Maciej Gliński OPTYMALIZACJA PARAMETRÓW POWIETRZA W POMIESZCZENIACH PRACY MIEJSCOWA WENTYLACJA WYWIEWNA PORADNIK Warszawa 2007 r stan prawny maj 2007.
Recenzent prof. dr hab. inż. Stanisław Mierzwiński Kierownik projektu Michał Grodzki Redakcja technicza Studio Projekt okładki Jolanta Słowińska Fotografie na okładce firm Klimawent i Nederman Korekta Monika Mucha Copyright by Dom Wydawniczy MEDIUM Copyright by Maciej Gliński Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej pracy nie może być powielana, czy rozpowszechniana w jakiejkolwiek formie, w jakikolwiek sposób, bądź elektroniczny, bądź mechaniczny, włącznie z fotokopiowaniem, nagrywaniem na taśmy lub przy użyciu innych systemów, bez pisemnej zgody wydawcy. ISBN 978-83-919132-5-2 Wydawca i rozpowszechnianie Dom Wydawniczy MEDIUM tel./fax 022 810 21 24, www.medium.media.pl Skład i łamanie Agencja Reklamowa MEDIUM Druk i oprawa Edica S.A. ul. Forteczna 3/5, 61-362 Poznań
Spis treści 1. Wprowadzenie................................................................ 7 2. Czynniki kształtujące środowisko powietrzne w pomieszczeniach pracy........... 13 2.1. Mikroklimat............................................................. 13 2.2. Zanieczyszczenia powietrza gazami, parami i aerozolami ciekłymi.............. 19 2.3. Zanieczyszczenia powietrza pyłami......................................... 21 2.4. Rozprzestrzenianie zanieczyszczeń w pomieszczeniach....................... 28 3. Środki techniczne zmierzające do zapewnienia żądanych parametrów i czystości środowiska powietrznego..................................................... 33 3.1. Wymagania dotyczące pomieszczeń i przegród budowlanych.................. 37 3.1.1. Pomieszczenia...................................................... 37 3.1.2. Przegrody budowlane............................................... 38 3.2. Wymagania dotyczące procesów technologicznych........................... 42 3.3. Wymagania dotyczące maszyn i urządzeń................................... 43 3.4. Wymagania dotyczące organizacji produkcji................................. 46 3.5. Szczegółowe wymagania dotyczące różnych czynników, technologii i pomieszczeń................................................. 46 3.5.1. Procesy galwanotechniczne.......................................... 47 3.5.2. Procesy produkcji szkła i wyrobów ze szkła............................ 47 3.5.3. Procesy produkcji wyrobów gumowych............................... 48 3.5.4. Procesy przy czyszczeniu powierzchni, malowaniu natryskowym i natryskiwaniu cieplnym............................................ 49 3.5.5. Procesy w zakładach przemysłu cukierniczego......................... 50 3.5.6. Pomieszczenia i urządzenia zakładów opieki zdrowotnej................ 51 3.5.7. Pomieszczenia magazynowe środków ochrony roślin oraz nawozów mineralnych i organiczno-mineralnych................................ 54 3.5.8. Szkodliwe czynniki biologiczne...................................... 54 3.5.9. Szkodliwe czynniki chemiczne....................................... 54 3.6. Instalacje i urządzenia ułatwiające utrzymanie czystości środowiska powietrznego w pomieszczeniach........................................... 55 3.6.1. Odkurzacze przemysłowe i podciśnieniowe instalacje do usuwania osiadłego pyłu......................................... 55 3.6.2. Transport pneumatyczny............................................ 60 3.6.3. Kurtyny powietrzne................................................. 63 3
Optymalizacja parametrów powietrza... 4. Wentylacja pomieszczeń przemysłowych........................................ 65 4.1. Rodzaje i zadania wentylacji............................................... 65 4.2. Ogólna wentylacja mechaniczna............................................ 69 4.2.1. Wentylacja mechaniczna pomieszczeń przemysłowych.................. 72 4.2.1.1. Wentylacja mieszająca....................................... 73 4.2.1.2. Wentylacja wyporowa....................................... 74 4.3. Podstawowe informacje o projektowania wentylacji ogólnej.................... 76 4.4. Źródła hałasu w urządzeniach wentylacyjnych oraz sposoby ich ograniczania.............................................. 81 5. Wentylacja miejscowa wywiewna.............................................. 83 5.1. Główne elementy i zespoły instalacji i urządzeń wentylacyjnych............... 83 5.2. Obudowy wentylacyjne................................................... 90 5.3. Odciągi zewnętrzne...................................................... 104 5.3.1. Prędkość porywania............................................... 104 5.3.2. Ssawki........................................................... 107 5.3.3. Ssawki szczelinowe................................................ 116 5.3.4. Okapy............................................................ 118 5.3.5. Materiały, z jakich wykonuje się ssawki i okapy oraz ich wyposażenie............................................... 121 5.4. Zespoły i urządzenia do oczyszczania powietrza, agregaty filtracyjno-wentylacyjne.......................................... 121 5.5. Ogóle zasady projektowania instalacji odciągów miejscowych................. 130 6. Zasady współdziałania wentylacji ogólnej pomieszczeń z miejscową wentylacją wywiewną............................................ 133 6.1. Analiza bilansu odprowadzenia ciepła i zanieczyszczeń w pomieszczeniu...... 138 6.2. Nawiewniki powietrza stosowane przy wentylacji ogólnej współpracującej z odciągami miejscowymi................................................. 141 7. Przykłady rozwiązań miejscowej wentylacji wywiewnej........................ 145 7.1. Ograniczanie emisji pyłów................................................ 145 7.1.1. Przykłady zastosowań wentylacji miejscowej wywiewnej przy różnych pylących procesach.................................... 150 7.2. Ograniczanie emisji gazów, par i ciekłych aerozoli........................... 156 7.2.1. Przykłady zastosowań wentylacji miejscowej wywiewnej przy ograniczaniu emisji gazów, par i ciekłych aerozoli................. 160 7.3. Ograniczanie emisji zanieczyszczeń powstających podczas spawania łukowego i technologii pokrewnych................................................. 170 7.4. Ograniczanie emisji zanieczyszczeń na ruchomych stanowiskach pracy........ 183 7.5. Ograniczanie emisji zanieczyszczeń w kuchniach zbiorowego żywienia........ 191 8. Zasady prawidłowej eksploatacji urządzeń wentylacyjnych...................... 201 8.1. Odbiory instalacji wentylacyjnych......................................... 202 8.2. Zalecenia dotyczące eksploatacji........................................... 206 9. Przyczyny nieprawidłowego działania urządzeń wentylacyjnych................. 215 4
10. Ogólne zalecenia dotyczące pomiarów podstawowych parametrów instalacji wentylacyjnych............................................................. 225 11. Wykaz literatury 11.1. Piśmiennictwo.......................................................... 239 11.2. Przepisy................................................................ 242 11.3. Normy................................................................. 244 11.4. Dyrektywy............................................................. 245 Aneks I Wykaz stron internetowych zawierających przydatne informacje................... 247 Aneks II Wspomaganie komputerowe projektowania wentylacji dr inż. Piotr Bartkiewicz..... 248 Skorowidz.................................................................. 262 5
1 WPROWADZENIE Na stanowiskach pracy muszą być spełnione wymagania stawiane z punktu widzenia mikroklimatu i czystości powietrza [P-1, P-2]. Pracodawca jest zobowiązany do zapewnia pracownikom bezpieczeństwa i higieny pracy, w szczególności przez ograniczanie ryzyka zawodowego 1) w wyniku właściwej organizacji pracy oraz stosowania koniecznych środków profilaktycznych. Ma także informować o istniejących zagrożeniach i sposobach ich eliminowania oraz szkolić pracowników. Rozwiązania techniczne i organizacyjne mające na celu optymalizację parametrów powietrza w pomieszczeniach pracy obejmują również wentylację środek ochrony zbiorowej pracowników przed zanieczyszczeniami. Słowo wentylacja pochodzi z języka łacińskiego, potocznie oznacza przewietrzanie, czyli wymianę powietrza. Człowiek stosuje ją od chwili, gdy zaczął przebywać w pomieszczeniach. Wykorzystują ją również zwierzęta, np. termity w swoich budowlach. Zadaniem wentylacji 2) jest zapewnienie człowiekowi warunków do życia poprzez dostarczenie świeżego powietrza i usunięcie zużytego (zawierającego dwutlenek węgla i inne zanieczyszczenia 3) w tym parę wodną, pyły i substancje zapachowe) oraz odprowadzanie nadmiaru ciepła. W zależności od zastosowanych w instalacjach zespołów i urządzeń (nagrzewnic, chłodnic, zespołów do nawilżania powietrza), można kształtować różne parametry środowiska powietrznego w pomieszczeniach, takie jak: temperatura, wilgotność, prędkość ruchu powietrza (nawiewając powietrze przez odpowiednio zlokalizowane i wyposażone nawiewniki) oraz ograniczać stężenia gazów, par i pyłów usuwając je lub rozcieńczając. Stosując klimatyzację możemy zapewnić określone wartości temperatury, wilgotności powietrza i jego czystości [N-24], niezależnie od warunków panujących na zewnątrz budynków. 1) Ryzyko zawodowe prawdopodobieństwo (możliwość) wystąpienia potencjalnej szkody zdrowotnej w warunkach stosowania czynnika chemicznego lub narażenia na czynnik chemiczny w miejscu pracy [P-26]. 2) Wg PN-EN 12792:2006 [N-24] wentylacja to planowany nawiew i usuwanie powietrza z obsługiwanego pomieszczenia. 3) Zanieczyszczenie powietrza stanowią substancje w nim zawarte, które zmieniają ilościowo lub jakościowo jego naturalny skład. 7
Optymalizacja parametrów powietrza... W warunkach przemysłowych wentylacja zwykle konieczna jest nie tylko z uwagi na ludzi, ale również w celu zapewnienia parametrów środowiska powietrznego, wymaganych dla prowadzonego procesu technologicznego (określony zakres temperatury, wilgotności powietrza oraz wymagany stopień jego czystości). Miejscowa wentylacja wywiewna odciągi miejscowe służyć ma, w powiązaniu z wentylacją ogólną, uzyskaniu właściwych parametrów mikroklimatu i czystości powietrza w pomieszczeniach, a w konsekwencji zapewnić optymalne warunki pracy. Zasadnicze znaczenie mają jednak rozwiązania techniczne i organizacyjne, ułatwiające, a czasem wręcz umożliwiające ich uzyskanie: właściwe z omawianego punktu widzenia usytuowanie budynku, zastosowane rodzaje przegród budowlanych, zabezpieczenia przed zyskami ciepła w pomieszczeniach w okresie letnim, optymalne technologie, maszyny i urządzenia oraz stosowane materiały, automatyzacja procesów itd. ważne! Analizując przyczyny niezadowalającego stanu środowiska powietrznego (mikroklimatu i jego czystości) w pomieszczeniach pracy, takie jak np. nadmierny wzrost temperatury, przekroczenie wartości dopuszczalnych stężeń w powietrzu substancji szkodliwych dla zdrowia, często wini się za ten stan niewłaściwie działającą wentylację. Tymczasem najskuteczniejszych sposobów optymalizacji parametrów środowiska powietrznego należy poszukiwać w obszarze rozwiązań technicznych i organizacyjnych, dzięki którym można, często nawet niemal całkowicie, wyeliminować czynniki wpływające niekorzystnie na stan środowiska powietrznego. Wentylacja ogólna bez równoczesnego działania odciągów miejscowych może być wykorzystywana do obniżania stężeń zanieczyszczeń emitowanych w pomieszczeniach tylko w wyjątkowych przypadkach. Odciągi miejscowe, zgodnie z obowiązującymi przepisami, powinny stanowić wyposażenie maszyn i urządzeń, podczas pracy których następuje emisja zanieczyszczeń do powietrza w pomieszczeniach, powinny być projektowane i dostarczane przez ich producentów [P-2, P-3, N-21], najlepiej jako kompletne instalacje. Kiedy nie jest to możliwe, miejscowa wentylacja wywiewna musi stanowić wyposażenie stanowisk pracy szczegółowe zalecenia, sposób zainstalowania i eksploatacji, wykaz części zamiennych oraz parametry techniczne instalacji muszą być podane w dokumentacjach techniczno-ruchowych maszyn lub urządzeń. W tym przypadku odpowiedzialność za ich prawidłowe działanie ciąży na pracodawcy [P-1, P-2, N-21]. Najkorzystniejsze jest stosowanie pełnej hermetyzacji procesów, połączonej zwykle z obudowywaniem rejonów emisji lub całych maszyn, a nawet linii technologicznych, i odsysanie z tych obudów zanieczyszczonego powietrza. Gdy nie jest możliwe zainstalowanie obudów, stosuje się ssawki. Są one jednak znacznie mniej skuteczne, 8
Rozdział 1 szczególnie gdy w pomieszczeniu występują ruchy powietrza zakłócające ich pracę. Ważne jest, aby zaprojektowane osłony, fartuchy itp. przy ssawkach i okapach były odpowiednio ustawiane i utrzymywane w dobrym stanie technicznym. Szczególnie trudne jest odsysanie zanieczyszczeń z ruchomych stanowisk pracy, dlatego należy dążyć do ich eliminowania i zastępowania stacjonarnymi. Skuteczną wentylację w pomieszczeniach przemysłowych zapewnia współdziałanie wentylacji ogólnej z odciągami miejscowymi. Preferować należy wentylację ogólną wyporową z nawiewnikami o małej turbulencji. W przypadku występowania w środowisku pracy czynników szkodliwych dla zdrowia, należy wykonywać odpowiednie badania i pomiary (w przepisach podano ich tryb, metody, rodzaj i częstotliwość [P-10]), a gdy stosowana jest recyrkulacja powietrza, niezbędne jest okresowe sprawdzanie stężenia zanieczyszczeń w nawiewanym powietrzu. Zdarza się, że przez intensywną wentylację ogólną pragnie się naprawić błędy popełnione przy projektowaniu i wyposażaniu obiektu, np. gdy nie odprowadza się zanieczyszczeń za pomocą odciągów miejscowych. Czasem nowoczesne i właściwie zastosowane urządzenia są źle eksploatowane. W przypadkach, kiedy do pomieszczeń przenika duża ilość ciepła, np. w wyniku promieniowania słonecznego, oraz wydzielane są duże ilości zanieczyszczeń (gazy, para, pyły), a pomieszczenia są za małe lub zbyt niskie, nawet intensywna wentylacja (i w związku z tym kosztowna) może nie przynosić spodziewanych efektów. Często wchodząc do pomieszczeń, gdzie panuje zaduch, słyszymy narzekania na złą wentylację, nie biorące pod uwagę przyczyn tego stanu. Podkreślić należy konieczność ścisłej współpracy technologów i projektantów wentylacji, co jest warunkiem osiągnięcia zadawalających wyników. Podobnie, ważne jest, aby rozwiązania zarówno poszczególnych operacji technologicznych, jak i instalacji wentylacyjnych, a szczególnie elementów bezpośrednio ograniczających emisje i usuwających zanieczyszczenia (obudowy, częściowe obudowy, okapy i ssawki), nie stanowiły utrudnienia w pracy, a przeciwnie przyczyniały się do jej ułatwienia i wzrostu wydajności. Cel i zakres opracowania Z obserwacji warunków istniejących w pomieszczeniach pracy wynika np., że przyczyną pogorszenia warunków pracy bywa niejednokrotnie zła lokalizacja i konstrukcja budynku, pomieszczenia nie są zabezpieczone przed promieniowaniem słonecznym oraz emitowane są w nich różne zanieczyszczenia. Dlatego też postanowiliśmy spojrzeć dużo szerzej, analizując warunki zapewnienia optymalnych parametrów i czystości środowiska powietrznego. Obejmują one likwidację lub ograniczenie źródeł ciepła, wilgoci i zanieczyszczeń. Zasygnalizowano więc możliwość doboru różnego rodzaju środków technicznych i organizacyjnych, ułatwiających utrzymy- 9
Optymalizacja parametrów powietrza... wanie właściwych warunków pracy oraz podano przykłady prawidłowych działań w tym zakresie. Celem opracowania jest więc upowszechnienie rozwiązań technicznych i organizacyjnych, dzięki którym można zapewnić w pomieszczeniach mikroklimat i czystość powietrza, zgodne z obowiązującymi przepisami [P-1, P-2, P-3, P-5, P-17]. Szczegółowo omówiono miejscową wentylację wywiewną (odciągi miejscowe), jej działanie zilustrowano licznymi przykładami. Natomiast problematyka wentylacji ogólnej i klimatyzacji wykracza poza zakres opracowania podano głównie informacje niezbędne dla zapewnienia jej współpracy z odciągami miejscowymi. Podane zasady eliminowania zanieczyszczeń środowiska powietrznego w pomieszczeniach mają ułatwić prawidłowy dobór tych środków, w szczególności wentylacji jako środka ochrony zbiorowej pracowników przed zanieczyszczeniami. Stosowanie optymalnych rozwiązań technicznych i organizacyjnych w omawianym zakresie powinno być korzystne również z punktu widzenia ekonomicznego, prowadzi do zwiększenia produkcji, polepszenia jakości wyrobów itp. [21, 26, N-21]. Publikacja jest przeznaczona dla bardzo szerokiego kręgu czytelników: pracodawców i pracowników służb technicznych oraz bezpośrednio sprawujących nadzór nad egzekwowaniem prawidłowych warunków bezpieczeństwa i higieny pracy. Wiadomości zawarte w Poradniku mogą być wykorzystywane przy prowadzeniu kontroli warunków pracy, dokonywanych zarówno przez organy pracodawcy, związków zawodowych, jak i Państwową Inspekcję Pracy. Powinny też przyczynić się do wzajemnej współpracy technologów i instalatorów, inspirować ich do opracowywania nowych rozwiązań technicznych i organizacyjnych mających na celu optymalizację warunków pracy. Poradnik może stanowić uzupełnienie wiedzy projektantów instalacji wentylacyjnych, z zastrzeżeniem, że nie powinni oni polegać jedynie na firmowych katalogach urządzeń, prymitywnie dobierać rozwiązań wentylacji bez stosownej analizy jej koncepcji i pełnego wykorzystania aktualnej fachowej literatury oraz przepisów w omawianym zakresie (dołączono obszerny wykaz piśmiennictwa). Opracowanie może okazać się również przydatne dla uczniów i studentów. Aby zapoznać czytelników ze sposobem wykonywania pomiarów podstawowych parametrów związanych z pracą instalacji wentylacyjnych, omówiono zasady ich prowadzenia oraz stosowanej aparatury. Obszerne zestawienie aktów prawnych związanych z zapewnieniem bezpiecznych warunków pracy zawiera wykazy obowiązków pracodawców, pracowników, nadzoru technicznego, wymagania dotyczące maszyn i urządzeń, budynków, surowców i materiałów oraz różnych obiektów. Lista ta nigdy nie będzie zamknięta. Należy zawsze sprawdzić aktualność przepisów, korzystając np. z portalu http://www.abc.com.pl/. Dotyczy to również norm, których wykaz jest dostępny pod adresem http://www.pkn.pl/index.php?m=katalog. Załączone rysunki i fotografie przedstawiają przykłady rozwiązań technicznych i sposobów organizacji pracy przyczyniających się do eliminowania lub ograniczania 10
Rozdział 1 źródeł zanieczyszczeń powietrza w pomieszczeniach oraz doboru urządzeń wentylacyjnych. Materiał ilustracyjny ma przyczynić się do popularyzacji sposobów prawidłowego rozwiązywania poszczególnych zadań, z reguły zamieszczone fotografie nie wymagają już szczegółowych opisów. Do opracowania dołączono jako aneksy: wykaz adresów internetowych zawierających przydatne informacje dotyczące tematów poruszanych w opracowaniu oraz informacje o komputerowym wspomaganiu projektowania wentylacji. ważne! Przed przystąpieniem do projektowania lub oceny rozwiązań wentylacji niezbędne jest zapoznanie się z aktualnymi ogólnymi i szczegółowymi przepisami publikowanymi w Dzienniku Ustaw lub innych dokumentach oraz normami dotyczącymi konkretnych obiektów czy technologii. Opracowanie nie dotyczy stanowisk pracy, na których jest przetwarzany azbest, wykonywane są wyroby, w skład których wchodzi ten surowiec oraz prac związanych z użytkowaniem, zabezpieczaniem lub usuwaniem materiałów zawierających azbest prace te muszą prowadzić ekipy, posiadające odpowiednie uprawnienia i wykorzystujące przeznaczone do tego rodzaju prac urządzenia oraz środki ochrony zbiorowej i indywidualnej. Nie dotyczy również stanowisk w górnictwie, pomieszczeń na statkach i w budynkach o charakterze specjalnym. Nie podano też zasad doboru i stosowania środków ochrony osobistej. 11
2 CZYNNIKI KSZTAŁTUJĄCE ŚRODOWISKO POWIETRZNE W POMIESZCZENIACH PRACY 2.1. Mikroklimat Warunkiem dobrego samopoczucia i dobrego stanu zdrowia jest zapewnienie w pomieszczeniach właściwego mikroklimatu. 1) ważne! Warunki środowiska wewnętrznego w pomieszczeniu są przez ludzi subiektywnie odczuwane i definiowane [N-24] jako takie, w których większość użytkowników powinna, na podstawie danych statystycznych, mieć poczucie komfortu 1). Mikroklimatu określa bilans cieplny i wrażenia termiczne związane z oddziaływaniem środowiska na organizm człowieka, jakość powietrza wewnątrz pomieszczeń, oddziaływanie przegród i wyposażenia pomieszczenia, oświetlenie, barwa wnętrz, poziom hałasu, natężenie pól elektrostatycznego i elektromagnetycznego i inne parametry. Odczucia komfortu cieplnego są subiektywne, uwarunkowane wieloma czynnikami fizjologicznymi i psychosomatycznymi, wynikają z przyzwyczajeń i nawyków. Przyjmuje się, że na odczucie komfortu w pomieszczeniach przede wszystkim mają wpływ następujące parametry fizyczne powietrza: temperatura powietrza, temperatura przegród budowlanych, prędkość ruchu powietrza w strefie przebywania ludzi, wilgotność względna powietrza. Zespół tych czynników wyczerpuje potocznie używane pojęcie mikroklimatu, zdefiniowanego jako środowisko cieplne, w którym przebywa człowiek. Istotne znaczenie dla samopoczucia i zdrowia ma obecność w powietrzu zanieczyszczeń w postaci gazów, pary, pyłów oraz zanieczyszczeń organicznych. 1) Komfort cieplny stan umysłu, który wyraża zadowolenie ze środowiska cieplnego [N-24]. 13
Optymalizacja parametrów powietrza... Warunki mikroklimatyczne wpływają w znacznym stopniu na ogólne samopoczucie pracownika, na jego sprawność fizyczną i umysłową, na wydajność pracy oraz zachowanie dobrego stanu zdrowia. Optymalne parametry środowiska powietrznego w pomieszczeniach Z dużym uproszczeniem można przyjąć (bez uwzględniania ruchu powietrza i promieniowania cieplnego) za najodpowiedniejszą temperaturę powietrza latem 23 C do 25 C oraz zimą 20 do 22 C. Zapewnione jest przeważnie wtedy dobre samopoczucie człowieka będącego w stanie spoczynku lub wykonującego lekką pracę, przy wilgotności względnej powietrza w granicach od 40% do 60% (a nawet od 35% do 70%). Na rys. 2.1.1. przedstawiono, w sposób bardzo uproszczony, zakresy parametrów temperatury i wilgotności powietrza, które pewna grupa badanych uznała za optymalne, uciążliwe bądź wykluczające możliwość pracy. Stwierdzono, że w warunkach komfortu cieplnego zwiększają się wydajność i precyzja wykonywanej pracy oraz obniża się wypadkowość, natomiast zbyt niska lub zbyt wysoka temperatura powietrza zwiększa częstotliwość występowania wypadków przy pracy. Badania wykazały, że np. obniżenie temperatury o 5 C od poziomu komfortu spowodowało wzrost częstotliwości występowania wypadków o 15% (po- Rys. 2.1.1. Zakresy parametrów temperatury i wilgotności powietrza, uznane przez grupę badanych za: optymalne (strefa O), uciążliwe (strefa I) lub wykluczające możliwość pracy (strefa II) 14
Rozdział 2 ziom komfortu był określony na 20 C), obniżenie temperatury o 10 C o 35%, a podwyższenie temperatury o 5 C wzrost częstotliwości występowania wypadków o 25%. W przypadku pracy określanej jako lekka (wymagająca małego wysiłku fizycznego, pozycja stojąca w lekkiej odzieży lub siedząca w odzieży normalnej, prędkość powietrza 0,1 m/s): prace biurowe, precyzyjne, laboratoryjne, montaż elektroniczny, konfekcjonowanie produktów spożywczych, przy dostarczaniu czystego powietrza, wzrost temperatury powietrza od optymalnej (przyjęto 20 21 C) do 30 C spowodował spadek wydajności pracy o 24%, a obniżenie temperatury do 14 C o 10% [26]. Wg badań przeprowadzonych w USA [57] wśród pracowników kuchni, wydajność pracy zmalała wraz ze wzrostem temperatury aż do 30%, przy wzroście temperatury od 22 do 31 C. Spadek ten ilustruje rys. 2.1.2. Rys. 2.1.2. Wpływ wzrostu temperatury w kuchni na wydajność pracy personelu [57] Wahania wilgotności względnej w granicach ± 10% nie są odczuwalne w sposób przykry. W pomieszczeniach o niewielkich zyskach ciepła uznano jako najwłaściwszą prędkość powietrza w lecie od 0,2 do 0,3 m/s, a w zimie 0,15 m/s. W razie przekroczenia dopuszczalnej prędkości ruchu powietrza może powstać uczucie przeciągu, które jest szczególnie przykre, gdy struga powietrza jest skierowany na nogi, bark lub szyję pracownika. W pomieszczeniach ze znacznymi zyskami ciepła większe prędkości ruchu powietrza są odczuwalne mniej dotkliwie, a przy wysokiej temperaturze przynoszą ulgę. Tym niemniej przy projektowaniu pomieszczeń przemysłowych ze znacznymi zyskami ciepła, należy dążyć do uzyskania korzystnych warunków cieplnych bez podwyższonej prędkości ruchu powietrza, która jak wykazuje praktyka często wywołuje zastrzeżenia ze strony pracowników. Zbyt mało uwagi poświęca się wymianie ciepła przez promieniowanie między ciałem ludzkim a otaczającymi je przegrodami i urządzeniami, pomimo że w warunkach określonych jako normalne około 50% ciepła wymieniane jest na tej drodze. 15
Optymalizacja parametrów powietrza... W pomieszczeniach pracy, w których następuje wydzielanie się ciepła przez promieniowanie w ilości przekraczającej na stanowiskach pracy kj godz. 2500 2 m należy stosować nawiewną wentylację miejscową [P-2]. Parametry nawiewanego powietrza powinny spełniać wymagania dla mikroklimatu gorącego, określone w przepisach w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy [P-5, P-17]. Dla prawidłowego funkcjonowania organizmu ludzkiego konieczne jest zrównoważenie bilansu cieplnego i utrzymanie temperatury ciała w granicach 36,5 37,5 C. Stopień uciążliwości środowiska cieplnego zależy nie tylko od parametrów mikroklimatu, ale również od ciężaru pracy (tj. od wydatku energetycznego) i od ubrania, w którym praca jest wykonywana. Warunki zapewniające równowagę cieplną można stworzyć dobierając różne wartości poszczególnych parametrów mikroklimatu tak, aby łączny ich efekt dawał wymaganą zdolność chłodzącą środowiska. Warunki spełniające tę równowagę nazwano komfortem cieplnym. Zapewnia on najlepsze samopoczucie człowieka podczas wykonywania określonej pracy i określonym ubraniu. Klasyfikacja środowisk termicznych i ocena obciążenia cieplnego człowieka Ciepło do pomieszczeń dostaje się w następujący sposób: przenika przez przegrody budowlane z zewnątrz (operacja słońca) na drodze promieniowania (przez przegrody przezroczyste) i przewodzenia, z gorących powierzchni pieców, maszyn, urządzeń, zbiorników, armatury itp., z maszyn chłodzonych powietrzem, np. silników elektrycznych, z gorących cieczy (wanny itp.). Obecnie podstawową kwalifikacją środowisk termicznych jest skala ocen odczuć cieplnych człowieka PMV (wg ASHRAE). Według tej skali odczucia są następujące: zimno: 3 chłodno: 2 lekko chłodno: 1 obojętnie: 0 lekko ciepło: +1 ciepło: +2 gorąco: +3 Ocena ta jest wypracowana z uwzględnieniem ważniejszych czynników istotnych dla wymiany ciepła pomiędzy organizmem człowieka a otoczeniem (środowisko, wydatek energetyczny, odzież). Wrażenia cieplne można przewidzieć obliczając wskaź- 16
Rozdział 2 nik przewidywalnej średniej oceny (PMV). Komfort cieplny istnieje, jeśli wskaźnik ten zawiera się w granicach [N-18]: 05, < PMV <+ 05, Równanie bilansu cieplnego człowieka obejmuje (z zachowaniem odpowiedniego znaku): S= M W R C E Res gdzie: S ilość ciepła otrzymanego lub odprowadzonego przez ustrój do otoczenia, M wewnątrzustrojowa produkcja ciepła, W praca zewnętrzna, R ciepło promieniowania, C ciepło unoszenia (oddawane przez przewodzenie i konwekcję), E ciepło parowania, wydzielonego potu, Res straty ciepła związane z oddychaniem. Wskaźnikiem używanym do oceny obciążenia cieplnego (termicznego) ustroju człowieka w tzw. środowisku gorącym jest tzw. WBGT. Stanowi on połączenie dwóch wielkości temperatury: wg termometru wilgotnego naturalnego (bez wymuszonego przepływu powietrza wokół zwilżonej osłony) i wg temperatury termometru kulistego: WBGT = 07, t + 03, t gdzie: t nw temperatura termometru wilgotnego naturalnego [ C], t g temperatura termometru kulistego [ C]. W przypadku, gdy mamy do czynienia z tzw. środowiskiem zimnym (wartość PMV 2) do oceny obciążenia stosowane są inne wskaźniki: WCI i IREQ. Ocena warunków pracy w środowisku termicznym Aby ocenić, czy pracownik ma zapewnione warunki komfortu cieplnego, określamy wartość wskaźnika PMV. W tym celu należy: oszacować wartość izolacyjności używanej odzieży (wartości te podane są w normach i wyrażone w tzw. jednostkach clo), oszacować wartość metabolicznej produkcji ciepła w organizmie pracownika (wydatku energetycznego) wartości te są również podawane w normach, zmierzyć za pomocą odpowiedniej aparatury wartości: q temperatury powietrza t a [ C], q prędkości ruchu powietrza v [m/s], q wilgotności względnej powietrza ϕ [%], q średnią temperaturę promieniowania t r [ C]. nw g 17
Optymalizacja parametrów powietrza... Średnią temperaturę promieniowania można zmierzyć bezpośrednio bądź obliczyć z zależności uwzględniającej: temperaturę termometru kulistego t g [ C], prędkość ruchu powietrza v [m/s], temperaturę powietrza t a [ C]. Obliczenia można wykonać korzystając z programów komputerowych lub odczytać w tabelach podanych w normach. Jeśli otrzymane wartości są większe od +2 lub mniejsze od 2, świadczy to, że warunki pracy na tych stanowiskach będą wykraczały poza strefę środowiska umiarkowanego (obciążenie cieplne przekracza wartości dopuszczalne). Dla większości pracowników będzie to odczuwane jako zbyt gorąco lub zbyt zimno (zakres komfortu cieplnego 0,5 +0,5 PMV). W przypadku, gdy wartości przekraczają +2 (środowisko gorące), wykonujemy pomiary w celu określenia wartości innego wskaźnika, a mianowicie wskaźnika oceny obciążenia cieplnego WBGT (sposób określania wartości tego wskaźnika opisano powyżej omawiając zasady klasyfikacji środowisk termicznych, w jakich przebywa człowiek). Jeżeli pomiary wykażą przekroczenie wartości odniesienia tego wskaźnika (tabela 2.1.1) to ocenę tę należy potwierdzić za pomocą innych dokładniejszych metod (np. tzw. wskaźnika wydatku potowego) w celu określenia czasu dopuszczalnej ekspozycji czasu przebywania w omawianych warunkach. Wtedy też niezbędne jest zastosowanie środków technicznych lub organizacyjnych mających na celu wyeliminowanie lub ograniczenie omawianego zagrożenia. Tabela 2.1.1. Zestawienie wartości odniesienia wskaźnika obciążenia termicznego WBGT wg PN EN 27243:2005 [N-34], zgodnie z podaną w tej normie klasyfikacją tempa metabolizmu Klasa tempa metabolizmu *) Aktywność Tempo metabolizmu M, odniesione do jednostki powierzchni skóry W/m 2 Wartości odniesienia wskaźnika obciążenia termicznego WBGT Osoba zaaklimatyzowana w środowisku gorącym, C Osoba niezaaklimatyzowana w środowisku gorącym, C 0 (spoczynek) M 65 33 32 1 65 < M 130 30 29 2 130 < M 200 28 26 3 200 < M 260 nieodczuwalny ruch powietrza 25 odczuwalny ruch powietrza 26 nieodczuwalny ruch powietrza 22 odczuwalny ruch powietrza 23 4 >260 23 25 18 20 Uwaga podane wartości ustalono przyjmując dopuszczalną temperaturą 38,0 C mierzoną w odbytnicy osoby eksponowanej na gorące środowisko. *) Klasyfikację tempa metabolizmu wraz z przykładami podano w normie PN EN 27243:2005 [N-34]. 18
Niedostępne w wersji demonstracyjnej. Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki w serwisie