ТехЛиб СПБ УВТ

ВОЗДУШНАЯ СРЕДА

Состояние воздушной среды производственных помещений характеризуется температурой, влажностью и скоростью движения воздуха, а также содержанием в нем химических и механических (аэрозолей) примесей. Воздушная среда должна по своим па­раметрам отвечать технологическим и санитарно-гигиеническим требованиям. На ее параметры влияют различные внешние и внутренние факторы, в том числе выделения тепла, влаги, химических веществ, пыли, сопровождающие технологический процесс.

Метеорологические условия. Воздух, как среда, окружающая технологическое оборудование и работающих в производственном помещении, не должен влиять в отрицательном смысле на происходящий технологический процесс, но главное — воздух должен отводить от человеческого организма то тепло, которое им выделяется.

Отдача тепла организмом, как и любого нагретого тела, происходит за счет конвекции окружающим воздухом и излучения, а также за счет испарения влаги с кожного покрова человека. Известно, что интенсивная конвекция может происходить лишь при наличии достаточной разности температур тела человека и окружающего воздуха.

Теплоотдача излучением также зависит от разности температур человеческого тела и окружающих его предметов (оборудования, ограждающих конструкций и пр.), температура которых во многих случаях близка к температуре воздуха помещения.

В технической литературе состояние воздушной среды помещения по температуре, влажности и скорости движения воздуха нередко называют «микроклиматом», «внутренним климатом» или «метеорологическими условиями». Следовательно, температура воздуха в помещении должна быть тем ниже, чем больше выделяет человеческий организм тепла. При работе, не требующей значительного физического напряжения, температура воздуха должна быть более высокой, при тяжелых работах — более низкой.

Испарение влаги с поверхности тела человека может происходить, если окружающий его воздух при данной температуре имеет дефицит влаги. Если путем конвекции, излучения и испарения организм человека все же не может отдать избытки тепла в окружающую воздушную неподвижную среду из-за чрезмерно высокой ее температуры и влажности, то при создании искусственными методами движения воздуха его охлаждающее действие на организм может быть увеличено, так как в этом случае теплоотдача путем конвекции и испарения возрастает.

Эти три параметра воздушной среды — температура, влажность, скорость движения воздуха всегда рассматриваются вместе, поскольку совокупно действуют на человеческий организм.

Между человеческим организмом и окружающей средой должен существовать правильный тепло- и влагообмен.

Работы, выполняемые людьми в промышленных зданиях, по степени тяжести подразделяют на три категории:

а) легкие, без систематического физического напряжения (основные процессы приборостроения, машиностроения и т. п., выполняемые сидя или стоя)

б) средней тяжести, связанные с ходьбой, переноской небольших тяжестей, и работы, выполняемые стоя (прядильно-ткацкое производство, механическая обработка древесины, сварочные, литейные и т. п.)

в) тяжелые, связанные с постоянным физическим напряжением (кузнечные с ручной ковкой и т. п.)

Каждый вид работ определяет свою температуру комфорта. Температура воздушной среды зависит от количества тепла, поступающего в нее от разных источников (за счет тепловыделений организма человека, извне, за счет инсоляции, от системы отопления, от раскаленного металла в металлургических производствах, от электродвигателей, от светильников искусственного освещения и пр.). Теплопоступления, оказывающие влияние на температуру воздуха в помещении, называют «явным теплом» в отличие от скрытого тепла, образующегося при фазовых превращениях вещества. Избытками явного тепла называют его остаточные количества (за вычетом теплопотерь зданием), поступающие в помещение при расчетных пара­метрах наружного воздуха после осуществления всех мероприятий по их уменьшению, например теплоизоляции оборудования.

В зависимости от величины избытков явного тепла производственные помещения разделяют на две группы: к первой отнесены помещения с незначительными избытками явного тепла — до 24 Вт/м3 (до 20 ккал/м3), ко второй — со значительными — более 24 Вт/м3 (более 20 ккал/м3).

Например, помещения механических, механосборочных, ткацких и других цехов с относительно невысокими температурами воздуха в рабочей зоне и, следовательно, с незначительными теплоизбытками и при отсутствии их относят к первой группе.

Помещения литейных цехов, сталеплавильных, прокатных и др., в про­изводственном процессе которых выделяются значительные количества явного тепла, относят ко второй группе.

Цехи, подобные сталеплавильным, т.е. со значительными теплоизбытками называют «горячими цехами». Для горячих цехов характерны выделение больших количеств тепла излучением (от раскаленного металла, сильно нагретого оборудования и пр.) и наличие сильных конвективных токов воздуха, возникающих в местах, где располо­жены источники тепловыделений, например сталеплавильные печи.

В зависимости от характера технологического процесса источники избыточного тепловыделения могут действовать постоянно или периодически. Периодические воздействия («тепловые удары») значительно усложняют создание требуемых метеорологических условий в производственных помещениях.

Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий (СН 245—71) установлены оптимальные и допустимые параметры воздушной среды в рабочей зоне. При этом также учитывают категорию работы (легкая, средней тяжести и тяжелая) и периоды года: холодный, переходный (температура наружного воздуха ниже 10 °С) и теплый (температура наружного воздуха выше 10°С).

При отклонении параметров воздушной среды от оптимальных значений сверх допустимых пределов условия труда существенно ухудшаются, падает производительность труда, повышается утомляемость людей, возрастает восприимчивость к различным заболеваниям.

Состав воздуха. Воздух производственных помещений всегда содержит различные примеси, которые могут оказывать вредное воздействие на организм человека, конструкции здания и на технологический процесс или технологическое оборудование. К ним относятся: а) влага, выделяемая людьми (потоотделение) и оборудованием в процессе производства; б) инертные и вредные газы, образующиеся в результате разложения органической пыли, выделяемые в источниках открытого огня и т. п.; в) механические примеси органического и неорганического происхождения в виде аэрозолей или дисперсных систем, выделяемые в результате технологического процесса или деятельности человека.

Следует отметить, что на состав воздуха производственных помещений оказывает непосредственное влияние и наружная воздушная среда, содержащая такие же примеси. Перечисленные выше примеси в известных концентрациях делают состав воздуха вредным и даже опасным для человека, губительно действующим на строительные конструкции здания.

Мерилом непригодности воздуха может быть каждый из перечисленных выше видов примесей или их совокупность, что зависит от характера технологического процесса, протекающего в помещении. Например, в гаражах мерилом непригодности воздуха слу­жит наличие в нем максимально допустимого количества окиси углерода, выделяемого при работе двигателей внутреннего сгорания. В производственных помещениях, связанных с выделением пыли, мерилом загрязненности воздуха служит содержание в нем пыли в количествах, превышающих безвредные для человека нормы.

Воздействие влаги в ее чистом виде на конструкции, например при конденсации влаги на внутренних поверхностях ограждающих конструкций (поверхностная конденсация) или внутри (внутренняя конденсация), может вызвать их переувлажнение (от­сыревание), ухудшение физико-технических показателей и в конечном итоге преждевременный износ.

Вредное воздействие влаги в производственных помещениях, технологические процессы в которых связаны, например, с выделением сернистых или других газов, может резко усилиться в результате взаимодействия этих газов с влагой и образования слабых растворов кислот, разрушающе действующих на строительные конструкции (сталь, бетон и др.).

Следует также иметь в виду, что присутствие в воздухе или на поверхности конструкции гигроскопических солей (как результат выделений технологического процесса) повышает температуру точки росы.

При перемещении по толще ограждающей конструкции к ее наружной поверхности влаги, сконденсировавшейся на внутренней поверхности и содержащей растворенные химические примеси, в холодных слоях конструкции может возникнуть кристаллизация этих примесей, сопровождающаяся расширением вещества и вызывающая серьезные нарушения структуры материала конструкции. Такое явление наблюдается, например, в наружных ограждающих конструкциях (стенах, покрытиях) красильных цехов текстильных предприятий, если они не имели надежной гидроизоляции, препятствующей проникновению влаги (в жидкой фазе) в толщу ограждения. Столь же неприятные последствия могут давать результаты взаимодействия влаги и некоторых видов меха­нических примесей, содержащихся в воздухе (аэрозолей), например в виде нерастворимых пленок на ограждающих конструкциях или оборудовании.

Следовательно, влага в чистом виде как составная часть воздушной среды производственного помещения оказывает активное влияние на влажностное состояние ограждающих и других конструкций здания и в избыточных количествах способствует развитию процессов коррозии, снижению морозостойкости и пр., а в сочетании с химическими и другими примесями, содержащимися в воздухе, может стать решающим фактором, определяющим долговечность конструкций.

Поэтому при проектировании здания следует особенно тщательно проанализировать ожидаемый влажностный режим воздушной среды и предусмотреть все необходимые меры для предупреждения его неблагоприятных воздействий как на человеческий ор­ганизм, так и на конструкции.

Во многих промышленных зданиях воздушная среда может содержать вредные для человека химические вещества. Вредные вещества по степени воздействия на организм человека подразделяются на четыре класса: I — чрезвычайно опасные, II — высоко­опасные, III — умеренно опасные, IV — мало опасные. Их агрегатное состояние может быть в виде паров или газов, аэрозолей или смеси паров и аэрозолей. Некоторые из них опасны при поступлении в организм человека через дыхательные пути или через кожный покров.

Некоторые аэрозоли обладают фиброгенным действием, т. е. вызывают поражение дыхательных путей человека в результате патологического роста тканей.

К производственным зданиям, технологические процессы в которых связаны с большим выделением пыли, относятся: трепальные отделения хлопчатобумажных фабрик, цехи стекольных заводов, фосфоритовые мельницы и крупозаводы, сырьевые отделения цементных заводов при сухом способе производства цемента и др.

На многих промышленных предприятиях производится переработка пыли. Например, на свинцово-цинковых заводах, в отделениях шахтных печей, конвертеров и агломерационных машин очень вредная свинцовая пыль улавливается и из нее извлекают ряд ценных элементов.

Для защиты помещения от пыли и загазованности воздушной среды наружный воздух, забираемый системой искусственной вентиляции, очищается в специальных фильтрах. Особым, очень важным аспектом состояния воздушной среды производственного помещения является возможность возникновения в нем взрывоопасных смесей. Такие смеси образуются в помещениях, где в процессе производства в воздух выделяются пары газа или пыли, способные в смеси с ним (в определенных соотношениях) взрываться. Наибольшее число таких взрывов приходится на химические производства, связанные с водородом, ацетиленом и метаном.

Причинами образования взрывоопасных смесей, как правило, являются нарушения технологического процесса, неисправность аппаратуры, нарушение контроля за ней, аварийные ситуации, неисправность или недостаточная эффективность систем венти­ляции и т. п..

При проектировании промышленных зданий на обеспечение оптимальных параметров воздушной среды должно обращаться большое внимание. Они достигаются при помощи систем отопления, естественной вентиляции (аэрации), искусственной вентиляции и сис­тем кондиционирования воздуха, надлежащим образом отрегулированных и управляемых, а также путем правильного подбора физико-технических параметров ограждающих конструкций здания.

Наряду с этим важнейшим фактором в борьбе за обеспечение комфортных условий труда остается совершенствование технологических процессов и оборудования с целью снижения их влияния на состояние воздушной среды производственного помещения. В частности, защиту работающих от лучистого тепла осуществляют не только мерами строительного характера, но и мерами, непосредственно связанными с технологическим процессом и оборудованием, например, экранированием, охлаждением сильно нагретых поверхностей оборудования, созданием изолированных от внешней среды рабочих мест.

АЭРАЦИЯ

Вентиляцию производственных помещений по признаку побуждения движения воздуха разделяют на естественную и искусственную, или механическую. При естественной вентиляции воздухообмен в производственном помещении происходит за счет разности удельных весов наружного и внутреннего воздуха и действия ветра. При искусственной вентиляции для перемещения воздуха затрачивается электрическая энергия

Естественная вентиляция помещения осуществляется в результате следующих факторов:

а) инфильтрации, т. е. проникания воздуха внутрь здания через щели и неплотности, имеющиеся в ограждающих конструкциях, а также через поры материала, из которого эти ограждения выполнены. Инфильтрация, как правило, создает незначительный воздухообмен, но в отдельных случаях может достигнуть больших размеров, при этом в помещениях без теплоиз-бытков инфильтрация охлаждает воздух и вызывает излишние затраты тепла;

б) неорганизованного управляемого воздухообмена через форточки, фрамуги, окна, двери и ворота;

в) организованного управляемого естественного воздухообмена, или аэрации.

Естественный воздухообмен называют аэрацией в тех случаях, когда можно осуществлять его в заранее заданных объемах и регулировать в соответствии с внутренними и внешними условиями (температурой воздуха, направлением и скоростью ветра). Аэрация обеспечивается через систему управляемых приточных и вытяжных отверстий, потребную площадь которых определяют по расчету.

Путем аэрации достигают удаление из производственных помещений вредных газов и аэрозолей, а также избыточного тепла и влаги.

Аэрацию применяют в основном в цехах со значительными теплоизбытками (горячие цехи), где естественный воздухообмен должен составлять миллионы кубометров в час без специальной затраты энергии на эти цели.

Возможность организации рациональной аэрации зависит от объемно-планировочного решения здания, целесообразной компоновки производственного оборудования и правильного размещения в ограждающих конструкциях (стенах и покрытиях) при точных и вытяжных отверстий.

Действие аэрации, как было сказано ранее, обусловлено разностью удельных весов наружного и внутреннего воздуха, т. е. стремлением нагретого и более легкого воздуха войти в высокорасположенные вытяжные отверстия, а более холодного войти в помещение через низкорасположенные приточные отверстия. В соответствии с этим на активность аэрации в результате разности удельных весов влияют тепловой и высотный перепады, равные соответственно разности температур наружного и внутреннего воз­духа и разности уровней вытяжных и приточных отверстий.

Потребность в аэрации особенно велика в летние месяцы, при более высокой температуре наружного воздуха, когда тепловой перепад меньше. В связи с этим в летний период необходимо увеличивать площадь приточных и вытяжных отверстий и высотный перепад за счет размещения приточных отверстий в нижней части стен. В зим­ний период приточные отверстия целесообразно размещать выше, на высоте приблизительно 4—6 м от рабочей зоны. Это позволяет поступающему холодному воздуху смешаться с внутренним, повысить свою температуру и избежать избыточного охлаждающего действия на работающих в цехе людей.

Действие аэрации в результате действия ветра обусловливается разностью давлений. При обтекании здания воздухом повышенное давление возникает с подветренной стороны, а пониженное (разрежение) — с заветренной стороны.

Воздух поступает в помещение в проемы в ограждающих конструкциях, расположенные с подветренной стороны, а с заветренной стороны уходит из него. Таким образом, даже при отсутствии тепловых избытков происходит воздухообмен от действия одного ветра. Здания, имеющие различный профиль, но одинаковые по площади проемы, при одной и той же силе ветра могут обладать различным воздухообменом. Для увеличения воздухообмена аэрационные проемы в покрытии, т. е. фонари, целесообразно располагать перпендикулярно направлению господствующих ветров летних месяцев, когда особенно необходима интенсивная аэрация. Направления господствующих ветров в данном географическом пункте определяют по составляемой метеорологическими стан­циями розе ветров, на которой в принятом масштабе откладывают по соответствующим румбам (навстречу ветру) продолжительность действия ветра в рассматриваемый период года.

Обтекание воздухом здания вызывает различные давления в плоскостях ограждающих конструкций.

 

Рис.1. Схема обтекания воздуха промышленного здания при ветре

Зоны движения воздуха вокруг здания обозначены римскими цифрами:

• I — зона невозмущенного потока или потока, выравнивающегося после возмущения настолько, что статическое давление в нем будет близко к нулю;
• II — зона аэродинамической тени, вызываемая самим зданием, на котором установлены фонари, а в некоторых случаях зданиями, стоящими рядом. В этой зоне наблюдается разрежение;
• III — зона подпора, т. е. зона, в которой наблюдаются положительные давления, вызванные торможением потока воздуха ограждающими конструкциями здания.

В соответствии с аэродинамическими особенностями профиля здания и расположения указанных зон устанавливают такие конструкции фонарей или других аэрационных устройств, которые обеспечивают устойчивое удаление воздуха из помещения.

Профиль здания не только определяет его аэродинамическую характеристику, но и играет существенную роль в организации аэрации производственных помещений. Например, при профиле здания, изображенном на рис. 2 а, через фонари удаляют преимущественно только нагретый воздух, который подходит к этим фонарям непосредственно снизу по вертикали. Боковые воздушные потоки, поднявшись до холодной глухой части покрытия, охлаждаются и, падая вниз, образуют круговое движение, препятствующее проветриванию здания. Эффективность аэрации повышается при более крутых скатах покрытия и при более широких фонарях (рис. 2 б).

Рис.2. Схемы аэрации однопролетных промышленных зданий, имеющих различные фонари.

Зная аэродинамическую характеристику здания, в целях увеличения в нем воздухообмена приточные отверстия располагают в местах положительных давлений, а вытяжные — в местах наибольших отрицательных давлений. Если аэрационные отверстия располагать, не учитывая аэродинамической характеристики, воздухообмен может полностью прекратиться, а в некоторых случаях — ухудшится вентиляционный режим. При действии ветра вдоль здания разрежение образуется по всей площади его покрытия и продольных стен.

В зоне наибольшего разрежения (наветренная сторона здания) осуществляют выпуск загрязненного и перегретого воздуха из здания, а в зоне наименьшего разрежения (подветренная сторона здания) производят забор наружного воздуха.

В многопролетных промышленных зданиях, имеющих одинаковую высоту помещений и фонарей, когда отсутствуют значительные местные тепловыделения, организовать аэрацию сложно. В зданиях шириной до 100 м забор воздуха производят через приточные отверстия, которые располагают в нижней части наружных стен. В этом случае поступающий воздух распространяется на 50—60 м вглубь здания и фонари на этом расстоянии работают, как вытяжные. При ширине здания более 100 м фонари, располо­женные в его средней зоне, работают неустойчиво — то на вытяжку, то на приток, и воздухообмен осуществляется неудовлетворительно.

Аэрация затрудняется еще больше, если здание разделено на отдельные помещения капитальными стенами или глухими перегородками, которые доходят до покрытия, или когда к продольным наружным стенам пристраивают бытовые или административные помещения. В этом случае целесообразно применять искусственную вентиляцию.

При наличии местных источников избыточных тепловыделений в многопролетных цехах, чтобы получить в них устойчивую аэрацию, прибегают к устройству активизированного профиля здания. «Горячим» пролетам придают большую высоту, приток наружного воздуха организуют через окна в наружных стенах и через фонари в пониженной части здания. Активизированный профиль здания можно также создать путем чередования высоких вытяжных фонарей с низкими приточными. Высотный перепад при незначительных тепловыделениях делают не менее 4 м, а при значительных тепловыделениях — не менее 2,5 м. Расстояние между высокими фонарями 24—40 м.

Площадь открываемых проемов должна составлять не менее 1 % площади пола помещения.

ОСВЕЩЕНИЕ

Световой режим в помещениях промышленных зданий — один из существенных факторов, определяющих качество среды, окружающей человека в производственных условиях. Хороший световой режим необходим для большинства производственных операций. Он достигается обеспечением необходимой освещенности рабочего места, равномерным освещением объекта труда (или помещения), оптимальным яркостным контрастом между предметом труда и фоном, отсутствием блескости, вызываемой как источником света, так и отражением света от рабочей поверхности.

Существенное влияние на качество светового режима оказывают спектральный состав света, цвет ограждающих производственное помещение поверхностей строительных конструкций и цвет оборудования. Оптимальный световой режим в производственном помещении необходим не только как мера создания нормальных условий труда, но и как фактор, имеющий большое санитарно-гигиеническое значение для органов зрения и благоприятного влияния на психику человека.

В производственных помещениях промышленных зданий применяют естественное, искусственное и интегральное освещение.

Естественное освещение осуществляется через проемы в ограждающих конструкциях здания и может быть: боковым (через окна в стенах); верхним через фонари, устраиваемые в покрытии, а также через высокорасположенные проемы в стенах, например, в местах перепадов высот смежных пролетов промышленных зданий ; комбинированным, т. е. сочетающим одновременно боковое и верхнее.

Искусственное освещение осуществляется при помощи электрических светильников различного типа с лампами накаливания, с разнообразными газоразрядными лампами, в том числе с люминесцентными и пр. Различают две системы искусственного освещения производственных зданий: общую и комбинированную. При комбинированном освещении, кроме общего, дающего свет по всей площади помещения, устраивают дополнительное на рабочих местах при помощи местных светильников.

Совмещенная (интегральная) система освещения предусматривает освещение рабочих мест одновременно естественным и искусственным светом. Оценивая естественное и искусственное освещение, можно отметить, что величина освещенности рабочих мест при естественном освещении не постоянна. Она меняется в соответствии со временем года и суток, зависит от состояния атмосферы (наличия облачности) и пр. Искусственное же освещение обеспечивает ровную и постоянную освещенность на рабочих местах.

 

Использование естественного освещения по времени при двух- и трехсменной работе относительно невелико даже в тех случаях, когда по условиям зрительной работы естественное освещение со своим переменным режимом может быть допущено. Например, для светового климата Москвы, т. е. при учете продолжительности дневного периода и числа ясных и пасмурных дней в году, использование естественного освещения при работах средней точности составляет: в одну смену 80%, в две смены 55%, в три смены 35%. При точных работах продолжительность использования естественного освещения снижается и составляет соответственно 48, 30 и 25%, а в северных районах страны уменьшается дополнительно еще на 25%. Следовательно, при наличии естественного освещения устройство искусственного освещения неизбежно.

Верхнему естественному освещению при помощи фонарей присущи и другие недостатки. Устройство фонарей имеет относительно высокую стоимость (7% общей стоимости здания). Фонари, а равно и боковые светопроемы нуждаются в квалифицированной экс­плуатации (очистке и ремонтах).

Непрерывные фонарные надстройки вдоль пролета препятствуют сдуванию ветром снега с покрытия и способствуют образованию так называемых «снеговых мешков». При этом снеговая нагрузка в таких мешках может быть в несколько раз выше расчетной. Боковые светопроемы и фонари — источники повышенных теплопотерь в холодное время и избыточных теплопоступлений в помещение за счет солнечной радиации в летнее время.

Все перечисленные особенности естественного освещения привели к появлению производственных зданий без естественного освещения, в том числе зданий бесфонарных как более предпочтительных по технологическим, экономическим и эксплуатационным ус­ловиям, имеющих искусственное освещение и искусственную вентиляцию.

Вместе с тем здания с искусственным освещением, в свою очередь, имеют существенные недостатки. К ним следует отнести качество освещения по спектральному составу света, которое отличается от естественного. Это отличие может осложнять производственный процесс, например, при определении цвета и оттенка, оно хуже в санитарно-гигиеническом отношении.

В производственных помещениях с постоянным (длительным) пребыванием работающих без естественного освещения или с недостаточным по биологическому действию естественным освещением должны быть оборудованы установки ультрафиолетового излучения с эритемными лампами. В помещениях с естественным освещением такие установки не устраивают.

Еще не вполне изучен вопрос о психологическом влиянии освещения. Одни специалисты утверждают, что зрительная связь человека через проемы (окна, фонари) с внешним пространством благотворно влияет на психику человека, наоборот, отсутствие этой связи приносит существенный вред. Другие полагают, что в психологическом отношении такая связь с «внешним миром» не имеет существенного значения, поскольку в таких зданиях достигают достаточно высоких показателей по производительности труда и заметных отклонений в психике работающих не обнаружено. Однако не подлежит сомнению, что естественный свет более благоприятно воздействует на живые организмы, в том числе и на человека, чем искусственный.

Для многих производственных зданий решения со световыми фонарями, особенно новых усовершенствованных типов, обладающих хорошими физико-техническими и эксплуатационными показателями, или со светоаэрационными фонарями, следует считать предпочтительными. Например, здания с фонарями полностью сохраняют свое значение для производств со значительными теплоизбытками, удаление которых требует устройства громоздкой и дорогостоящей искусственной вентиляции. Оценивая естественное и искусственное освещение, нельзя обойти и экономическую сторону этой проблемы. Если при естественном освещении отмечалась необходимость расходов на эксплуатацию светопроемов (окон и фонарей), то при искусственном кроме чисто эксплуатационных расходов, например, на ремонт, будут иметь место значительные непроизводительные затраты электроэнергии на освещение в светлое время суток и постоянные затраты на вентиляцию.

Для нормирования используют относительную величину — коэффициент естественного освещения (КЕО), измеряемый в процентах от одновременной освещенности под открытым небом. Он определяет необходимую освещенность в помещении и, следовательно, тип и размеры светопроемов.

Для помещений с нормальным температурно-влажностным режимом применяют любые фонари, отвечающие светотехническим требованиям. Однако в северных районах целесообразны зенитные фонари с двойным и даже стройным остеклением, в центральных районах — фонари с устройствами, допускающими вентиляцию, а в южных районах, кроме возможности вентиляции через фонари, их остекление не должно пропускать прямых солнечных лучей. При этом глухие ограждающие конструкции фонаря делают экранируемыми или вентилируемыми во избежании перегрева.

Для помещений с избыточными тепловыделениями целесообразны светоаэрационные фонари. При этом необходимо иметь в виду, что омывание светопрозрачных ограждений фонарей потоком удаляемого теплового воздуха способствует их загрязнению. Поэтому целесообразны такие решения конструкций фонарей, в которых функции аэрации и освещения обособлены, т. е. аэрацию осуществляют через специальные отверстия, а не через открывающиеся элементы светопроема. Наконец, для неотапливаемых производственных помещений пригодны любые фонари с одинарным остеклением, а в южных районах светоаэрационные фонари.

Учитывая относительно высокую стоимость фонарей, следует применять наиболее светоактивные типы.

Число фонарей, их размеры и размещение, а также боковые светопроемы определяют по расчету.

 

ШУМЫ И ВИБРАЦИИ

Возникающий при работе техноло­гического и инженерного оборудова­ния шум — серьезная производствен­ная вредность. Известно, что если шум на 15—20 дБ превышает допустимые значения, производительность труда снижается на 10—20%, увеличивается производственный травматизм, появ­ляются профессиональные заболева­ния.

Виды шумов, их оценка и нормиро­вание. Производственные шумы клас­сифицируют по следующим призна­кам: по природе возникновения, по ха­рактеру спектра, по распределению уровней шума во времени и по уровням звукового давления.

По природе возникновения наибо­лее распространенные в производст­венных зданиях шумы механического происхождения, возникающие при ра­боте машин и механизмов (излучение звука происходит за счет вибрации), и аэродинамические, сопровождаю­щие работу реактивных двигателей, турбин, двигателей внутреннего сгора­ния, воздуходувок, вентиляторов, ком­прессоров (излучение звука происхо­дит при движении газа или жидкости за счет пульсации).

По характеру спектра шумы бы­вают широкополосными и тональными. Широкополосный — это шум с непре­рывным спектром шириной более од­ной октавы; тональный — шум, в спектре которого имеются выражен­ные дискретные1 тона. Кроме того, шумы в зависимости от распределе­ния уровней звукового давления в спектре подразделяют на четыре груп­пы: низкочастотные с преобладанием максимальных значений на частотах 20—250 Гц; среднечастотные 500— 1000 Гц; с плоским спектром 63— 8000 Гц и высокочастотные 1000— 8000 Гц .

По временным характеристикам шум подразделяют на: постоянный — уровень звука которого изменяются во времени не более чем на 5 дБА, и не­постоянный, у которого за этот про­межуток времени уровень звука изме­няется более чем на 5 дБА. Непосто­янный шум бывает колеблющийся во времени (уровень звука непрерывно меняется во времени); прерывистый (уровень звука ступенчато изменяет­ся на 5 дБА и более, причем длитель­ность интервалов, в течение которых уровень звука остается постоянным, составляет 1 с или более) и импуль­сный (состоящий из одного или нес­кольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с).

По уровню звукового давления шу­мы подразделяют на три группы: сла­бые — уровень звукового давления до 40 дБ, средние — от 40 до 80 дБ и вы­сокие — свыше 80 дБ.

На предприятиях важным мероп­риятием по борьбе с шумом является его нормирование. Проблемы, возни­кающие при измерениях и оценке шу­ма, разделяют на две группы: огра­ничение шумового воздействия на че­ловека (санитарно-гигиенические нор­мы) и ограничение шумовых характе­ристик самих машин (технические нормы).

Характеристикой постоянного шу­ма на рабочих местах являются уров­ни звуковых давлений L, дБ, в октавных полосах со среднегеометри­ческими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. В необхо­димых случаях при нормировании шу­мовых характеристик расширяют ука­занный выше частотный диапазон. Для ориентировочной оценки (напри­мер, при проверке органами надзора, выявления необходимости мер шумо-глушения и др.) за характеристику постоянного шума на рабочем месте принимают уровень звука L А, дБА.

Характеристикой непостоянного шума на рабочих местах является инте­гральный критерий — эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА, т. е. уровень звука постоянного широ­кополосного шума, который имеет то же самое среднее квадратичное дав­ление, что и данный непостоянный шум в течении определенного интервала времени.

В качестве допустимых санитарно-технических норм устанавливают та­кие уровни шума, действие которых в течении длительного времени не вы­зывает снижения остроты слуха и обес­печивает удовлетворительную разбор­чивость речи на расстоянии 1,5 м от говорящего. Допустимые уровни зву­кового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука в дБА на рабочих местах производственных помещений и на территории предприятий приведены в табл Техническое нормирование шума — это система ограничений характе­ристик машин, оборудования, строи­тельных и других объектов, конечный итог которой — выполнение санитар­но-гигиенического нормирования В от­личие от санитарных норм ввести еди­ные технические нормы для всех типов машин не представляется возможным, так как эти нормы устанавливают с учетом конкретных технических ха­рактеристик.

Защита от производственного шу­ма — сложная техническая проблема, усугубляемая тем, что цеха современ­ных промышленных предприятий име­ют большие производственные площа­ди, насыщенные разнообразным тех­нологическим оборудованием, созда­ющим высокие уровни шума и обслу­живаемые большим числом рабочих.

Мероприятия по защите от шума эффективны, если их разрабатывают на стадии проектирования промыш­ленного предприятия и основывают на акустических расчетах, в резуль­тате которых определяют ожидаемые уровни шума и необходимые меры по его снижению.

Как известно, звуковое поле в по­мещении определяется видом и рас­положением источников звука внутри помещения, а также характеристика­ми ограничивающих его поверхностей. Если в помещении работают источни­ки шума (станки, рабочее оборудо­вание, агрегаты, машины), то в точку приема — ухо человека- попадают два вида звуковых волн — прямой звук, идущий непосредственно от ис­точника, и отраженный от поверхности помещения. Уровень звукового давле­ния в дБ в какой-либо точке произ­водственного помещения при одном источнике шума может быть определен по формуле:

,

где Lc — сжатый уровень звуковой мощ­ности источника шума в дБ; Ф — фактор направленности источника шума, безразмерный, определяемый по опытным данным и прини­маемый для источников с равномерным излу­чением звука равным 1; S площадь в м2 воображаемой поверхности правильной геометрической формы, окружаю­щей источник шума, по возможности равно­удаленной от его поверхности и проходящей че­рез расчетную точку, определяется по формуле:

,

где — пространственный угол излучения звука, принимаемый равным , когда ис­точник расположен в пространстве (на колонне в помещении); ; когда источник нахо­дится на поверхности стены, перекрытия и т. д., r — расстояние от источника шума до расчетной точки, в м; S — общая площадь ограждающих конструкций, ограничивающих производственное помещение, м , — средний коэффициент звукопоглощения, определяемый по опытным данным, безразмерная величина.

Зашита от шума в производствен­ных помещениях ведется в двух на­правлениях: снижение шума за счет мероприятий, проводимых в самом ис­точнике шума, и снижение шума архи­тектурно-планировочными и строи­тельно-акустическими методами. Наи­более радикален первый путь. При этом снижения шума достигают изменением производственного процесса, напри­мер, заменой ударных процессов безу­дарными, правильной эксплуатацией рабочего оборудования и многим дру­гим. Однако не всегда снижение шума возможно достичь таким путем. В этом случае защита рабочих от шума ве­дется архитектурно-планировочными и строительно-акустическими метода­ми, посредством звукоизоляции источ­ников воздушного шума или группы людей, звукопоглощения и отражения звуковой энергии на пути ее распрост­ранения и виброизоляции технологи­ческого оборудования.

Так как теоретические и практи­ческие вопросы звукоизоляции были рассмотрены ранее, остановимся на некоторых особенностях борьбы с шу­мом в производственных помещениях.

Одним из эффективных способов уменьшения шума в цехах является применение звукоизолирующих кожу­хов — устройств, обеспечи­вающих герметичную преграду на пути распространения воздушного шума от отдельного агрегата или его части. Кожухи изготовляют из металла, пластмассы или дерева с внутренней облицовкой звукопоглотителем. Такое решение позволяет в зависимости от характера шума и конструкции кожу­ха снизить уровень шума в помещении на низких частотах на 15—20 дБ, а на высоких частотах до 25—30 дБ. В тех цехах, где мероприятия по шумопоглошению трудноосуществимы или требуют больших материальных за­трат, устанавливают для обслужива­ющего персонала звукоизолирующие кабины, которые устраивают со смот­ровыми окнами. Из кабин ведется дис­танционное управление и контроль за работой оборудования. Для защиты рабочих от прямого воздействия зву­ковой энергии на пути распространенения шума устанавливают акустичес­кие экраны или выгородки. Эффективность работы экрана и вы­городки обусловлена расстоянием от источника шума, размерами, а также зависит от размеров помещения и от наличия в помещении звукопоглоща­ющих конструкций. Экраны и выгород­ки изготавливают из стальных и алю­миниевых листов толщиной 2—3 мм, фанеры 4—10 мм, органического стек­ла 5—10 мм и других материалов. От­дельные участки экранов могут быть остеклены. Сторону, обращенную к ис­точнику шума, покрывают звукопогло­щающим материалом, который закры­вают перфорированным листом или металлической сеткой. Правильно вы­полненным экраном или выгородкой можно снизить звуковое давление на низких и средних частотах звука на 5—6, а на высоких на 10—15 дБ. Осо­бо эффективны звукоизолирующие ка­бины, кожухи, экраны и выгородки в борьбе с высокочастотным шумом, или ультразвуком.

Ультразвук представляет собой уп­ругие колебания и волны, частота ко­торых превышает 12500 Гц. В послед­ние годы ультразвук нашел широкое применение в технологических процес­сах ряда отраслей. Чтобы предотвра­тить неблагоприятные влияния ульт­развука на здоровье работающих, ус­тановлены допустимые уровни звуко­вого давления в 1/3 октавных полосах со среднегеометрическими частотами 12500, 16000, 20000, 25000, 31500 и 100000 Гц на рабочих местах ультра­звуковых установок.

Ультразвуковые установки, при ра­боте которых уровни звукового и ульт­развукового давления превышают до­пустимые, должны быть оборудованы звукоизолирующими кабинами, кожу­хами, выгородками или экранами.

При борьбе с шумом используются средства звукопоглощения. Увеличе­ние среднего коэффициента звукопо­глощения а по помещению уменьшает уровень шума в помещении, так как уменьшается величина отраженной звуковой энергии. Повышение звуко­поглощения может быть достигнуто устройством звукопоглощающих обли­цовок потолков и стен или подвеской звукопоглотителей — кулис. Облицов­ка ограждающих поверхностей звуко­поглощающими, материалами позво­ляет получить акустический эффект в зоне отраженных волн до 18—15 дБ, а в зоне прямых — 2—3 дБ.

Обычно звукопоглощающая обли­цовка состоит из защитного слоя, вы­полняемого из перфорированных лис­тов металла, пластмассы или асбесто­цемента и звукопоглощающего мате­риала (например, стекломинераловатных матов толщиной 50—100 мм) с прокладкой между ними тонкой акус­тически прозрачной ткани (стекло­ткань). В случае преобладания в спек­тре излучаемого шума низких частот звукопоглощающую облицовку уста­навливают на относе от поверхности стен на 100—150 мм. Кулисы крепят на потолке обычно в низких произ­водственных помещениях (высота по­мещения — 3—6 м). Их из­готавливают в виде геометрических тел, щитов или панелей из различных материалов — перфорированных лис­тов металла, пластмассы, листов кар­тона и т. п., склеенных или заполнен­ных звукопоглощающим материалом. В соответствии со спектром шума осу­ществляют выбор материала поглоти­теля. В первую очередь понижают уро­вень шума в области наибольшей чувствительности слуха, т. е. на часто­тах 500—4000 Гц. Однако если низко­частотный шум преобладает над вы­сокочастотным, проводят необходимые мероприятия и по его снижению. Ког­да снижение шума невозможно достичь при помощи средств, указанных выше, а это обычно бывает в зоне пря­мых звуковых волн (до 2—3 м от ис­точника), для борьбы с шумом исполь­зуют индивидуальные средства заши­ты: наушники, шлемы и заглушки, ус­танавливаемые в ухо человека.

Вибрации воздействуют при опре­деленных частотах и амплитудах коле­баний на конструкции промышленного здания, возникая от работы производ­ственного оборудования, вызывая при этом шум и сотрясения. Если частота вибраций конструкций и оборудования совпадает, возникает явление резонанса, при котором возрастают не только шум, но и колебания, что в от­дельных случаях может привести к серьезным повреждениям конструк­ций.

Воздействие вибраций на челове­ка во всех отношениях крайне вредно. Для того чтобы устранить вибрации, улучшают конструктивные характеристики оборудования (устра­няют перекосы и зазоры, центрируют части машины, производят баланси­ровку вращающихся элементов и т. д.), а также устраивают виброизоляцию.

Виброизоляцию под оборудование выполняют в виде специальных осно­ваний, которые располагают между агрегатом и фундаментом или другой несущей конструкцией здания. Виброизолирующее основание состоит из ра­мы или плиты и виброизоляторов (амортизаторов), которые устраивают обычно в виде стальных пружин, резиновых или цельнометал­лических (пружинящий элемент — по­душка из проволочек) прокладок. На­чинают применять виброизоляторы с пневматическими пружинами.

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И СРЕДЫ НА ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

Следует отметить, что на объемно-планировочные и конструктивные решения промыш­ленных зданий значительно влияют технология производства и производственная среда.

В данном случае под производственной средой понимают ее только физико-технический аспект, т. е. пространство, заполняющую его воздушную среду, световой и звуковой режимы.

Очевидно также, что производственная среда через объемно-планировочное и конструктивное решения влияет на внешний облик зданий и промышленного предприятия в целом. По внешнему виду многих промышленных предприятий легко определить их назначение, а также примененные конструкции, имея в виду материал конструкций и его конструктивную систему. Иначе говоря, в архитектуре промышленных зданий проявля­ется закон взаимосвязи функциональной (технологической), технической и художественной сторон архитектуры.

Технологический процесс, его характеристики определяют размеры и форму необходимого пространства для размещения технологического и подъемно-транспортного оборудования и передвижения в здании сырьевых материалов, предметов труда в процессе их производства и готовой продукции, а также размеры необходимого рабочего пространства для выполнения людьми своих производственных функций и для их передвижения в помещении (проходы).

Очевидно, что в правильном объемно-планировочном решении здания создаваемое им пространство должно быть использовано в максимальной степени, но без нарушения технических и санитарно-гигиенических ограничений, которые установлены нормами проектирования промышленных предприятий данного вида.

Так как процессы, происходящие в цехах, автоматизированы, то для размещения небольшого числа работающих и их передвижения с целью наблюдения за работой обо­рудования оставлены проходы минимальных размеров и служебные лестницы для сообщения между рабочими площадками, расположенными на разных отметках. Между аг­регатами предусмотрено минимальное, не занятое оборудованием пространство, необходимое для его монтажа и демонтажа (на чертеже это пространство не видно, поскольку оно не попало в разрез).

Размеры помещений определены с учетом мостового крана, предназначенного для подъема тяжелых и крупногабаритных элементов. Если подъемно-транспортное оборудование расположено в два яруса, то свободное пространство над оборудованием может быть еще больше, учитывая габариты двух мостовых кранов и перемещаемого.

Величина пространства некоторых производственных помещений зависит главным образом от габаритов изделий, как, например, в самолетосборочных цехах. Размеры требуемого пространства определяют на основании характеристик технологического процесса, включая данные о количестве и габаритах оборудования, сырьевых материалов и готовой продукции.

Рабочее пространство для людей определяют на основании оценки всех положений человека, занятого выполнением производственных операций, с учетом создания удобных условий в процессе труда, требований эргономики, санитарной гигиены, технологии.

Общее рабочее пространство определяют по сумме всех рабочих мест, где могут находиться люди, занятые выполнением производственных операций, постоянно в течение всего рабочего времени или периодически.

Пространство для передвижения людей в производственном помещении и здании, т. е. проходы и коммуникационные помещения, предусматривают для доступа к рабочим местам и для контроля за работой оборудования, а также для быстрой и безопасной эва­куации людей из помещений и здания в случае пожара или других аварийных обстоятельств. Если в производстве используют напольное подъемно-транспортное обо­рудование, то размеры проходов или проездов определяют по условиям их удобного передвижения и работы. При этом учитывают обеспечение их безопасности при работе напольного транспорта и возможность беспрепятственной эвакуации.

Кроме пространства, необходимого для размещения технологического и подъемно-транспортного оборудования, рабочих мест и проходов, объемно-планировочное решение здания должно учитывать объемы для размещения помещений вспомогательного назначения, помещений культурно-бытового обслуживания, объемы, занятые строительными конструкциями, и объемы неиспользуемые, но неизбежно образующиеся в результате компоновки технологического оборудования и строительных конструкций, поскольку невозможно добиться полного полезного использования пространства в условиях технологических и строительно-технических ограничений.

При проектировании объем здания обычно разбивают на зоны в соответствии с назначением образуемого им пространства. Межферменное пространство, относящееся обычно к объемам, образованным строительными конструкциями, выделено в отдельную зону, использованную для размещения инженерного оборудования (вентиляционных устройств и т. п.) и технологических коммуникаций (трубопроводов, кабелей и пр.). Использование полезного свободного пространства, образованного строительными конструкциями (межферменного, межколонного), позволят в ряде случаев существенно уменьшить объем здания и получить соответствующий экономический эффект.

От характеристики технологических процессов зависят и другие аспекты объемно-планировочных и конструктивных решений производственных зданий. Например, величины статических и динамических нагрузок от технологического и подъемно-транспортного оборудования обусловливают выбор этажности (размещение тяжелого оборудования непосредственно на грунте в одноэтажных зданиях), выбор материала для несущих кон­струкций здания (железобетон или сталь), выбор конструктивной системы (например, балочных и базбалочных перекрытий в многоэтажных промышленных зданиях или системы каркаса) и т. п.

Габариты технологического оборудования или выпускаемых изделий определяют требуемый размер пролета здания, который, в свою очередь, обусловливает выбор конструктивного решения покрытия (плоские или пространственные системы).