Розробка комплексної інженерної основи нормалізації мікрокліматичних умов у гарячих цехах підприємств харчових виробництв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірській промисловості

УДК 628.8

Розробка комплексної інженерної основи нормалізації мікрокліматичних умов у гарячих цехах підприємств харчових виробництв

05.26.01 - Охорона праці

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кудрін Олександр Борисович

Донецьк - 2001



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі холодильної і торгової техніки Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Осокін Володимир Васильович, завідувач кафедрою холодильної і торгової техніки, Донецький державний університет економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського Міністерства освіти та науки України.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, Кузін Віктор Олексійович, професор кафедри менеджменту у виробничої сфері, Донецька державна академія управління Міністерства освіти та науки України;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Черніченко Вадим Кирилович, Державний Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірській промисловості Міністерства палива та енергетики України.

Провідна установа: Науково-дослідний інститут гірничорятувальної справи Міністерства палива та енергетики України.

Захист дисертації відбудеться 26 жовтня 2001р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К.12.834.01 у Державному Макіївському науково-дослідному інституті з безпеки робіт у гірській промисловості за адресою: 86108, м. Макіївка, вул. Лихачова, 60.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Державного Макіївського науково-дослідного інституту по безпеці робіт у гірській промисловості за адресою: 86108, м. Макіївка, вул. Лихачова, 60.

Автореферат розісланий 25 вересня 2001р.

Учений секретар

спеціалізованої ради Кудінов Ю.В.



АНОТАЦІЯ

Кудрін О.Б. Розробка комплексної інженерної основи нормалізації мікрокліматичних умов у гарячих цехах підприємств харчових виробництв. - Рукопис. інженерний харчовий мікроклімат випромінювання

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.26.01 - Охорона праці. - Державний Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірський промисловості, Макіївка, 2001.

У дисертації розроблено інженерні основи оцінки й нормалізації мікрокліматичних умов у гарячих цехах підприємств харчових виробництв і громадського харчування, що полягають у розробці комплексного показника якості мікроклімату у виробничих приміщеннях, розкритті закономірностей повітро-теплообмінних процесів в об'ємі гарячих цехів, розподілу в просторі інтенсивності теплових випромінювань від поверхонь технологічного обладнання, що нагріваються, фізичних проявів при перебуванні робітників у полі інфрачервоних випромінювань. Це дозволило: розробити методику оцінки мікрокліматичних розумів у виробничих приміщеннях за допомогою комплексного показника; установити особливості повітро-теплообмінних процесів у гарячих цехах (струменевий рух повітря, утворення зон застійного повітря) і просторові границі допустимої інтенсивності інфрачервоних випромінювань від різних видів теплового обладнання; внести зміни в конструкцію халата для робітників гарячих цехів; розробити і впровадити методику прогнозування параметрів повітрообміну, визначити область ефективного використання природної вентиляції в гарячих цехах.

Ключові слова: мікроклімат, комплексний показник, ІЧ-випромінювання, повітро-теплообмін, ізорадіаційна поверхня.

АННОТАЦИЯ

Кудрин А.Б. Разработка комплексной инженерной основы нормализации микроклиматических условий в горячих цехах предприятий пищевых производств. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - Охрана труда. - Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности, Макеевка, 2001.

В диссертации создана комплексная инженерная основа оценки и нормализации микроклиматических условий в горячих цехах предприятий пищевых производств и общественного питания, заключающаяся в разработке комплексного показателя качества микроклимата на рабочих местах, раскрытии закономерностей протекания воздухо-теплообменных процессов и распределения интенсивности тепловых излучений от нагревающихся поверхностей технологического оборудования в объеме указанных цехов, а также установлении сущности физических проявлений при нахождении работников в поле этих излучений. Это позволило определить направления совершенствования способов и средств нормализации теплового состояния работников.

Разработаны комплексный показатель качества микроклимата в производственных помещениях с учетом теплового состояния работников, программа расчетов его на ЭВМ по измеренным в производственных помещениях значениям параметров микроклимата с дифференциацией сочетаний их на оптимальные, допустимые и выходящие за нормируемые пределы. Рекомендовано дополнить табл. 1 и 2 ДСН 3.3.6.042-99 и табл. 1 ГОСТ 12.1.005-88 значениями комплексного показателя, характеризующими качество микроклимата.

Определены экспериментально пространственные границы предельно допустимой интенсивности тепловых излучений 100 Вт/м² от технологического оборудования и построены возле контуров его с использованием компьютерных технологий соответствующие изорадиационные поверхности. Рекомендовано включить их в технические паспорта этого оборудования.

Установлена на основе экспериментальных исследований сущность физических проявлений при нахождении работника в поле тепловых излучений от жарочной поверхности электроплиты. Применение современной тепловизионной техники позволило визуалировать распределение температуры на поверхностях спецодежды и незащищенных ею частей тела работника, находящегося в непосредственной близости от жарочной поверхности. Изучена динамика изменения температурного поля на них с течением времени. Установлено действие на шею и лицо работника, одетого в белый халат стандартной модели, как прямыых, так и отраженных от его плечевой и воротниковой частей инфракрасных лучей. Сконструирован и изготовлен халат для работников горячих цехов, в котором предусмотрена откидная вставка для защиты шеи от действия прямых инфракрасных лучей, плечевые и воротниковая части изготовлены из фланели для защиты лица от действия отраженных лучей. Экспериментально установлено, что лицо работника, одетого в халат предложенной нами конструкции, практически не подвергается воздействию вторичного ИК-излучения от его нагревающейся поверхности. Изменением конструкции халата уменьшена общая облученность лица работника на 10…15%.

Раскрыты закономерности естественных воздухо-теплообменных процессов в объеме горячих цехов при наличии источников тепловыделений. Установлено, что определяющим в проветривании этих цехов является струевое движение в них воздуха. При этом восходящие от источников тепловыделений потоки нагретого воздуха оттесняются струями поступающего снаружи воздуха в практически непроветриваемые зоны горячего цеха (выше отверстий вытяжных устройств, выше дверных и оконных проемов, углы помещения). Обоснована целесообразность размещения отверстий вытяжных устройств общеообменной вентиляции в застойных зонах горячего цеха.

Разработана физико-математическая модель воздухо-теплообменных процессов в горячих цехах при проветривании их за счет аэрации и работы вентилятора местной вытяжной вентиляции. С использованием полученных уравнений можно определить среднюю температуру воздуха в цехе, изменение давления и расход воздуха на уровне приточных и вытяжных отверстий в любой момент времени от включения источников тепловыделений до выхода их на стационарный режим работы. Исходными данными для расчетов являются: температура воздуха снаружи, площадь и температура источников тепловыделений, величины сопротивления движению воздуха в приточных и вытяжных отверстиях, геометрические размеры помещения.

Разработана методика прогнозирования параметров воздухообмена в производственных помещениях с использованием составленных нами программ. Это позволяет проводить машинный эксперимент с целью поиска оптимальных вариантов проветривания горячих цехов, определить интервал исходных данных, при которых обеспечивается требуемая эффективность естественной вентиляции.

Ключевые слова: микроклимат, комплексный показатель, ИК-излучение, воздухо-теплообмен, изорадиационная поверхность.



ANNOTATION

Kudrin Alexsander. Development of engineering bases of the normalization of microclimate conditions at the hot workshops of the enterprises of foodstuff prodaction.- Manuscript.

Thesis f scientific degree of a Kandidat of Technical Sciences: speciality 05.26.01 - labor protection. - Donetsk State University of Economics and Trade named after M. Tugan-Baranovsky, Donetsk, 2001.

Within the framework of the present dissertation the author created engineering bases of assessment and optimization of microclimatic conditions in the hot workshops of food stuff enterprises and public catering establishments which deal with: the development of complex index of their heat state. Above mentioned analysis enabled to develop the methods of microclimatic conditions assessment within industrial premises using complex index; to identity peculiarities of air and heat exchange processes in hot workshops (streams of air, creation of air constipation zones); and space frontiers of permitted intensity of infrared radiation from different types of heating equipment, to implement some alterations into the design of workers robes intended for hot workshops; to develop and implement the methodology of the air exchange parameters forecasting and, to identity the zones of efficient utilization of natural ventilation in hot workshops.

Key words: microclimate, complex index, infrared radiation.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. У гарячих цехах діючих підприємств харчових виробництв і громадського харчування система вентиляції в багатьох випадках або малоефективна, або відключається для зниження тепловтрат при виконанні технологічних процесів. У таких випадках робітники знаходяться в екстремальних теплових умовах. Тут показники мікроклімату (температура (t), відносна вологість (ц), швидкість руху повітря (v), а також інтенсивність теплового випромінювання (Е)) нерідко виходять за допустимі значення, які регламентовані ДСН 3.3.6.042-99.

До останнього часу не було можливості одержувати достовірні дані про повітро-теплообмінні процеси в гарячих цехах, про поля температури і швидкості руху повітря в їх об'ємі, про поля ІЧ-випромінювань від поверхонь теплових апаратів і фізичних проявів при перебуванні в них робітників через відсутність засобів реєстрації теплофізичних і процесів повітрообміну, що швидко протікають. Поява в обігу швидкодіючих приладів дозволяє з досить великою точністю визначати фізичні параметри повітряного середовища.

Використання сучасних приладів і методик експериментальних досліджень, методів кваліметрії, математичного моделювання і комп'ютерних технологій дозволяє ставити і вирішувати задачі з оптимізації мікроклімату в гарячих цехах, що раніше не могли бути виконані.

Зв'язок теми дисертації з планом робіт університету. Робота є частиною досліджень, виконаних у Донецькому державному університеті економіки і торгівлі по темі “Розробка рекомендацій з оптимізації мікрокліматичних умов у гарячих цехах підприємств харчових виробництв і громадського харчування”, номер держреєстрації 0200U004823.

Метою даної роботи є розробка інженерних основ, методів і засобів нормалізації мікрокліматичних умов і теплового стану робітників у гарячих цехах підприємств харчових виробництв і громадського харчування.

Задачі досліджень:

1. Розробити комплексний показник оцінки якості мікроклімату гарячих цехів, який обумовлений різним сполученнямпараметрів повітряного середовища (t, j, n) і характеризує тепловий стан робітників цих цехів.

2. З використанням комплексного показника провести оцінку мікроклімату в гарячих цехах підприємств харчових виробництв і громадського харчування.

3. Експериментально вивчити закономірності формування полів ІЧ-випромінювань біля теплового технологічного обладнання, що використовують в гарячих цехах, і побудувати ізорадіаційні поверхні гранично допустимого значення цих випромінювань.

4. Експериментально установити особливості впливу поля ІЧ-випромінювання від нагрітої жарової поверхні електроплити (як найбільш потужного джерела тепловиділення) на незахищені і захищені спецодягом поверхні людини, що сприймає ці випромінювання.

5. Розробити методи і засоби удосконалювання повітро-теплообміну в гарячих цехах і спецодягу робітників.

Об'єкт досліджень - теплофізичні процеси в повітряному середовищі гарячого цеху при роботі теплового обладнання.

Предмет досліджень - комплекс факторів зовнішнього середовища, що визначають мікрокліматичні умови і тепловий стан людини.

Ідея роботи полягає в розкритті особливостей повітро-теплообмінних процесів у гарячих цехах, фізичних проявів при перебуванні робітників у полі ІЧ-випромінювання від теплових апаратів і розробці на цій основі методів і засобів нормалізації теплового стану людини, що оцінюється обґрунтованим нами кваліметричним показником якості мікроклімату.

Методи досліджень. При виконанні дисертаційної роботи використано аналітико-експериментальний метод досліджень. Перевірка розроблених теоретичних положень зроблена експериментально в гарячих цехах підприємств харчових виробництв і громадського харчування із використанням сучасних приладів і методик.

Наукові положення, що виносяться на захист, і їх новизна.

1. Уперше встановлена залежність комплексного показника оцінки якості мікроклімату від температури, відносної вологості і швидкості руху повітря в гарячих цехах підприємств харчових виробництв і громадського харчування. Застосування цього показника дозволяє однозначно оцінювати різні сполучення параметрів повітряного середовища в гарячих цехах (t, , v) на оптимальні чи допустимі згідно ДСН 3.3.6.042-99.

2. Експериментально встановлена дія на шию й обличчя робітника, що знаходиться біля розігрітої електроплити у білому халаті стандартної моделі, вторинних ІЧ-випромінювань від плечової і коміркової частин цього халата. Обґрунтована необхідність зміни конструкції верхньої частини спецодягу для робітників гарячих цехів, у результаті якої шия людини не піддається дії ІЧ-випромінювань, а загальне опромінення обличчя зменшується на 10...15%.

3. Експериментально визначено просторові границі гранично допустимого значення ІЧ-випромінювання біля теплових апаратів, що використовують на підприємствах. При цьому на відстані менш 0,58м від короткої сторони жарової поверхні електроплити і 0,44м від довгої - інтенсивність ІЧ-випромінювання перевищує гранично допустиме значення. Побудовано біля контурів обладнання ізорадіаційні поверхні гранично допустимої інтенсивності (100Вт/м²) теплового випромінювання.

4. Розроблено математичну модель повітро-теплообміну в об'ємі гарячих цехів, що враховує особливості технологічного процесу і дозволяє визначити температуру повітря, тиск і масову витрату його на рівні припливних і витяжних отворів при різних вихідних даних, схемах провітрювання в будь-який момент часу від включення теплового обладнання в роботу до виходу його на стаціонарний режим.

Вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій забезпечена використанням новітніх атестованих засобів і методик контролю фізичних параметрів повітряного середовища і ІЧ-випромінювання, фундаментальних положень теплофізики, аеро- і термодинаміки, відповідністю отриманих критеріально-оціночних значень показника якості мікроклімату використовуваним у ДСН 3.3.6.042-99 поняттям про оптимальні і допустимі параметри його, сучасних математичного апарата, методів досліджень і обробки експериментальних даних, а також розробленими фізико-математичними моделями процесів, що досліджували, результатами теоретичних і інструментальних досліджень теплових випромінювань і повітро-теплообмінних процесів, задовілбною збіжністю результатів розрахунків і експериментальних даних.

Наукове значення роботи полягає:

у розробці комплексного показника якості мікроклімату й удосконалюванні на цій основі методики оцінки параметрів його в різних умовах згідно ДСН 3.3.6.042-99;

у встановленні закономірностей формування полів ІЧ-випромінювання біля поверхонь теплових апаратів, полів температури і швидкості руху повітря в об'ємі гарячого цеху;

у розкритті особливостей фізичних проявів при перебуванні робітників у полі ІЧ-випромінювання;

в удосконалюванні фізико-математичної моделі повітро-теплообмінних процесів у гарячих цехах і методики прогнозу в них параметрів повітряного середовища.

Практичне значення роботи полягає в наступному:

обґрунтовано доцільність доповнення розробленим нами комплексним показником якості мікроклімату табл. 1 і 2 ДСН 3.3.6.042-99;

побудовано изорадіаційні поверхні гранично допустимого значення ІЧ-випромінюваня біля типових теплових апаратів, що використовуються на підприємствах громадського харчування і харчових виробництв;

розкрито причини прояву струменевого руху повітря й аномалій температурних полів в об'ємі гарячого цеху;

розроблено методику розрахунку параметрів повітряного середовища в гарячому цеху від моменту включення джерела тепловиділення в роботу до виходу його на стаціонарний тепловий режим;

дано рекомендації зі зміни конструкції халата для робітників гарячих цехів, що забезпечує зменшення вторинного ІЧ-випромінювання на їх шию й обличчя.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Прийняти для практичного використання розроблені нами методики: оцінки параметрів мікроклімату у виробничих приміщеннях за допомогою комплексного показника - у Донецької обласний санепідстанції; побудови ізорадіаційних поверхонь біля поверхонь теплових апаратів, що нагріваються - в УкрНДІ електропобутової техніки “Веста” (м.Київ); прогнозування параметрів повітрообміну в гарячих цехах - у спеціальному конструкторському бюро “Турбулентність” (м.Донецьк). Дано рекомендації з нормалізації повітро-теплообміну в гарячих цехах ряду підприємств громадського харчування. За матеріалами дисертації видана монографія “Мікроклімат у гарячих цехах підприємств харчових виробництв”, яка використовувана в навчальному процесі, при рішенні наукових і прикладних задач із проблем охорони праці.

Особистий внесок здобувача. Приведені в дисертаційній роботі результати досліджень отримани здобувачем протягом семирічної роботи з наукової тематики, що виконувалася на кафедрі холодильної і торгової техніки у Донецькому державному університеті економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановского. Особистий внесок полягає:

- у формулюванні мети, задач і розробці методик досліджень по всіх розділах дисертаційної роботи;

- в особистій участі при проведенні теоретичних і експериментальних досліджень, статистичній обробці інформації, що отримано при виконанні досліджень;

- у систематизації і науковому аналізі отриманих результатів.

Автором самостійно сформульовано наукові положення, практичні рекомендації і висновки. Текст дисертації написано їм самостійно.

Апробація роботи. Результати дисертаційної роботи і її основних етапів обговорювалися й одержали схвалення: на наукових конференціях викладачів ДонДУЕТ у 1994-2001р.;

на Міжнародних науково-практичних конференціях “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація й економіка” 23 вересня 1999 р та 13 вересня 2001 р ( м. Слав'яногірськ);

на VІІ і XI Всеукраїнських наукових конференціях “Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів” 15 квітня 1997 р і 19 квітня 2001 р (м. Донецьк);

на II Міжнародної конференції “Математичні моделі та інформаційні технології в соціально-економічних та екологічних системах” 18-19 квітня 2001 р, (м. Луганськ).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 13 наукових статей і монографія (науково-виробниче видання).

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з введення, п'яти розділів і висновку. Вона містить 195 сторінок тексту й містить 24 рисунка, 18 таблиць, список використаної літератури з 100 найменувань, 3 додатка. Основний зміст роботи викладено на 127 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ.

У введенні обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, дана загальна характеристика роботи.

У першому розділі роботи наведено аналіз нормативних документів, що визначають вимоги до мікроклімату у виробничих приміщеннях, а також огляд літературних джерел, присвячених дослідженням, оцінці й нормалізації його, захисту робітників гарячих цехів від шкідливих фізичних факторів повітряного середовища. Значний внесок у рішення проблеми поліпшення санітарно-гігієнічних умов у виробничих приміщеннях внесли: Бабалов О.Ф., Злобинский Б.М., Вангелі В.С., Петров С.В., Ткачук К.Н., Шлейфман Ф.М., Солдак І.І., Максимович В.А., Яковлева С.В., Малишева А.Е. і ін. Однак багато задач у цій області охорони праці залишаються дотепер.

Оцінка мікроклімату у виробничих приміщеннях з використанням санітарних норм ДСН 3.3.6.042-99 (раніше - ГОСТ 12.1.005-88) формалізована, і, як показує практика, неоднозначна.

Очевидна необхідність ранжирування мікрокліматичних умов у залежності від гами можливих тепловідчуттів людини. Для цього потрібен комплексний показник якості мікроклімату, що враховує тепловий стан робітника при різних можливих сполученнях значень t, ц, v. Спроба ввести в практику такі показники була зроблена давно. Однак ці показники не були погоджені з нормативними значеннями t, ц, v.

Необхідні нові підходи не тільки до оцінки якості мікрокліматичних умов, але і дослідженням їх з огляду на те, що в гарячих цехах при виконанні технологічних процесів можуть порівняно швидко змінюватися значення t, ц, v і навіть напрямок руху повітряних потоків. Можливість дослідження повітро-теплообмінних процесів, формування полів температури і швидкості руху повітря в гарячих цехах стала реальної тільки останнім часом у зв'язку з появою в обігу засобів реєстрації теплофізичних і аеродинамічних процесів, що швидко протікають. Очевидна необхідність розробки математичної моделі повітро-теплообмінних процесів у гарячих цехах від моменту включення в роботу джерела тепловиділення до виходу його на стаціонарний тепловий режим. При цьому необхідно установити фактори, зміною яких можна керувати повітро-теплообміном у гарячих цехах. При проектуванні і реконструкції гарячих цехів підприємств харчових виробництв і громадського харчування необхідно мати методи прогнозу параметрів повітро-теплообміну в них при різних способах і схемах провітрювання. Задачі такого плану дотепер не ставилися і не вирішувалися.

Мікрокліматичні умови в гарячих цехах визначаються також інтенсивністю ІЧ-випромінювання від поверхонь теплових апаратів. У зв'язку з появою в обігу приладів з великою чутливістю, можна досліджувати невідомі раніше особливості фізичних проявів при перебуванні робітника в полі ІЧ-випромінювання і формування цього поля біля поверхонь теплових апаратів, встановити просторові границі біля них гранично допустимих значень цього випромінювання. Заповнення пробілів у цій області знань дозволить обґрунтовано вирішувати питання організації робочих місць і технологічного процесу, раціонального розміщення теплових апаратів у гарячому цеху, удосконалювання їх конструкції і засобів захисту робітників.

На основі знань про повітрообмінні і теплофізичні процеси, що швидко протікають, можна розробити ефективні засоби нормалізації мікрокліматичних умов у гарячих цехах і оцінити їх за допомогою запропонованого комплексного показника якості цих умов. Результати досліджень фізичних проявів при перебуванні робітників у полі ІЧ-випромінювання від теплових апаратів можуть бути основою для оцінки захисних властивостей використовуваних у даний час халатів і удосконалювання їх конструкції для поліпшення цих властивостей.

На основі виконаного аналізу, сформульовано мету і задачі досліджень.

У другому розділі роботи розроблено теоретичні основи і методика визначення комплексного показника якості мікроклімату у виробничих приміщеннях, зроблено узгодження його з табличними нормативними сполученнями значень температури, відносній вологості і швидкості руху повітря, показана відповідність отриманих оціночних показників якості мікроклімату прийнятим у ДСН 3.3.6.042-99 поняттям про оптимальні і допустимі параметри мікрокліматичних умов, зроблена оцінка за допомогою цього показника мікроклімату в гарячих цехах діючих підприємств харчових виробництв і громадського харчування.

При розробці комплексного показника якості мікроклімату К_о за одиничні показники якості його Р_і прийнято значення t, j, n, що встановлено при дослідженнях у виробничому приміщенні, за базові показники якості Р_і^баз - нормативні оптимальні значення t, j, n з табл. 1 ДСН 3.3.6.042-99.

Коефіцієнти вагомості (М_i) кожного фізичного параметра, що характеризує К_о, визначаються вираженням:

де Р_max, P_min, Р_ср - максимальні, мінімальні і середні оптимальні значення кожного із параметрів мікроклімату з таблиці 1 ДСН 3.3.6.042-99, що приймаємо в залежності від періоду року і категорії виконуваних робіт.

Значення комплексного показника якості мікроклімату визначаємо по формулі середньої геометричної величини.

З використанням показника К_о якість мікроклімату оцінюється кількісно. Оптимальний мікроклімат - мікроклімат найкращої якості (при Р_i=Р_i^баз ) оцінюється К_о=1. Чим ближче до одиниці значення комплексного показника якості, тим сприятливіше мікрокліматичні умови у виробничому приміщенні.

Зроблено узгодження комплексного показника К_о з діючими нормативами параметрів мікроклімату. Для кожної категорії робіт у залежності від періоду року визначено величини показника К_о, що відповідають по ДСН 3.3.6.042-99 верхнім і нижнім границям значень температури, відносній вологості і швидкості руху повітря при оптимальних і допустимих на постійному і непостійному робочому місцях параметрах мікроклімату. Це дозволило виділити інтервали величин К_о, що відповідають нормативним оптимальним і допустимим на постійному і непостійному робочому місцях параметрам мікроклімату.

Рекомендовано доповнити табл. 1 і 2 ДСН 3.3.6.042-99 відповідними величинами комплексного показника К_о. Для визначення К_о за результатами інструментальних досліджень у виробничих приміщеннях розроблена програма розрахунків його на ЕОМ.

Використання комплексного показника К_о дозволяє оцінювати однозначно й об'єктивно, з огляду на тепловий стан робітників, мікрокліматичні умови у виробничих приміщеннях з диференціацією їх на оптимальні, допустимі і що виходять за допустимі норми при різних сполученнях t, j, n. Крім цього, використання комплексного показника якості мікроклімату дозволяє порівняти мікрокліматичні умови в приміщеннях з різними значеннями фізичних параметрів, що їх визначають.

У третьому розділі роботи представлено результати експериментальних досліджень у гарячих цехах ІЧ-випромінювань від різних теплових апаратів гарячих цехів, розглянуто фізичні прояви при перебуванні людини в полі теплового випромінювання від розігрітої жарової поверхні електроплити.

Згідно ДСН 3.3.6.042-99, нормативні значення температури повітря в робочій зоні визначаються інтенсивністю ІЧ-випромінювання від джерел тепловиділення. Інтенсивність теплового опромінення робітників гарячих цехів підприємств харчових виробництв і громадського харчування не повинна перевищувати 100Вт/м², тому що опромінюється не більш 25% поверхні їх тіла.

Дослідженнями з використанням приладу РАТ-2П-Кварц-41 зі спеціальним ІЧ-фільтром встановлено особливості формування полів ІЧ-випромінювання біля нагрітих поверхонь електроплит ПЭСМ-4 і ЭП-2М, пекарської шафи ЭШ-3М, електросковороди СЭСМ-0,5. За результатами цих досліджень представлено у виді графіків значення інтенсивності ІЧ-випромінювання на різній відстані від найбільш нагрітих поверхонь теплових апаратів уздовж їх осей симетрії. Визначено просторові координати для великого масиву значень теплового випромінювання від цих поверхонь.

На підставі отриманих даних установлено просторові границі гранично допустимого значення ІЧ-випромінювання (100Вт/м²) біля поверхонь зазначених вище теплових апаратів. За допомогою комп'ютерних технологій точки з таким значенням теплового випромінювання об'єднано загальною поверхнею. Усередині простору, обмеженого цією поверхнею, інтенсивність ІЧ-випромінювання перевищує санітарну норму.

Результати проведених досліджень можуть бути використано при складанні технічних паспортів на теплові апарати, організації робочих місць і технологічних процесів.

У цьому розділі роботи приведено результати досліджень фізичних проявів при перебуванні людини в полі ІЧ-випромінювань від нагрітих поверхонь теплового технологічного обладнання. Через рівні проміжки часу вироблялися зйомка теплового зображення і реєстрація температури відкритих частин тіла і поверхні спецодягу при перебуванні робітника біля розігрітої електроплити ЭП-2М в бавовняних халатах білого і чорного кольорів. Для одержання ІЧ-зображення робітника в полі теплового випромінювання використано тепловізор “AG-A Thermovision-110”, екран якого сблокован з об'єктивом фотоапарата. Дистанційний вимір температури відкритих частин тіла і поверхні халату вироблялося пірометром сумарної дії “Радан 2”. При проведенні досліджень отримано зображення робітника в полі теплового випромінювання, які дозволяють визначити найбільш теплонапружені ділянки тіла, а також дані про розподіл температури на поверхні обличчя, шиї і закриваючого тулуб халата. Подібні зображення робітника з колірним і цифровим позначеннями температури на різних ділянках тіла отримано нами також за допомогою тепловізійного апаратурно-програмного комплексу “Крионик-4М”. Результати всіх цих досліджень фотодокументовані. За даними досліджень, у полі теплового випромінювання температура поверхні обличчя і шиї робітника нерівномірна і відрізняється на деяких ділянках їх від нормальної температури тіла.

Експериментальні дослідження показали, що зміною кольору спецодягу можна регулювати співвідношення часток променистої енергії, що поглинається і що відбивається ним. Вибілена бавовняна тканина стандартного халата, у відмінності від такої ж тканини чорного кольору, інфрачервоні промені в більшій мері відбиває, чим поглинає, що можна зарахувати в актив його захисних властивостей. Разом із цим, гарна відбивна здатність білої тканини обумовлює дію на обличчя і шию робітників вторинного теплового випромінювання від коміркової і плечової частин халата, що збільшує їх загальне опромінення. На основі експериментальних даних установлено необхідність зміни конструкції верхньої частини халата з використанням для її виготовлення спеціально підібраних матеріалів.

Четвертий розділ роботи присвячено дослідженням і оцінці мікроклімату у гарячих цехах підприємств харчових виробництв і громадського харчування, розробці фізико-математичної моделі повітро-теплообмінних процесів і інженерних основ прогнозу в них параметрів повітряного середовища.

Експериментальні дослідження дозволили встановити особливості формування полів температури і швидкості руху повітря в об'ємі гарячого цеху при роботі теплового технологічного обладнання. Аналіз отриманих даних показує, що в об'ємі гарячих цехів є зони малорухомого повітря. Вони розташовані вище дверних і віконних прорізів, витяжних вентиляційних пристроїв, у кутах приміщень. У залежності від місця розташування цих зон, температура повітря в них на 2...5^оС вище температури його на рівні 1,5м від підлоги. За даними досліджень, у гарячих цехах при роботі витяжної вентиляції проявляється струменевий рух повітря, що надходить у них через відкриті вікна і двері. При цьому повітряні потоки з великою швидкістю рушать у витяжні вентиляційні отвори, витісняючи нагріте повітря від поверхонь теплового обладнання в зони, що слабко провітрюються. Особливість провітрювання гарячих цехів полягає у відсутності поршневого витиснення нагрітого повітря повітрям, що надходить у них зовні. У зв'язку зі зазначеними особливостями повітрообмінних процесів у гарячих цехах, істотно змінюються в них значення температури повітря і швидкості його руху. Контрасти в робочих зонах значень цих параметрів мікроклімату створюють передумови для простудних захворювань робітників. Про наявність зон, що слабко провітрюються, у гарячих цехах свідчать також результати виміру в них концентрації деяких шкідливих речовин.

Вимір концентрацій оксиду і диоксиду вуглецю в різних точках об'єму гарячих цехів показав, що вони мають максимальні значення, але не перевищують ГДК, у площині витяжних зонтів місцевої вентиляції. Однак у момент смаження пиріжків у фритюрі, коли процес виділення шкідливостей у навколишнє середовище інтенсифікується, концентрація цих газів у просторі вище витяжних зонтів перевищує концентрацію їх у повітрі, що видаляється з приміщення. Аналіз результатів досліджень мікрокліматичних умов у гарячих цехах показує, що вони здебільшого не відповідають нормативам. Звідси очевидна необхідність створення насамперед теоретичних основ керування повітро-теплообмінними процесами в гарячих цехах. Для цього розроблено фізико-математична модель цих процесів і основи прогнозу параметрів повітряного середовища в цехах при різних способах і схемах провітрювання гарячих цехів. Визначення стабільних значень параметрів повітряного середовища (температури, маси, масових витрат і тиску на рівнях витяжного і припливного вентиляційних отворів)є метою даних аналітичних досліджень.

У роботі розглянуто випадки провітрювання гарячого цеху за рахунок роботи витяжного вентилятора та теплової депресії. Вважаємо, що температура жарової поверхні електроплити при розігріві змінюється експоненціально:

де: Т_П, Т_ПК, Т_ПО - температура жарової поверхні, відповідно: поточна, кінцева, початкова; t_o - час запізнювання розігріву; t- поточний час; t_в- постійна часу перехідного процесу.

При роботі витяжного вентилятора в гарячому цеху створюється тиск РР_а, або у випадку малої подачі його Р>Р_а, де Р - абсолютний тиск повітря в цеху, Р_а - атмосферний тиск. За рахунок різниці тисків зовні й усередині цеху повітря по припливному вентиляційному каналу з зовнішньої атмосфери буде надходити у приміщення, або видалятися з нього.

Для розглянутих способів провітрювання гарячого цеху рівняння зміни маси повітря має вид:

якщо РР_а ;

якщо РР_а.

У рівняннях (3) і (4) Т - поточна температура повітря в цеху; Т_а - температура зовнішнього повітря; R - питома газова постійна повітря; а₁ - узагальнений опір припливного вентиляційного каналу; m - маса повітря в цеху; Q_в -продуктивність витяжного вентилятора; g - прискорення вільного падіння. У зв'язку з тим, що тиск повітря змінюється з висотою приміщення, рівняння стану його має вид:

де: h - відстань між центрами припливного і витяжного отворів, V- об'єм приміщення. З рівняння теплового балансу повітрообміну випливає:



якщо Р<Р_a;

якщо P>P_a.

У рівняннях (6) і (7) S - площа відкритої жарової поверхні електроплити; - коефіцієнт тепловіддачі від плити до повітря; с_р- питома масова ізобарна теплоємність повітря; - сумарні теплоприпливи в гарячий цех.

Використовуючи рівняння (3) - (7), можна визначити параметри повітря (m, Р, T) у приміщенні, що вентилюється.

При провітрюванні виробничого приміщення за рахунок теплової депресії закон розігріву плити прийнято за рівнянням (2).

Якщо температура повітря усередині гарячого цеху (Т) більше температури повітря поза його (Т_а), то тиск повітря в приміщенні (Р₁) на рівні припливного вентиляційного каналу менше тиску його поза приміщенням (Р_а) на тому же рівні. У цьому випадку повітря з атмосфери поза приміщенням надходить усередину його. У результаті змішання повітря буде відбуватися зміна тиску і температури його усередині цеху.

Масова витрата повітря через припливний вентиляційний канал можна визначити за рівняннями:



якщо Р₁<Р₁;

якщо Р₁>Р₁.

У рівняннях (8) і (9) прийнято позначення: Р₁ і Р₁ - тиск повітря на рівні припливного вентиляційного каналу, відповідно, поза і усередині цеху; а₁ - узагальнений опір вентиляційного каналу на тому же рівні.

Розроблено програми розрахунків на ЕОМ основних параметрів повітрообміну в гарячих цехах при різних способах їх провітрювання.

Вихідними даними для розрахунків є: об'єм (V) і висота (H) гарячого цеху, початковий абсолютний тиск повітря (P_о), сумарна площа (S) і робоча температура (T_p) жарових поверхонь електроплит, що нагріваються, коефіцієнт тепловіддачі від них до повітря (), узагальнене опір руху повітря припливних (а₁) і витяжних (а_о) вентиляційних каналів, температура зовнішнього повітря (T_a) і початкова в цеху (T_о), сумарний теплоприплив у приміщення (Q) (без урахування теплоприпливів із зовнішнім повітрям і від нагрітих поверхонь електроплит), продуктивність витяжного вентилятора (Q_в). При чисельному рішенні рівнянь використовуємо замість диференціала часу d крок за часом Д, що повинен бути досить малим, щоб результати рішення відповідали дійсному безупинному процесу повітро-теплообміна. Результати розрахунків виводяться на екран у виді графіків залежності від часу температури жарових поверхонь електроплит, що нагріваються, а також температури, абсолютного тиску, маси і витрати повітря в гарячому цеху. Крім цього, указуються час установлення стаціонарного теплового режиму в цеху, середня температура повітря в ньому, а також зміна тиску і масових витрат повітря в площині витяжних і припливних отворів.

Математична модель повітро-теплообмінних процесів, що запропонована нами, може бути використана при проектуванні і реконструкції вентиляції гарячих цехів підприємств харчових виробництв і громадського харчування як інженерну основу прогнозу в них мікрокліматичних умов.

У п'ятому розділі роботи приведено рекомендації, які засновані на результатах попередніх досліджень, із використання комплексного показника К_о, ослабленню дії на робітників теплового випромінювання від технологічного обладнання і прогнозуванню мікрокліматичних умов у гарячих цехах.

З метою спрощення на практиці оцінки мікрокліматичних умов за допомогою показника К_о нами розроблено методика і програма його розрахунку на ЕОМ. Після введення в програму значень t, j, n, що вимірили у приміщенні, категорії виконуваних у ньому робіт і періоду року - машина рахує величину К_о і класифікує мікрокліматичні умови на оптимальні, допустимі чи що виходять за допустимі межі. У цьому розділі наведена табл. 1 ГОСТ12.1.005-88, у яку додано стовпець зі значеннями К_о, які обмежують оптимальні і допустимі параметри мікроклімату. Інтервали значень показника К_о, що приведено в цій таблиці, відповідають також інтервалам параметрів мікроклімату з табл. 1 і 2 ДСН 3.3.6.042-99.

У зв'язку з рішенням задачі індивідуального захисту робітників від ІЧ-випромінювання проведено експериментальні дослідження відбивної здатності різних видів тканин. За отриманими даними, мінімальні відбивну здатність і коефіцієнт теплопровідності мають щільні з ворсистою поверхнею бавовняні тканини, наприклад, фланелі. Поверхня їх у п'ять разів менше відбиває променистої енергії у порівнянні з вибіленою бяззю, яка використовується для виготовлення халатів робітників гарячих цехів. Температура виворітної поверхні фланелей при цьому найменша. Нами розроблено модель халата для робітників гарячих цехів: коміркова і плечова частини виконані з фланелі; з елементом захисту шиї від теплових випромінювань.

Отримано в полі теплових випромінювань від розігрітої електроплити ЭП-2М тепловізійні зображення робітника, який одягнений у халати стандартної і конструкції, що запропонували ми. Використання тепловізійного комплексу “Крионик4М” дозволило візуалізувати динаміку нагріву поверхонь спецодягу і незахищених ним частин тіла робітника через кожні 2,5хв досліджень. Аналіз отриманих даних показав, що зміною конструкції халата можна зменшити загальне опромінення обличчя й шиї людини. Так, через 17,5хв від початку досліджень різниця температури на поверхні шкіри чола і шиї (в області щитовидної залози) робітника, одягненого у стандартний і пропонований нами (із фланелевою вставкою) халати, складає, відповідно, 1,6 і 3,9^оС. Зниження температури на поверхні шкіри шиї й чола робітника досягнуто внаслідок зменшення вторинного теплового випромінювання від коміркової й плечової частин халата. На рис. 2 представлено тепловізійні зображення робітника гарячого цеху, що знаходиться біля жарової поверхні електроплити в стандартному і

Розроблено методику прогнозування параметрів повітро-теплообміну в гарячих цехах, яка дозволяє визначити середню температуру повітря в гарячих цехах, зміни тиску й витрати його в площині витяжних і припливних отворів, рекомендувати оптимальні схеми провітрювання цих виробничих приміщень на стадії проектування або реконструкції. Передбачено виконання відповідних розрахунків на ЕОМ за розробленими нами програмами на мові програмування Turbo BASIC.

Розрахунки на основі виконаних нами аналітичних досліджень підтверджують відому на практиці можливість ефективного провітрювання гарячих цехів при деяких умовах за рахунок їх аерації.



ВИСНОВКИ

У дисертації приведено експериментальні дані і теоретичні узагальнення для створення комплексної інженерної основи нормалізації мікрокліматичних умов у гарячих цехах підприємств харчових виробництв і громадського харчування, що полягають у розробці комплексного показника якості мікроклімату; встановленні особливості формування полів ІЧ-випромінювань, повітро-теплообмінних процесів у гарячих цехах при роботі типового теплового обладнання; створено методику прогнозування параметрів повітро-теплообміну в цих виробничих приміщеннях.

Основні наукові і прикладні результати, висновки і рекомендації роботи полягають у наступному.

1. Розроблено критерій і методику оцінки мікрокліматичних умов у виробничих приміщеннях. Методами кваліметрії об'єднано в комплексному показнику якості мікроклімату температура, відносна вологість і швидкість руху повітря, різне сполучення яких визначає тепловий стан людини і ступінь відповідності їх оптимальним чи допустимим умовам згідно ДСН 3.3.6.042-99. Рекомендовано доповнити значеннями комплексного показника табл. 1 і 2 ДСН 3.3.6.042-99 і табл. 1 ДСТ 12.1.005-88.

2. Експериментально встановлено просторові границі гранично допустимої інтенсивності теплових випромінювань від нагрітих поверхонь технологічного обладнання, використовуваного в гарячих цехах. Побудовано з використанням комп'ютерних технологій ізорадіаційні поверхні гранично допустимої інтенсивності (100Вт/м²) теплового випромінювання, які рекомендовано включити в технічні паспорти цього обладнання.

3. Експериментально встановлено дію на шию й обличчя робітника, що знаходиться в безпосередньо у розігрітої електроплити у білому халаті стандартної моделі, вторинних ІЧ-випромінювань від плечової і коміркової частин цього халата. Встановлено, що зміною кольору і структури матеріалу спецодягу можна регулювати загальне ІЧ-опромінення обличчя і шиї робітника. Сконструйовано і виготовлено халат для робітників гарячих цехів, у якому плечові частини і комір виконано із фланелі, передбачено відкидна вставка, що захищає поверхню шиї від дії ІЧ-випромінювань. Зміною конструкції халата зменшено загальне опромінення обличчя робітника на 10...15%.

4. Експериментально встановлено закономірності природних повітро-теплообмінних процесів в об'ємі гарячих цехів. Визначальним у їх провітрюванні є струменевий рух повітря з відкритих прорізів у витяжні пристрої системи вентиляції. При цьому висхідні від джерел тепловиділень потоки нагрітого повітря відтискуються струменями зовнішнього повітря в зони гарячого цеху, що не провітрюються: вище витяжних пристроїв, дверних і віконних прорізів. Обґрунтовано доцільність розміщення витяжних пристроїв загальнообмінної вентиляції в застійних зонах гарячого цеху.

5. Розроблено математичну модель повітро-теплообмінних процесів у гарячих цехах при провітрюванні їх за рахунок роботи вентилятора місцевої витяжної вентиляції й аерації. На їх основі складено програми розрахунку на ЕОМ параметрів повітрообміну: середньої температури повітря в цеху, зміни тиску і витрати повітря на рівні припливних і витяжних отворів при різних вихідних даних, у будь-який момент часу від включення джерел тепловиділень до виходу їх на стаціонарний режим роботи. Розроблено методику визначення області значень вихідних даних, при яких створюються умови раціонального використання природної вентиляції гарячих цехів.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

Кудрін О.Б. Про вплив кольору халата на ступінь захисту ним працівника від впливу ІЧ-випромінювання // Обладнання та технології харчових виробництв. - Донецьк: ДонДУЕТ. - 1998. - С.229-233.

Кудрін О.Б. Кваліметрична оцінка мікрокліматичних умов в гарячих цехах підприємств громадського харчування // Обладнання та технології харчових виробництв. - Донецьк: ДонДУЕТ. - 1999. - С.109-115.

Кудрін О.Б. Про захист робітників гарячих цехів підприємств харчових виробництв від шкідливих виробничих факторів // Обладнання та технології харчових виробництв. - Донецьк: ДонДУЕТ. - 1999. - С.230-235.

Осокін В.В., Кудрін О.Б. Дослідження повітрообмінних процесів у гарячих цехах // Вісник Донецького державного університету економіки і торгівлі. - 1999. - №4. - С.139-145.

Лаврик В.Г., Паніотов Ю.М., Кудрін О.Б. Вдосконалення розрахунків вентиляції гарячих цехів підприємств харчових виробництв. // Обладнання та технології харчових виробництв. - Донецьк: ДонДУЕТ. - 2000. - С.265-273.

Осокін В.В., Кудрін О.Б. Дослідження поля теплового випромінювання від теплового обладнання гарячих цехів // Обладнання та технології харчових виробництв. - Донецьк: ДонДУЕТ. - 2001. - С.267 -278.

Кудрін О.Б. Про непровітрювані зони в гарячих цехах підприємств громадського харчування // Торгівля і ринок України. - Донецьк: ДДКІ. - 1998. - С.307-308.

Осокін В.В., Жидков В.В., Кудрін О.Б. Про дослідження мікрокліматичних умов у гарячих цехах // Торгівля і ринок України. - Донецьк: ДДКІ. - 1997-С. 209-211.

Осокін В.В., Кудрін О.Б. Кваліметрична оцінка мікроклімату у виробничих приміщеннях підприємств харчових виробництв // Торгівля і ринок України. - Донецьк: ДДКІ. - 1996. - С.241-242.

Осокін В.В., Кудрін О.Б. Про критерії оцінки метеоумов у виробничих приміщеннях // Торгівля і ринок України. - Донецьк: ДДКІ. - 1996. - С.239-241.

Кудрін О.Б., Гейер Г.В. Ефективність екранування ІЧ-випромінювання // Торгівля і ринок України. - Донецьк: ДКІ. - 1995. - С.184-186.

Осокін В.В., Ковальова Є.І., Кудрін О.Б. Покращення мікроклімату у гарячих цехах підприємств харчових виробництв // Торгівля і ринок України. - Донецьк: ДКІ - 1994. - С.145-147.

Осокін В.В., Ковальова Є.І., Кудрін О.Б. Про дію ІЧ-випромінювання від плит ПЕСМ на робітників гарячих цехів // Торгівля і ринок України. - Донецьк: ДКІ. - 1994. - С.175-177.

Осокин В.В., Кудрин А.Б., Лаврик В.Г., Паниотов Ю.Н. Микроклимат в горячих цехах предприятий пищевых производств. - Донецк: ДонДУЄТ, 2000. - 50с.

Размещено на Allbest.ru

...