздушной среды показал, что до включения горелок содержание СО в воздухе рабочей зоны составляло после проветривания помещения 0,002 %, а после включения всех горелок и работы их в течение 3 ч при кратности воздухообмена 1,5—1,8 оно составило 0,0027 %, т. е. практически не увеличилось. Опрос работающих в помещении людей показал, что примерно 90 % из них чувствуют себя хорошо.
Гигиеническую и теплотехническую оценки газового инфракрасного отопления дают также наблюдения, проведенные в инструментальном цехе сборочного корпуса машиностроительного завода (характеристика системы отопления цеха приведена на с. 117). Здесь измерялись температура, влажность и скорость движения воздуха. Кроме того, исследовались интенсивность инфракрасного излучения, а также загазованность воздушной среды цеха оксидом углерода. Температура, влажность и скорость движения воздуха измерялись в различных точках цеха в течение всего рабочего дня. Метеорологические условия определялись в точках, находящихся на различном расстоянии от горелок и на различных уровнях. Измерения проводились с помощью аспирационных психрометров Ассмана и кататермометров; для регистрации температуры использовали термографы.
Средняя температура воздуха в цехе (табл. 5.4) в отопительный период составляла 13—14 °С. Даже при температуре наружного воздуха —27 °С температура воздуха в цехе была 10 °С. Колебания температуры воздуха в рабочей зоне по высоте составляли 0,8—2,5, а в горизонтальном направлении 0,2—0,8 °С, что не превышает гигиенических нормативов. Относительная влажность воздуха в цехе в обследуемый период составляла 25—65%- Скорость движения воздуха колебалась от 0,5 до 0,6 м/с. Интенсивность инфракрасного излучения, определяемая актинометром, на рабочих местах на уровне головы в зависимости от расположения рабочих мест от излучателей находилась в пределах 140— 350 Вт/м2.
При сжигании газа в помещении, как уже неоднократно отмечалось, особое внимание уделяется полноте его сгорания, так как в результате неполного сгорания газового топлива могут образовываться продукты недожога, в частности оксид углерода. В табл. 5.5 приведены результаты исследования воздушной среды цеха на содержание оксида углерода, которые свидетельствуют, что ГИГ практически не являются источником загрязнения СО воздушной среды цеха. Полученные концентрации его в воздухе рабочей зоны значительно меньше предельно допустимой, составляющей 0,02 мг/л. Содержание оксида углерода находилось практически на одном уровне на рабочих местах, расположенных как в непосредственной близости от горелок (рабочие места слесарей), так и в центре помещения (рабочие места станочников). Как видно и» табл. 5.5, выключение горелок к снижению концентрации оксида углерода не привело. Кроме того, была проведена медико-биологическая оценка воздействия инфракрасного облучения на организм работающих в цехе. Исследования выполнялись сотрудниками кафедры общей гигиены Саратовского медицинского института и сотрудниками Саратовского института сельской гигиены под руководством канд. мед. наук доц. Л. М. Федоровой. При анализе данных, характеризующих ГИГ с гигиенических позиций, необходимо указать, что эти горелки способствуют созданию благоприятных условий в отапливаемом помещении. Однако гигиеническую оценку такого фактора внешней среды, каким является инфракрасное излучение, нельзя дать без учета физиологических изменений в организме работающих, которые могут произойти под воздействием излучения. Экспериментальные исследования ряда авторов дают основание считать применяемый ГИГ диапазон излучения весьма активным. Инфракрасное излучение в диапазоне длин волн к=2,1--2,55 мкм поглощается не только кожным покровом с проведением образовавшейся тепловой энергии внутрь, но и более глубоко расположенными тканями.
В этой связи представляют интерес данные о температуре кожи основной и контрольной групп наблюдаемых рабочих, приведенные в табл. 5.6. Под наблюдением в основной группе находилось 17 рабочих, а в контрольной 11, все практически здоровы. Возраст работающих — от 18 до 35 лет. При настенном расположении излучателей максимальная интенсивность облучения отмечалась на рабочих местах слесарей, расположенных вдоль стен, на которых размещены излучатели, а минимальная на рабочих местах станочников и в центре цеха.
Из приведенных в табл. 5.6 данных видно, что до работы температура на различных участках кожного покрова колебалась незначительно, находясь в нормальных физиологических пределах. После работы имело место некоторое повышение температуры кожи, что нашло отражение в смещении показателей в таблице вправо. Явление это вполне закономерно, так как физическая работа вызывает определенные энергетические затраты в организме, что и приводит к повышению температуры кожи. Сравнение показателей табл. 5.6 позволяет заметить, что практически нет различия в температуре отдельных участков кожного покрова у обеих групп рабочих. Так, температура кожи кисти не превышала 29, а лба и груди 32 °С.
Показательно, что артериальное давление у всех рабочих находилось в одних пределах. Изменение артериального давления к концу рабочего дня протекало в пределах физиологических норм, практически одинаково у рабочих обеих групп. Частота пульса и дыхания также не претерпевала значительных изменений.
Не останавливаясь подробнее на специфике медико-биологических наблюдений, укажем лишь, что исследовалось также состояние центральной нервной системы, сердечно-сосудистой, терморегуляции, корковой динамики и других функций человеческого организма. Существенной разницы в показателях основной и контрольной групп работающих выявить не удалось.
Кроме отопления цехов и помещений системы с ГИГ можно эффективно использовать для зонного обогрева. Для улучшения условий труда в корпусе сборки и испытания автомобилей Минского автомобильного завода на участке главного конвейера смонтирована система зонного обогрева излучающими горелками. Площадь обогреваемой зоны 1836 м2 (204X9 м), средняя высота цеха 11,8 м. Излучатели расположены на колоннах под углом 60° к плоскости пола. Рабочая зона конвейера отделена от наружной стены 3-метровым транспортным пролетом (рис. 5.14).
